5217957714

4

METODY BADAŃ

Dr inż. MICHAŁ SUŁKOWSKI

Przedsiębiorstwo Materiałów Ogniotrwałych S.A. w Krakowie

Ultradźwiękowe badania niewypalanych materiałów ogniotrwałych

Podstawowe metody badań materiałów ogniotrwałych odnoszą się głównie do materiałów wypalanych. Własności materiałów niewypalanych, a więc: chemicznie wiązanych, wiązanych żywicą czy prefabrykatów betonowych, mogą być porównywane i oceniane po spełnieniu dodatkowych warunków, np. wytrzymałość mechaniczną określa się zwykle po obróbce termicznej trudnej do odtworzenia w warunkach innych laboratoriów. Do oceny spoistości materiałów niewypalanych, zarówno prefabrykatów przed wypalaniem jak i wyrobów zabudowywanych bez wypalania można stosować metodę nieniszczącą jaką jest pomiar prędkości ultradźwiękowej fali podłużnej o zakresie częstotliwości 40-500 kHz. Zakres długości fali przydatnej do tego typu pomiarów został ustalony we wcześniejszych badaniach [1] i jest zależny od długości drogi ultradźwiękowej fali podłużnej w próbce. Dla wielu rodzajów materiałów, np. MgO-C wiązanych żywicą jest wymagane stosowanie częstotliwości 40-60 kHz ponieważ tylko takie fale mogą skutecznie penetrować materiał na drodze >500 mm. Do pomiarów o dużej dokładności na próbkach 50 mm stosuje się fale o częstotliwości >500 kHz.

Zastosowanie przez producentów i użytkowników metod

a

ultradźwiękowych do badania materiałów ogniotrwałych, kontroli ich własności, zostało zapoczątkowane w latach 60. [2-6]. Określano korelacje dla różnych typów materiałów ogniotrwałych wiążące prędkość rozchodzenia się podłużnych fal ultradźwiękowych z gęstością pozorną lub porowatością otwartą [7-9], z wytrzymałością na ściskanie lub zginanie [3, 7-12]. Z powodzeniem zastosowano metody ultradźwiękowe do oceny przebiegu procesów technologicznych zachodzących podczas suszenia formowanych materiałów ogniotrwałych [10], hydratacji i wiązania betonów ogniotrwałych [13], a także znaleziono związek prędkości fal ultradźwiękowych z temperaturą spiekania [9]. Impulsową metodę ultradźwiękową zastosowano do wykrywania rozwarstwień i spękań w szczególnie odpowiedzialnych kształtkach jakimi są płyty zamknięć suwakowych, rury osłonowe, itp. [14, 15], a także zastosowano do kontroli jednorodności niespiekanej i spiekanej kształtki szamotowej i krzemionkowej [16]. Nowe możliwości urządzeń zwiększają zakres zastosowań tej metody [17, 18], nadal istnieje wiele aplikacji z wykorzystaniem pro

stej i wypróbowanej aparatury pod warunkiem prawidłowej interpretacji wyników pomiarowych.

Możliwości wykorzystańia metod ultradźwiękowych w badaniach materiałów ogniotrwałych - materiałów porowatych, gruboziarnistych, anizotropowych - są uzależnione od możliwości aparaturowych. Aparat ultradźwiękowy musi posiadać przede wszystkim przetworniki ultradźwiękowe o niskiej częstotliwości (30-500 kHz), duże wzmocnienie impulsu i dobrą dokładność pomiaru czasu przejścia fali ultradźwiękowej.

Zastosowania metod ultradźwiękowych w technologii materiałów ogniotrwałych

*

Za pomocą pomiarów prędkości przechodzenia fali ultradźwiękowej można wyznaczać bezpośrednio własności mechaniczne (moduł Younga, liczba Poissona), wykrywać defekty mikrostruktury lub po wyznaczeniu korelacji, określać własności związane z własnościami ultradźwiękowymi:

. wytrzymałość na zginanie i na ściskanie, porowatość, osłabienie materiału po Szokach termicznych.

t

Badania prędkości przechodzenia fali ultradźwiękowej mają różnorodne praktyczne zastosowania w technologii materiałów ogniotrwałych:

badania mikrostruktury

•    wykrywanie wad wewnętrznych,    ¹

•    rozwarstwień,

. pęknięć,

•    niejednorodności i anizotropii obszarów o zwiększonej porowatości lub zagęszczeniu,

badania jakości

•    stabilności i powtarzalności warunków technologicznych,

•    oszacowanie porowatości i wytrzymałości z wcześniej ustalonych korelacji,

•    oszacowanie częstotliwości pobierania próbek do badań jakości produkcji,

badania międzyoperacyjne - ocena poszczególnych etapów procesu technologicznego

•    prasowania,

•    suszenia (utwardzania),

•    spiekania,

12 Ceramika - Materiały Ogniotrwałe nr 1/98