CN1677099A - 陶瓷结构件的检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷结构件检查方法。本发明提供的陶瓷结构件的检查方法,不仅能以非破坏、简便的方式,而且能在短时间内弄清陶瓷结构件内部缺陷的位置和大小,还能把握内部缺陷的正确位置和形状及大小等。该方法是,当沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布时,照射X射线的X射线管的管电压是400~80kV,且所述X射线管的管电流是2~400mA。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷结构件检查方法,它是在沿陶瓷结构件的整个周边照射X射线的同时,用透过的X射线扫描陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)分布的方法,特别涉及使用密度分辨率优良的X射线CT的陶瓷结构件的检查方法。
背景技术
陶瓷结构件(例如蜂窝状结构件)多用于过滤器和催化剂载体等,例如用于内燃机等热机或锅炉等燃烧装置的废气净化装置、液体燃料或气体燃料的重整装置、上下水的净化处理装置等。特别适用于作为用于收集除去在从柴油发动机排出的废气那样的含尘流体中包含的粒子状物质的柴油机粒子过滤器(以下简称DPF)和高温气体集尘装置。
以这样的目的使用的陶瓷结构件在被处理流体通过多孔质的间壁的细孔中时,发挥收集除去不需要的粒子状物质,或者用多孔质的间壁和细孔作为催化剂的载体,使催化剂与被处理流体接触的作用。
因此,当存在贯通多孔质间壁的大孔时,由于具有不能发挥陶瓷结构件的过滤性能和作为催化剂载体的性能的缺陷,故检测出这样的大孔是很重要的。而且,作为过滤器等使用时,检查贯通间壁的细孔的大小和数量在判断过滤器性能方面也是很重要的。
作为检查这种结构的过滤器的缺陷的方法,提出了通过使用一定粒径的粉末,用颗粒计数器检测被排出的粉末来检查间壁中的气孔的方案(如参照专利文献1-日本特开2000-193582号公报,权利要求15)。但是在该方法中,由于所使用的粉末残存在过滤器中,必须把其去除。而由于该粉末如果没有气孔就不能从过滤器中排出,因而不能用于检查过滤器的细孔径。
还提出了通过把微粒子导入被检测体内,并向所排出的微粒子照射激光,以可视方式检测微粒子,从而检测被检测体的缺陷的方法(LS)(如参照专利文献2-国际公开第02/082035号)。该方法对在断面方向确定缺陷发生的位置虽然有效,但检查缺陷的形状和大小很困难。
作为检查这种结构的过滤器的缺陷的方法,特别在内部有缺陷时,以前的做法是必须破坏制品本身。这种破坏检查需要人力和时间且精度也不太高。另外,对于破坏检查用后的工件,由于其后不能进行对整个工件的强度试验等,有时不方便。
为了解决以上问题,作为检查结构件缺陷的方法,开始使用用X射线的非破坏检查,例如通过使用工业用X射线CT装置可以检测用过去的X射线透视检查法不能检测的内部破损和缺陷等,还可以进行被照射体的三维结构的研究分析。
但是,该方法通过提高X射线管的管电压,主要进行提高(所谓能表示到怎样细的程度的)空间分辨率,而没有考虑(所谓能将被照射体内相邻接的材料的密度差微细地表示到怎样程度的)密度分辨率。因此,特别在陶瓷结构件的情况下,由于不能充分进行陶瓷密度的评价,所以内部缺陷和内部结构的边界不鲜明,难以把握内部缺陷的正确位置和形状及大小。
发明内容
本发明就是鉴于上述现有技术的问题而提出的,其目的在于提供一种陶瓷结构件的检查方法,它不仅能做到非破坏、简便且在短时间内弄清陶瓷结构件内部缺陷的位置和大小,还能把握内部缺陷的正确位置和形状及大小等。
为了达到上述目的,本发明提供以下的陶瓷结构件的检查方法。
[1].陶瓷结构件的检查方法是,当沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布时,照射X射线的X射线管的管电压是400~80kV,且所述X射线管的管电流是2~400mA。
[2].在[1]所述的陶瓷结构件的检查方法中,X射线管的管电压是135~80kV,且X射线管的管电流是10~400mA。
[3].在[1]所述的陶瓷结构件的检查方法中,X射线管的管电压是120~80kV,且X射线管的管电流是100~200mA。
[4].在[1]~[3]中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法中,在沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布后,根据所得到的X射线吸收系数(CT值)测定陶瓷结构件的空隙度。
[5].在[1]~[4]中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法中,沿着陶瓷结构件的整个周边螺旋状地连续照射X射线,且利用透过的X射线螺旋状掠过地扫描所述陶瓷结构件的全周,测定各断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布。
[6].在[1]~[5]中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法中,陶瓷结构件是蜂窝结构件。
[7].在[6]所述的陶瓷结构件的检查方法中,蜂窝结构件具有用多孔质间壁隔开的轴向贯通的多个流通孔,用封孔部封住规定流通孔的一个端部,对剩余的流通孔封住与所述规定的流通孔相反一侧的另一端部。
本发明的陶瓷结构件的检查方法是非破坏、而且简便的方法,且能以短时间三维地把握陶瓷结构件内部缺陷的位置和形状及大小。
附图说明
图1是表示用孔率计测定的实施例中的DFP的孔隙度(%)和CT值的关系的曲线图。
具体实施方式
下面,对本发明的陶瓷结构件的检查方法进行详细说明。但本发明不能解释为限定于此,只要不超出本发明的范围,根据本专业人员的知识可以进行各种变化、修正和改进。
本发明的陶瓷结构件的检查方法的主要特征是,当沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布时,照射X射线的X射线管的管电压是400~80kV,且所述X射线管的管电流是2~400mA。
这时,本发明优选X射线管的管电压是135~80kV(更优选120~80kV),且X射线管的管电流是10~400mA(更优选100~200mA)。
因此,由于本发明通过在上述的优化的密度分辨率的条件下使用X射线CT,能以非破坏的方式对蜂窝结构件中的陶瓷或陶瓷原料的密度进行充分的评价,可以使内部缺陷和内部结构的边界鲜明,也能可靠地把握内部缺陷的正确位置及小尺寸(如1mm左右)的内部缺陷。
X射线管的管电压超过400kV时,由于密度分辨率不足,不能充分进行陶瓷结构件中的陶瓷或陶瓷原料的密度评价,内部缺陷和内部结构的边界变得不鲜明,难以检测小尺寸(如1mm左右)的内部缺陷。另外,X射线管的管电压不足80kV时,由于不能得到对陶瓷结构件的X射线吸收特性足够的X射线照射,所以难以正确的测定。
本发明的陶瓷结构件的检查方法的主要特征是,沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布后,根据得到的X射线吸收系数(CT值)测定陶瓷结构件的空隙度。
在此,本发明中重要的是,CT值与用水银压入式孔率计(ポロシメ-タ)测定的空隙度之间存在直线(比例)关系。(参照图1)。
因此,由于是非破坏检查,不需要过去的用破坏检查进行的阿基米德法和水银压入式孔率计等测定方法,因而可以对发往用户的出厂产品的空隙度及内部缺陷进行检查,从而可事先防止不合格品出厂。而且标准曲线根据陶瓷结构件(如蜂窝结构件)的空隙度、网眼结构、间壁厚度、外壁厚度等的变化,适当地作出。
在此,所谓CT值是用于表示与断层图像(CT断面)的各象素相关的平均X射线减弱的数值,是以水为基准表示物质的X射线减弱系数(X射线吸收系数)的值。例如,以水作为基准0,空气为-1000,设定其间的比重和CT值,使其成为直线关系。
另外,本发明的陶瓷结构件的检查方法的主要特征是,使用沿着陶瓷结构件的整个周边螺旋状地连续照射X射线,且利用透过的X射线螺旋状掠过地扫描所述陶瓷结构件的全周,测定各断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布的螺旋CT(也称为螺旋面CT、螺旋管CT)。
因此,本发明的陶瓷结构件的检查方法能在短时间内大范围地扫描陶瓷结构件的同时,可以连续进行多断面的数据采集。另外,由于所得到的数据具有连续性,可以得到三维的位置信息(三D透视图),同时,可以进行任意断层面的图象再构成,故可以把握内部缺陷的三维的位置和形状及大小。
其次,对本发明使用的X射线CT的基本原理进行详细说明。X射线CT与一般的X射线照相从一个方向对被拍摄体照射X射线,而将透过来的X射线的强度分布直接图象化不同,是从多个方向对被拍摄体照射X射线,用检测器测定透过来的X射线的强度分布,根据所得到的数据通过计算将容易透过被拍摄体内部的X射线的分布进行三维的再构成的技术。在1971年发明的当时,以X射线细束边进行机械扫描边照射,计算也采用所谓逐次近似法。但是现在为了缩短拍摄时间,使用扇状波束(扇形波束)。为了在短时间内进行庞大的计算,计算方法一般也不使用逐次近似法而使用过滤器修正逆投影法。进而,为了在短时间内拍摄多个剖面,进行连续螺旋状地扇形波束扫描(螺旋CT),或实行使用圆锥状的波束(圆锥波束)的方法。
本发明中使用的陶瓷结构件没有特别的限制,可以是蜂窝结构件,或者具有用多孔质的间壁分隔的轴向贯通的多个流通孔、并用封孔部封住规定的流通孔的一个端部,对于剩余的流通孔则封住与规定的流通孔相反一侧的另一个端部而成的蜂窝结构件(DPF)。另外,作为陶瓷的材料,可以使用堇青石、氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷,也可以是这些的多孔质材料。
再则,本发明的蜂窝结构件的检查方法由于可以对如DPF和装于大型载体内的转换器以不分解的原状进行非破坏检查,故非常简单且合理。
上述本发明的陶瓷结构件的检查方法,通过在优化密度分辨率的条件下使用X射线CT,可以适用于:(1)陶瓷原料的混合均匀性、(2)检测因挤压成形用坯土的密度分布及螺杆旋转时材料的压接不足产生的形骸和凝聚物、(3)对蜂窝成形件、蜂窝烧结件及DPF检测连续的无棱、棱交点的45°交点裂缝、φ0.5mm以上等的内部缺陷,根据CT值测定密度(空隙度)及把握催化剂的浓度分布、(4)检查DPF的封孔部的深度偏差、(5)检测在实际使用DPF时DPF的熔损部等的内部缺陷及检测未燃烧的油或燃油添加剂灰和颗粒并把握其分布、(6)预先测定坯土、成形件、烧结件的CT值,通过制作用同一材料的标准曲线,借助于测定上一工序的坯土的CT值,则可预测烧结件的空隙度,在坯土阶段检测空隙度不佳等用途。
实施例
下面,根据实施例进一步详细说明本发明。但本发明不限于这些实施例。
实施例1和实施例2
(1)准备蜂窝体
配制堇青石的组成粉末,添加结合材料和水,实施搅拌后捏合,制作成形用的坯土,使烧结后的空隙度分别为50%、60%、65%。接着使用网眼形状为四边形、网眼密度为300网眼/in2、棱厚为12密耳、开口率为62.8%(实施例1)或网眼形状为四边形、网眼密度为100网眼/in2、棱厚为17密耳、开口率为68.9%(实施例2)的成形套管进行所述三种的成形、干燥,制成蜂窝干燥体。切断干燥体的两个端面,形成平滑面,在完成品上贴过滤片,用激光开方格样的孔。接着,配制堇青石组成的料浆,把料浆压入蜂窝状的载体,得到封孔干燥体。进行1430℃×5小时的烧结,得到φ160mm×200mmL的DPF(烧结件)。in是英寸,是SI单位系列的2.54cm。密耳是SI单位系列的约0.0254mm。
(2)密度测定
用东芝メデイカルシステムズ株式会社制的医用X射线CT,在管电压为120kV、管电流为200mA、照射时间为0.5秒/转、片厚为0.5mm的条件下,通过螺旋面扫描进行六个烧结件的拍摄。烧结件的密度非常均匀,作为密度指标的CT值的分布几乎没有。在表中表示CT值的平均值。进而,切断拍摄X射线CT的同一样本,用岛津制的水银压入式的孔率计测定烧结件的空隙度。把结果示于表1,同时,根据表1的数据作成图1。
表1
孔率计空隙度(%) | X射线CT的CT值 | |
实施例1 | 51.5 | -508 |
57.0 | -561 | |
65.0 | -631 | |
实施例2 | 49.6 | -638 |
55.2 | -691 | |
62.1 | -750 |
(3)讨论
如图1所示,用岛津制的水银压入式的孔率计测定的空隙度与用X射线CT测定的作为密度指标的CT值显示很强的相关关系,用X射线CT可以测定DPF的空隙度。另外,可以认清与网眼结构对应的开口率的关系,判明开口率大的密度低。
因此,如上所述,本发明的陶瓷结构件的检查方法可以适用于以下用途:(1)陶瓷原料的混合均匀性、(2)检测因挤压成形用坯土的密度分布及螺杆旋转时材料的压接不足产生的形骸和凝聚物、(3)对蜂窝成形件、蜂窝烧结件及DPF检测连续的无棱、棱交点的45°交点裂缝、φ0.5mm以上等的内部缺陷,根据CT值测定密度(空隙度)及把握催化剂的浓度分布、(4)检查DPF的封孔部的深度偏差、(5)检测在实际使用DPF时,DPF的熔损部等的内部缺陷及检测未燃烧的油或燃油添加剂灰和颗粒并把握其分布、(6)预先测定坯土、成形件、烧结件的CT值,通过制作用同一材料的标准曲线,借助于测定上一工序的坯土的CT值,则可预测烧结件的空隙度,在坯土阶段检测空隙度不佳等。
Claims (7)
1.一种陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:当沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布时,照射X射线的X射线管的管电压是400~80kV,且所述X射线管的管电流是2~400mA。
2.如权利要求1所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:所述X射线管的管电压是135~80kV,且所述X射线管的管电流是10~400mA。
3.如权利要求1所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:所述X射线管的管电压是120~80kV,且所述X射线管的管电流是100~200mA。
4.如权利要求1~3中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:在沿着陶瓷结构件的整个周边照射X射线,且利用透过的X射线扫描所述陶瓷结构件的全周,测定断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布后,根据所得到的X射线吸收系数(CT值)测定陶瓷结构件的空隙度。
5.如权利要求1~4中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:沿着陶瓷结构件的整个周边螺旋状地连续照射X射线,且利用透过的X射线螺旋状掠过地扫描所述陶瓷结构件的全周,测定各断层面的X射线吸收系数(CT值)的分布。
6.如权利要求1~5中任一项所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:陶瓷结构件是蜂窝结构件。
7.如权利要求6所述的陶瓷结构件的检查方法,其特征在于:蜂窝结构件具有用多孔质间壁隔开的轴向贯通的多个流通孔,用封孔部封住规定流通孔的一个端部,对剩余的流通孔封住与所述规定的流通孔相反一侧的另一端部。
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