Detection of Small Flaws in SiC Structural Ceramic in High Frequency Detection Field

고주파수 초음파 검출장에서 SiC 세라믹 내부의 미세결함 검출

It has been required to find flaws smaller than $100{\mu}m$ by fracture mechanic consideration. We prepared the infiltrated and sintered SiC structural ceramic specimens including artificial flaws, Fe, pore, WC, Si particles of size ranging from $36{\mu}m$ to $200{\mu}m$. We performed C-scan for the specimen using a high frequency and broad-band ultrasonic transducer to employ polyvinylidene fluoride(PVDF) and a broad-band electric scanning system. The flaws in the ceramic specimens were detected in the high frequency detection field up to 100MHz. But, the flaws were not detected in lower frequency detection field up to 60MHz. The ratio of the detected smallest flaw size to the wavelength calculated at the center frequency, 80MHz, was about 0.25 in Rayleigh scattering region.

파괴역학적 고려에 의하여 구조용 세라믹에서 $100{\mu}m$보다 작은 크기의 결함을 검출하는 것이 요구되고 있다. 미세결함이 삽입된 세라믹 시편을 준비하여 고주파수 검출장에서 C-scan을 수행하였다. 두께 4m의 SiC 세라믹 시편들을 입도가 $100{\mu}m$에서 $200{\mu}m$ 범위의 Fe, 입도 $36{\mu}m$에서 $50{\mu}m$ 범위의 Fe와 $50{\mu}m$ 크기의 pore를 용침법(infiltration)으로 삽입하여 준비하였고 또 입도 $100{\mu}m$에서 $200{\mu}m$ 범위의 WC, 입도 $36{\mu}m$에서 $50{\mu}m$ 범위의 WC, 입도 $100{\mu}m$에서 $200{\mu}m$ 범위의 Si, 입도 $36{\mu}m$에서 $50{\mu}m$ 범위의 Si 입자들을 소결법(sintering)으로 삽입하여 준비하였다. 준비된 시편에 대해 중심주파수 80MHz의 polyvinylidene fluoride(PVDF) 초음파탐촉자를 사용하여 C-scan을 수행한 결과 100MHz 범위까지의 고주파수 성분을 지닌 검출장에서는 $36{\mu}m$에서 $200{\mu}m$ 범위의 미세결함들이 검출되었으나 60MHz 이하의 주파수 성분만으로 구성된 저주파수 검출장에서는 검출되지 않았다. 중심 주파수에서의 파장에 대하여 검출된 최소 결함의 비는 약 0.25로 Rayleigh 산란 영역이었다.