Акустическая эмиссия электроизоляционной и токопроводящей керамики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЯЕКТРСТЕХ1ШЕСК1Й УЬЙЕЕРСИТЕТ

На правах рукописи Никольская Татьяна Сергеевна

АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОЙ И Т0К0ПР0В0ДЯЩЕЙ КЕРАМИКИ

Специальность: 01.04.10 - Физика полупроводников и

диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петс-пбург - 1953

Работе выполнена в. Санкт-Петербургской государственном электротехническом университете

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Таиров Ю.М. Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Соколов,И.Е. кандидат технических наук Колынина В.И.

Бедушее предприятие - Физико-техняческяй институт им.А.Ф.Исйфе, Российская Академая наук

Защита состоятся "З-З7" сре^ис^р? 1993 г. в / V час. на заседания специализированного совета К 063.36.10 Санкт-Петербургского государственного, электротехнического унивароатетв "по адресу: К7376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " 1993 Г.

Ученый секретарь сиегшалязаровакного совета

Скувев Ю.Т.

- I -

ОЩАЯ XAPAKTSFliCTiíKA РАБОТЫ

Актуальность работы. Керамические материалы применяют в лектронной, радио- и электротехнической промышленности, а так-;8 во многих других отраслях народного хозяйства. Такие матари-лн, как карбид кремния, феррит, .электрода р^ор, керамака на осш>-е окяся алюминяя или нитрида кремния используются в приборах системах, которое в процессе эксплуатации подвергаются интёк-ивному воздействию механических нагрузок. Вопрос краткоьремен--ой и длительной прочности встает весьма остро и усугубляется ем, что неоднородность и дефектность структуры керамических этериалов влечет за ообой существенное рассеяние механических арактераотик и возможность неожиданного разрушения изделий, меньшить разброс показателей прочности а долговечности мсяпо аменой выборочного разрушающего контроля изделий zх шщиваду-льной неразрушающей разбраковкой. Традиционные методы дефакто-копии, направленные на оценку исходной дефектности, но могут ешить такую задачу, так как при эксплуатации изделия возможно зменение размеров и формы дефекта, ответственного за отказ, а .ряде случаев и возникновение этого дефекта. Необходимо исполь-эвать методы, позволяющие без сканирования обнаружить дефект, ценить степень его опасности, а главное, наблюдать динамику гзвития как локального повреждения, так и рассосредоточениого зд воздействием факторов, праводяших к отказу. Для создания аких методов целесообразно использовать предшествующую отказу сустаческую эмиссию (АЭ) - испускание объектом акустических >ля, в осноеном ультразвукового диапазона. Уже исследованы ис->чники АЭ, в частности, при механическом нагруяенди и прохояде-ш тока. Создана и серийно выпускается для регистрация АЭ с хо-;шей защитой от помех.электронная аппаратура. Разработаны мото-[ качественной оценка изделий с помощью АЭ. Однако первые попки количественной оценки прочности и долговечности керамкче-их изделий стллчалксь ненадежностью и сравнительно низкой чностью.

.Цель работы: выяснение особенностей АЭ керамических матера-ов при нагружениа и прохождении тока одя совераенстьоЕашш нз-зрусаюащх аку с т о- змс с:: о н л ¡tí способов количественной оцзиуя очности керамика л обосноыная методов сценка ресурса эдектро-оеодящвй керамики с учетом поЕиеная ее элзктр лчес^огс ссяро-

тивления и снижения механической прочности .при эксплуатации.

Методы исследований. Для достижения поставленной пели использованы экспериментальные методы исследования процесса наког ления повреждения п частности разрушения : акустический, фрак-тографический и др., а при анализе результатов использованы методы математической статистики.

Научная новизна. Доказано, что в условиях изгиба катастрофическому разрушению отрывом может предшествовать докритическоо развитие дефекта от нейтральной линии в область растяжения, если отношение максимальных касательных напряжений от попере1 ной силы к максимальным нормальным напряжениям б от изгибающего момента больше 0,08.

Если развитие дефекта в изделии начинается при .напряжении, не достаточном для интенсивного микрорастрескивания вне фронта трещины, а катастрофическое разрушение подготавливается только отрывом, то при погружении с постоянной скоростью до разрушения зависимость скорости счета N АЭ от Бремени или нагрузкч подобна хорошо известной зависимости скорости роста трещины С от коэффициента интенсивности напрячениЛ К. Переходу к катастрофическому разрушению предшествует временная стабилизация N АЭ -плато. Если до разрушения отрывом имеет место развитие дефекта от нейтральной линии, то зависимость скорости счета АЭ от нагру: ки имеет по крайней мере два плато.

Б этом случае нагрузка, с которой начинается возрастание скорости счета АЭ до первой стабилизации, тесно связана с нагру; кой, отвеча:ощей пределу длительной прочности. Под пределом длительной прочности подразумевается максимальное напряжение, при котором saje в материале не накапливается повреждения и долговечность изделия бесконечна. Нагрузка, соответствующая началу последнего плато, тесно связана с разрушающей нагрузкой а может быть использована длл оп^.зделэпия предела кратковременной прочности. Нестабильность отношения пределов кратковременной и длительней прочности (1,15* 4) обусловлена различным соотношением размеров дефектов у нейтральной линии а в зоне максимального растякенпя, .нестабильность** отношения т/6, возможностью развития дефектов одновременно в двух рядом расположенных сечениях.

Пеме достижения последней стабилизации скорости счета АЭ прочность разгруженных изделий вз алшосалнкатной или алшоох-сидной керамгпл возрастает го временя по экспоненте. Через ICO на con ?Í'Íck'í упрочнения реализуется ка 95 % я достигает в сред-

ем 40 %. Наибольшее упрочнение (л 2,3 раза) наблюдается у из-елий о низкой прочностью, что-сокращает разброс разрушающих агрузок.

У керамики с интенсивным микрорастрзскнванием соотвзтству-щая АЗ при последующем нагружении появляется до достижения мак-имальной нагрузка предицущего нагрунения, если время выдержки ри этой нагрузке било меньше времени, за которое скорость счета Э при постоянной нагрузке уменьшается в "е" раз. В противном, лучае АЭ млкрорастрескивания появляется лишь при превышении аксимальной нагрузки предыдущего нагруяения.

При прохождении тока пороговая плотность тока, при которой искретная АЭ переходит в непрерывную и начинает возрастать, есно связана с длиной наибольшего дефекта я прочностью, а ско-ость счета АЭ(лри плотности тока намного выше пороговой для ашмалыюго дефекта)определяется количеством дефектов. Относк-ельное увеличение сопротивления .карбадскремнаевого нагревателя ри старении пропорционально скорости счета АЗ.

На защиту выносятся. Выбор подходов к решению задач. Спо-обы контроля длительной и кратковременной прочности керамика азличной однородности с помощью АЭ при кратковременном нагрузе-ии. Способ определения предела длительной прочности токопрово-ящей керамики с помощью АЭ при кратковременном пропускании то-а. Методика определения показателен кинетика старения карбидо-ремниевых нагревателей в процессе эксплуатации я уточнения тих показателей для конкретного нагревателя с помощью АЭ. Про-нозировачие ресурса нагревателя из условия допускаемого измене-ия его сопротивления йли из условия разрушения.

Практическая ценность. Разработаны 2 неразрушающих способа ценки предела прочности керамических изделий, основанные на ре-ястрации параметров АЭ при увеличении и снижении нагрузка. Пер-ай способ эффективен для изделий из керамики высокой однородного в которых разрушение обусяоваено только зарождением стабиль-ях микротрешин, не склонных к развитию, и завершается скачко-бразншл увеличение:! зародившейся раньше -жкротрешны иля объедением таких трещин вновь появившейся микрохреяиноЁ до разме-а, превышающего критический. Второй способ этЯективен для изде-!й, в которых развитие дефекта начинается .при напряжениях, не >статочнвх для интенсивного мнкрорастрескивания Ене фронта тревд-i. Точность этих способов раза е 2 втае точности ранее лззест-к спосо£оь, предназначенное д^ аналогачннх задач.

Второй способ позволяет.определять разрушающую нагрузку при изп бе спая керамики с металлом; погрешность не превышает 15 % при доверительной вероятности С,95.

Предложена методика определения предела длительной прочности керамических изцелиф помощью АЭ при кратковременном нагру-жении-илм кратковременном пропускании тока.

Разработана методика оценки ресурса карбидокремниевого нагревателя с учетом его старения при эксплуатации.

Внедрение результатов работы-подтверждено актами использовг ния изобретений /способов контроля прочности/ с экономическим эффектом 230000 р/год в масштабе цен IS9I г.

Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены на Всесоюзном семинаре по физике прочности /г.Каменец-Подольский, июль 1989/ и на Ш Всесоюзной конференции "Прочность материалов при низких температурах" /г.Винница, сентябрь 1991/. Одно изобретение в виде лабораторной работы "Неразрушающий контроль" прочности" используется в СПб государственном техническом университете для обучения студентов.

. Публикации по теме диссертации: информационный проспект АН СССР, 3 статьи, тезисы сообщения на Всесоюзной конференции, 6 авторских свидетельств - всего II публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,, двух глав и заключения, содержит 105 страниц, включающих 30 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 83 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, .сформулирована цель-работы, отражена практическая ценность. Отмечено, что элек; ровная аппаратура, преобразующая с помощью пьезокерамического1 датчика акустические колебания поверхности изделия в электрические сигналы, сильно искажает параметры акустических сигналов. Кроме того, электрический сигнал АЭ зависит от многих факторов, в значительной мере случайных /расстояние между источником АЭ и преобразователем, качество акустического контакта и т.д./. По этой причине методы опенка состояния изделия, основанные на количественной классификации сигналов, оказываются менее нацежш ми, чем методы, использующие качественное или относительное изме кение сигналов АЭ как признак достижения характерного состояния, тесно связанного с критическим, например, достижения нагрузки,

оставляющей известную долю разрушалыей нагрузка. С учетом это-о при обоснования новых способов использоьели е первую очередь ведения о связи характера АЭ с процессами, приводящими к отка-у изделия. Первые параграфы кажцоЛ '.:з .двух последующих глав одержат обзор известной по этому Еопросу литературы. Первая лава посЕящена АЗ при изгибе керамики, вторая - АЗ пр.! прохсж-ении тока. Б первых параграфах этих глав с учетом литературных ведении обоснованы новые способы неразрупаящего контроля как ашюнальниэ последовательностл операций. Последующие параграфы освящены экспериментальной проверке и уточнензв рабочих гипотез, ыцвинутых в первых параграфах.

Зрелая создать способы, пригодные для производственных усло-ий, при проведении работы использовали серийно выпускаемый двуг-анальный прибор АГ—15, отличающийся защищенностью от помех. .Ф-15 позволяет "регистрировать амплитуду сигналов, а также ско-ость счета Ы АЗ, т.е. количество импульсов за ад-шину времени, о 10® имп/с. Коэффициент основного усиления 9...60 дБ; дискрет-ость установил коэффициента усиления I дЬ; коэффициент прецуси-дтеля 40 дБ. Уровень собственных шумов прибора, приведенных на ход предусилителя о подключенным датчиком, 7 мнЕ. Предваритель-ке опыты на образцах а изделиях из керамики с параллельным ;ю~ ользованием двух каналов М~15 о разными преобразователями оказали, что как при деформацаи, гак а при пропускании тока аибольшее количество акустических сигналов аппаратура регистря-ует при использований-датчиков с частотккм диапазоном 20...200 Гц. Такие датчики я использовали при проведения реботн, прижи-ая их усилием 1,5...2 Н к шлифованной поверхности изделия, редварительно смазанной техническим вазелином для улучшения кустического контакта. При исследовании АЗ це$ормарузмых аз-елий их звукоизоляцию от нагружающего устройства обеспечивала олимерными прокладками. При исследовании;АЗ токопроводяз-ей ке-амики для поцачи напряжения использовали чулок, плетеный аз онкой луженой медной проволоки, что исключало передачу па бьек.т ультразвука от источника питания и контактов.

В первой главе в ?1Д с учетом сведений об АЭ керамики пра е$ормации рассмотрены недостатки известных способов оценка рочностя керамических изделий и даны рекомендации по устранено этих недостатков, т.е. обоснованы новые способы.

При нагружении изделия из керамика высокой однородности, разрушение которого подготавливается только микрорастрескивани ем, запас потенциальной энергии деформации дефекта кристалличе ской структуры мокет оказаться больше, чем необходимо для обра зования ноьо»; поверхности микротрещины мекцу тормозящими барье рами, например, границами зерен. Избыток энергии расходуется ' на микропластическую деформацию в окрестностях концов появившейся микротрещины. Такие деформации увеличивают продолжительность Д непрерывного сигнала дискретной A3, подготавливают п явлен/to соседней микротрещины и приводят к сдвигу поверхнос-•гей в устье уже существующей. При снятии нагрузки несовпадение микрорельефа сдвинутых поверхностей устья вызывает трение и со огветствуящую дискретную АЭ.'Эта дискретная АЭ свидетельствует

0 микрошшстических деформациях, увеличение которых может привести к появлению соседней микротрещини со скачкообразным увел чением размера сушествуедей кнкротрещины больше критического. При разгрузке возникают и остаточные напряжения, достаточные для частичного устранения обратным сдеигом возникшей при нагру жении микропластической деформации перед устьем трещины и для притирки микронеровностеГ. По-видимому, этим объясняется относительное снижение ае амплитуд импульсов АЭ, возникающих при одном и том яе напрякении(^5 $во время двух последовательных разгрузок, и взаимосвязь &■ с пределом кратковременной прочности при последую-дем нагрузения*. Известен способ контроля предзла прочности 6ПЧ изделий из керамики высокой однородно сти. Способ* предусматривает нагрукение изделия до напряжения 6, составляющего С,6 от среднего значения предела прочности бд разгрузку и повторение цикла напряжений с регистрацией амплитуды импульсов АЭ во время разгрузок. Недостаток способа* состоят в тек, что при 6ПЧ> 1,76 зависимость *. • от 0ПЧ слабо г.стпгона а дает большую погрешность при прогнозировании

по . Для устранения этого недостатка предлоаено использовать в качестве информативного параметра продолжительность Д непрерывного сигнала дискретной АЭ. Экспериментально установл

1

Тер-ентьэв В.П. Сценка прочности керамических элементов с ио-по.тьзо?анаем АЭ: Лгс...к.т.н«/ Институт проблем прочности АН У PIP.- Кеев, К87.- 190 с.

io, что если при монотонном нагружении ипцелия Л достигает ¡аранее выясненного значения ЛКр, а при разгрузке наблюдается 13, то нагрузка Рдд, после которой начали уменьшать деформацию, гесно связана с разрушающей нагрузкой Рр при последующем монотонном нагружении. Дискретная АЭ с А>Дкр может быть- зафик-:ирована как результат зарождения двух микротрещин, для каждой

23 которых В этом случае АЭ при разгрузке не набляпа-

кр

:тся,идля ее достижения необходимо повышение нагрузки.

В F1.2 показано, что использование.Д в качестве дополнительного информативного параметра при оценке прочност/ феррито-зых стержней снижает погрешность способа* с 22 до II %. Ори зтатистической обработке результатов, полученных при монотон-юм нагруженая до разрушения керамических изделий из MqF, коэффициент, вариации отношения Рр/Рдд оказался наименьшим в том злучае, когда за РдЭ принимали нагрузку, при которой А достигала 3 с. В последующих опытах с частичными разгрузками при \ ^ 3 с среднее для отношения Рр/Рдэ оказалось равным 2,2, а угсперсия - 0,0056. Следовательно, при доверительной вероятно-;ти 0,95 погрешность предсказания Рр путем умножения Рд^ на :,2 составляет около 7 %.

При наличии в изделия дефекта он может развиваться при на-фяжениях, не достаточны для интенсивного микрорастрескивания ше фронта развивающегося дефекта (изделие низко"; однородности) !ли одновременно с интенсивным рассосредоточенн:."! мнкрорастрес-сиванием (изделие срегрзй однородности). При выдержке изделия юд постоянной нагрузкой Р АЭ развивающегося дефекта не затуха-!т, а скорость счета N АЭ микрорастрескивания затухает по экс-юнента N = ^¿е*^0 , где N0- значение N б момент прекращения юзрастания нагрузки ( t = 0), 6 - время, за которое при Р = :onst N уменьшается в "э" раз. Значение б считается с уъели-гением напряжения и составляет 3...7 с для фарфора и 7...12 с (ля стержней карбиодкремниевых нагревателей как при изгябе, так I при растяжении. Если время t выдержки при Р = conit превы-шет 0- то, как показали опыты, при следующем монотонном нагру-•енл:; АЭ микрорастрескивания появляется лишь через нег.гггг.!/" ы-•ерЕал времени после достижения максимально?. нагрузки иреныцу-;его цикла, при которой производилась выдержка. АЭ раз-лвакще-

: С:.!, сноску на стр.6.

вания, изделие можно выдержать под постоянной нагрузкой. Но такая выдержка может привести к деградации прочности или разрушению изделия. Для устранения отмеченного противоречия предложено определять предварительно ¡¡а образцах минимальное значение

Ы т. При контрольном нагружении изделия имеет смысл разгружать его на 5...10 % после достижения N * Ыпл и сравнивать параметры до и после качала разгрузки. Например, можно сравнивать число импульсов АЭ Ир за первую секунду разгрузки с числом М^ импульсов за последнюю секунду перед началом разгрузки. При достижении плато значение Ыр и близки, а при случайной вспышке АЭ М(5«М1.Если то изделиз вновь нагружают до появления АЭ с А = N пл, частично разгружают и так до тех пор, пока не окажется . После этого изделие разгружают, максимальную нагрузку перед разгружением принимают за Рпл и по ней находят Рр, используя ранее выясненную на образцах зависимость отношения Д1= Рр/Рдд от Рр (см.рис.2). При соблюдении этих рекомендаций нагрузка при повторном контроле отличалась от своего первоначального значения не более чем на 5 что можно считать показателем деградации прочности изделия при использованйи предложенного способа определения Рр. Погрешность определения Рр конкретного изделия по значению Бцд . не превышала 10 % при доверительной вероятности 0,95,

Экспериментально доказано, что контрольное нагружение может ц повышать прочность изделия из алюмосиликэтно" или алюмо- ■ оксидной керамики прй выдержке в разгруженном состоянии после достижения последнего плато. Зафект упрочнения обусловлен, по-видимому, захватом влаги при раскрытии трещины и притуплением конца трещины этой влагой при выдержке изделия в разгруженном состоянии, что снижает коэффициент интенсивности напрнз:енйй.

Нагрузка Рнв, при которой в условиях монотонного нагруже-нпя начинается возрастание N АЭ (см.рис.I), оказывается завышенной оценкой нагрузки Р0, отвечающей пределу длительной прочности, в силу следующих причин. Ео-перЕых, л^бая акустическая аппаратура имеет уровень собственные шумов и начинает регио-тр.фОБпть АЭ несколько позже, чем АЭ появляется. Во-вторых, если монотонному гозрастакию N предшествует дискретная АЭ случайного накгсрастргскнвашщ, то за Рцв приходятся принимать ту нагрузку, при которой N больше N АЭ :.:лкро?астресклвания.

В-третьих, если значение Р0 превышено, то при последующем на-груденяи оно окажется геныпе из-за развития дефекта в предыдущем нагружении. Однако даде в случае достижения последнего плато деградация прочности, а следовательно, и снижение Р0 не превышает 5 %.

В $1.4 экспериментально доказано, что выдержка* в течение 150 дней под нагрузками Р = С,25РНВ не приводит к снижению Рнв при определении ее после выдержки. Такая же выдержка под нагрузками р - Р приводит к заметному снижению Рнв, что позволяет считать Р0 = 0,95РНВ. Для оценки Р0 изделий средней однородности из электрофарфора и карбида кремния с интенсивной АЭ микрорастрескигания ее устранял/ выдержкой под постоянной нагрузкой Рв в течение Бремени Об<15 с. Для оценки Р0 изделие приходилось нагружать с постоянной скоростью до Рв, заведомо мэньь-б?., чел р , гндзузмвать в течение времени Ь? 6 для затухания АЭ микрорастрескмвания, частично разгружать, сноеэ нагружать до нагрузки, например, на 5 % выше предыдущей, и повторять- эти операции до тех пор, пока не зафиксирована АЭ при нагрузке Рнв," меньшей, чем максимальная нагрузка предыдущего нагрухения. Способ позволяет оценить Р0 с погрешностью, составляющей половину приращения Рв. В проведенных опытах отношение 1р/Рнв колебалось в диапазоне от 1Д5 до 4. Увеличение т/б может привести как к увеличению этого отношения, так и к его снижению. Отсутствие постоянства Рр/РНЕ исключает надежную оценку Р0 по значениям Рр, получаемым при монотонном нагружена. Непосредственное определение Р0 с помощью АЭ исключает коэффициенты запаса, .необходимые при использования Рр в прочностных расчетах.

В §1.5 экспериментально доказано, что неразрушающий способ опенки Рр с помощью АЭ, предусматривающий нагрукение с частичными разгрузками до появления АЗ при разгрузке,пригоден и для оценки прочности ссая керамики с металлом. Опыты проводили при кручения и изгибе медного спая, который соединял фланец из керамики на основе А12Рд с колпачком из ковара. Погрешность определения Рр не превышает 15 % как при язгибе, так и при кручении, независимо от того, происходит разрушен:«- по спаи ила по

й Испнтквалл по 40 образцов АЗ^Од,^^, $сС и фарфора.

керамике.

Ео второй главе отражены результаты исследовании АЭ кар-бидокремниевых нагревателей.

Б §2.1 обосновано направление исследований. Партон В.З.. • ответил, что, заменив величины, входящие в закон Гука, величинами, входящими в закон Ома, можно из решения О распределении напряжений у края трещины получить распределение электрических токов у этого края, которое подобно распределению механических напряжений. Кинкель В.М. с сотрудниками показал, что концентрация энергии у концов трещин может привести даже к их оплавлению при импульсах тока высокой плотности. Возрастание напряженности электрического поля в устье трещины, сходящемся до межатомного расстояния, вызывает микроразряды, сопровождающиеся АЭ. Такая АЭ уже используется для контроля дефектности металлических изделий импульсами тока высокой плотности. Однако при прохождении импульсов расширение объекта происходит с ускорением, способным вызвать за счет сил инерции ультразвуковые колебания поверхности, которые в литературе называют термоакустическими. Эти колебания не зависят от дефектности изделия, Кроме того, если скорость У^ движения носителей заря-* да превышает скорость- звука, то при импульсном пропускания тока отраженная от поверхности звуковая волна монет модулировать поток зарядов и тем самым инициировать ультразвук, также не связанный о дефектностью материала. Этот ультразвук вместе с теркоакустлческм.ш колебаниями маскирует информативную АЭ, вызванную концентрацией энергии у концов опасных дефектов, а снижает надежность контроля импульсами тока. Постепенное увеличение силы тока исключает паразитную АЭ. По этой причине исследования были направлены на изучение АЭ, сопровождающей плавное повышение плотности тока до значения, близкого к эксплуатационному .

Методическая сложность исследований заключалась в том, что АЭ контактов оказалась соизмеримой с АЭ карбидокремниево-го нагревателя даже при замене прижимных контактов паяными. Устранить эту сложность удалось использованием контактов из металлов, жидких при комнатной температуре. Однако результаты исследований АЭ паяных контактов позволили понять особенность АЭ карбидокремниевого нагревателя.

В ^2.2 изложены результаты экспериментальных исследован*?

АЭ спая торцов латунных трубок оловом. Установлено, что пороговая плотность тока при которой дискретная АЭ переходит в непрерывную и начинается возрастание Ñ , связана с длиной £ наибольшего дефекта {Í^Jl = 2,09*0,4). А растягивающее напряжение 6дЭ, при котором дискретная АЭ переходит в непрерывную, связано с I соотношением бдд^ = 4,59*0,16. Резкое отклонение от этих соотношений наблюдается при -£-<0,8 мм, что, по-видимому, обусловлено наличием естественных дефектов спая. Для таких дефектов пороговая плотность тока i^g»? 6,9 А/см^.

Если в спае длина' искусственного дефекта намного превосходит длину естественных дефектов,, то при плавном увеличении I значение Ñ непрерывной АЭ, вызванной этим дефектом, быстро стабилизируется. Этой особенностью зависимость N от L напоминает вольтамперную характеристику несамостоятельного разряда. Быстрая стабилизация KJ при увеличении L позволяет предположить, что при С>> L^g значение N определяется количеством дефектов. Справедливость этого предположения проверена опытом. Таким образом, значение N при заданной плотности тока ¿»¿дд характеризует рассосредоточенное повреждение, a l^g характеризует наиболее опасное локальное повреждение. Керамический нагреватель можно рассматривать как последовательное соединение большого количества элементов, аналогичных по дефектности паяному контакту. Тогда значения' и предела длительной прочности нагревателя должны определяться также длиной я ориентацией опасного дефекта нагревателя, а значение Ñ при заданной плотности тока должно оцределяться рассосредоточенным повреждением нагревателя.

В §2.3 приведены результаты экспериментальной'проверки этой гипотезы на 14 карбидокремниевых нагревателях типа КЗН A8/I00/85-H ГОСТ 16139-76. Их соединяли последовательно в две цепочки по 7 штук каждая. Цепочки подключали последовйтель-но к сети Переменного тока с напряжением 220 В на 2 -часа, а затем параллельно с последующим отключением на 8 часов для естественного охлаждения до 12...22° С. Описанный режим составлял суточный пякл. До начала цитирования для каждого нагревателя определяли сопротивление R, а с помощью АЭ определяли L дэ* ^ ^ напряжении 31,5 В и предел длительной прочности Q » Перечисленные величины, кроме Q. , находили для каждого нагревателя через 7, 14...4S и 56 суточнет с/клол. По полученным результатам ггссчлтьзал^ атнсс^тель'но? изневcorroo-

тивления за последние 7 циклов б!?^^-!^.,)/Е0 и относительное изменение 1дэ по Формуле 6п1=(1^-1 -*•*)/10, где Е0 и I -значения Я и 1АЭ до начала цитирования, <-п-1 -

значения Я и 1дэ после п-7 и (и-1)-7 суточных циклов. Среднее отношешС 6^/6*., И оказалось равным 1,71 и близким к среднему для отношений Ыр/N п-1, равному 3,69. Это обстоятельство указывает на то, что увеличение сопротивления пропорционально Г4 я вызвано рассосрецогочеиныл! повреждением нагревателя. Связь относительного увеличенй£: сопротивления с N столь тесна, что может быть использована для оценки БЕ нагревателя за первые 7 циклов без циклирования по значению К . Сопротивление конкретного нагревателя через п>7 циклов можно рассчитать по формуле

. /I/

Стабильносп отношения ^ / позволяет оценивать О. и его от^ носителыюе изменение по ¿дэ и §»¿^3. Среднее отношений бг/^м1 оказалось равным 1,24, что позволяет рассчитывать О. по формуле

или • /2/

Число суточных циклов П-7 до разрушения определяется из условна

. /з/

Между & и пределом длительной прочности карбидокреши-

евого нагревателя наблюдается довольно тесная связь = 1091, которую можно использовать для нахождения б^дд конкретного нагревателя по значению * Замерив исходное сопротивление К0 нагревателя, несложно по формуле /I/ рассчитать число п , при котором И превысит допускаемое значение, формула /3/ позволяет рассчитать п из условия разрушения нагревателя. Умножив меньшее из двух значений п на 7, получим ресурс нагревателя в суточных циклах. При проверке этой методик оценки ресурса получено хорошее совпадение расчетных и экспериментальных результатов.

ОКДИЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты выполненного исследования заключаются в следующем.

I. Исследованием особенностей АЭ при разрушении изгибом керамики разной однородности выяснены акустические признаки достижения нагрузки, тесно связанной либо с разрушающей нагрузкой Р , лиоо с нагрузкой Р0, отвечающей пределу длительной

прочности. Выяснены причины нестабильности соотношения Рр и PQ.

2. Обоснованы рациональные последовательности операций /способы/ для определения Рр и Р0 с помощью АЭ при кратковре-иенных испытаниях. Статистическим анализом экспериментальных данных показано, что погрешность определения Рр с помощью предложенных способов не превышает для конкретного изделия 7...II % пря доверительной вероятности 0,95, а при оценке Рр хля спая керамики с металлом - 14

3. Доказана возможность упрочнения изделий из алюмосиликат-юй и алюмооксидной керамики нагружением до состояния, контро-шруемого по параметрам АЭ. Эффект упрочнения может достигать

) среднем 40 %, а для наиболее слабых изделий - 2,3 раза, что :окращает разброс разрушающих нагрузок.

4. Пороговая плотность тока ¿Ад, при которой дискретная

i3 токопроводящей керамики переходит в непрерывную, тесно связа-ia о прочностью и характеризует наиболее опасное локальное по-(реждение изделия, а скорость счета N АЭ при характе-

1Изует рассооредоточенное повреждение материала.

5. На примере карбидокремниевых нагревателей доказана воз-южность оценки прочности и долговечности изделий из электропро-одякей керамики без мехайического нагружения с помощью АЭ

ри прохождении тока, что облегчает контроль особенно изделий ложной формы.

6. Полученные результаты расширяют возможности неразрушаль его контроля кратковременной я длительной прочности керамиче-яих изделий и подтверждают эффективность направления работ, спользующего качественное или относительное изменение сигна-эв АЭ тек признак достижения состояния, тесно связанного о ритаческим состоянием изделия.

Основные результаты выполненной работы отражены в следуть ix публикациях.

. Никольский С.Г., Еормоткин В.О., Степанянц (Никольская) Т.С. АЭ контроль прочности керамических турбинных лспаток// Гранины раздела, прочность и разрушение композиционных мвтериалов,-Л., К£3.- С. I05-II2.- (Тр.ФТЛ им.А.Ф.Иоффе). , Степанянп (Никольская) Т.е. Неразрушандий контроль прочнсста спая керамики с металлом// Электронная техника, Серля 8.1992.- № 4 (151) -5СГ52)С. 6S-70. , Акусто-гиассискнк^ лгетод керазрупагсего контроля прочниста

полусфер из оптической керамика/ Бормоткин B.C., Галев И.О., Степакянц (Никольская) Т.С. а др,// Оптический журнал. - 1992.- № 10.- С. 72-74.

4. Никольский С.Г., Степанянц (Никольская) Т.С, Неразрушащий контроль длительной а кратковременной прочности керамики// Ш Всесоюзная конференция "Прочность материалов и конструкций при низких температурах" Винница, сентябрь 1991 : Тез.докл. - Киев, 1991.- С.54.

5. А.с.1536251 СССР, МКИ 001 N 3/00// C0I 29/04. Способ контроля прочности изделий из хрупких материалов/ Бормоткин B.C., Гилев И.С., Степанянц (Никольская) Т.С. а др. -

Ji 4431765/25-28; Заявлено 30.05.88; Опубл.1990. Еюл.# 2, •

6. А.с.1626147 СССР, МКИ G0I N 29/04. Способ контроля' прочности изделий из хрупких материалов/ Степакянц (Никольская) Т.С. - № 4654093/28; Заявлено 02.01.89; Опубл. 1991. Бюл.К 5.

7. А.с.1619159 СССР, МКИ COIty 29/04. Споооб контроля прочности изделий из хрупких материалов/ Бормоткин В.О., Гилев И.О., Степанянц (Никольская) Т.С. и др. - № 4445072/28; Заявлено 20.06.88; Опубл] 1991. Бал.Я I.

8. А.с.1663535 СССР, ЛЖИ 001N 29/14. Способ контроля прочности изделий из хрупких материалов/ Бормоткин В.О., Степанянц (Никольская) Т.С., Никольский С.Г. - К 4630564/28г Заявлено 02.01.89; Опубл. I9SI. Бюл.М 20.'

9. А.с. 1735761 СССР,'МКИ G01 M 29/14.. АЭ способ контроля кондиционности оптической керамики/ Бормоткин B.C., Гилев

И.С., Степанянц (Никольская) Т.С. и др. - № 4729161/28; Заявлено 05.06.90; Опубл. 1992. Бюл.й 19.

10. А.сЛ742711 СССР, ЖИ G0IN 29/14. Способ контроля прочности изделий из хрупких материалов/ Степанянц (Никольская) Т.С. - Л 4887588/28; Заявлено 29.11.90; Опубл. I9S2. ¡т.я е ■