Об огибающей серии ультразвуковых эхоимггульсов в монокристаллических слитках галлий-гадолиниевого граната с остаточными внутренними механическими напряжениями Текст научной статьи по специальности «Физика»

- Г

где Г - измеренная в МК ГГГ оптическая разность хода; / - длина

слитка.

ОБ ОГИБАЮЩЕЙ СЕРИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭХОИМПУЛЪСОВ В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКАХ

ГАЛЛИЙ-ГАДОЛИНИЕВОГО ГРАНАТА С ОСТАТОЧНЫМИ ВНУТРЕННИМИ МЕХАНИЧЕСКИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

М.И. Сластен (ТРТУ, г. Таганрог)

Изложены особенности распространения ультразвукового пучка в монокристаллических слитках галлий-гадолиниевого граната с внутренними механическими напряжениями. Приводится описание структуры поля внутренних механических напряжений в слитках, основанной на исследованиях слитков поляризационно-оптическим методом. На основании экспериментальных данных установлено, что спад амплитуды эхоимпульсов в серии отражений обусловлен в основном тем, что ультразвуковой пучок, прошедший через слиток, попадает на преобразователь лишь частью своего поперечного сечения.

1г. this article is offered the description of the features of propagation of ultrasonic bundle in single-crystal ingots of gallium gadolinium garnet with internal mechanical stresses. The description of structure of a field of internal mechanical stresses in ingots, which is given in the article, is based on researches of ingots according to method of photoelasticity. On the basis of an experimental data is established the reason of wane of amplitude of echo-pulses in a serial of reflections. It consists in subject, that the ultrasonic bundle, elapsed through ingot, falls on the converter only by part of the cross section.

Сбережение ресурсов редких металлов, в частности, галлия, обусловлено широким использованием его в космической и оборонной промышленности при ограниченных природных запасах, а также экологическими проблемами, возникающими при его добыче и переработке. Все более актуальной становится разработка технологий переочистки отходов материалов, содержащих редкие металлы, и возврата их в производственный процесс.

Слитки монокристаллического галлий-гадолиниевого граната (МК ГГГ), предназначенные для изготовления пластин для устройств памяти, не должны иметь остаточных внутренних механических напряжений.

Контроль внутренних механических напряжений в слитках является входным контролем перед технологической операцией разрезания слитка на

146

пластины. Он позволяет исключить неизбежные потери материала, происходящие при разрезании. Отбракованные при этом слитки возвращаются на переплавку.

Контроль осуществляется ультразвуковым (УЗ) методом, основанным на анализе серии многократно отраженных в слитке эхоимпульсов. Было установлено, что в МК ГГГ, относящемся к слабопоглощающим материалам, в зависимости от остаточных внутренних механических напряжений в слитках, число эхоимпульсов в сериях многократных отражений может существенно изменяться. Количество эхоимпульсов в этих случаях уменьшается, а изменение амплитуды эхоимпульсов в серии отражений не подчиняется экспоненциальному закону. Рассмотрим влияние внутренних остаточных механических напряжений на число эхоимпульсов в серии отражений и ее огибающую.

Пусть в плоско-параллельном образце на пути распространения УЗ-волны имеется напряженный тонкий слой, ограниченный двумя эллипсоидальными поверхностями с различной кривизной. Пусть в этом слое действуют сжимающие напряжения, направленные вдоль слоя. Тогда скорость распространения поперечной УЗ-волны, поляризованной вдоль напряжений, будет больше скорости распространения этой волны в ненапряженной части образца. Такой слой является вогнуго-выпуклой акустической линзой.

Траектория распространения УЗ-пучка зависит от расположения УЗ-преобразователя относительно акустической оси линзы, а также соотношения между фокусным расстоянием линзы и расстоянием от линзы до отражающей поверхности образца.

Если расстояние между акустической осью линзы и осью УЗ-пучка больше половины ширины УЗ-пучка, а линза расположена таким образом, что расстояние от линзы до поверхности образца, на которую падает прошедший через линзу УЗ-пучок и отражается от нее, равно фокусному расстоянию линзы, то отраженный от этой поверхности УЗ-пучок на преобразователь не попадет.

В реальном слитке МК ГГГ происходит чередование сжатых и растянутых слоев. Такая структура поля остаточных внутренних механических напряжений установлена с помощью исследований, проведенных поляризационно-оптическим методом на специальных образцах, вырезанных из слитков МК ГГГ.

При прохождении УЗ поперечной волны через слои угол падения волны на отражающую поверхность, а также угол отражения от нее будут отличаться от нуля. В этом случае УЗ-пучок постепенно смещается в сторону от преобразователя. При смещении пучка на преобразователь будет попадать только его часть и амплитуда эхоимпульса вследствие этого будет уменьшаться.

Влияние остаточных внутренних механических напряжений в слитках МК ГГГ на амплитуду эхоимпульсов в серии многократных отражений проверялось экспериментально.

Вначале была получена серия эхоимпульсов с использованием одного УЗ-преобразователя, работающего в режиме излучения и приема.

147

На рис.1 представлена осциллограмма полученной в этом случае серии эхоимпульсов.

Затем, используя этот УЗ-преобразователь только в качестве излучателя УЗ-волны и не изменяя его положения на слитке МК ПТ, рядом с ним помещался второй точно такой же приемный преобразователь. Сканируя вторым преобразователем поверхность слитка и одновременно поворачивая преобразователь вокруг его оси, по максимуму принятых эхо-сигналов определялось направление, в котором с увеличением расстояния между излучателем и приемником происходит минимальное изменение амплитуд эхоимпульсов.

На рис.2 представлена осциллограмма серии эхоимпульсов, принятых приемным УЗ-преобразователем, когда расстояние между осями излучающего и принимающего сдвиговых преобразователей равнялось 15 мм, при размерах У 3-преобразователя 10x15 мм.

На рис.З показана оптическая картина, полученная при просвечивании образца МК ГГГ поляризованным светом. Образец имеет форму прямоугольного параллелепипеда, большая сторона которого совпадает с геометрической осью слитка МК ГГГ. Светлые полосы соответствуют слоям с внутренними напряжениями, темные полосы - слоям без механических напряжений.

Рис. I. Осциллограмма серии эхоимпульсов с использованием одного премно-излучающего УЗ-преобразователя.

Рис. 2. Осциллограмма серии эхоимпульсов с использованием двух УЗ-

преобразователей.

148

Рис. 3. Оптическая картина, полученная при просвечивании образца МК ГГГ поляризованным светом

Из рассмотрения осциллограмм видно, что число эхоимпульсов в серии отражений и характер ее огибающей зависят от остаточных внутренних механических напряжений и могут использоваться при разработке УЗ-методов контроля напряженного состояния МК ГГГ.

К ВОПРОСУ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ГИДРОЛОКАТОРА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ВОДНОЙ СРЕДЫ

В.А. Воронин, Т.Н. Куценко С.П. Тарасов, В.И. Тимошенко, Чулков В.Л.

(ТРТУ, г. Гаганрог)

Работа посвящена исследованию фазовых характеристик многокомпонентного сигнала разностной частоты, генерируемого многокомпонентным сигналом накачки.

Внедрение параметрических антенн в гидроакустические комплексы расширили их возможности, в частности, в решении задач мониторинга водной среды. Использование параметрическим гидролокатором многокомпо-

149