EA007190B1 - Non-destructive control method of ceramics structure - Google Patents
Non-destructive control method of ceramics structure Download PDFInfo
- Publication number
- EA007190B1 EA007190B1 EA200500245A EA200500245A EA007190B1 EA 007190 B1 EA007190 B1 EA 007190B1 EA 200500245 A EA200500245 A EA 200500245A EA 200500245 A EA200500245 A EA 200500245A EA 007190 B1 EA007190 B1 EA 007190B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- ceramics
- color
- reflection
- reflection coefficients
- determined
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения свойств материалов оптическими методами, а именно к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для анализа качества структуры кремнеземистой керамики.The invention relates to methods for determining the properties of materials by optical methods, and in particular to methods of non-destructive testing and can be used to analyze the quality of the structure of silica ceramics.
Качество структуры керамики из одного и того же состава керамической массы определяется количеством и характером распределения фаз в материале, количеством пор, их размеров, формой и характером распределения в материале, зависящих в свою очередь от скорости нагрева и времени выдержки при высокой температуре.The quality of the structure of ceramics from the same composition of ceramic mass is determined by the number and nature of the distribution of phases in the material, the number of pores, their size, shape and distribution in the material, depending in turn on the heating rate and holding time at high temperature.
Производство кремнеземистой керамики начинается с приготовления шихты - керамической массы. Основной параметр, от которого зависит качество массы и, в дальнейшем, качество керамики на данном этапе - это размеры частиц в твердой фазе. Вторым важным технологическим звеном является сушка шихты. На данном этапе требуется постоянный контроль процесса удаления так называемой слабосвязанной воды, т.е. воды, не входящей в структуру минералов. Третьим этапом производства, самым важным, является процесс спекания керамики. Даже при правильно выбранном режиме спекания изделия различной толщины могут иметь разную по сечению структуру, поскольку из-за низкой теплопроводности внутри изделия реальная температура остается длительное время ниже, чем на поверхности. Контроль структуры керамики также необходим для оценки функциональных характеристик последней.The production of silica ceramics begins with the preparation of the charge - ceramic mass. The main parameter, which determines the quality of the mass and, further, the quality of ceramics at this stage is the size of the particles in the solid phase. The second important technological link is the drying of the charge. At this stage, constant monitoring of the process of removing so-called weakly bound water is required, i.e. water that is not part of the structure of minerals. The third stage of production, the most important, is the process of sintering ceramics. Even with the correctly chosen sintering mode, the products of different thickness can have a structure different in cross section, because due to the low thermal conductivity inside the product, the actual temperature remains for a long time lower than on the surface. Control of the structure of ceramics is also necessary to assess the functional characteristics of the latter.
Известен способ неразрушающего контроля качества керамических изделий из оксида бериллия, включающий облучение контролируемого изделия светом с длиной волны λ=180-350 нм, регистрацию его люминесценции, регистрации мощности прошедшего через изделие светового потока и его люминесценции (патент России №1655198, МПК Ο01Ν 21/64, приоритет от 16.08.1989, опубл. 20.08.1999, страна публ. 8и).There is a method of non-destructive quality control of ceramic products from beryllium oxide, including irradiation of a controlled product with light with a wavelength of λ = 180-350 nm, registration of its luminescence, recording of the power of the luminous flux transmitted through the product (Russian patent №1655198, IPC Ν01Ν21 / 64, priority of 08/16/1989, published on 08/20/1999, country of publ. 8i).
Недостатками известного способа являются то, что он позволяет проводить контроль только тонких, прозрачных изделий с низкой плотностью, применим для веществ с простой однофазной структурой, без пор и используется только для готовых изделий. Известный способ не позволяет проводить контроль спеченной керамики, тем более на различных этапах ее производства. Не позволяет оценить функциональные характеристики.The disadvantages of this method are that it allows you to control only thin, transparent products with low density, is applicable for substances with a simple single-phase structure, without pores and is used only for finished products. The known method does not allow for the control of sintered ceramics, especially at various stages of its production. Does not allow to evaluate the functional characteristics.
Известен способ анализа керамики включающий облучение контролируемого изделия светом с длиной волны λ=300-850 нм, возбуждение люминесценции, регистрацию последней с помощью микроскопа, сравнение результатов с результатами тестовых измерений.A known method for analyzing ceramics involves irradiating a controlled product with light with a wavelength of λ = 300-850 nm, excitation of luminescence, recording the latter with a microscope, comparing the results with the results of test measurements.
Недостатком известного способа является то, что он применим к узкому классу материалов, в основном к кристаллам ионного типа, для которых известно, как люминесценция связана со структурными дефектами. Известный способ не позволяет проводить контроль пористых материалов, а также не позволяет проводить контроль керамики на различных этапах ее производства и оценки функциональных характеристик.The disadvantage of this method is that it is applicable to a narrow class of materials, mainly to crystals of the ionic type, for which it is known how luminescence is associated with structural defects. The known method does not allow for the control of porous materials, and also does not allow for the control of ceramics at various stages of its production and evaluation of functional characteristics.
Перед авторами ставилась задача разработать способ неразрушающего контроля качества керамики, обеспечивающий контроль структуры на каждом этапе производства и оценку функциональных характеристик керамики.The authors were tasked to develop a method of non-destructive quality control of ceramics, providing control of the structure at each stage of production and evaluation of the functional characteristics of ceramics.
Поставленная задача решается тем, что в способе неразрушающего контроля структуры керамики, заключающегося в использовании излучения длиной волны λ=300-850 нм, предварительном проведении тестовых измерений на образцах с известными характеристиками, сравнивании контрольных измерений с тестовыми, контрольные и тестовые измерения проводят методом измерения коэффициентов отражения на различных этапах производства и оценки функциональных характеристик керамики, причем на каждом этапе выбирают наиболее влияющую на структуру керамики величину и цветовой параметр характеризующий последнюю. На этапе производства, включающего приготовление керамической массы, контролируют дисперсность частиц твердых фракций, которую определяют по степени белизны и желтизны. Последние рассчитывают по формуламThe task is solved by the fact that in the method of non-destructive testing of the structure of ceramics, which consists in using radiation with a wavelength of λ = 300-850 nm, preliminary test measurements on samples with known characteristics, comparing control measurements with test measurements, control and test measurements are carried out by measuring coefficients reflections at various stages of production and evaluation of the functional characteristics of ceramics, and at each stage the most influencing on the structure of ceramics is selected Inu and color parameter which characterizes the latter. At the stage of production, including the preparation of ceramic mass, control the dispersion of particles of solid fractions, which is determined by the degree of whiteness and yellowness. The latter are calculated by the formulas
Б=(р457 +Р520 +Рб2о)/3B = (p457 + P520 + Rb2o) / 3
Ж=(рб20Р457)/р520 где р457, Р520 и р62о - коэффициенты отражения при данных длинах волн.W = (pb20P457) / p520 where p 4 57, P520 and p 6 2o are the reflection coefficients at given wavelengths.
На этапе производства, включающего сушку керамики контролируют остаточную слабосвязанную влагу, которую оценивают по интегральным коэффициентам отражения. Интегральные коэффициенты отражения рассчитывают как сумму коэффициентов отражения во всем видимом диапазоне. На этапе производства, включающего спекание керамики, контролируют на выбранном участке поверхности качество структуры, включающее фазовый состав, поровое пространство, степень однородности. Качество структуры оценивают по цветовым коэффициентам отражения, причем доминирующую длину волны λ и чистоту тона Р определяют по цветовому треугольнику МКО по формуламAt the stage of production, including the drying of ceramics, the residual weakly bound moisture is monitored, which is estimated from the integral reflection coefficients. The integral reflection coefficients are calculated as the sum of the reflection coefficients over the entire visible range. At the production stage, including ceramics sintering, the quality of the structure, including the phase composition, pore space, the degree of homogeneity, is controlled on a selected surface area. The quality of the structure is estimated by the color reflection coefficients, and the dominant wavelength λ and the purity of the tone P are determined by the color CIE triangle by the formulas
Χι=0.957^457+36.547 ^520+68.78ОР62о+2.1 7^2.606-^457+73.590 ^520+25.710 ^620+2.6 Ζι=36.585' К457-2.660' К520 0.085’ Пб2о+О.8 где Κ(λ) - спектральный коэффициент отражения.Χι = 0.957 ^ 457 + 36.547 ^ 520 + 68.78OR 6 2о + 2.1 7 ^ 2.606- ^ 457 + 73.590 ^ 520 + 25.710 ^ 620 + 2.6 Ζι = 36.585 'К457-2.660' К520 0.085 'Пб2о + О.8 where Κ (λ) - spectral reflection coefficient.
- 1 007190- 1 007190
На этапе определения функциональных характеристик контролируют интенсивность структурных изменений при механическом нагружении и термоударе. При этом интенсивность структурных изменений оценивают по цветовому различию - интегральной цветовой характеристике, которую рассчитывают по формулеAt the stage of determining the functional characteristics, the intensity of structural changes under mechanical loading and thermal shock is controlled. At the same time, the intensity of structural changes is estimated by color difference - the integral color characteristic, which is calculated by the formula
ДЕ*=[(Д|_*)2+(Да*)2+(АЬ*)2]1/2 DE * = [(L | _ *) 2 + (Yes *) 2 + (AB *) 2 ] 1/2
Координаты цвета X, Υ, Ζ преобразуются в систему Ьа*Ь*, где Ь* - светлота, а*, Ь* - цветностьThe coordinates of the color X, Υ, Ζ are converted to the system LА * Ь *, where L * - lightness, and *, L * - chromaticity
Ι_*=116( Υι/Υ0)1/3-16, а*=500[Х1/Хо)1/3- (Υι/Υ0)1/31 ό*=200[(Υ1/Υο)1/3-(Ζι/Ζο)1/3] здесь Хо=98,04, Υο=100, Ζο=118,10 - координаты цвета идеально белой поверхности для стандартного источника света. При этом коэффициенты отражения определяют с помощью фотометра отражения, причем среднюю освещаемую площадь поверхности образца выбирают равной 0,5-2 см2.Ι _ * = 116 (Υι / Υ 0 ) 1/3 -16, a * = 500 [X1 / Ho) 1/3 - (ι / Υ0) 1/3 1 * = 200 [(Υ1 / Υο) 1 / 3 - (ι / Ζο) 1/3 ] here X o = 98.04, ο = 100, Ζ ο = 118.10 are the color coordinates of the ideal white surface for a standard light source. In this case, the reflection coefficients are determined using a reflection photometer, and the average illuminated surface area of the sample is chosen to be 0.5-2 cm 2 .
Технический эффект заявляемого изобретения заключается в возможности экспресс - анализа структуры керамики на различных этапах производства, внесения корректировки в технологический процесс, а также определения оптимальных условий эксплуатации спеченной керамики. Кроме того, заявляемый способ позволяет значительно снизить энергозатраты.The technical effect of the claimed invention consists in the possibility of express analysis of the structure of ceramics at various stages of production, making adjustments to the technological process, as well as determining the optimal operating conditions for sintered ceramics. In addition, the inventive method can significantly reduce energy consumption.
Производство керамики начинается с приготовления шихты -керамической массы. Основной параметр, от которого зависит качество массы и в дальнейшем качество керамики - это размеры частиц в твердой фазе. Поэтому на данном этапе контролируют дисперсность частиц твердых фракций, которую определяют по степени белизны и желтизны. Последние рассчитывают по формуламThe production of ceramics begins with the preparation of the charge-ceramic mass. The main parameter on which the quality of the mass depends and, further, the quality of ceramics is the size of the particles in the solid phase. Therefore, at this stage, the dispersion of particles of solid fractions is controlled, which is determined by the degree of whiteness and yellowness. The latter are calculated by the formulas
Б=(Р457 +Р520 +Ρ62θ)/3B = (P457 + P520 + Ρ62θ) / 3
Ж=(рб20-р457)/р520 где р457, Р52о и р62о - коэффициенты отражения при данных длинах волн.W = (pb20-p457) / p520 where p 4 57, P52o and p 62 o are the reflection coefficients at given wavelengths.
Выбирают сертифицированный порошок с известными размерами частиц. Затем для различных фракций определяют коэффициенты отражения во всем оптическом диапазоне длин волн, для чего насыпают пробу - порошок в кювету, которую помещают в шар фотометра. Строят таблицу сравнения. В зависимости от состава и цвета материала выбирают длину волны излучения, соответствующую максимальному отражению и определяют чувствительность метода. Затем проводят контрольные измерения. По сравнительным таблицам определяют размеры частиц. Измеряют коэффициенты отражения в наиболее чувствительной области спектра.Choose a certified powder with known particle sizes. Then for different fractions determine the reflection coefficients in the entire optical range of wavelengths, for which pour sample - powder in a cuvette, which is placed in the ball of the photometer. Build a comparison table. Depending on the composition and color of the material, the radiation wavelength corresponding to the maximum reflection is chosen and the sensitivity of the method is determined. Then carry out control measurements. The comparative tables determine the size of the particles. Measure the reflection coefficients in the most sensitive spectral region.
Существенный признак, что контрольные и тестовые измерения проводятся методом измерения коэффициентов отражения, позволяет добиться максимальной чувствительности способа за счет выбора соответствующей длины волны. Существенный признак, что контрольные и тестовые измерения проводятся на этапе производства, включающего приготовление керамической массы, на котором контролируют дисперсность частиц твердых фракций, позволяет исправить технологию на первом же этапе - домолоть порошок, если нет такой возможности, - то повысить температуру спекания. И первый, и второй вариант позволяют существенно повысить качество керамики или исключить брак.The essential sign that the control and test measurements are carried out by measuring the reflection coefficients, allows to achieve the maximum sensitivity of the method by choosing the appropriate wavelength. The essential sign that the control and test measurements are carried out at the production stage, including the preparation of ceramic mass, which controls the dispersion of particles of solid fractions, makes it possible to correct the technology at the first stage - to break the powder, if it is not possible - to increase the sintering temperature. Both the first and second options allow you to significantly improve the quality of ceramics or eliminate marriage.
Вторым важным этапом производства, требующим контроля, является сушка керамики - удаление так называемой слабосвязанной воды, т.е. не входящей в структуру минералов. Остаточную слабосвязанную влагу оценивают по интегральным коэффициентам отражения, которые рассчитывают как сумму коэффициентов отражения во всем видимом диапазоне. На данном этапе берут сначала партию эталонных образцов, в которых количество остаточной воды определено другими методами (например, по массе или по электросопротивлению). Проводят измерения интегральных (по всему видимому спектру) коэффициентов отражения. После этого для этой же серии образцов определяют коэффициенты отражения, для чего не нужно никаких предварительных обработок образцов. Строят таблицу сравнения. Проводят контрольные измерения и по таблице сравнения определяют структуру керамики. Способ позволяет по коэффициентам отражения быстро оценить качество сушки, а, следовательно, позволяет внести коррективы, например досушить. Здесь наиболее эффективны интегральные коэффициенты отражения (сумма измерений коэффициентов отражений для длин волн 400, 457, 490, 520, 570, 620 и 750 нм).The second important production stage requiring control is the drying of ceramics — the removal of so-called weakly bound water, i.e. not included in the structure of minerals. The residual weakly bound moisture is estimated from the integral reflection coefficients, which are calculated as the sum of the reflection coefficients over the entire visible range. At this stage, first take a batch of reference samples in which the amount of residual water is determined by other methods (for example, by mass or by electrical resistance). Measurements of integral (over the entire visible spectrum) reflection coefficients are carried out. After that, for the same series of samples, the reflection coefficients are determined, for which no preliminary processing of the samples is necessary. Build a comparison table. Conduct control measurements and determine the structure of ceramics according to the comparison table. The method allows for the reflection coefficients to quickly assess the quality of drying, and, therefore, allows you to make adjustments, such as drying. Here the integral reflection coefficients are most effective (the sum of measurements of the reflection coefficients for the wavelengths of 400, 457, 490, 520, 570, 620 and 750 nm).
Следовательно, способ позволяет контролировать качество изготовляемой керамики в технологическом процессе, причем быстро, что позволяет исправлять технологический режим на ходу. На измерение параметров одного образца уходит около менее 10 мин. Вода имеет в области видимого спектра коэффициент отражения 1,5-2%, тогда как средний коэффициент отражения кремнеземистой массы около 40%. Оставшуюся после сушки воду определяют по снижению коэффициентов отражения путем сопоставления интегральных коэффициентов исследуемой массы с коэффициентами отражения эталонных образцов.Therefore, the method allows you to control the quality of manufactured ceramics in the process, and quickly, which allows you to correct the technological mode on the go. It takes about less than 10 minutes to measure the parameters of one sample. Water has a reflection coefficient of 1.5-2% in the visible spectrum, while the average reflection coefficient of a siliceous mass is about 40%. The remaining water after drying is determined by reducing the reflection coefficients by comparing the integral coefficients of the mass under study with the reflection coefficients of the reference samples.
Существенный признак, что контрольные и тестовые измерения проводятся на этапе производства, включающего сушку керамики, позволяет исправить недостатки процесса сушки - увеличить время, тем самым исключить брак при спекании (разрыв изделий) и снизить энергозатраты при спекании (на досушивание образцов за счет медленного нагрева).The essential sign that the control and test measurements are carried out at the production stage, which includes drying of ceramics, allows to correct the shortcomings of the drying process - to increase the time, thereby eliminating defects during sintering (breaking of products) and reducing energy consumption during sintering (for final drying of samples due to slow heating) .
-2007190-2007190
Контроль структуры спеченной керамики является наиболее важным. На данном этапе контролируют на выбранном участке поверхности качество структуры, включающее фазовый состав, поровое пространство, степень однородности. Структуру керамики на данном этапе производства оценивают по более тонким характеристикам - цветовым параметрам. Любой цвет может быть определен тремя параметрами: цветовым тоном λ (мкм), интенсивностью Р (%) и коэффициентом отражения р. Цветовой тон λ и насыщенность тона Р определяют с помощью цветового треугольника МКО по формуламThe control of the structure of sintered ceramics is the most important. At this stage, the quality of the structure, including the phase composition, the pore space, the degree of homogeneity, is monitored on a selected surface area. The structure of ceramics at this stage of production is estimated by more subtle characteristics - color parameters. Any color can be determined by three parameters: color tone λ (μm), intensity P (%) and reflection coefficient p. The color tone λ and the saturation of the tone P are determined using the CIE color triangle using the formulas
Х1=О.957К457+36.547 К52о+68.78ОКб2о+2.1 ^=2.606-^457+73.590 ^520+25.710-^620+2.6 Ζ]=36.585’ К457-2.660‘ Р520 0.085' Рбго+0.8 где Κ(λ) - спектральный коэффициент отражения.X 1 = O.957K457 + 36.547 K52o + 68.78OKb2o + 2.1 ^ = 2.606- ^ 457 + 73.590 ^ 520 + 25.710- ^ 620 + 2.6 Ζ] = 36.585 'К457-2.660' Р520 0.085 'Rbgo + 0.8 where Κ (λ ) - spectral reflection coefficient.
По цветовым координатам и цветовому треугольнику системы МКО определяют «качество» цвета доминирующую длину волны или цветовой тон λ и насыщенность тона Р. По оси абсцисс откладывают значение Χχ, по оси ординат - Υχ, получают точку с координатами λ,Ρ. Чистота или интенсивность тона Р характеризует степень, уровень, силу выражения цветового тона λ, нм. На фиг. 1 показаны области изменения цветовых тонов λ и их интенсивностей при повышении температуры обжигов (870-1370) К с выдержками (0-2) ч. Основной цветовой тон (λ=580 нм), соответствующий желтому цвету, наблюдаемый после низкотемпературных обжигов - 870-1070К, (λ=58 нм, Р~75%; зеленые кружочки) размывается до λ=585 нм - желто-оранжевого 1070 К, 2 ч - красные кружочки), чистота тона которого растет до 90%, образцы светлеют и приобретают бежевую окраску (обжиги при 1270-1370К, 0 и 2 ч; желтые кружочки).The color coordinates and the color triangle of the MKO system determine the “quality” of color, the dominant wavelength or color tone λ and the saturation of tone R. The value of Χχ is plotted on the abscissa, the point with coordinates λ, Ρ is obtained on the ordinate axis. The purity or intensity of the P tone characterizes the degree, level, strength of the expression of the color tone λ, nm. FIG. 1 shows the areas of change in the color tones λ and their intensities with an increase in the firing temperature (870-1370) K with exposures (0-2) h. The basic color tone (λ = 580 nm) corresponding to the yellow color observed after low-temperature firing is 870- 1070K, (λ = 58 nm, P ~ 75%; green circles) eroded to λ = 585 nm - yellow-orange 1070 K, 2 h - red circles), the purity of the tone increases to 90%, the samples brighten and become beige (firing at 1270-1370K, 0 and 2 h; yellow circles).
Этап производства, включающий спекание керамики, - наиболее энергоемкий. Оптимизация режимов спекания, обеспечивающих максимальные значения заданных свойств, является наиболее эффективным средством ресурсосбережения. Тестовые измерения проводят на партии спеченных образцов, для которых определяют прочность, в частности, модуль упругости. Составляют таблицу соответствия модуля упругости и значений λ и Р. Результаты измерений контрольных образцов оценивают по коэффициентам отражения. Трудозатраты те же - до 10 мин.The production stage, which includes the sintering of ceramics, is the most energy-intensive. Optimization of sintering modes, ensuring maximum values of specified properties, is the most effective means of resource saving. Test measurements are carried out on batches of sintered samples for which strength is determined, in particular, the modulus of elasticity. Compile a table of compliance of the elastic modulus and the values of λ and P. The measurement results of control samples are evaluated by reflection coefficients. Labor costs are the same - up to 10 minutes.
Оптимизация режимов - температуры и времени спекания - заключается в минимизации энергозатрат при достижении одного и того же модуля упругости. Для этого необходимо определить эффективность повышения температуры или увеличения времени спекания на структурные изменения. Для кремнеземистой керамики, содержащей, как правило, аморфную стеклофазу, наиболее надежный метод оценки структуры - рентгеноструктурный фазовый анализ - оказывается малоэффективным. Важным показателем качества спекания является степень однородности структуры, особенно для больших изделий. Степень однородности оценивают по дифференциальным коэффициентам отражения, определяемым с помощью масок, выделяющих ограниченный участок поверхности.Optimization of the modes — temperature and sintering time — consists in minimizing the energy consumption when the same elastic modulus is reached. To do this, it is necessary to determine the effectiveness of raising the temperature or increasing the sintering time for structural changes. For silica ceramics containing, as a rule, an amorphous glass phase, the most reliable method for evaluating the structure — X-ray diffraction phase analysis — turns out to be ineffective. An important indicator of the quality of sintering is the degree of homogeneity of the structure, especially for large products. The degree of homogeneity is assessed by the differential reflection coefficients, determined using masks that highlight a limited surface area.
На этапе определения функциональных характеристик контролируют интенсивность структурных изменений при механическом нагружении (изгибе) и термоударе. Интенсивность структурных изменений оценивают по цветовому различию - интегральной цветовой характеристике, которую рассчитывают по формулеAt the stage of determining the functional characteristics, the intensity of structural changes under mechanical loading (bending) and thermal shock is controlled. The intensity of structural changes is estimated by color difference - the integral color characteristic, which is calculated by the formula
ДЕ*=[(А1_*)2+(Аа*)2+(ДЬ*)2]1/2 DE * = [(A1_ *) 2 + (Aa *) 2 + (DH *) 2 ] 1/2
Координаты цвета X, Υ, Ζ преобразуются в систему Ба*Ь*, где Б* - светлота, а*, Ь* - цветностьThe color coordinates X, Υ, Ζ are converted into the system BA * Ь *, where B * is lightness, and *, Ь * is chromaticity
Б*=116( Υι/Υ0)1/3-16 3*=500[Χι/Χο)1'3- (Υι/Υ0)1/3], (4.4) 6*=200[(Υ1/Υο)1/3-(Ζ1/Ζο)1/3]B * = 116 (Υι / Υ 0 ) 1/3 -16 3 * = 500 [Χι / Χο) 1 ' 3 - (Υι / Υ0) 1/3 ], (4.4) 6 * = 200 [(Υ1 / Υο ) 1/3 - (Ζ1 / Ζ ο ) 1/3 ]
Здесь Χο=98,04, Υο=100, Ζο=118,10 - координаты цвета идеально белой поверхности для стандартного источника света.Here Χ ο = 98.04, Υ ο = 100, Ζ ο = 118.10 are the color coordinates of the ideal white surface for a standard light source.
Для серии эталонных образцов проводят механические испытания - определяют прочность на изгиб и составляют таблицы соответствия структурных изменений и прочности. Экспериментально установлена полная симбатность этих параметров. По этим таблицам уже без испытаний по цветовому различию ΔΕ прогнозируют прочность полученных изделий.For a series of reference samples, mechanical tests are carried out - they determine the bending strength and compile tables of structural changes and strength. Experimentally established complete symbity of these parameters. According to these tables, the strength of the obtained products is predicted without testing for the color difference ΔΕ.
На всех этапах производства керамики коэффициенты отражения определяют с помощью фотометра отражения, причем среднюю освещаемую площадь поверхности образца выбирают равной 0,5-2 см2. В качестве фотометра используют фотометр отражения ФО-1, в основу действия которого положен принцип Тейлора: пучок света определенной длины волны направляется через отверстие на стенку интегрирующего шара и после многократного отражения создает освещенность Ео/. Этот же пучок света направляется на поверхность образца, отражается от него и создает освещенность внутри шара Е^. Абсолютный коэффициент отражения ρ=Ε1χ/Εοχ. Погрешность измерений при определении абсолютных коэффициентов отражения не превышает 3%. Преимущество заявляемого способа заключается в следующем:At all stages of the production of ceramics, the reflection coefficients are determined using a reflection photometer, and the average illuminated surface area of the sample is chosen to be 0.5-2 cm 2 . As a photometer they use a photometer of reflection FD-1, which is based on the Taylor principle: a beam of light of a certain wavelength is directed through the hole to the wall of the integrating ball and after repeated reflection creates illumination Eo /. The same beam of light is directed to the surface of the sample, is reflected from it and creates illumination inside the ball E ^. The absolute reflection coefficient is ρ = Ε 1 χ / Ε ο χ. The measurement error in determining the absolute reflection coefficients does not exceed 3%. The advantage of the proposed method is as follows:
позволяет контролировать все технологические операции получения керамики и в этом смысле является универсальным;allows you to control all the technological operations of obtaining ceramics and in this sense is universal;
-3 007190 не требует специального оборудования, больших трудо- и временных затрат, специальной подготовки поверхности образцов;-3 007190 does not require special equipment, large labor and time costs, special surface preparation of samples;
является неразрушающим, позволяет получать большую статистическую выборку результатов;is non-destructive, allows to obtain a large statistical sample of results;
позволяет оценивать качество и однородность структуры, дает возможность корректировать саму технологию;allows you to assess the quality and homogeneity of the structure, makes it possible to adjust the technology itself;
использование одного способа для контроля качества всех технологических операций позволяет проследить динамику структурных превращений и связать ее с функциональными характеристиками;the use of one method for controlling the quality of all technological operations makes it possible to trace the dynamics of structural transformations and associate it with functional characteristics;
расширяет возможности управления качеством керамики, способствует трудо- и энергосбережению;extends the quality management of ceramics, contributes to labor and energy saving;
полезен для разработки керамики с заданными свойствами.useful for developing ceramics with desired properties.
Пример 1.Example 1
Проводят контроль качества структуры керамики на этапе производства, включающего приготовление керамической массы. Дисперсность частиц твердых фракций массы заданного состава для кремнеземистой керамики определяют по значениям белизны и желтизны. Для кремнеземистой керамики на основе глины Кара-Киче с химическим составом, мас.%) 8ίΟ2 - 72,86; А12О3 - 22,86; Ге2О3; ΤίΟ2 - 1,22; СаО-0,48; М^О+К2О+Ка2О - 1,53 чувствительность способа составляет 0,1%-мкм'1 для частиц в интервале 20-500 мкм. Это самый «ходовой» размер частиц. Коэффициенты отражения убывают с увеличением размеров частиц по степенному закону, показатель степени п=1,3 (табл. 1).Conduct quality control of the structure of ceramics at the stage of production, including the preparation of ceramic mass. The dispersion of particles of solid fractions of a given composition for silica ceramics is determined by the values of whiteness and yellowness. For siliceous ceramics based on Kara-Quiche clay with chemical composition, wt.%) 8ίΟ 2 - 72.86; A1 2 O 3 - 22.86; Ge 2 O 3 ; ΤίΟ 2 - 1.22; CaO-0.48; M ^ O + K 2 O + Ka 2 O - 1.53. The sensitivity of the method is 0.1% μm ′ 1 for particles in the range of 20-500 μm. This is the most "running" particle size. The reflection coefficients decrease with an increase in the particle size according to a power law, the exponent n = 1.3 (Table 1).
Таблица 1Table 1
Традиционный ситовый анализ (просеивание через сито) ограничивает размер частиц сверху, т.е. все частицы меньше ячейки в сите. Средний размер их надо определять дополнительно и это длительный процесс - по крайней мере, рабочий день. Способ позволяет быстро определить средний размер частиц по имеющимся эталонным таблицам сравнения. Наиболее трудоемкий процесс -определение частиц размером менее 100 мкм. Набор таких сит, во-первых, дорог (1 сито стоит больше 100 долларов) и на обычное производство их тратить не рационально, так как они быстро стираются. С помощью набора сит, электронной микроскопии, рентгеноструктурно анализа, оптической микроскопии, с довольно высокой погрешностью - до 20% оценивают средний размер частиц, для них находят коэффициенты отражения и затем уже для данного состава только используют коэффициенты отражения или степени белизны и желтизны. Заявляемый способ контроля структуры позволяет снизить энергозатраты на термическую обработку, поскольку чем крупнее фракции частиц, тем выше температура и длительность процесса спекания. В табл. 1 приведены изменения Б и Ж после обжига при 1270 К, 1ч. Видно, что наибольшие изменения наблюдаются для самых мелких частиц. Желтизна растет пропорционально количеству стеклофазы, образующейся из расплава при спекании. С ростом размеров частиц интенсивность фазовых превращениях существенно снижается, что необходимо учитывать при оптимизации технологии получения керамики. От размеров частиц зависит количество воды, которое добавляют для образования керамической массы с заданными пластичностью или вязкостью, необходимыми для формования изделий.Traditional sieve analysis (screening through a sieve) limits the size of the particles from above, i.e. all particles are smaller than a cell in a sieve. The average size of them must be determined additionally and this is a long process - at least a working day. The method allows you to quickly determine the average particle size of the existing reference tables of comparison. The most time consuming process is the determination of particles smaller than 100 microns. A set of such sieves is, firstly, expensive (1 sieve costs more than 100 dollars) and it is not rational to spend them on regular production, since they are quickly erased. Using a set of sieves, electron microscopy, X-ray analysis, optical microscopy, with a rather high error — the average particle size is estimated to 20%, the reflection coefficients are found for them, and then for this composition only the reflection coefficients or degrees of whiteness and yellowness are used. The inventive method of controlling the structure reduces the energy consumption for heat treatment, since the larger the fraction of particles, the higher the temperature and duration of the sintering process. In tab. 1 shows the changes in B and F after firing at 1270 K, 1 h. It is seen that the greatest changes are observed for the smallest particles. Yellowness grows in proportion to the amount of glass phase formed from the melt during sintering. With an increase in particle size, the intensity of phase transformations decreases significantly, which must be taken into account when optimizing the technology for producing ceramics. The amount of water that is added to form the ceramic mass with the desired ductility or viscosity necessary for the molding of products depends on the size of the particles.
Пример 2.Example 2
Проводят контроль качества структуры керамики на этапе производства, включающего сушку керамики. Сушка обеспечивается разрывом связей воды с частицами глинистого материала, для чего требуется затратить значительную энергию. Поэтому понятна необходимость контроля за процессом сушки и оптимизация режима. Способ осуществляют следующим образом: для эталонной партии образцов строят кривые зависимости остаточной влажности (по потере массы) от времени сушки. Процесс сушки считают завершенным, когда масса образца остается постоянной. В соответствие с влажностью в таблицы сравнения вносят интегральные коэффициенты отражения. В табл. 2 приведены значения влажности и интегральных коэффициентов отражения для керамической массы, полученной на основе глины месторождения Кара-Киче, измеренные через каждые 30, а в конце сушки - через 15 мин.Conduct quality control of the structure of ceramics at the stage of production, including the drying of ceramics. Drying is ensured by breaking the bonds of water with particles of the clay material, for which considerable energy is required. Therefore, the need to control the drying process and optimization of the regime is understandable. The method is as follows: for the reference batch of samples build curves of residual moisture (mass loss) from the drying time. The drying process is considered complete when the mass of the sample remains constant. In accordance with the humidity in the comparison table contribute integral reflection coefficients. In tab. 2 shows the values of humidity and integral reflection coefficients for the ceramic mass obtained on the basis of clay from the Kara-Quiche deposit, measured every 30, and at the end of the drying - after 15 minutes.
Таблица 2table 2
Образцы вынимают из сушильного шкафа, охлаждают на воздухе, помещают в фотометр и определяют интегральный коэффициент отражения по формуле К=К4оо+К457+К49о+К-52о+К62о+К-75о. Для данной керамики процесс сушки считают завершенным, если интегральный коэффициент отражения равен 90%.Samples are removed from the drying cabinet, cooled in air, placed in a photometer and the integral reflection coefficient is determined by the formula K = K 4 oo + K457 + K49o + K-52o + K62o + K-75o. For this ceramic, the drying process is considered complete if the integral reflection coefficient is 90%.
Пример 3.Example 3
Проводят контроль качества структуры керамики на этапе производства, включающего спекание керамики.Conduct quality control of the structure of ceramics at the stage of production, including sintering ceramics.
Тестовые измерения проводят на партии спеченных образцов заданного состава, для которых определяют прочность на сжатие или на изгиб и затем модуль упругости. Составляют таблицу соответствия модуля упругости и значений λ и Р (табл. 3), по которой определяют режим обжига, позволяющий получить максимальные значения модуля упругости. Остальные изделия спекают при этой температуре и прочность их контролируют по параметрам λ и Р и таблице соответствия, без разрушения.Test measurements are carried out on a batch of sintered specimens of a given composition, for which the compressive or bending strengths and then the modulus of elasticity are determined. Compile a table of compliance of the elastic modulus and the values of λ and P (Table 3), which determine the firing mode, which allows to obtain the maximum values of the elastic modulus. The remaining products are sintered at this temperature and their strength is controlled by the parameters λ and P and the correspondence table, without destruction.
Таблица 3Table 3
Параметры λ и Р определяют по цветовым треугольникам МКО. Для кремнеземистой керамики, полученной на основе глины Кара-Киче, оптимальной температурой спекания является 1370 К, при которой образуется структура, обладающая максимальным модулем упругости - Е=100 МПа, с цветовыми параметрами λ=580 нм, Р=85%.The parameters λ and P are determined by the color triangles of the ICL. For siliceous ceramics based on Kara-Quiche clay, the optimum sintering temperature is 1370 K, at which a structure with a maximum modulus of elasticity, E = 100 MPa, is formed, with color parameters λ = 580 nm, P = 85%.
Пример 4.Example 4
Проводят контроль качества структуры керамики на этапе определения функциональных характеристик. Выбирают образец керамики и проводят контроль качества спекания, однородность структуры.Conduct quality control of the structure of ceramics at the stage of determining the functional characteristics. Choose a sample of ceramics and carry out quality control sintering, uniformity of the structure.
Для массивных изделий (толщина стенок более 1 см) оценивают степень однородности структуры в приповерхностных слоях и в центре изделия. С этой целью используют маску (на поверхность образца помещают черную бумагу, в которой вырезано кольцо толщиной 2 мм), а также коэффициент пересчета к, связывающий истинный коэффициент отражения р с измеренным значением риз: р=криз. Значения к определяют по эталонным образцам с погрешностью 5%. Результаты контроля качества структуры спеченных изделия используют как для допекания, если это возможно, так и для определения оптимальных условий эксплуатации изделий. В обоих случаях следствием этого будет значительный экономический эффект. На фиг. 2 приведены коэффициенты отражения от неоднородной структуры в изделии из кремнеземистой керамики на основе глины Кара-Киче, спеченной 2 ч при разных температурах. Диаметр образцов составляет 1 см. Коэффициенты отражения от поверхности к центру снижаются на 10%, по ним оценивают реальное распределение температуры внутри образца при известной температуре в печи. Так, например, для рассматриваемых точек оно будет следующим (табл. 4).For massive products (wall thickness more than 1 cm), the degree of structure homogeneity in the surface layers and in the center of the product is evaluated. For this purpose, a mask is used (black paper is placed on the sample surface, in which a 2 mm thick ring is cut), as well as a conversion factor k, which connects the true reflectance p with the measured value p from : p = cr from . The values of k are determined by reference samples with an accuracy of 5%. The results of the quality control of the structure of the sintered products are used both for baking, if possible, and for determining the optimal operating conditions for the products. In both cases, the result will be a significant economic effect. FIG. 2 shows the reflection coefficients from a heterogeneous structure in a product made of silica-based ceramics based on Kara-Quiche clay, sintered for 2 hours at different temperatures. The diameter of the samples is 1 cm. The reflection coefficients from the surface to the center are reduced by 10%, they are used to estimate the actual temperature distribution inside the sample at a known temperature in the furnace. So, for example, for the considered points it will be as follows (Table 4).
Таблица 4Table 4
К, мм 0 1 2 3 4 5 ммK, mm 0 1 2 3 4 5 mm
Т,К 1370 1300 1250 1100 1000 980 К что неплохо согласуется с расчетами распределения температуры в образце для данной скорости нагрева и с результатами рентгеноструктурного фазового анализа.T, K 1370 1300 1250 1100 1000 980 K which is in good agreement with the calculations of the temperature distribution in the sample for a given heating rate and with the results of x-ray phase analysis.
Пример 5.Example 5
Проводят контроль качества структуры керамики на этапе определения функциональных характеристик. Выбирают образец спеченной керамики, осуществляют контроль интенсивности структурных изменений при термоударе. Определяют степень изменения цветовых параметров λ и Р по цветовому треугольнику МКО (фиг. 3), по ним отбирают структуру, наиболее эффективно рассеивающую избыточную энергию, получаемую материалом при термическом нагружении. Светлыми кружками обозначеныConduct quality control of the structure of ceramics at the stage of determining the functional characteristics. A sample of sintered ceramics is selected, the intensity of structural changes during thermal shock is monitored. The degree of change of the color parameters λ and P is determined by the MKO color triangle (Fig. 3), the structure that most effectively dissipates the excess energy received by the material under thermal loading is selected by them. Bright circles marked
- 5 007190 усредненные цветовые координаты обожженных образцов. С увеличением температуры обжига кружки смещаются в область коротких волн и больших значений Р. Серыми кружками показаны цветовые координаты, полученные после максимальной температуры удара, выдержанной образцом. Стрелками указаны связи между спеченным и термически нагруженным образцом. Для всех образцов значения λ после термоудара смещаются в красную область, чистота тона Р снижается.- 5 007190 averaged color coordinates of baked samples. With an increase in the firing temperature, the circles are shifted to the region of short waves and large P values. The gray circles show the color coordinates obtained after the maximum impact temperature sustained by the sample. The arrows indicate the relationship between the sintered and thermally loaded sample. For all samples, the values of λ after thermal shock are shifted to the red region, the purity of the tone P decreases.
Наименьшие структурные изменения во время термоудара происходят в образцах, обожженных при 1340 К. Структура не способна рассеивать энергию, получаемую при термоударе. Быстрое распространение трещин соответствует минимальной термостойкости этих образцов. Структура образцов, спеченных при 1220 и 1270 К, претерпевает существенные изменения, что способствует повышению термостойкости.The smallest structural changes during thermal shock occur in samples calcined at 1340 K. The structure is not able to dissipate the energy obtained during thermal shock. Rapid crack propagation corresponds to the minimum heat resistance of these samples. The structure of the samples sintered at 1220 and 1270 K undergoes significant changes, which contributes to an increase in heat resistance.
Структурные изменения в кремнеземистой керамике на основе глины Кара-Киче анализируют и с помощью цветового различия ΔΕ, которое является наиболее чувствительной характеристикой для этого состава. Составляют таблицы соответствия цветового различия и термостойкости. Интенсивность структурных изменений пропорциональна величине ΔΕ. Цветовое различие растет пропорционально температуре спекания (табл. 5), однако, наиболее термостойкие образцы с ΔΕ=1,34.Structural changes in the silica-based ceramics based on Kara-Quiche clay are also analyzed using the color difference ΔΕ, which is the most sensitive characteristic for this composition. Compile tables of color difference and heat resistance. The intensity of structural changes is proportional to the value of ΔΕ. The color difference increases in proportion to the sintering temperature (Table 5), however, the most heat-resistant samples with ΔΕ = 1.34.
Таблица 5Table 5
Это хорошо согласуется с результатами, полученными другими методами исследования - рентгенофазовым анализом, растровой электронной микроскопией, измерениями прочности. Способ позволяет быстро определить оптимальную структуру для разработки керамики с заданной термостойкостью.This is in good agreement with the results obtained by other research methods - X-ray phase analysis, scanning electron microscopy, strength measurements. The method allows you to quickly determine the optimal structure for the development of ceramics with a given heat resistance.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA200500245A EA200500245A1 (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF CERAMICS STRUCTURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA200500245A EA200500245A1 (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF CERAMICS STRUCTURE |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA007190B1 true EA007190B1 (en) | 2006-08-25 |
EA200500245A1 EA200500245A1 (en) | 2006-08-25 |
Family
ID=47711498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200500245A EA200500245A1 (en) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF CERAMICS STRUCTURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA200500245A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2533774C2 (en) * | 2009-02-23 | 2014-11-20 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Detection of mineral in material |
RU2746674C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-19 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for visual-optical surface control |
-
2005
- 2005-02-21 EA EA200500245A patent/EA200500245A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2533774C2 (en) * | 2009-02-23 | 2014-11-20 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Detection of mineral in material |
RU2746674C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-19 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for visual-optical surface control |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200500245A1 (en) | 2006-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Short et al. | Assessment of fire damaged concrete using colour image analysis | |
Yue et al. | A Raman spectroscopy based optical fibre system for detecting carbonation profile of cementitious materials | |
El Nouhy | Assessment of some locally produced Egyptian ceramic wall tiles | |
Hayati et al. | Investigation the effect of sintering temperature on Young’s modulus evaluation and thermal shock behavior of a cordierite–mullite based composite | |
EA007190B1 (en) | Non-destructive control method of ceramics structure | |
JPH0659008A (en) | Physical property measuring device and method therefor | |
CN109270101A (en) | A method of utilizing lanthanum content in x-ray fluorescence spectrometry molybdenum product | |
Jayabun et al. | Determination of major, minor and trace metallic constituents in sillimanite: comparative evaluation of EDXRF and DC Arc carrier distillation AES | |
Martinović et al. | Principal component analysis of morphological descriptors for monitoring surface defects induced by thermal shock | |
Lee et al. | The effect of high temperature on color and residual compressive strength of concrete | |
JP6212731B2 (en) | Measuring method of sample made of inorganic material with heating history | |
CN100520358C (en) | Infrared spectrum analysis process for measuring hydroxy radical content in natural quartz | |
JP2002014039A (en) | Method and apparatus for measurement of percentage of moisture content of fine aggregate for concrete | |
Lee et al. | Color and material property changes in concrete exposed to high temperatures | |
KR101370864B1 (en) | Manufacturing method of celadon according to plasticity atmosphere condition decision of pottery chromaticity using the mspectroscopy | |
Chetverikova et al. | Colorimetric gradation in RGB-space as a method for detecting structural changes in ceramic materials | |
CN210037704U (en) | Device for quickly measuring total ash content and components of paper based on filtering method | |
CN113447330A (en) | Method for determining content of impurity components in white corundum by X-ray fluorescence spectrometry | |
Platova et al. | Application of neodymium oxide to increase the whiteness of porcelain | |
Mathew et al. | Process control & clinker quality monitoring through mineralogical and micro-structural indices | |
KR100427543B1 (en) | Method for preparing glass bead for X-Ray Flourescence | |
CN115096762A (en) | Rapid detection method for vitreous body content of multi-component organic hazardous waste gas water-quenched slag | |
Rillera et al. | Surface oxidation and Fe valency distribution in celadon glaze revealed by depth-resolved Fe K-edge X-ray absorption spectroscopy | |
Platova et al. | Multidimensional colorimeteric gradation of kaolin | |
RU2637384C1 (en) | Method of identification of porcelain by type of material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY MD TJ TM |