工程陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫等物理和力學(xué)性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天裝備等尖端領(lǐng)域。

工程陶瓷制品加工工序復(fù)雜，每道工序都可能形成影響性能的缺陷，因此，有必要采用高靈敏度的測(cè)試手段對(duì)陶瓷材料微缺陷進(jìn)行全面檢測(cè)。 無(wú)損檢測(cè)（NDT）在不改變被檢對(duì)象使用性能的前提下評(píng)價(jià)材料的完整性和連續(xù)性，檢出固有缺陷及其形狀、位置和大小等信息，適于檢測(cè)加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情況。

1液體滲透檢測(cè)技術(shù)(PT)

液體滲透檢測(cè)利用液體毛細(xì)管作用原理，能夠?qū)Χ喾N材料及其制件表面開(kāi)口缺陷進(jìn)行非破壞性檢查。可檢測(cè)出非多孔性、固相材料開(kāi)口于表面的間斷。

對(duì)均勻而致密的工程陶瓷材料，熒光或著色滲透方法能檢出開(kāi)度小至1 μm的氣孔、裂紋等表面缺陷，但對(duì)材料表面粗糙度和整潔度要求高，未經(jīng)預(yù)清洗或沾有污物的表面和空隙會(huì)產(chǎn)生附加背景，影響識(shí)別檢測(cè)結(jié)果。

Si3N4陶瓷球表面缺陷滲透檢測(cè)圖像

滲透檢測(cè)的工作原理

滲透檢測(cè)是基于液體的毛細(xì)作用（或毛細(xì)現(xiàn)象）和固體染料在一定條件下的發(fā)光現(xiàn)象。滲透劑在毛細(xì)管作用下，滲入表面開(kāi)口缺陷內(nèi)；在去除工件表面多余的滲透劑后，通過(guò)顯像劑的毛細(xì)管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡而顯示缺陷的存在。

** 滲透檢測(cè)的流程**

2超聲檢測(cè)技術(shù)(UT)

超聲檢測(cè)利用超聲波在彈性介質(zhì)中傳播，在界面產(chǎn)生反射、折射等特性來(lái)探測(cè)材料內(nèi)部或表面/亞表面缺陷。

目前，國(guó)外開(kāi)始將人工智能、激光技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及斷裂力學(xué)知識(shí)與超聲檢測(cè)相結(jié)合，對(duì)陶瓷制品的強(qiáng)度和剩余壽命進(jìn)行評(píng)估。

超聲檢測(cè)的工作原理

主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。

a. 聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進(jìn)入試件；

b. 超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；

c. 改變后的超聲波通過(guò)檢測(cè)設(shè)備被接收，并可對(duì)其進(jìn)行處理和分析；

d. 根據(jù)接收的超聲波的特征，評(píng)估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。

** 超聲檢測(cè)在工程陶瓷材料無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用**

3微焦點(diǎn)射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

常規(guī)工業(yè)X射線(xiàn)設(shè)備焦點(diǎn)尺寸為1~4 mm，0.2～0.5 mm被稱(chēng)為小焦點(diǎn)，工業(yè)微焦點(diǎn)范圍為0.05～0.001 mm。 相對(duì)于常規(guī)射線(xiàn)照相設(shè)備，微焦點(diǎn)X射線(xiàn)成像系統(tǒng)對(duì)缺陷的識(shí)別能力更高。

傳統(tǒng)射線(xiàn)照相和微焦點(diǎn)成像的比較

因?yàn)閄射線(xiàn)源的大焦點(diǎn)、膠片顆粒度或熒光屏的雜斑等會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度和對(duì)比度下降，限制了所得到的信息量。 而微焦點(diǎn)技術(shù)可通過(guò)圖像投影放大獲得更多的圖像細(xì)節(jié)。微焦點(diǎn)X射線(xiàn)法能檢出陶瓷材料內(nèi)部小至10 μm的裂紋，但裂紋延展方向應(yīng)與射線(xiàn)束方向一致。

4激光超聲檢測(cè)技術(shù)

利用激光產(chǎn)生超聲波的方法可分為直接式和間接式兩大類(lèi)。 直接式是使激光與被測(cè)材料直接作用，通過(guò)熱彈性效應(yīng)或燒蝕作用等激發(fā)出超聲波； 間接式則是利用被測(cè)材料周?chē)钠渌镔|(zhì)作為中介來(lái)產(chǎn)生超聲波。

激光超聲以非接觸式激光干涉儀接收超聲波，能夠遠(yuǎn)距離遙控操作并極具抗干擾性，可精確檢測(cè)工程陶瓷材料表面缺陷位置和尺寸，對(duì)內(nèi)部裂紋及孔穴有較好的檢測(cè)效果。

激光超聲干涉可視化技術(shù)原理圖

5紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

紅外檢測(cè)基于熱輻射的普朗克定律，掃描工件外表面由于缺陷引起的溫度差異，從而測(cè)定表面或內(nèi)部缺陷位置。

工程陶瓷材料需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)才能變得致密堅(jiān)硬，紅外檢測(cè)技術(shù)能在粉體燒結(jié)階段對(duì)陶瓷質(zhì)量進(jìn)行控制和分級(jí)篩選。 在陶瓷無(wú)損檢測(cè)中利用紅外技術(shù)與掃描成像系統(tǒng)結(jié)合，可對(duì)氮化硅透平葉片進(jìn)行缺陷檢查，發(fā)現(xiàn)表面約100 μm的細(xì)小裂紋。

利用紅外熱波檢測(cè)陶瓷試件

紅外熱波檢測(cè)技術(shù)具有快速檢測(cè)陶瓷材料面積型缺陷的潛力，檢出微缺陷成功率高，應(yīng)用前景十分廣闊，但今后還需解決工件表面、背景輻射及缺陷大小和深度對(duì)檢測(cè)靈敏度影響的問(wèn)題，相應(yīng)的溫度記錄曲線(xiàn)的解釋必須借助專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

6聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射檢測(cè)通過(guò)接收陶瓷受應(yīng)力時(shí)工件內(nèi)部裂紋形成和生長(zhǎng)發(fā)出的聲信號(hào)判斷聲發(fā)射源的位置信息和實(shí)時(shí)活動(dòng)情況，主要用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)陶瓷材料內(nèi)部缺陷動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程，進(jìn)行陶瓷壽命預(yù)測(cè)和質(zhì)量評(píng)估。

聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖

與金屬材料不同，陶瓷材料運(yùn)用聲發(fā)射檢測(cè)需要考慮聲信號(hào)的衰減，尤其是不同方向的聲發(fā)射信號(hào)衰減和聲速變化規(guī)律。材料缺陷大小會(huì)影響聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)弱，環(huán)境和檢測(cè)設(shè)備的噪聲也會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾，解決好這些問(wèn)題便能為聲發(fā)射檢測(cè)帶來(lái)更好的發(fā)展。

7工業(yè)CT技術(shù)(ICT)

工業(yè)CT利用高能射線(xiàn)掃描工件得到斷層投影數(shù)據(jù)，經(jīng)圖像重建算法重建出斷層圖像，被譽(yù)為最佳的無(wú)損檢測(cè)手段之一。

工業(yè)CT的優(yōu)勢(shì)

空間和密度分辨率小于0.5%

成像尺寸精度高

不受工件材料種類(lèi)和幾何形狀限制

可生成材料缺陷的三維圖像

工業(yè)CT系統(tǒng)

工業(yè)CT在工程陶瓷結(jié)構(gòu)尺寸、材料均勻性、微孔率精確測(cè)量和整體微裂紋、夾雜物、氣孔和異常大晶粒等缺陷檢測(cè)中極具研究和應(yīng)用潛力。

工程陶瓷材料微缺陷檢測(cè)技術(shù)及特點(diǎn)

審核編輯：湯梓紅