Матеріал для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів

1. Матеріал для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів, що містить епоксидну смолу, порошковий наповнювач та отверджувач, який відрізняється тим, що як порошковий наповнювач використаний композиційний матеріал, який містить суміш порошків карбіду тугоплавкого металу та нікеліду титану при наступному вмісті компонентів, мас. %: порошок карбіду тугоплавкого металу 70,0-52,0 порошок нікеліду титан у 20,0-40,0, а компоненти матеріалу взяті у наступному співвідношенні, мас. %: порошковий наповнювач 90,0-92,0 епоксидна смола 7,2-9,0 отверджувач 0,8-1,0. 2. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як карбід тугоплавкого металу він містить карбід вольфраму. UA (21) a200705140 (22) 11.05.2007 (24) 10.10.2008 (46) 10.10.2008, Бюл.№ 19, 2008 р. (72) ДЕВІН ЛЕОНІД МИКОЛАЙОВИЧ, U A, НЕДОСЄКА АН АТОЛІЙ ЯКОВИЧ, UA, СТАХНІВ МИКОЛА ЄВСТАХІЙОВИЧ, U A, ЯРЕМЕНКО МИ ХАЙЛО АНДРІЙОВИЧ, UA, НІМЧЕНКО ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, UA (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, UA, ДЕВІН ЛЕОНІД МИКОЛАЙОВИЧ, U A, НЕДОСЄКА АН АТОЛІЙ ЯКОВИЧ, UA, СТАХНІВ МИКОЛА ЄВСТАХІЙОВИЧ, UA, ЯРЕМЕНКО МИ ХАЙЛО АНДРІЙОВИЧ, U A, НІМЧЕНКО ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, UA (56) SU 1651663, 30.12.1994 SU 352211, 11.10.1972 SU 526823, 13.09.1976 SU 705325, 28.12.1979 SU 1043816, 23.09.1983 SU 1295319, 07.03.1987 RU 2020478, 30.09.1994 RU 2078340, 27.04.1997 C2 2 (19) 1 3 84367 G01N29/04, опубл. 1979р.], що містить разом з епоксидною смолою, поліефіром та поліетиленом також наповнювач у вигляді п'єзокерамічного порошку. Недоліком цієї маси є висока дисперсність наповнювача п'єзокерамічного порошку. Розмір частинок такого порошку дуже малий, що призводить до недостатньої здатності даної маси до поглинання ультразвуку, оскільки коефіцієнт поглинання в композиційному матеріалі зростає пропорційно шостому ступеню розміру частинок наповнювача. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого матеріалу є матеріал для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів [див. авт. св. СРСР №1590962 кл. G01N29/04, опубл. 07.09.90, бюл. №33.], який містить епоксидну смолу, порошковий наповнювач, пластифікатор та затверджувач, при цьому як наповнювач він містить порошок заліза, як пластифікатор - тіокол, а як затверджувач - триетилен, при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: епоксидна смола 100-110; порошок заліза 200-350; тіокол 3350; затверджувач 10-12 (мас. %: епоксидна смола 29,2-21,1; порошок заліза 58,3-67,0; тіокол 9,6-9,5; затверджувач 2,9-2,4). Недоліками такого матеріалу демпфера є невисокий коефіцієнт загасання акустичних хвиль у зв'язку з недостатнім поглинанням енергії ультразвукових хвиль у демпфері, що призводить до нерівномірної амплітудно-частотної характеристики перетворювача, а також неможливості роботи в широкій смузі частот До того ж, використання для виготовлення демпфера композиції згаданого складу не дає змоги отримати узгодження імпедансів демпфера і п'єзокерамічної пластини на границі їх розподілу. В основу винаходу покладено завдання такого вдосконалення матеріалу для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів, при якому за рахунок введення як наповнювача композиційного матеріалу порошків карбіду тугоплавкого металу та нікеліду титану при пропонованому співвідношенні компонентів, забезпечується узгодження імпедансів демпфера і п'єзокерамічної пластини на границі їх розподілу, суттєве збільшення коефіцієнта загасання акустичних хвиль за рахунок підвищення поглинання енергії ультразвукових хвиль у демпфері і, як наслідок, вирівнювання амплітудно-частотної характеристики п'єзоелектричного перетворювача сигналів АЕ в широкій смузі пропускання, що розширює експлуатаційні можливості пристрою за рахунок розширення смуги частот, на яких відбувається стабільна його робота. Для вирішення означеного завдання, в матеріалі для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів, що містить епоксидну смолу, порошковий наповнювач та затверджувач, згідно винаходу як порошковий наповнювач композиційного матеріалу він містить суміш порошків карбіду тугоплавкого металу та нікеліду титану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: порошок карбіду тугоплавкого металу 70,0-52,0; порошок нікеліду титан у 20,0-40,0; 4 а компоненти матеріалу взято при їх наступному співвідношенні, мас. %: порошковий наповнювач 90,0-92,0; епоксидна смола 7,2-9,0; затверджувач 0,8-1,0. при цьому оптимальним є, коли як карбід тугоплавкого металу він містить карбід вольфраму. Причинно - наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, що досягаються при її реалізації, полягає у наступному: Як показали проведені нами експериментальні дослідження при використанні пропонованого матеріалу частинки нікеліду титану і частинки карбіду тугоплавкого металу розміром 1-10 мкм рівномірно розміщуються в епоксидній смолі демпфера. При попаданні пружної хвилі на п'єзокерамічну пластину перетворювача акустичної емісії має місце взаємодія пружної хвилі на границях середовищ: п'єзокерамічна пластина - епоксидна смола, п'єзокерамічна пластина - карбід тугоплавкий металу, п'єзокерамічна пластина - нікелід титану. При взаємодії пружної хвилі на границях середовищ має місце її часткове відбивання і часткове проникнення. При взаємодії пружної хвилі на границі середовища п'єзокерамічна пластина - карбід тугоплавкого металу має місце її майже повне проникнення. Ця обставина обумовлює високий процентний вміст порошку карбіду тугоплавкого металу - пружна хвиля пройшовши через п'єзокерамічну пластину повністю попадає в область демпфера. Поширення хвиль в матеріалі демпфера супроводжується їх згасанням. Введення в порошковий наповнювач нікеліду титану забезпечує суттєве збільшення коефіцієнта затухання за рахунок структурних змін, які мають місце в нікеліді титану при проходженні через них пружних хвиль (мають місце його структурні мартенситні перетворення, що обумовлюють інтенсивне поглинання енергії). При оптимальному співвідношенні складових в порошку забезпечується повне затухання пружних хвиль в демпфері. А це, в свою чергу, виключає можливість резонансних впливів оточення на перетворювач, тобто відбувається вирівнювання амплітудно-частотної характеристики перетворювача і зменшення нерівномірності чутливості в діапазоні частот, що досліджується. На рисунку наведено графік залежності коефіцієнту затухання Na від величини вмісту нікеліду титану (мас. %) у діапазоні частот від 300 до 1200кГц. Матеріал для демпфера отримують наступним чином. В епоксидну смолу, яка знаходиться в рідкому стані, додають затверджувач. Змішують просушені порошки карбіду тугоплавкого металу та нікеліду титану з епоксидною смолою і затвержувачем у в'язкотекучому стані та ретельно розмішують до отримання однорідної суміші. Отриманим композиційним матеріалом проводять заливку порожнини корпуса перетворювача сигналів акустичної емісії. Нагрівають цей корпус до температури 70-80°С упродовж 10-20 хвилин. При цьому відбувається швидка полімеризація отриманої суміші. 5 84367 Приклади конкретної реалізації. Склад композиційного матеріалу демпфера вибирався таким чином, щоб його характеристичний імпеданс приблизно дорівнював характерис 1 2 3 4 5 6 7 8 6 тичному імпедансу п'єзокерамічної пластини ультразвукового перетворювача сигналів. В даних прикладах використовували п'єзокераміку ЦТС-19 з характеристичним імпедансом 22,15·106 кг/м 2·с. Склад композиційного матеріалу демпфера, мас. Коефіцієнт затухання на різних Характери% частотах, Na дБ/см тичний імпеНаповнювач: Наповнювач: Епоксидна Затвер6 f2, кГц данс, zx10 f1, кГц f3, кГц f4, кГц карбід вольф- нікелід тита2 смола жувач кг/м ·с раму, WC ну, TiNi 320 620 880 1110 60,7 30,0 8,4 0,9 22,14 72 61 90 78 70,0 20,0 9,0 1,0 22,19 9 27 16 16 56,0 35,0 8,1 0,9 22,05 8 54 56 43 52,0 40,0 7,2 0,8 22,37 9 42 45 49 70,0 18,0 11,0 1,0 22,21 2 9 7 5 68,0 20,0 11,0 1,0 22,29 3 15 11 11 51,0 42,0 6,0 1,0 Не скріпляється композиційний матеріал 58,0 35,0 6,0 1,0 Не скріпляється композиційний матеріал Як тугоплавкий метал крім карбіду вольфраму брали карбіди титана і танталу, що не впливало суттєво на результати досліджень. Приклад 1. Описаним способом отримали матеріал, який містить, мас. %: порошковий наповнювач 90,7, при цьому порошку карбіду тугоплавкого металу 60,7; порошку нікеліду титану 30,0; епоксидна смола 8,4; затверджувач 0,9. Як видно з таблиці, характеристичний імпеданс для такого демпфера ультразвукового перетворювача складає 22,14·106 кг/м 2·с, а коефіцієнт затухання Na=61-90дБ/см на частоті до 2МГц. Було виго товлено також матеріал для демпфера ультразвукового перетворювача сигналів при граничних значеннях компонентів (приклади 2, 4) і за їх межами (приклади 5, 6, 7, 8). Дані зведено Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін в таблицю, в якій показано вплив складу композиційного матеріалу демпфера на його характеристичний імпеданс і коефіцієнт затухання на різних частотах. Дані експериментів представлено на графіку (додається). При вмісті в матеріалі для демпфера ультразвукового перетворювача наповнювача, що містить суміш порошків карбіду вольфраму та нікеліду титану, нижче запропонованого кількісного складу різко знижується значення коефіцієнту затухання (приклад 5, 6). При вмісті в матеріалі для демпфера ультразвукового перетворювача наповнювача, що містить суміш порошків карбіду вольфраму та нікеліду титану, ви ще запропонованого кількісного складу композиційний матеріал не скріпляється, тобто неможливо виготовити демпфер (приклад 7, 8). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601