JPS60135860A - セラミツクス製品の欠陥評価方法 - Google Patents

セラミツクス製品の欠陥評価方法

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JPS60135860A
JPS60135860A JP24373683A JP24373683A JPS60135860A JP S60135860 A JPS60135860 A JP S60135860A JP 24373683 A JP24373683 A JP 24373683A JP 24373683 A JP24373683 A JP 24373683A JP S60135860 A JPS60135860 A JP S60135860A
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JP
Japan
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energy
ceramic
ceramics
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elastic waves
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JP24373683A
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English (en)
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Yutaka Abe
豊 阿部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、セラミックス製品の欠陥評価方法をこ関する
[゛発明の技術的背景とその問題点〕 セラミ、クス製品は高温領域における高強度、高耐蝕性
および軽量である等の利点を有しており、近年のセラミ
、クス製品技術の発展に伴い各分野において金属製品と
置き換えることが研究されている。
しかし、一般に、セラミックスは金属に比較して脆性が
大きく微細な欠陥でも破壊の原因となるため、セラミッ
クス製品での潜在亀裂等の欠陥、特に破壊の芽となり易
い表面近傍の欠陥を非破壊的に検出・評価する評価方法
の確立が望まれている。
金属製品の分野では、このような欠陥評価方法として超
音波を入射し反射波により亀裂を検査する超音波パルス
法(以下UT法と略す)、応力を印加して発生する弾性
波により亀裂を検査するアコースティックエミッション
法(以下AE法と略す)等が用いられている。
しかしながら、このような金属製品に用いられている方
法をそのままセラミックス製品に適用することは、セラ
ミックス製品と金属製品との脆性や音響伝播特性等が大
きく異なるため困難な点が多い。
すなわち、金属製品にあける検査対象となる亀裂の寸法
は通常数mm程度、介−在物にあっては数百μm程度で
あるのに対し、セラミックス製品の検査対象となる亀裂
の寸法は数μm程度の微細な範囲のものまでとする必要
があり、また対象となるセラミックス製品は板状、円筒
状等の単純形状の他に、例えばターボチャージャーロー
タ等の複雑外形の一体成形品このような複雑外形の場合
、UT法では超音波力入反射特性が複雑となって、欠陥
の検□出は困難となり、UT法の適用は困難となる。
また、このように複雑外形になると機械的に応力を印加
することも容易ではなくなるため、機械的応力印加・こ
よるAE法の適用が困難となっていた。
〔発明の目的〕
本発明は、上記欠点を除去するためになされたもので、
焼結工程前あるいは複雑形状を有するセラミックス製品
についても欠陥の正確な評価が行なえるセラミ、クス製
品の欠陥評価方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明はAEエネルギー、すなわち亀裂の進展に伴ない
発生する弾性波のエネルギーがセラミックス製品につい
ての粒界微視亀裂の進展面積にほぼ比例することを用い
てなし得たものである。
即ち、本発明のセラミックス製品の欠陥評価方法はセラ
ミックスに熱応力を印加する工程と、このセラミックス
から放出される弾性波を検出する工程と、検出した弾性
波のAHエネルギー量に基づき欠陥を評価する工程とを
具備することを特徴とする方法である。
本発明においてセラミックス製品中の破壊の芽となる欠
陥の進展は、この熱応力を印加する工程にて生ずる。す
なわち熱応力印加によりセラミックス焼結体あるいは、
セラミックス成形体であるセラミックス製品の所望の表
面近傍の温度が急速に高くなるため、セラミックス製品
内部に引張り応力が生じ、この引張り応力により脆性の
大きいセラミックス製品に潜在する亀裂が進展するので
ある。したがって本発明に係る応力の印加は急速に行な
うことが好ましく、熱応力を衝撃的に印加することによ
り弾性波の発生を促進させることができる。
この熱応力はセラミックス焼結体あるいはセラミックス
成形体の所望の部分あるいは全体を赤外線集光装置、タ
ングステンランプ。
レーザー光線発生装置、誘導加熱装置等を用いて加熱す
ることにより印加することができる。
次に弾性波の検出は、AEセンサを直接または導波路を
介してセラミックス焼結体あるいはセラミックス成形体
に装着して、AEセンサにより行なうことができる。
次に本発明のセラミックス製品の欠陥評価方法において
欠陥を評価するAE工序ルギー量は通常、検出した弾性
波の振幅値の2乗値等で定義されるが、振幅値と立ち上
がり時間との積等で定義しても、または便宜上振幅値自
体で定義しても構わない。また欠陥の評価は単位時間内
に発生した弾性波の一事象あたりのAHエネルギー最大
値に基づいて行なっても、あるいは単位時間あたりのl
エネルギー量の合計すなわち、AEエイ・ルギー合計量
に基づいて行なっても、更には一事象当りのAElエネ
ルギー最大値AEエネルギー合計量とから行なってもよ
い。具体的には予め、所望の測定すべきセラミックス製
品と同様の組成2条件で製造したものについて破壊する
までの〜事象当りのAnエイ・ルギー最大値あルイは、
AHエネルギー合計量を測定しておき破壊寸前付近の上
記−事象当りのlエネルギー最大値あるいは、AEエイ
・ルギー合計量をAE工卑ルギー臨界値あるいはAEエ
ネルギー合計臨界値として設定し、これらの臨界値を超
えたときに測定したセラミックス製品は劣化していると
評価することができる。また、AEエネルギー臨界値あ
るいはAEエネルギー合計臨界値を数等分して劣化度と
して評価してもよい。
更にこの評価方法をセラミックス焼結体だけでなく、セ
ラミックス成形体に適用しても何ら差しつがえはない。
尚、セラミックス焼結体あるいはセラミ。
クス成形体内における熱応力σTの大きさは次式(1)
で算出される値で代表させることができる。
σT=KE △T/(1−ν)・・・・・曲(1)K:
熱膨張係数 E:ヤング率 シ:ボアッソン比 △T:温度差 またグリフイスモデルの亀裂を想定し、潜在亀裂長を2
8としたときの破壊応ヵσ目道次式(2)で与えられる
o f = Kx c / Y Xrjj−曲・(2)
KIC:破壊靭性値 Y :形状係数 従ってセラミ、クス焼結体あるいはセラミックス成形体
内部◆こ熱応力を印加する際の温度差△Tは、(1)、
(2)式より検出を望む潜在亀裂長2aに応して次式(
3)の範囲で選ぶことが望ましい。
ΔT6> Kic (i−v ) /YKE 曲−−−
−−(3)〔発明の実施例〕 以下本発明の実施例について説明する。
実施例 ポリスチレン系樹脂バインダー100重量部当たり40
0重量部の843 N4粉末を均一に混練りした組成物
により、燃焼副室を射出成形し、これをN2雰囲気下で
5°C/時間にて零500 ’Cまで加熱昇温して脱脂
し、次に焼結し、第1図で示すような燃焼副室状セラミ
クス焼結体(1)を製造した。
次にこの燃焼副室状セラミックス焼結体(1)を第1図
にブロック図で示す非破壊検査装置台こセットし、弾性
波を測定した。
第1図に示す実施例では、熱応力印加装置としてタング
ステンランプ(2)を用い、このタングステンランプ(
2)内の焦点に位置するように燃焼副室状セラミックス
焼結体(1)を配置する。この燃焼副室状セラミックス
焼結体(1)は8i3N4からなる導波路(3)にシリ
コーン油膜等を介して装着され、この導波路(3)の端
部に配置されたAHセンサ(4)によりAEが検出され
る。このAEセンサ(4)かラノ信号は増幅器(5)、
検波器(6)を経てディスクリミネータ(7)に至りノ
イズが除去され、AE信号処理装置(8)で処理されて
、これが記録計(9)により記録され、評価器(1o)
により欠陥が評価されてプリンタ(11)から出方され
る。
この実施例において増幅器(5)は、プリアンプ(5a
) 、フィルタ(5す、メインアンプ(5C)からなり
、lセンサ(4)からの信号はプリアンプ(5a) 、
フィルタ(5b)、メインアンプ(5C)を経て検波器
(6)に大刀される。
また実施例においてディスクリミネータ(7)は、しき
い値Ep=10−3Vでノイズを除去する。
またAE信号処理(8)はAEエイ・ルギー算出器(8
a) 、最大値検出器(3b) 、 Anエネルギー積
算器(8c) 、 AEカウンタ(8d)がらなり、A
[エネルギー算出器(8a)で−事象あたりのADエイ
・ルギ−が算出され、最大値検出器(8b)で単位時間
内に発生した弾性波の一事象当りのlエイ・ルギー最大
値EMAXが検出されると同時に、AEエネルギー積算
器(8c)で単位時間あたりのAEエイ・ルギー合計量
PJSMAXが計算される。尚、AEカウンタ、−(8
d)は弾性波の数をめるものである。
以上のようにして△T = 500 Kとしてあらかじ
め、測定すべき目的の燃焼副室状セラミ7クス焼結体(
1)と同様のものについて測定し、AEエネルギー臨界
値ECRおよびAHエイ・ルギー合計臨界値H8CRを
それぞれ5 X 10−’ V2゜20 X 1O−6
V2と設定した後、目的の燃焼副室状セラミックス焼結
体(1)についての欠陥を測定評価した。この評価は測
定により得られたー事象あたりのAnエイ・ルギー最大
値EMAXがA11tエイ・ルギー臨界値ECRを超え
た場合あるいは、単位時間あたりのAEエネルギー合計
量ESMAXがlエネルギー合計臨界値E8CRを超え
た場合を1危険」と判断した。この実施例1の方法を3
00個の燃焼副室状セラミックス焼結体(1)について
行なった。その結果、「危険」と評価された燃焼副室状
セラミックス焼結体(1)は47個で実際に試験的に使
用した場合45個が一定期間以内で破断した。
これに対し1危険」と評価させなかった燃焼副室状セラ
ミックス焼結体(1)の253個のうち一定期間以内で
破断したものは4個と極め【少なかった。
このようにして実施例1のセラミックス製品の欠陥評価
方法は、正確に欠陥を評価することかできた。その理由
は次のように考えられる。すなわち、欠陥の進んだセラ
ミックス製品から得られる弾性波には、第2図に示され
るようにEMAX > ECRのような一事象あたりの
lエイ・ルキーの大きなもののほか瘉こ、第3図にボさ
れるように、DMAX < ECRではあるか単位時間
あたりに発生する比較的大きな弾性波が多いため、第4
図に示すように単位時間あたりのAEエイ・ルギー合計
量H8MAXはEscnより大きくなるものがある。し
たがって、これらの2つの評価因子の論理和で評価する
ことにより極めて精度よく欠陥を評価することができる
と考λられる。
ただし、欠陥の進展度合と一事象あたりのAEエイ・ル
ギー最大値あるいは、単位時間あたりのAEエネルギー
合計量とは共に強い相関関係があるため、いずれか1つ
の評価因子で評価してもかなり精度よく欠陥を評価する
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明のセラミックス製品の欠陥評価方法によれば、複
雑形状を有するものについてもセラミックス焼結体ある
いは、セラミックス成形体の欠陥を機械的応力を加えず
精度よく評価することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は実施例を示すもので、第1図は実施例のブロック
図、第2図および第3図は欠陥の進展したセラミックス
製品の弾性波を示す図、第4図は単位時間あたりのlエ
イ・ルギー合計量を示す図である。 1:燃焼副室状セラミックス焼結体、2:タングステン
ランプ、4:AEセンサ、 8 : AE信号処理装置
、10:評価器。 (7317) 代理人 弁理士 則近憲佑(ほか1名)
第 1 図 躬 2 図 第 3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 セラミックスに熱応力を印、加する工程と、この
    セラミックスから放出される弾性波を検出する工程と、
    検出した弾性波のAEエネルギ−9:に基づき欠陥を評
    価する」:程とを具備することを特徴とするセラミ2.
    クス製品の欠陥評価方法。 2、欠陥を評価する工程が検出した弾性波の一事象あた
    りのAEエイ・ルギー最大値に基づき評価するものであ
    る特許請求の範囲第1項記載のセラミックス製品の欠陥
    評価方法。 3、欠陥を評価する工程が検出した弾性波の単位時間あ
    たりのADエネルギー合計量に基づき評価するものであ
    る特許請求の範囲第1項記載のセラミックス製品の欠陥
    評価方法。 4、欠陥を評価する工程が検出した弾性波の〜事象あた
    りのAEエイ・ルギー最大値と、単位時間あたりのA、
    Eエイ・ルキー合計量に基づき評価するものである特許
    請求の範囲第1項記載のセラミ、クス製品の欠陥評価方
    法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62179661A (ja) * 1986-02-04 1987-08-06 Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd アコ−ステイツクエミツシヨン用センサ−
JPS62187247A (ja) * 1986-02-14 1987-08-15 Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd アコ−ステイツクエミツシヨンセンサ−用導波棒の取付構造
JP2016079500A (ja) * 2014-10-15 2016-05-16 新日鐵住金株式会社 還元粉化を評価するための測定装置および測定方法
JP2019173051A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 日本製鉄株式会社 還元粉化性管理装置、還元粉化性管理プログラム、及び還元粉化性管理方法

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