Schnelle Mechanische Kennzeichnung des Fiberglases Unter Verwendung eines Nanoindenter

Themen Umfaßt

Einleitung
EilPrüfung
Methode
Ergebnisse
NanoVisions-Scan-Ergebnisse
EilTESTERGEBNISSE
Diskussion über Ergebnisse
Vergleich der Modul-Karte und der Härte-Karte
Vergleich von NanoVisions-Scan und von EilPrüfung
Schlussfolgerungen
Bezüge
Über Agilent-Technologien

Einleitung

Lagepläne des Elastizitätsmoduls und der Härte Zu Erreichen ist ein hartnäckiges Ziel der nanoindentation Gemeinschaft gewesen. Eine vorgebrachte Lösung ist, Eigenschaften von einem Flughandbuch ähnlichen Scan der Oberfläche zu schließen. Diese Technik, die manchmal den abbildenden Modul genannt wird, hat die subtilen aber beträchtlichen Beschränkungen. Unter vielen praktischen Umständen kompromittieren Oberflächenrauigkeit und anfängliche Plastizität die Bestimmung des Kontaktgebiets und folglich des Elastizitätsmoduls [1]. Außerdem für den Modul, der abbildet, um zu arbeiten, muss der Kontakt elastisch sein, aber diese Anforderung schließt die abbildende Härte aus, weil eine Härteprüfung das Verursachen von Plastizität im Material benötigt.

EilPrüfung

Agilent-Technologien' stellten eben EilPrüfungsoptions-Angebotbenutzer des Agilent NanoIndenter G200 eine umfassende Lösung für das Abbilden der mechanischen Eigenschaften vor. Ausdrücklich Führt traditionelle Einrückungsprüfung [2] auf eine revolutionäre Art testweise durch, um beispiellose Prüfungsdrehzahlen [3] zu erzielen.

EilPrüfung führt eine komplette Einrückungsschleife pro Sekunde, einschließlich Anflug, Kontaktbefund, Belastung durch, nimmt und Bewegung zur folgenden Einrückungssite aus dem Programm. So kann EilPrüfung verwendet werden, um wahre Lagepläne des Elastizitätsmoduls und der Härte herzustellen, einfach, indem man eine Hochgeschwindigkeitsreihe Einzüge durchführt. Dieser kurze Artikel führt den Gebrauch von EilPrüfung einzeln auf, die Härte und das Elastizitätsmodul des Fiberglases abzubilden.

Die EilPrüfungsoption verwendet eine andere G200 Option, Agilent NanoVision, als Schlüsselauslegungsbauteil; NanoVision stellt die überlegene Positionierung, Flachheit des Arbeitsweges und Bildverarbeitungssoftware zur Verfügung. Diese zwei Optionen sind nicht, jedoch identisch. EilPrüfung benötigt NanoVision als wesentlicher Bestandteil ultraschnelle Prüfung, aber NanoVision kann auch verwendet werden, während es ursprünglich empfangen wurde (d.h., zwecks die hochwertigen, Flughandbuch ähnlichen Bilder erstellen). In der Arbeit, die hier dargestellt wird, wird NanoVision eigenständig und als Bauteil der EilPrüfung demonstriert.

Methode

Alle Prüfung wurde mit einem Agilent NanoIndenter durchgeführt G200, das EilPrüfung, NanoVision und einen Kopf Agilent DCM II befestigt wurde mit einer Berkovich-Zahnwalze verwendet. Die Probe war ein Kapitel der Fiberglascomputerbehörde, die metallographically für nanoindentation montiert und poliert wurde. Fiberglas ist ein Plastik, der durch feine Fasern des Glases verstärkt wird. Für Fiberglascomputerbehörden wird thermostatoplastischer Plastik (thermosets) als Einfüllstutzenmaterial verwendet. Die genaue Verfassung des Fiberglases, das in dieser Arbeit geprüft wird, ist unbekannt, aber kann von den mechanischen Eigenschaften der Bestandteile gelehrt viel sein.

Das Testgebiet wurde ausgewählt, indem man die Oberfläche unter einem optischen Mikroskop (optische Vergrößerung 40x) ansah. Als Nächstes wurde ein NanoVisions-Scan durchgeführt, um ein hochwertiges, Flughandbuch Ähnliches Bild der Oberfläche zu erhalten. Die Scan-Belastung war 10μN. EilPrüfung wurde dann verwendet, um eine Reihe von 40 x 40 Einzügen über einem Bereich von 40μm x von 40μm vorzuschreiben. Die Prüfmethode war ` EilPrüfung zu einem Force.mss' und alle Einzüge in der EilPrüfungsreihe hatten eine maximale Kraft von 1mN.

Ergebnisse

NanoVisions-Scan-Ergebnisse

Abbildung 1 Bildschirmoberflächetopologie von einem NanoVisions-Scan. Dieser Scan nahm ungefähr 17 Minuten und ist typisch von, was mit NanoVision durchgeführt werden kann. Die roten Kreise sind die freigelegten Enden von einzelnen Glasfasern; die blauen Bereiche sind der thermoset Einfüllstutzen. Es ist wichtig, zu beachten, dass Abbildung 1 ein echter Scan ist, in dem die Zahnwalze im Dauerkontakt mit der Oberfläche bei der Spur seiner Topologie bleibt. Das heißt, ist dieses Bild keine EilPrüfung; EilPrüfung führt einzelne Einrückungen über dem Gebiet durch und wählt die Zahnwalze oben weg von der Oberfläche nach jeder Einrückung aus. Abbildung 1 enthält 200 Zeile die Scans, gleichmäßig gesperrt in der Xrichtung mit 400 Punkten, die in der Orichtung entlang die Länge jedes Scans aufgezeichnet werden und bildet ein Bild des Pixels 80.000.

Abbildung 1. Oberflächentopologie vom Fiberglas über NanoVisions-Scan. Für dieses Bild blieb die Spitze im Dauerkontakt mit der Oberfläche bei der Spur seiner Topologie. Scan-Kraft = 10μN; Scan-Zeit = Protokoll 17; Bildgröße = Pixel 200x400.

EilTESTERGEBNISSE

Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der EilPrüfungseinrückungsreihe über dem gleichen Gebiet wie Abbildung 1. Abbildung 2 (A) zeigt das Elastizitätsmodul, während Abbildung 2 an (B) zeigt die Härte an. Nur eine Einrückungsreihe wurde gefordert, um die Informationen für Modul und die Härtekarten einzuholen. Zusätzlich zum Modul und zur Härte sind andere Kanäle für das Abbilden, einschließlich Steifheit, Oberflächenerhebung und Kontakttiefe erhältlich. Diese EilPrüfung enthielt eine Reihe von den Einzügen 40x40, die diese Kartenpixelbilder 1600 macht. Prüfungszeit war 26 Minuten - gerade ein wenig länger als der NanoVisions-Scan.

Abbildung 2. (a) Elastizitätsmodul und (b) Härtekarten des Fiberglases über EilPrüfung. Diese Bilder zeigen die Ergebnisse einer einzelnen EilPrüfung an, die 1600 einzelne Einzüge enthält. Maximale Einrückungskraft = 1mN; prüfen Sie Zeit = Protokoll 26; Bildgröße = Pixel 40x40.

Abbildungen 3 und 4 zeigen die gleichen Informationen wie Abbildung 2, aber in der Histogrammform. Zeigen Härte und Modul Spitzen, die die zwei Bauteile des Fiberglases darstellen: das thermoset Plastik- und die Glasfasern. Von diesen Informationen werden die Eigenschaften der Bauteile in Tabelle 1. abgeleitet und berichtet. Die berichteten Eigenschaften sind angemessen: 72 GPa ist ein typischer Modul für Glas, und 8,5 GPa ist ein angemessener Modul für ein steifes Polymer.

Abbildung 3. Histogramm von den Modulmaßen 1600, die Spitzen für jeden Fiberglasbestandteil zeigen. Zwischenwerte werden durch beide Bestandteile beeinflußt.

Abbildung 4. Histogramm von 1600 Härtemessungen, die Verteilung mit zwei Verfahren, mit Spitzen für jeden Fiberglasbestandteil zeigen.

Tabelle 1. Eigenschaften von Fiberglasbauteilen von den mechanischen Eigenschaften der EilPrüfung bilden ab.

BauteilModul (Std. Dev.)Härte (Std. Dev.)
Thermoset Plastik8,51 (0,26)0,54 (0,02)
Glasfaser79,97 (5,40)6,99 (0,26)

Diskussion über Ergebnisse

Vergleich der Modul-Karte und der Härte-Karte

Die Modulkarte gezeigt in Abbildung 2 (A) deckt, dass die berichteten Werte beträchtlich durch Beschränkungseffekt beeinflußt werden, besonders an den Grenzen der zwei Materialien auf. Es gibt einen ` Halo' um die Fasern, in denen der ermittlte Modul etwas höher als der des Plastikeinfüllstutzens ist, aber noch viel kleiner als das des Glases. Wenn die Zahnwalze die Oberfläche in diesem Bereich in Kontakt bringt, verursacht sie einen Bereich der elastischen Deformation, die genug groß ist, die Faser zu erreichen. So ist der ermittlte Modul, nicht gerade der des Plastiks aber wird durch den hohen Modul der nahe gelegenen Faser beeinflußt. Dieses wird Beschränkungseffekt genannt, weil das Zwangmaterial den gemessenen Modul beeinflußt, selbst wenn die Zahnwalze ihn nicht direkt in Kontakt bringt.

Wirklich geht Beschränkungseffekt beide Methoden. Wenn die Zahnwalze in Verbindung mit einer Glasfaser ist, aber nahe dem Rand der Faser ist, liegt der ermittlte Modul niedriger an der Befolgung des nahe gelegenen Plastiks. Beschränkungseffekt ist auch im Modulhistogramm sichtbar, das in Abbildung 3 gezeigt wird - die Anzeigen zwischen den zwei Spitzen sind für Einzüge, deren elastische Bereiche beide Materialien antreffen.

Durch Kontrast die Härtekarte in Abbildung 2 (B) ist ausschließlich mit zwei Verfahren. Die Eigenschaften sind irgendein, dem vom Plastik oder dem vom Glas, mit sehr wenig zwischen. Das Härtehistogramm, das in Abbildung 4 unterstützt gezeigt wird auch, diese Beobachtung (d.h., gibt es sehr wenige Anzeigen zwischen der des Plastiks und der des Glases). Im Allgemeinen sind Härtemessungen für den Zwang des Materials weniger empfindlich, weil der Bereich der Plastikdeformation (die durch die Härtemessung mengenmäßig bestimmt wird), viel kleiner ist, als der Bereich der elastischen Deformation.

Vergleich von NanoVisions-Scan und von EilPrüfung

Wenn ein Bild der Oberflächentopologie gewünscht wird, dann ist es besser, einen NanoVisions-Scan als eine EilPrüfungsreihe durchzuführen; jedoch wenn quantitative mechanische Eigenschaften gewünscht werden, dann es ist besser, eine EilPrüfungsreihe durchzuführen. Jede Technik hat seine richtige Verwendung. Für vergleichbare Prüfungszeiten erbringt ein NanoVisions-Scan ein vieles Hochauflösung Bild als eine EilPrüfungsreihe.

In der Arbeit, die in diesem Artikel dargestellt wird, enthält die Abbildung 1 (erzeugt durch NanoVision allein) 80.000 Pixel und Abbildung 2 (erzeugt durch EilPrüfung) enthält nur 1600 Pixel. Mit einem NanoVisions-Scan bleibt die Zahnwalze im Dauerkontakt mit der Oberfläche, aber mit EilPrüfung, führt die Zahnwalze wirklich eine komplette Einrückungsschleife (Anflug, Kontaktbefund, Belastung, nehmen und Bewegung zur folgenden Einrückungssite) aus dem Programm, an jedem Punkt in der Reihe durch, um quantitative mechanische Eigenschaften zu erreichen. Zusammenfassend ist NanoVision für grundlegende Darstellung am besten, aber EilPrüfung ist die einzige Allee für den Erhalt von quantitativen Karten der mechanischen Eigenschaften.

Schlussfolgerungen

Im Allgemeinen erstellt die Benutzung der Option Agilent NanoVision allein Bilder der Oberflächentopologie, die in hohem Grade entschlossen sind, aber die Benutzung der EilPrüfungsoption Agilent (die NanoVision enthält), versieht die quantitativen mechanischen abbildenden Eigenschaften, obwohl mit niedrigerer Auflösung als ein NanoVisions-Scan. EilPrüfung wurde verwendet, um eine Reihe 40x40 durchzuführen eindrückt, um die Härte und das Elastizitätsmodul einer unterteilten Fiberglascomputerbehörde über einem 40µm x 40µm Bereich abzubilden. Die 1600 Einzüge wurden in weniger als 26 Minuten beendet. Die gemessenen Eigenschaften stimmten Erwartungen für die Teilmaterialien überein. Wie erwartet verkündete die Modulkarte Beschränkungseffekt zu einem größeren Grad als die Härtekarte.

Bezüge

1. Crawford, B., „Steifheits-Abbilden: Eine Dynamische Abbildungstechnik,“ Agilent Technologies, Inc., 2011, Dokumentieren Kein: 5990-6329EN, Dattel Erreicht: Am 21. Februar 2012; Erhältlich von: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliver, W.C. und Pharr, G.M., „eine Verbesserte Technik für die Bestimmung von Härte und von Elastizitätsmodul Unter Verwendung der Belastung und Distanzadresse, die Einrückungs-Experimente,“ Zapfen von Material-Forschung 7(6), 1564-1583, 1992 Ermittlt.
3. Heu, J., „Schnelle Kennzeichnung des Elastizitätsmoduls und Härte über EilPrüfung,“ Agilent Technologies, Inc., 2012, Erhältlich von: http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?nid=-34000.0.00&c=186083.i.2&to=79831.g.1&cc=US&lc=eng&pageMode=LB.

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Date Added: May 17, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:03

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