一、前沿

    作為現(xiàn)代材料三大支柱之一的蜂窩陶瓷，由于其特殊的物理化學(xué)性能而在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是，由于各種人為的或自然的原因，蜂窩陶瓷在制造或使用過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的缺陷，這些缺陷的存在或多或少地影響了蜂窩陶瓷的使用性能，限制了蜂窩陶瓷的推廣應(yīng)用，有些甚至?xí)a(chǎn)生災(zāi)難性后果，即使是常規(guī)的蜂窩陶瓷產(chǎn)品也有缺陷的存在，尤其是表面缺陷的存在，這樣嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和等級(jí)。

    在現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)中，生產(chǎn)過(guò)程逐漸自動(dòng)化，這也要求連續(xù)快速地檢測(cè)產(chǎn)品。目前，蜂窩陶瓷工業(yè)中（尤其是RTO蜂窩陶瓷），多采用人眼觀(guān)察和敲擊聽(tīng)聲音法判斷制品中有無(wú)缺陷存在。這與現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相適應(yīng)，有必要研究一種與之相適應(yīng)的新的無(wú)損檢測(cè)方法。

    所謂無(wú)損檢測(cè)（NDT），顧名思義，是在不損傷（不破壞）材料和制品的情況下研究材料內(nèi)部及表面有無(wú)缺陷的手段，也就是說(shuō)，它利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異?；蛉毕莸拇嬖诘纫鸬膶?duì)聲、光、電、磁、熱、射線(xiàn)等的反應(yīng)特性的變化，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)異常和缺陷存在及其程度。無(wú)損檢測(cè)的主要目的：一是產(chǎn)品質(zhì)量管理，二是產(chǎn)品質(zhì)量鑒定，三是設(shè)備維護(hù)檢測(cè)。

二、蜂窩陶瓷的缺陷

    蜂窩陶瓷的無(wú)損檢測(cè)一般分為缺陷檢測(cè)和變形檢測(cè)，本文主要就缺陷檢測(cè)展開(kāi)討論。

    蜂窩陶瓷是一種典型的脆性材料，且楊氏模量一般較高，即使徽小的缺陷或輕虛應(yīng)變也會(huì)導(dǎo)致極大的機(jī)械應(yīng)力．迅速引起破壞，在外表面附近尤其如此。從而要求檢出的缺陷的實(shí)際尺寸要比金屬或復(fù)臺(tái)材料小l-2個(gè)數(shù)量級(jí)。

作為檢測(cè)對(duì)象的缺陷可分為：

    1、主要在制造過(guò)程中引入的內(nèi)部缺陷和表面缺陷，如表面和內(nèi)部裂紋、表面落渣及縮軸、表面和內(nèi)部氣孔等。其中表面缺陷的危害性{zd0}，不僅影響到制品的機(jī)械性能和物理化學(xué)性能，而且影響到制品的外觀(guān)質(zhì)量。

    2、主要在機(jī)械加工及處理過(guò)程中引入的表面缺陷，如表面裂紋和表面缺邊、缺角等。

   3、制品使用（提供使用）中或由環(huán)境產(chǎn)生的缺陷。這些缺陷中，裂紋類(lèi)缺陷（內(nèi)部或表面裂紋）對(duì)材料機(jī)械性能影響{zd0}，也是蜂窩陶瓷中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。內(nèi)部氣孔、夾層等也是蜂窩陶瓷中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。

三、國(guó)內(nèi)外蜂窩陶瓷的無(wú)損檢測(cè)方法

    目前，國(guó)內(nèi)外蜂窩陶瓷的無(wú)損檢測(cè)的方法歸納起來(lái)，主要有：

1、超聲波撿測(cè)（UT法）

    超聲波檢測(cè)是通過(guò)測(cè)定反射披變化以達(dá)到檢測(cè)材料內(nèi)部或表面是否存在缺陷的目的。這種方法特別適用于揭示被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部的面積型缺陷，如裂紋、分層等。一般情況下難以檢測(cè)出一百微米以下的裂紋狀內(nèi)部缺陷。

2、射線(xiàn)撿測(cè)

    射線(xiàn)檢測(cè)是利用射線(xiàn)對(duì)各種物質(zhì)的穿透力來(lái)檢測(cè)物質(zhì)內(nèi)部缺陷的一種方法，它適用于探測(cè)體積型缺陷，如氣孔、夾渣等。射線(xiàn)檢測(cè)包括：X射線(xiàn)檢測(cè)、γ射線(xiàn)檢測(cè)、中子射線(xiàn)檢測(cè)、α射線(xiàn)檢測(cè)、β射線(xiàn)檢測(cè)等。目前在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最廣的是X射線(xiàn)檢測(cè)法和γ射線(xiàn)檢測(cè)法。為了提高檢測(cè)精度，射線(xiàn)檢測(cè)一般都與其它技術(shù)手段配合使用。X射線(xiàn)可探查出750um以上的內(nèi)部裂痕，有經(jīng)驗(yàn)的人員可查出150um的內(nèi)部缺陷。

3．滲透檢測(cè)

    又稱(chēng)液體滲透探傷法。它是一種古老的無(wú)損探傷方法，也是目前常規(guī)無(wú)損檢測(cè)常用的方法，主要用來(lái)檢查材料或工件表面開(kāi)口性缺陷。這種檢測(cè)是利用液體的某些特性，并借助這些特性對(duì)材料表面缺陷進(jìn)行良好的滲透．當(dāng)顯像液噴灑在工件表面時(shí)，殘留在缺陷內(nèi)的滲透液又會(huì)被吸出來(lái)．形成缺陷痕跡從而達(dá)到探傷目的。液體滲透檢測(cè)一般限于150um以上的表面裂痕。

    以上三種檢測(cè)方法是傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)方法。近年來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，新的無(wú)損檢測(cè)方法不斷出現(xiàn)，尤其是超聲檢測(cè)和射線(xiàn)檢測(cè)方法與其它技術(shù)的結(jié)合，大大推動(dòng)了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。主要新型檢測(cè)方法介紹如下：

4、計(jì)算機(jī)輔助超聲檢測(cè)

    這種檢測(cè)技術(shù)在日本己用來(lái)探測(cè)蜂窩陶瓷燃燒室內(nèi)的缺陷。它是全系統(tǒng)自動(dòng)操作，檢測(cè)頻率由計(jì)算機(jī)控制，能檢測(cè)出直徑在五十微米以上的缺陷。

5、計(jì)算機(jī)輔助X射線(xiàn)斷層攝影

    CT技術(shù)也被引入蜂窩陶瓷制品的檢測(cè)領(lǐng)域，如1987年加拿大原子能公司使用CT系統(tǒng)，檢測(cè)ZrO2、SiC、A12O3等的高級(jí)蜂窩陶瓷，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)l0到100um的缺陷和極其微小的密度分布。美國(guó)的Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用CT檢測(cè)燃料電池使用的厚度僅為50um的陶瓷薄片中的裂紋、間隙和假焊點(diǎn)。1988年，該實(shí)驗(yàn)室還使用25-200kV的X射線(xiàn)CT系統(tǒng)檢測(cè)SiC纖維復(fù)合材料中的間隙和纖雛方向。目前應(yīng)用的X射線(xiàn)層析法（CT法）可形成斷層照片，已可檢測(cè)出三十微米的裂紋開(kāi)口，最小可探測(cè)出十微米的裂紋開(kāi)口和0.025‰的體密度差。但這種檢測(cè)方法對(duì)裂紋開(kāi)口量小的平面裂紋的檢測(cè)靈敏度不夠，據(jù)說(shuō)可檢測(cè)的板狀裂紋尺寸為三百微米至四百微米之間，而且這種設(shè)備的價(jià)格非常昂貴。

6、超聲波顯微鏡法

    使l0O-1000MHz的超聲波在試樣表層上反射、散射，由檢測(cè)、分析這種超聲波，可定量得到接近一微米的高分辨率。因?yàn)楦哳l超聲波衰減大，這種方法僅適于檢測(cè)表皮下的缺陷。目前以檢測(cè)表皮數(shù)十微米的缺陷為限度，并且難以適用于蜂窩陶瓷的檢測(cè)，就目前而言，人們期待這種方法作為實(shí)驗(yàn)室中的蜂窩陶瓷研究方法。

7、激光掃描超聲波顯微鏡法（SLAM法）

    由作為非接觸傳感器的激光入射介質(zhì)，把傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的超聲波信息變?yōu)榭梢曅畔?。這樣的超聲波顯徽鏡是一種新型超聲波顯徽鏡?，F(xiàn)在，常用頻率為100MHz，據(jù)說(shuō)其圖象分辨率為十五微米，作為蜂窩陶瓷的評(píng)價(jià)技術(shù)其有效性不斷得到證實(shí)。特別是具有可用內(nèi)眼進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察的特性，與X射線(xiàn)相比，可檢測(cè)平面缺陷，且有可能辨別夾雜物、氣孔、點(diǎn)狀平面缺陷，但操作不方便且難以適用于實(shí)際構(gòu)件。

8、同步顯微聚焦X射線(xiàn)ts

    這種系統(tǒng)用視頻探查設(shè)備代替底片來(lái)顯示蜂窩陶瓷的X射線(xiàn)成像。同步系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)整X射線(xiàn)的能量來(lái)匹配目標(biāo)對(duì)象的傳輸，工作人員可以調(diào)整發(fā)射源的電壓使接受探查的區(qū)域的視圖{zj0}化，裂痕以“亮點(diǎn)/暗點(diǎn)”顯示，大大提高了識(shí)別的可靠性，這種方法對(duì)于探查臨界區(qū)域的裂痕是比較理想的。

9、聲發(fā)射（AE）

    聲發(fā)射技木檢測(cè)伴隨著固體的變形、相變、斷裂面產(chǎn)生的彈性波，這種技木具有下列特征：可檢測(cè)微裂紋，能測(cè)定裂紋的位置，并適用于復(fù)雜形狀的蜂窩陶瓷，由分析原波形可得到微裂紋的面積、開(kāi)裂時(shí)間的定量數(shù)據(jù)等。正因?yàn)槁暟l(fā)射檢測(cè)具有以上這些優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)發(fā)展很快，是一種很有前途的檢測(cè)方法。據(jù)說(shuō)由通常的聲發(fā)射測(cè)定可檢測(cè)出一至五徽米的微裂紋，但到目前這種檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展還不成熟。

10、表面聲波技術(shù)（SAW）

    這種技術(shù)是利用激光束所產(chǎn)生的超聲波在被檢測(cè)物體內(nèi)的傳播性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的。遇到缺陷時(shí)，超聲波產(chǎn)生更高的振幅位移，振幅的這種起伏可以由激光干涉儀探測(cè)。這種檢測(cè)技術(shù)離實(shí)用還有很大距離。

11、熱波成像技術(shù)

    它利用零部件的傳熱特性來(lái)診斷探查表面斷裂和接近于表面的缺陷。用聚焦光或電子束這類(lèi)可調(diào)制光源局部地加熱表面，再利用光學(xué)或聲學(xué)手段非接觸地測(cè)量對(duì)表面溫度的影響，由此來(lái)判斷缺陷存在情況。這種系統(tǒng)對(duì)小裂痕的敏感性是很好的。廣義地說(shuō)，紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也屬于熱波成像技術(shù)。人們已使用這種技術(shù)來(lái)檢測(cè)柴油機(jī)活塞上陶瓷防熱涂層的粘附力，并拍攝了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞陶瓷防熱層表面以下剝離層的三維熱波圖象。

12、光學(xué)顯微鏡

    又稱(chēng)光聲成像法。使10到數(shù)MHz的激光在蜂窩陶瓷表面上聚焦且掃描，由吸收激光而產(chǎn)生熱量，這種熱量在低頻范圍內(nèi)作為氣體壓力的變化可由微音器檢測(cè)，在高頻范圍內(nèi)作為熱形變波由鋯鈦酸鉛（PTZ）檢測(cè)。目前的報(bào)道實(shí)例尚不多．但據(jù)說(shuō)已由光音響圖象觀(guān)測(cè)了氮化硅（Si3N4）等試樣表面的微米級(jí)缺陷及不均勻部分。盡管距實(shí)用還有距離，但人們對(duì)由此檢測(cè)固體中缺陷的立體分布寄予較大希望。

    到目前為止，蜂窩陶瓷檢測(cè)所用的方法，除了人工檢測(cè)以外，基本上就這十二種。歸納起來(lái)可以分為兩類(lèi)，內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)法和表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)。