초음파 속도와 미시역학 모델을 이용한 고급 세라믹스의 비파괴적 평가

Nondestructive Evaluation of Advanced Ceramics by Means of Ultrasonic Velocity and a Micromechanics Model

초음파의 속도는 재료의 성질 연구에 폭넓게 사용되고 있다. 본 논문에서는 탄화규소(SiC)와 같은 구조용 세라믹스에서 기공으로 인한 밀도 변화를 미시역학 모델과 초음파의 속도 측정으로부터 결정할 수 있는 비파괴 평가법을 연구하였다. 기공의 특성은 재료의 탄성계수에 민감한 영향을 미치며, 따라서 제시한 미시역학 모델은 기공의 모양과 방향을 모두 고려할 수 있으며, 또한 기공 사이의 상호 작용을 반영하므로 기공량이 높은 경우에도 적용이 가능하다. 이론 밀도의 약 85-100% 밀도를 가진 SiC 시편들의 초음파 속도를 접촉식, 펄스겹침법(pulse overlap method)을 이용하여 측정하였으며, 속도-밀도 (또는 기공) 사이에 좋은 선형 관계가 있는 것으로 나타났다. 측정한 종파 또는 횡파 속도값과 모델로부터 기공의 부피 분율과 밀도를 계산하는 절차를 소개하였으며, 계산한 밀도값은 아르키메데스의 방법으로 측정한 값과 잘 일치하였다.

Ultrasonic velocities are widely used in the investigation of material properties. In this paper, a micromechanics model and the ultrasonic velocity were used to develop a nondestructive method to determine the density variation due to porosity in structural SiC. The micromechanics model developed can consider the pore shape and orientation. The model also takes into account the interaction between pores so that it can be applied to the material with high porosity content. A contact pulse overlap method was used to measure the ultrasonic velocities of porous SiC samples, and there was a linear correlation between the velocity and density (or porosity). Using the model and the measured velocity, the bulk density can be easily calculated. The calculated density was in good agreement with that obtained by Archimedes' method.