Caractérisation Mécanique Rapide de Fibre De Verre Utilisant un Nanoindenter

Parrainé par des Technologies de Keysight

Sujets Couverts

Introduction
Test Exprès
Méthode
Résultats
    Résultats d'Échographie de NanoVision
    Résultats de Test Exprès
Examen des Résultats
    Comparaison de Plan de Module et de Plan de Dureté
    Comparaison d'Échographie de NanoVision et de Test Exprès
Conclusions
Références
Au Sujet des Technologies de Keysight

Introduction

L'Obtention des plans extérieurs du module élastique et de la dureté a été un objectif persistant de la communauté de nanoindentation. Une solution offerte est d'impliquer des propriétés d'une échographie AFM comme de la surface. Cette technique, qui est mappage parfois appelé de module, a des limitations subtiles mais significatives. Dans beaucoup de circonstances pratiques, l'aspérité et la plasticité naissante compromettent la détermination de la zone de contact et ainsi du module élastique [1]. En Outre, pour que le mappage de module fonctionne, le contact doit être élastique, mais cette condition exclut le mappage de dureté parce qu'un test de dureté exige entraîner la plasticité dans le matériau.

Test Exprès

Les Technologies de Keysight' ont neuf présenté les utilisateurs Exprès d'offres d'option de Test du Keysight NanoIndenter G200 une solution globale pour la cartographie de propriétés mécaniques. Exprès Introduit de façon expérimentale le test traditionnel d'indentation [2] d'une voie révolutionnaire afin de réaliser les vitesses sans précédent de test [3].

Le Test Exprès exécute un cycle complet d'indentation par seconde, y compris l'élan, dépistage de contact, charge, décharge, et mouvement au prochain site d'indentation. Ainsi, le Test Exprès peut être employé pour produire de véritables plans extérieurs du module élastique et de la dureté, simplement en exécutant un alignement ultra-rapide d'indentations. Ce bref article détaillera l'utilisation du Test Exprès de tracer le module de dureté et élastique de la fibre de verre.

L'option Exprès de Test emploie une autre G200 option, Keysight NanoVision, comme composant principal de design ; NanoVision fournit positionner supérieur, égalité de course, et logiciel à traitement d'images. Ces deux options ne sont pas identiques, cependant. Le Test Exprès exige NanoVision en tant que partie intégrante de test ultra-rapide, mais NanoVision peut également être utilisé pendant qu'il était initialement conçu (c.-à-d., afin de produire des images de haute qualité et AFM comme). Dans le travail présenté ici, NanoVision est expliqué seule et comme composant de Test Exprès.

Méthode

Tout L'essai a été réalisé avec un Keysight NanoIndenter G200 employant le Test Exprès, le NanoVision, et une tête de Keysight DCM II équipée d'un pénétrateur de Berkovich. L'échantillon était une partie du carton d'ordinateur de fibre de verre, qui a été metallographically monté et poli pour le nanoindentation. La Fibre De Verre est un plastique qui est renforcé par les fibres fines de la glace. Pour des cartons d'ordinateur de fibre de verre, des plastiques thermodurcissables (thermosets) sont utilisés comme matériau de remplissage. La constitution exacte de la fibre de verre testée dans ce travail est inconnue, mais beaucoup peut être instruite des propriétés mécaniques des constituants.

La zone de test a été sélectée en visualisant la surface sous un microscope optique (agrandissement 40x optique). Ensuite, une échographie de NanoVision a été exécutée afin d'obtenir une image de haute qualité et AFM comme de la surface. La charge d'échographie était 10μN. Le Test Exprès a été alors employé pour prescrire un alignement de 40 x 40 indentations au-dessus d'une zone de 40μm x de 40μm. La méthode de test était Test Exprès de ` à un Force.mss' et toutes les indentations dans l'alignement Exprès de Test ont eu une force maximum de 1mN.

Résultats

Résultats d'Échographie de NanoVision

Le Schéma 1 topologie de la surface de visualisations d'une échographie de NanoVision. Cette échographie a pris environ 17 mn et est typique de ce qui peut être accompli avec NanoVision. Les cercles rouges sont les extrémités exposées de différentes fibres de verre ; les zones bleues sont le remplissage thermoset. Il est important de noter que le Schéma 1 est une échographie véritable dans laquelle le pénétrateur reste en contact continu avec la surface tout en traçant sa topologie. En d'autres termes, cette image n'est pas un Test Exprès ; Le Test Exprès exécute différentes indentations au-dessus du domaine, sélectionnant le pénétrateur hors de la surface après chaque indentation. Le Schéma 1 comporte 200 la ligne échographies, régulièrement espacées dans le x-sens avec 400 remarques enregistrées dans le y-sens sur la longueur de chaque échographie, formant une image de pixel 80.000.

Le Schéma 1. topologie Extérieure de la fibre de verre par l'intermédiaire de l'échographie de NanoVision. Pour cette image, l'extrémité est demeurée en contact continu avec la surface tout en traçant sa topologie. Force d'Échographie = 10μN ; temps d'échographie = mn 17 ; taille de l'image = pixels 200x400.

Résultats de Test Exprès

Le Schéma 2 donne les résultats de l'alignement Exprès d'indentation de Test au-dessus du même domaine que le Schéma 1. la Figure 2 (a) affiche le module élastique, alors que le Schéma 2 (b) affiche la dureté. Seulement un alignement d'indentation a été exigé pour obtenir l'information pour le module et les plans de dureté. En plus du module et de la dureté, d'autres tunnels sont disponibles pour tracer, y compris l'élévation de raideur et extérieure, et la profondeur de contact. Ce Test Exprès a comporté un alignement des indentations 40x40, qui effectue ces images 1600 de pixel de plans. Le temps de Test était de 26 mn - juste un peu plus longtemps que l'échographie de NanoVision.

Le Schéma 2. (a) module De Young et (b) plans de dureté de fibre de verre par l'intermédiaire de Test Exprès. Ces images affichent les résultats d'un Test Exprès unique comportant 1600 différentes indentations. Force Maximum d'indentation = 1mN ; testez le temps = mn 26 ; taille de l'image = pixels 40x40.

Les Schémas 3 et 4 affichent la même information que le Schéma 2, mais sous la forme d'histogramme. La dureté et le module affichent les crêtes qui représentent les deux composants de la fibre de verre : l'en plastique thermoset et les fibres de verre. De cette information, les propriétés des composants sont déduites et enregistrées dans le Tableau 1. Les propriétés enregistrées sont raisonnables : 72 GPa est un module typique pour la glace, et 8,5 GPa est un module raisonnable pour un polymère raide.

Chiffre 3. Histogramme des mesures 1600 de module affichant des crêtes pour chaque constituant de fibre de verre. Des valeurs Intermédiaires sont affectées par les deux constituants.

Chiffre 4. Histogramme des mesures 1600 de dureté affichant la distribution bimodale, avec des crêtes pour chaque constituant de fibre de verre.

Les Propriétés du Tableau 1. des composants de fibre de verre des propriétés mécaniques de Test Exprès tracent.

Composant Module (Std. Dev.) Dureté (Std. Dev.)
Plastique Thermoset 8,51 (0,26) 0,54 (0,02)
fibres de verre 79,97 (5,40) 6,99 (0,26)

Examen des Résultats

Comparaison de Plan de Module et de Plan de Dureté

Le plan de module représenté sur le Schéma 2 (a) indique que les valeurs enregistrées sont sensiblement influencées par effet de contrainte, particulièrement aux bornes des deux matériaux. Il y a halo en plastique de `' autour des fibres où le module senti est légèrement plus élevé que celui du un remplissage, mais autour toujours beaucoup de moins que cela de la glace. Quand le pénétrateur entre en contact avec la surface dans cette zone, il entraîne une zone de la déformation élastique qui est assez grande pour atteindre la fibre. Ainsi, le module senti n'est pas simplement celui du plastique mais est influencé par le module élevé de la fibre avoisinante. C'est effet appelé de contrainte parce que le matériau de contrainte affecte le module mesuré, même lorsque le pénétrateur n'entre pas en contact avec lui directement.

En Fait, l'effet de contrainte va de deux voies. Quand le pénétrateur est en contact avec une fibre de verre, mais est près de l'arête de la fibre, le module senti est plus bas dû à la conformité du plastique avoisinant. L'effet de Contrainte est également visible dans l'histogramme de module représenté sur le Schéma 3 - les relevés entre les deux crêtes sont pour les indentations dont les zones élastiques rencontrent les deux matériaux.

En Revanche, le plan de dureté sur le Schéma 2 (b) est strictement bimodal. Les propriétés sont l'un ou l'autre qui du plastique ou entre lesquelles de la glace, avec très peu. L'histogramme de dureté représenté sur le Schéma 4 supporte également cette observation (c.-à-d., il y a très peu de relevés entre cela du plastique et celui de la glace). Généralement, les mesures de dureté sont moins sensibles à contraindre le matériau parce que la zone de la déformation en plastique (qui est mesurée par la mesure de dureté) est beaucoup plus petite que la zone de la déformation élastique.

Comparaison d'Échographie de NanoVision et de Test Exprès

Si une image de la topologie extérieure est désirée, alors il vaut mieux d'exécuter une échographie de NanoVision qu'un alignement Exprès de Test ; cependant, si des propriétés mécaniques quantitatives sont désirées, puis il vaut mieux exécuter un alignement Exprès de Test. Chaque technique a son usage correcte. Pendant des temps comparables de test, une échographie de NanoVision fournit une image beaucoup plus de haute résolution qu'un alignement Exprès de Test.

Dans le travail présenté en cet article, le Schéma 1 (produit par seul NanoVision) comporte 80.000 pixels et Schéma 2 (produits par le Test Exprès) comporte seulement 1600 pixels. Avec une échographie de NanoVision, le pénétrateur reste en contact continu avec la surface, mais avec le Test Exprès, le pénétrateur exécute réellement un cycle complet d'indentation (l'élan, dépistage de contact, charge, déchargent, et mouvement au prochain site d'indentation) à chaque remarque dans l'alignement afin d'obtenir les propriétés mécaniques quantitatives. En résumé, NanoVision est le meilleur pour la représentation de base, mais le Test Exprès est la seule avenue pour obtenir les plans quantitatifs de propriétés mécaniques.

Conclusions

Généralement, employer seule l'option de Keysight NanoVision produit les images de la topologie extérieure qui sont plus hautement resolved, mais employer l'option Exprès de Test de Keysight (qui comporte NanoVision) fournit aux propriétés mécaniques quantitatives traçant, quoique la basse résolution qu'une échographie de NanoVision. Le Test Exprès a été employé pour exécuter un alignement d'indentations 40x40 afin de tracer le module de dureté et élastique d'un carton en coupe d'ordinateur de fibre de verre au-dessus d'une zone de 40µm x de 40µm. Les 1600 indentations ont été remplies en moins de 26 mn. Les propriétés mesurées ont apparié des attentes pour les matériaux constitutifs. Comme prévu, le plan de module a manifesté l'effet de contrainte à un degré plus grand que le plan de dureté.

Références

1. Crawford, B., « Mappage de Raideur : Une Technique d'Imagerie Dynamique, » Keysight Technologies, Inc., 2011, Documentent l'Aucun : 5990-6329EN, Date Consultée : Le 21 février 2012 ; Disponible de : http://cp.literature.Keysight.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliver, W.C. et Pharr, G.M., « Une Technique Améliorée pour Déterminer la Dureté et l'Élastique-Module Utilisant la Charge et Déplacement Sentant des Expériences d'Indentation, » Tourillon de la Recherche de Matériaux 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Foin, J., « Caractérisation Rapide du Module Élastique et Dureté par l'intermédiaire de Test Exprès, » 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.

Au Sujet des Technologies de Keysight

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Source : Technologies de Keysight

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît les Technologies de Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:30

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