Применение рентгеновской радиографии для анализа порового пространства в волластонитовой керамике
Рентгеновская радиография или радиоскопия - один из методов неразрушающего исследования материалов. Керамика - полиструктурная система, вынуждающая рассматривать сформировавшееся в процессе спекания поровое пространство на разных уровнях организации.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.11.2018 |
| Размер файла | 232,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Керамика, являясь полиструктурной системой, вынуждает рассматривать сформировавшееся в процессе спекания поровое пространство на разных уровнях ее организации, в соответствии с иерархией структурных уровней. На мезоуровне оно обычно определяется пористостью и размером пор. Более детально поровое пространство описывают [1] форма, коэффициент извилистости и удельная поверхность пор. Использование методов стереологии для реконструирования порового пространства волластонитовой керамики и оценки его характеристик оказалось малопригодным вследствие слабого фазового контраста между аморфной стеклофазой и другими фазами, анизотропии зерен волластонита, сложности получения плоского шлифа пористого материала и непредставительности выбранного сечения. Кроме того, в процессе исследования образец необратимо разрушался.
Одним из методов неразрушающего исследования материалов является рентгеновская радиография или радиоскопия [2], применение которого для керамических материалов позволяет определять плотность образца и ее градиент вдоль выбранного направления, а также площади пор и трещин [3-4]. В данной работе предлагается неразрушающий метод, позволяющий с помощью рентгеновской радиографии, реконструировать строение порового пространства пористой керамики.
Принципиальная схема метода представлена на рис. 1. Источником рентгеновского излучения для контактной съемки образцов служит рентгеновская трубка 1БПВ1-60. Угол расходимости рентгеновского пучка составляет 2-2,5. Для регистрации прошедшего излучения используется рентгеновская фотопленка.
Рис. 1. Схема контактной съемки: 1 - рентгеновская трубка; 2 - защитный кожух; 3 - образец; 4 - рентгеновская фотопленка
керамика рентгеновский радиография полиструктурный
При взаимодействии рентгеновского излучения с веществом происходит ослабление интенсивности за счет так называемого истинного, или фотоэлектрического, поглощения и за счет рассеяния [5]:
, (1)
где I, I0 - интенсивность прошедшего и падающего излучения, - линейный коэффициент ослабления, - массовый коэффициент ослабления, - плотность образцов.
Вследствие того, что рентгеновское излучение не может быть сфокусировано, изменение оптической плотности создается лишь первичным, а не рассеянным излучением, поэтому радиационное изображение является теневой проекцией просвечиваемого образца, основными параметрами качества которого являются собственная нерезкость пленки Uв, геометрическая нерезкость Uг, нерезкость рассеяния Uр, разрешающая способность метода [5-6]. Общая нерезкость U находится по формуле:
(2)
и равна U=54-56 мкм.
При наличии пор в образце прошедшее излучение становится неоднородным. Линейный коэффициент поглощения k (рис. 2, 3) рассчитывается по формуле [5-6]:
, (3)
где h - толщина образца.
Рис. 2. Распределение линейного коэффициента поглощения k по сечению образца (20% кварцевого стекла) в зависимости от условий спекания: а) 1150 С, =0 час., б) 1150 С, =3 час., в) 1050 С, =0 час
Рис. 3. Распределение линейного коэффициента поглощения k по сечению образца (20% шамота) в зависимости от условий спекания: а) 1150 С, =0 час., б) 1150 С, =3 час., в) 1050 С, =0 час
При введении 20% кварцевого стекла формируется однородная структура, рост структурных неоднородностей наблюдается при длительной выдержке при максимальной температуре обжига ( = 3 час.) (рис. 2). Для кварцевого стекла увеличение времени выдержки при температуре обжига оказывает большее влияние на линейный коэффициент поглощения (k падает на 43%), чем рост температуры (k возрастает на 13%) (табл. 1).
При добавке 20-30% шамота средний линейный коэффициент поглощения <k> не зависит от условий термической обработки и лежит в диапазоне 320-370 м-1 (рис. 3.). В отличие от образцов с кварцевым стеклом рост температуры обжига оказывает большее влияние на линейный коэффициент поглощения (k падает на 30%), чем увеличение времени выдержки (k уменьшается на 15%). Усиление термического воздействия на спекаемую пористую керамику сопровождается укрупнением неоднородностей структуры.
Табл. 1. Средние линейные коэффициенты поглощения k, м-1
|
Состав образцов, масс. % |
Режим обжига |
||||||
|
Волластонит |
Наполнители |
1150 С, =0 час. |
1150 С, =3 час. |
1050 С, =3 час. |
|||
|
Кварц. песок |
Кварц. стекло |
Шамот |
|||||
|
50 |
30 |
- |
- |
410 |
330 |
360 |
|
|
60 |
20 |
- |
- |
570 |
410 |
320 |
|
|
70 |
10 |
- |
- |
390 |
300 |
460 |
|
|
60 |
- |
20 |
- |
540 |
310 |
270 |
|
|
50 |
- |
- |
30 |
370 |
330 |
320 |
|
|
60 |
- |
- |
20 |
370 |
340 |
350 |
|
|
70 |
- |
- |
10 |
390 |
330 |
470 |
Объединение распределений линейных коэффициентов поглощения k для множества параллельных сечений образца дает распределение линейного коэффициента поглощения k по поверхности (рис. 4).
Рис. 4. Распределение линейного коэффициента поглощения k,м-1 на поверхности образца размером 5 мм х 10 мм.
Зная общую пористость образцов Побщ и средний линейный коэффициент поглощения <k>, можно рассчитать суммарную толщину hск керамического скелета, ослабляющего рентгеновское излучение:
,(4)
где h - толщина пористого образца, k - линейный коэффициент поглощения в выбранном направлении.
Суммарная толщина hпор всех пор равна
.(5)
По экспериментальному значению среднего размера пор d, рассчитывается количество пор n в данном направлении сечения образца:
.(6)
На сетке размером nобщ х m, где m - число измерений оптической плотности в плоскости случайно выбранного сечения образца, , по формулам (4)-(6) рассчитывается количество пор n в каждом столбце. Далее в каждом столбце методом Монте-Карло n пор случайно раскидываются среди nобщ ячеек, при этом часть пор, равная обязательно сообщается с порами соседнего столбца. Результаты вычислений представлены на рис. 5.
Рис. 5. Сечения образцов пористой волластонитовой керамики с кварцевым песком (а) и с шамотом (б)
Таким образом, предложенная методика позволяет с помощью рентгеновской радиографии реконструировать строение порового пространства волластонитовой керамики.
Литература
1. Пористые проницаемые материалы. /Под ред С.В. Белова. М.: Металлургия. 1987, 385 с.
2. И.Н. Ермолов, Ю.Я. Останин. Методы и средства неразрушающего контроля качества. М.: Высш. шк. 1988, 368 с.
3. В.А. Гущин, М.Р. Коган, Г.А. Шурухт. Экспериментальное определение интегрального эффективного коэффициента поглощения рентгеновского излучения при рентгенометрическом контроле градиента плотности. Дефектоскопия. 1988, №1, С.67-70.
4. С.И. Шевцова, А.Т. Козакова, В.А. Демьянченко. Применение рентгеноспектрального микроанализа для оценки площади поверхности материала, занятой микротрещинами и порами. Дефектоскопия. 1990, №1, С.53-57.
5. С.В. Румянцев. Радиационная дефектоскопия. М.: Атомиздат. 1974, 512 с.
6. С.В. Румянцев, А.С. Штань, В.А. Гольцев. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М.: Энергоатомиздат. 1982, 240 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование метода промышленной радиографии. Анализ физической основы нейтронной и протонной радиографии. Контроль с помощью позитронов. Средства радиоскопии сварных соединений и изделий. Разработка установки для контроля кольцевых сварных швов труб.
курсовая работа [111,4 K], добавлен 10.01.2015Технология различных видов корундовой керамики. Влияние внешнего давления и добавок на температуру спекания керамики. Физико-механические и физические свойства керамики на основе диоксида циркония. Состав полимерной глины Premo Sculpey, ее запекание.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.05.2015Спиновые токи в структурах GaAs/Fe. Применение оксида магния. Методы рентгеновского рассеяния и рентгеновской рефлектометрии. Измерение индикатрис рассеяния и кривых отражения. Исследование туннельных барьеров MgO. Исследование структур GaAs/MgO/Fe.
монография [1,4 M], добавлен 22.01.2016Основные закономерности и процессы спекания оксидов. Влияние чистоты сырья и добавок на свойства Al2O3 керамики. Исследование влияния эффекта саморазогрева корундоциркониевой композиции в электромагнитном поле СВЧ на структуру и свойства материала.
дипломная работа [190,3 K], добавлен 02.03.2012Методы и средства неразрушающего теплофизического контроля полимерных покрытий на металлических основаниях. Свойства материалов, применяемых для изготовления полимерно-металлических изделий. Имитационное исследование метода неразрушающего контроля.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 25.06.2017Определение понятия неразрушающего контроля качества в металлургии. Изучение дефектов металлов, их видов и возможных последствий. Ознакомление с основными методами неразрушающего контроля качества материалов и продукции с разрушением и без разрушения.
реферат [185,0 K], добавлен 28.09.2014Керамика: изделия и материалы, получаемые спеканием. Распространение оксидной керамики на основе природных минералов и синтетических оксидов металлов. Виды, состав и свойства стекла. Применение силикатного стекла в быту и различных областях техники.
презентация [265,7 K], добавлен 04.03.2010Понятие и характеристика методов неразрушающего контроля при проведении мониторинга технического состояния изделий, их разновидности и отличительные черты. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений, определение их эффективности.
курсовая работа [588,2 K], добавлен 14.04.2009Поровое пространство нефтесодержащих пород. Процесс образования менисков на разделах фаз. Условия перемещения столбика нефти в цилиндрическом капилляре, заполненном и смоченном водой. Общий вид схемы деформации капли нефти при её сдвиге в капилляре.
презентация [1,8 M], добавлен 16.10.2013Исторические сведения о возникновении керамики, область ее применения. Современные технологии керамических материалов. Производство керамических материалов, изделий в Казахстане, СНГ и за рубежом. Производство и применение стеновых и облицовочных изделий.
курсовая работа [134,7 K], добавлен 06.06.2014Характеристика оптических и механических свойств поликристаллических материалов. Изучение понятия, типов, технологий изготовления неорганического стекла. Ознакомление с масштабами производства керамики, определение перспективных направлений ее применения.
контрольная работа [28,7 K], добавлен 07.07.2010Общая характеристика и ценные свойства алюминия. Применение алюминия и его сплавов в разных отраслях промышленности. Основные современные способы производства алюминия. Производство глинозема: метод Байера и способ спекания. Рафинирование алюминия.
реферат [35,0 K], добавлен 31.05.2010Керамика на основе ZrO2: структура и механические свойства. Керамика на основе ультрадисперсных порошков. Технология получения керамических материалов. Метод акустической эмиссии. Структура, фазовый состав и механические свойства керамики ZrO2.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 04.08.2012Процессы изготовления керамических материалов. Методы получения порошков. Корундовые керамики модифицированные соединениями хрома. Содержание порошка в образцах керамики на основе глинозема, термограмма. Особенности измерения микротвердости образцов.
курсовая работа [818,9 K], добавлен 30.05.2013Исследование истории изготовления стекла и методов работы с ним. Изучение современной технологии спекания частей будущей стеклянной композиции в печах, под воздействием высоких температур. Фьюзинг в домашних условиях. Формование стеклянного изделия.
реферат [252,3 K], добавлен 22.10.2013Получение керамики из промышленного глинозема с добавками ультрадисперсных порошков оксида алюминия и диоксида циркония методами холодного прессования и спекания в вакууме и терморазложения солей; исследование структуры и свойств корундовых керамик.
дипломная работа [934,2 K], добавлен 03.10.2011Требования к качеству заданной марки стали. Порядок завалки шихтовых материалов. Расчет основных геометрических размеров рабочего пространства. Проектирование строения подины, выбор конструкции и материалов стен и свода. Эскиз рабочего пространства печи.
курсовая работа [209,6 K], добавлен 23.02.2014Высокопрочные керамики на основе оксидов - перспективные материалы конструкционного и инструментального назначения. Свойства оксидов цинка и меди. Допированные керамики. Основы порошковой металлургии. Технология спекания. Характеристика оборудования.
курсовая работа [923,2 K], добавлен 19.09.2012Реализация процессного подхода к организации неразрушающего контроля (НК) изделий в машиностроении. Совершенствование системы НК на примере предприятия ОАО "Тяжпромарматура": основные виды и характеристики дефектов, факторы, влияющие на качество НК.
магистерская работа [110,0 K], добавлен 26.11.2010Классификация композитов - искусственно созданных неоднородных сплошных материалов, состоящих из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. Схема методов для получения магнитных гидрогелей. Применение магнитополимерных материалов.
реферат [6,0 M], добавлен 07.10.2015
