Caracterización Mecánica Rápida de la Fibra De Vidrio Usando un Nanoindenter

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Temas Revestidos

Introducción
Prueba Expresa
Método
Resultados
    Resultados de Exploración de NanoVision
    Resultados de la Prueba Expresos
Discusión de Resultados
    Comparación de la Correspondencia del Módulo y de la Correspondencia del Endurecimiento
    Comparación de la Exploración de NanoVision y de la Prueba Expresa
Conclusiones
Referencias
Sobre las Tecnologías de Keysight

Introducción

La Obtención de las correspondencias superficiales del módulo y del endurecimiento de elástico ha sido una meta persistente de la comunidad del nanoindentation. Una solución ofrecida es deducir propiedades del AFM-como la exploración de la superficie. Esta técnica, que a veces se llama módulo que correlaciona, tiene limitaciones sutiles pero importantes. Bajo muchas condiciones económicas prácticas, la tosquedad superficial y la plasticidad incipiente comprometen la determinación del área de contacto y así del módulo de elástico [1]. Además, para el módulo que correlaciona para trabajar, el contacto debe ser elástico, pero este requisito excluye el endurecimiento que correlaciona porque una prueba de endurecimiento requiere causar plasticidad en el material.

Prueba Expresa

Las Tecnologías de Keysight' presentaron nuevamente a los utilizadores Expresos de las ofertas de la opción de la Prueba del Keysight NanoIndenter G200 una solución completa para la correspondencia de las propiedades mecánicas. Expreso Introduce de forma experimental la prueba tradicional del sangrado de márgenes [2] de una manera revolucionaria para lograr las velocidades sin precedentes de la prueba [3].

La Prueba Expresa realiza un ciclo completo del sangrado de márgenes por segundo, incluyendo la aproximación, detección del contacto, carga, descarga, y movimiento al sitio siguiente del sangrado de márgenes. Así, la Prueba Expresa se puede utilizar para crear correspondencias superficiales verdaderas del módulo y del endurecimiento de elástico, simple realizando un arsenal de alta velocidad de sangrados de márgenes. Este artículo abreviado detallará el uso de la Prueba Expresa de correlacionar el módulo del endurecimiento y de elástico de la fibra de vidrio.

La opción Expresa de la Prueba utiliza otra G200 opción, Keysight NanoVision, como componente dominante del diseño; NanoVision proporciona a colocación superior, a la llanura del viaje, y de imagen-tramitar software. Estas dos opciones no son idénticas, sin embargo. La Prueba Expresa requiere NanoVision como parte integrante de prueba ultrarrápida, pero NanoVision puede también ser utilizado mientras que fue concebido originalmente (es decir, para crear de alta calidad, AFM-como imágenes). En el trabajo presentado aquí, NanoVision se demuestra en sus el propio y como componente de la Prueba Expresa.

Método

Toda La prueba fue realizada con un Keysight NanoIndenter G200 que utilizaba la Prueba Expresa, NanoVision, y una carga de Keysight DCM II ajustada con un penetrador de Berkovich. La muestra era una sección de la tarjeta del ordenador de la fibra de vidrio, que metallographically fue montada y pulida para el nanoindentation. La Fibra De Vidrio es un plástico que es reforzado por las fibras finas del cristal. Para las tarjetas del ordenador de la fibra de vidrio, los plásticos termofraguados (thermosets) se utilizan como material de relleno. La constitución exacta de la fibra de vidrio probada en este trabajo es desconocida, pero mucho puede ser docta de las propiedades mecánicas de los componentes.

La zona de pruebas fue seleccionada viendo la superficie bajo un microscopio óptico (magnificación óptica 40x). Después, una exploración de NanoVision fue realizada para obtener un de alta calidad, AFM-como la imagen de la superficie. La carga de la exploración era 10μN. La Prueba Expresa entonces fue utilizada para prescribir un arsenal de 40 x 40 sangrados de márgenes sobre un área de los 40μm los x 40μm. El método de la prueba era Prueba Expresa del ` a un Force.mss' y todos los sangrados de márgenes en el arsenal Expreso de la Prueba tenían una fuerza máxima de 1mN.

Resultados

Resultados de Exploración de NanoVision

Cuadro 1 topología de la superficie de visualizaciones de una exploración de NanoVision. Esta exploración tardó cerca de 17 minutos y es típica de qué se puede lograr con NanoVision. Los círculos rojos son los extremos expuestos de fibras de vidrio individuales; las áreas azules son el rellenador thermoset. Es importante observar que el Cuadro 1 es una exploración auténtica en la cual el penetrador permanece en contacto contínuo con la superficie mientras que rastrea su topología. Es decir esta imagen no es una Prueba Expresa; La Prueba Expresa realiza sangrados de márgenes individuales sobre el dominio, escogiendo el penetrador hacia arriba de la superficie después de cada sangrado de márgenes. El Cuadro 1 comprende 200 la línea exploraciones, espaciadas uniformemente en la x-dirección con 400 puntas registradas en la y-dirección a lo largo de la longitud de cada exploración, formando una imagen de pixel 80.000.

Cuadro 1. topología Superficial de la fibra de vidrio vía la exploración de NanoVision. Para esta imagen, seguía habiendo la punta en contacto contínuo con la superficie mientras que rastreaba su topología. Fuerza de la Exploración = 10μN; tiempo de la exploración = minuto 17; talla de la imagen = pixeles 200x400.

Resultados de la Prueba Expresos

El Cuadro 2 muestra los resultados del arsenal Expreso del sangrado de márgenes de la Prueba sobre el mismo dominio que el Cuadro 1. Cuadro 2 (a) visualiza el módulo de elástico, mientras que el Cuadro 2 (b) visualiza el endurecimiento. Solamente un arsenal del sangrado de márgenes fue requerido para obtener la información para el módulo y las correspondencias del endurecimiento. Además de módulo y de endurecimiento, otros canales están disponibles para correlacionar, incluyendo rigidez, la elevación superficial, y la profundidad del contacto. Esta Prueba Expresa comprendió un arsenal de los sangrados de márgenes 40x40, que hace estas imágenes 1600 de pixel de las correspondencias. El tiempo de la Prueba era 26 minutos - apenas un poco más de largo que la exploración de NanoVision.

Cuadro 2. (a) módulo De Young y (b) correspondencias del endurecimiento de la fibra de vidrio vía Prueba Expresa. Estas imágenes visualizan los resultados de una única Prueba Expresa que comprende 1600 sangrados de márgenes individuales. Fuerza Máxima del sangrado de márgenes = 1mN; pruebe el tiempo = el minuto 26; talla de la imagen = pixeles 40x40.

Los Cuadros 3 y 4 muestran la misma información que el Cuadro 2, pero en formulario del histograma. El endurecimiento y el módulo muestran los picos que representan los dos componentes de la fibra de vidrio: el plástico thermoset y las fibras de vidrio. De esta información, las propiedades de los componentes se deducen y están señaladas en el Cuadro 1. Las propiedades señaladas son razonables: 72 GPa es un módulo típico para el cristal, y 8,5 GPa es un módulo razonable para un polímero derecho.

Cuadro 3. Histograma de las mediciones 1600 del módulo que muestran los picos para cada componente de la fibra de vidrio. Los valores Intermedios son afectados por ambos componentes.

Cuadro 4. Histograma de las mediciones 1600 del endurecimiento que muestran la distribución bimodal, con los picos para cada componente de la fibra de vidrio.

Las Propiedades del Cuadro 1. de los componentes de la fibra de vidrio de propiedades mecánicas de la Prueba Expresa correlacionan.

Componente Módulo (Std. Dev.) Endurecimiento (Std. Dev.)
Plástico Thermoset 8,51 (0,26) 0,54 (0,02)
fibra de vidrio 79,97 (5,40) 6,99 (0,26)

Discusión de Resultados

Comparación de la Correspondencia del Módulo y de la Correspondencia del Endurecimiento

La correspondencia del módulo mostrada en el Cuadro 2 (a) revela que los valores señalados son influenciados importante por efecto de la restricción, especialmente en los límites de los dos materiales. Hay halo un plástico del `' alrededor de las fibras donde está ligeramente más alto el módulo detectado que el del rellenador, pero aún mucho menos que el del cristal. Cuando el penetrador hace contacto con la superficie en esta área, causa un campo de la deformación elástica que es bastante grande alcanzar la fibra. Así, el módulo detectado no es apenas el del plástico sino es influenciado por el alto módulo de la fibra próxima. Esto se llama efecto de la restricción porque el material que obliga afecta al módulo medido, incluso cuando el penetrador no lo hace contacto con directamente.

Real, el efecto de la restricción va ambas maneras. Cuando el penetrador está en contacto con una fibra de vidrio, pero está cerca del borde de la fibra, el módulo detectado es más bajo debido a la concordancia del plástico próximo. El efecto de la Restricción es también visible en el histograma del módulo mostrado en el Cuadro 3 - las lecturas entre los dos picos están para los sangrados de márgenes cuyos campos elásticos encuentran ambos materiales.

Por El Contrario, la correspondencia del endurecimiento en el Cuadro 2 (b) es estrictamente bimodal. Las propiedades son cualquiera que del plástico o entre las cuales del cristal, con muy poco. El histograma del endurecimiento mostrado en el Cuadro 4 también utiliza esta observación (es decir, hay muy pocas lecturas entre el del plástico y el del cristal). Generalmente, las mediciones del endurecimiento son menos sensibles a obligar el material porque el campo de la deformación plástica (que es cuantificada por la medición del endurecimiento) es mucho más pequeño que el campo de la deformación elástica.

Comparación de la Exploración de NanoVision y de la Prueba Expresa

Si una imagen de la topología superficial se desea, después es mejor realizar una exploración de NanoVision que un arsenal Expreso de la Prueba; sin embargo, si se desean las propiedades mecánicas cuantitativas, después él es mejor realizar un arsenal Expreso de la Prueba. Cada técnica tiene su uso apropiado. Por tiempos comparables de la prueba, una exploración de NanoVision rinde una imagen mucho más de alta resolución que un arsenal Expreso de la Prueba.

En el trabajo presentado en este artículo, el Cuadro 1 (generado por NanoVision solamente) comprende 80.000 pixeles y el Cuadro 2 (generados por la Prueba Expresa) comprende solamente 1600 pixeles. Con una exploración de NanoVision, el penetrador permanece en contacto contínuo con la superficie, pero con la Prueba Expresa, el penetrador realiza real un ciclo completo del sangrado de márgenes (la aproximación, detección del contacto, carga, descarga, y movimiento al sitio siguiente del sangrado de márgenes) en cada punta en el arsenal para obtener propiedades mecánicas cuantitativas. En resumen, NanoVision es el mejor para la proyección de imagen básica, pero la Prueba Expresa es la única avenida para obtener correspondencias cuantitativas de las propiedades mecánicas.

Conclusiones

Generalmente, utilizar la opción de Keysight NanoVision solamente crea las imágenes de la topología superficial que son más altamente resueltas, pero utilizar la opción Expresa de la Prueba de Keysight (que incorpora NanoVision) provee de las propiedades mecánicas cuantitativas que correlacionan, no obstante una resolución más inferior que una exploración de NanoVision. La Prueba Expresa fue utilizada para realizar un arsenal de 40x40 mella para correlacionar el módulo del endurecimiento y de elástico de una tarjeta seccionada del ordenador de la fibra de vidrio sobre un área de los 40µm de los x 40µm. Los 1600 sangrados de márgenes fueron terminados en menos de 26 minutos. Las propiedades medidas correspondieron con las expectativas para los materiales componentes. Como se esperaba, la correspondencia del módulo manifestó efecto de la restricción a un mayor grado que la correspondencia del endurecimiento.

Referencias

1. Crawford, B., “Correspondencia de la Rigidez: Una Técnica de Proyección De Imagen Dinámica,” Keysight Technologies, Inc., 2011, Documenta Ningún: 5990-6329EN, Fecha Alcanzada: 21 de febrero de 2012; Disponible de: http://cp.literature.Keysight.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliverio, W.C. y Pharr, G.M., “Una Técnica Mejorada para Determinar Endurecimiento y el Elástico-Módulo Usando Carga y Dislocación Que Detecta Experimentos del Sangrado De Márgenes,” Gorrón de la Investigación de los Materiales 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Heno, J., “Caracterización Rápida del Módulo de Elástico y Endurecimiento vía Prueba Expresa,” Keysight Technologies, Inc., 2012, Disponible de: http://www.home.Keysight.com/Keysight/product.jspx?nid=-34000.0.00&c=186083.i.2&to=79831.g.1&cc=US&lc=eng&pageMode=LB.

Sobre las Tecnologías de Keysight

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Fuente: Tecnologías de Keysight

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Date Added: May 17, 2012 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 12:31

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