Caratterizzazione Meccanica Rapida di Vetroresina Facendo Uso di un Nanoindenter

Promosso dalle Tecnologie di Keysight

Argomenti Coperti

Introduzione
Prova Precisa
Metodo
Risultati
    Valori di NanoVision
    Risultati dei Test Precisi
Discussione sui Risultati
    Confronto della Mappa del Modulo e della Mappa di Durezza
    Confronto della Scansione di NanoVision e della Prova Precisa
Conclusioni
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Keysight

Introduzione

Ottenere le carte al suolo del modulo elastico e della durezza è stato uno scopo persistente della comunità di nanoindentation. Una soluzione offerta è di arguire i beni da una scansione AFM del tipo di della superficie. Questa tecnica, che a volte è chiamata modulo che mappa, presenta le limitazioni sottili ma significative. In molte circostanze pratiche, la rugosità di superficie e la plasticità incipiente compromettono la determinazione di area di contatto e così del modulo elastico [1]. Ancora, per il modulo che mappa per lavorare, il contatto deve essere elastico, ma questo requisito esclude la durezza che mappa perché una prova di durezza richiede causare la plasticità nel materiale.

Prova Precisa

Le Tecnologie di Keysight' recentemente hanno presentato gli utenti Precisi di offerte di opzione della Prova del Keysight NanoIndenter G200 una soluzione completa per la mappatura dei beni meccanici. La Prova Precisa applica la prova tradizionale della dentellatura [2] in un modo rivoluzionario per raggiungere le velocità senza precedenti di prova [3].

La Prova Precisa esegue un ciclo completo della dentellatura al secondo, compreso l'approccio, rilevazione del contatto, caricamento, scarica e movimento al sito seguente della dentellatura. Quindi, la Prova Precisa può essere utilizzata per creare le carte al suolo vere del modulo elastico e della durezza, semplicemente eseguendo una schiera ad alta velocità dei margini. Questo breve articolo dettaglierà l'uso della Prova Precisa mappare il modulo elastico e di durezza di vetroresina.

L'opzione Precisa della Prova utilizza un'altra G200 opzione, Keysight NanoVision, come componente chiave di progettazione; NanoVision fornisce il posizionamento superiore, la planarità del viaggio ed il software di immagine-trattamento. Queste due opzioni non sono identiche, tuttavia. La Prova Precisa richiede NanoVision come parte integrante di prova ultraveloce, ma NanoVision può anche essere usato mentre originalmente è stato concepito (cioè, per creare le immagini di alta qualità e AFM del tipo di). Nel lavoro presentato qui, NanoVision è dimostrato sia da sè che come componente della Prova Precisa.

Metodo

Tutta La prova è stata eseguita con un Keysight NanoIndenter G200 che utilizza la Prova Precisa, NanoVision e una testa di Keysight DCM II misura con un penetratore di Berkovich. Il campione era una sezione della scheda del computer della vetroresina, che metallographically è stata montata e lucidato stata per il nanoindentation. La Vetroresina è una plastica che è rinforzata dalle fibre fini di vetro. Per le schede del computer della vetroresina, la plastica termoindurente (thermosets) è usata come materiale di riporto. La costituzione esatta della vetroresina collaudata in questo lavoro è sconosciuta, ma molto può essere istruita dai beni meccanici dei componenti.

L'area campione è stata selezionata osservando la superficie sotto un microscopio ottico (ingrandimento ottico 40x). Dopo, una scansione di NanoVision è stata eseguita per ottenere un'immagine di alta qualità e AFM del tipo di della superficie. Il caricamento di scansione era 10μN. La Prova Precisa poi è stata usata per prescrivere una schiera di 40 x 40 margini sopra un'area di 40μm x di 40μm. Il metodo di prova era Prova Precisa del ` ad un Force.mss' e tutti i margini nella schiera Precisa della Prova hanno avuti una forza massima di 1mN.

Risultati

Valori di NanoVision

Figura 1 topologia della superficie di visualizzazioni da una scansione di NanoVision. Questa scansione ha richiesto circa 17 minuti ed è tipica di che cosa può essere compiuto con NanoVision. I cerchi rossi sono le estremità esposte di diverse fibre di vetro; le aree blu sono il riporto thermoset. È importante notare che Figura 1 è una scansione genuina in cui il penetratore rimane in contatto continuo con la superficie mentre rintraccia la sua topologia. Cioè questa immagine non è una Prova Precisa; La Prova Precisa esegue le diverse dentellature sopra il dominio, selezionante il penetratore su fuori dalla superficie dopo ogni dentellatura. Figura 1 comprende 200 la riga scansioni, spaziate uniformemente nella x-direzione con 400 punti registrati nella y-direzione sulla lunghezza di ogni scansione, formante un'immagine di pixel 80.000.

Figura 1. topologia Di Superficie di vetroresina via la scansione di NanoVision. Per questa immagine, il suggerimento è rimanere in contatto continuo con la superficie mentre rintracciava la sua topologia. Forza di Scansione = 10μN; tempo di scansione = minuto 17; dimensioni immagine = pixel 200x400.

Risultati dei Test Precisi

Figura 2 mostra i risultati della schiera Precisa della dentellatura della Prova sopra lo stesso dominio come Calcolano 1. Figure 2 visualizzazioni (a) il modulo elastico, mentre Figura 2 (b) video la durezza. Soltanto una schiera della dentellatura è stata richiesta per ottenere le informazioni per sia il modulo che le mappe di durezza. Oltre al modulo ed alla durezza, altri canali sono disponibili per la mappatura, compreso la rigidezza, l'elevazione di superficie e della profondità del contatto. Questa Prova Precisa ha compreso una schiera i margini 40x40, che fa queste immagini 1600 di pixel delle mappe. Il tempo di Prova era appena un poco più lungamente 26 minuti - della scansione di NanoVision.

Figura 2. (a) modulo Di Young e (b) mappe di durezza di vetroresina via la Prova Precisa. Queste immagini video i risultati di singola Prova Precisa che comprende 1600 diversi margini. Forza Massima della dentellatura = 1mN; verifichi il tempo = minuto 26; dimensioni immagine = pixel 40x40.

Figure 3 e 4 mostrano le stesse informazioni di Figura 2, ma nel modulo dell'istogramma. Sia la durezza che il modulo mostrano i picchi che rappresentano le due componenti della vetroresina: il di plastica thermoset e le fibre di vetro. Da questi informazioni, i beni delle componenti sono dedotti e riferiti in Tabella 1. I beni riferiti sono ragionevoli: 72 GPa sono un modulo tipico per vetro e 8,5 GPa sono un modulo ragionevole per un polimero rigido.

Cifra 3. un Istogramma delle misure 1600 del modulo che mostrano i picchi per ogni componente della vetroresina. I valori Intermedi sono influenzati da entrambi i componenti.

Cifra 4. un Istogramma delle misure 1600 di durezza che mostrano distribuzione bimodale, con i picchi per ogni componente della vetroresina.

I Beni della Tabella 1. delle componenti della vetroresina dai beni meccanici della Prova Precisa mappano.

Componente Modulo (Std. Dev.) Durezza (Std. Dev.)
Plastica Thermoset 8,51 (0,26) 0,54 (0,02)
fibra di vetro 79,97 (5,40) 6,99 (0,26)

Discussione sui Risultati

Confronto della Mappa del Modulo e della Mappa di Durezza

La mappa del modulo come appare Figura 2 (a) rivela che i valori riferiti sono influenzati significativamente da effetto di vincolo, particolarmente ai limiti dei due materiali. C'è alone un di plastica del `' intorno alle fibre in cui il modulo percepito è leggermente superiore a quello del riporto, ma ancora molto a di meno che quello del vetro. Quando il penetratore contatta la superficie in questa area, causa un campo di deformazione elastica che è abbastanza grande raggiungere la fibra. Quindi, il modulo percepito non è appena quello della plastica ma è influenzato dall'alto modulo della fibra vicina. Ciò è chiamata effetto di vincolo perché il materiale di costrizione pregiudica il modulo misurato, anche quando il penetratore non lo contatta direttamente.

Realmente, l'effetto di vincolo va entrambi i modi. Quando il penetratore è in contatto con una fibra di vetro, ma è vicino alla barriera della fibra, il modulo percepito è più in basso dovuto la conformità della plastica vicina. L'effetto di Vincolo è egualmente visibile nell'istogramma del modulo come appare Figura 3 - le letture fra i due picchi sono per i margini di cui i campi elastici incontrano entrambi i materiali.

Al Contrario, la mappa di durezza nella Figura 2 (b) è rigorosamente bimodale. I beni sono l'uno o l'altro che della plastica o cui del vetro, con pochissimo fra. L'istogramma di durezza come appare Figura 4 egualmente supporta questa osservazione (cioè, ci sono molto poche letture fra quella della plastica e quella del vetro). Generalmente, le misure di durezza sono meno sensibili a costringere il materiale perché il campo di deformazione di plastica (che è quantificata tramite la misura di durezza) è molto più piccolo del campo di deformazione elastica.

Confronto della Scansione di NanoVision e della Prova Precisa

Se un'immagine di topologia di superficie è desiderata, quindi è migliore eseguire una scansione di NanoVision che una schiera Precisa della Prova; tuttavia, se i beni meccanici quantitativi sono desiderati, quindi è migliore da realizzare una schiera Precisa della Prova. Ogni tecnica ha suo uso adeguato. Per i tempi comparabili di prova, una scansione di NanoVision rende un'immagine molto più di alta risoluzione che una schiera Precisa della Prova.

Nel lavoro presentato in questo articolo, Figura 1 (generata da NanoVision da solo) comprende 80.000 pixel e Figura 2 (generati dalla Prova Precisa) comprende soltanto 1600 pixel. Con una scansione di NanoVision, il penetratore rimane in contatto continuo con la superficie, ma con la Prova Precisa, il penetratore realmente esegue un ciclo completo della dentellatura (approccio, la rilevazione del contatto, caricamento, scarica e movimento al sito seguente della dentellatura) ad ogni punto nella schiera per ottenere i beni meccanici quantitativi. Riassumendo, NanoVision è la cosa migliore per la rappresentazione di base, ma la Prova Precisa è il solo viale per ottenere le mappe quantitative dei beni meccanici.

Conclusioni

Generalmente, utilizzare l'opzione di Keysight NanoVision da solo crea le immagini di topologia di superficie che sono più altamente risolte, ma utilizzare l'opzione Precisa della Prova di Keysight (che incorpora NanoVision) fornisce ai beni meccanici quantitativi che mappano, anche se risoluzione più bassa che una scansione di NanoVision. La Prova Precisa è stata usata per eseguire una schiera di 40x40 rientra per mappare il modulo elastico e di durezza di una scheda sezionata del computer della vetroresina sopra un'area di 40µm x di 40µm. I 1600 margini sono stati completati in meno di 26 minuti. I beni misurati hanno abbinato le aspettative per i materiali componenti. Come previsto, la mappa del modulo ha manifestato l'effetto di vincolo ad un maggior grado che la mappa di durezza.

Riferimenti

1. Crawford, B., “Mappatura di Rigidezza: Una Tecnica di Rappresentazione Dinamica,„ Keysight le Technologies, Inc., 2011, Documenta il Nessun: 5990-6329EN, Data Raggiunta: 21 febbraio 2012; Disponibile da: http://cp.literature.Keysight.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliver, W.C. e Pharr, G.M., “Una Tecnica Migliore per la Determinazione Durezza e del Elastico-Modulo Facendo Uso del Caricamento e Spostamento che Percepisce gli Esperimenti della Dentellatura,„ Giornale di Ricerca dei Materiali 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Fieno, J., “Caratterizzazione Rapida del Modulo Elastico e Durezza via la Prova Precisa,„ Keysight Technologies, Inc., 2012, Disponibile da: 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.

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Sorgente: Tecnologie di Keysight

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego le Tecnologie di Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:30

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