陶瓷制件的激光散射检测技术

氮化硅陶瓷以其独特的力学和热学性能（如高的刚度、抗腐蚀性和抗磨损）及大的过热稳定性，在诸如接触滚动元件、特别是高温涡轮轴承零件的选材方面是备受重视的，这些零件工作期间应力最大部分是表面和近表面（通常深度＜200μm）。对这种位于表面或紧靠表面的小临界缺陷一般的无损检测方法并不合适，扫描声显微镜可提供足够的空间分辨力，但对弯曲和复杂形状的零件，缺陷检测和微观组织各向异性的确定尚有困难，经研究提出了激光散射技术。

当一束光入射到即使是经最高级抛光过的表面上时，因为在晶粒边界处材料介电性的变化和其他微观组织的不连续，仍然会出现某种程度上的光散射。由于材料的有限吸收，光可穿入到表面之下，穿透深度乃是光频率的函数，对于金属这种深度至多仅几十纳米，但是对于很多Si₃N₄陶瓷，在可见谱下根据第二相成分的不同深度可不小于100μm，因此，光散射可提供既是表面也有皮下区的信息。(www.xing528.com)

当零件中出现缺陷或不完善区时，通常就会产生各向异性。因此任何完整的探测方法必须不仅探测各向异性的存在，而且要确定其取向，能满足此要求且能提供表面空间频率分布细节的方法是光学富氏分析。此法只不过要求用相干光（如激光）来照明表面，并使反射的镜面部分被准直。对于一个平表面，这要求入射束自身必须是经准直的，而对于一个球面表面，要求入射束必须会聚在表面后的r/2处（r为表面的曲率半径）。对于Si₃N₄陶瓷件设计出的试验装置如图12.3-19所示。35mW的水平偏振氦氖激光器用作光源，为便于说明，图中展示了一个球试样和相应的透镜，但是，对于圆柱试样应采用柱面透镜，对于平表面，则应采用准直透镜系统，光束直径a≈1mm。对于表面缺陷，在直径12.7mm的轴承球上用维氏压头做了不同尺寸的压痕，此法已证明可对尺寸≥10μm的缺陷进行探测和量化。对于皮下缺陷，在3mm×4mm×20mm试样上加工了不同埋深的直径为1.5mm的平底孔，用633nm的波长，最大可探深度为≈100μm。对于皮下微观组织，用此法可勾划出低密度（即高孔隙）区，可对晶粒取向变化的形式作出表征，这些结果已经用扫查电镜分析所证实。