Nanoindenter를 사용하는 섬유유리의 급속한 기계적인 특성

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소개
급행 시험
방법
결과
NanoVision 검사 결과
급행 시험 결과
결과에 대한 면담
계수 지도와 경도 지도의 비교
NanoVision 검사와 급행 시험의 비교
결론
참고
Agilent 기술에 관하여

소개

탄성 계수 및 경도의 지상 지도를 장악하는 것은 계속 nanoindentation 지역 사회의 지속적인 목표입니다. 1개의 제공한 해결책은 표면의 검사 AFM 같이에서 속성을 추정하기 위한 것입니다. 때때로 지도로 나타내는 계수에게 불리는, 이 기술에는 미묘하고 그러나 중요한 제한이 있습니다. 많은 실제적인 상황의 밑에, 표면 거칠기 및 시초 가소성은 접촉 지역과 이렇게 탄성 계수 [1]의 결심을 손상합니다. 게다가, 일하기 위하여 지도로 나타내는 계수를 위해, 접촉은 탄력 있어야 합니다, 그러나 경도 시험이 물자에 있는 가소성을 일으키는 원인이 되기 요구하기 때문에 이 필수품은 지도로 나타내는 경도를 제외합니다.

급행 시험

Agilent 기술은' 새로 Agilent NanoIndenter G200의 급행 시험 선택권 제안 사용자를 기계적 성질 지도로 나타내기를 위한 포괄적인 해결책 소개했습니다. 급행 시험은 혁명적인 방법으로 전통적인 압흔 전례가 없는 테스트 속도 [3] 달성하기 위하여 테스트 [2] 실행합니다.

초당 사이클 1개의 완전한 압흔, 접근을 포함하여, 접촉 탐지, 급행 시험에 의하여 짐 능력을 발휘하고, 및 다음 압흔 사이트에 운동 내립니다. 따라서, 급행 시험은 톱니 모양의 자국의 고속 소집을 능력을 발휘해서, 단순히 탄성 계수 및 경도의 확실한 지상 지도를 만들기 위하여 이용될 수 있습니다. 이 짧은 약품은 섬유유리의 경도 그리고 탄성 계수를 지도로 나타내는 급행 시험의 사용을 선발할 것입니다.

급행 시험 선택권은 중요한 디자인 분대로 다른 G200 선택권, Agilent NanoVision를, 이용합니다; NanoVision는 여행 및 소프트웨어 심상 가공하기의 우량한 두, 편평함을 제공합니다. 이러한 두 종류 선택권은 동일하지 않습니다, 그러나. 급행 시험은 초고속 테스트의 불가결한 부분으로 NanoVision를 요구합니다, 그러나 원래 생각되는 때 NanoVision는 또한 사용될 수 있습니다 (i.e, 심상 AFM 같이 고품질을, 만들기 위하여). 여기에서 제출된 일에서는, NanoVision는 둘 다이라고 급행 시험의 분대 독자적으로 설명되고.

방법

모든 급행 시험, NanoVision 및 Berkovich indenter와 맞은 Agilent DCM II 헤드를 이용하는 Agilent NanoIndenter G200로 수행되었습니다. 견본은 nanoindentation를 위해 metallographically 거치되고 닦은 섬유유리 컴퓨터 널의 단면도이었습니다. 섬유유리는 유리의 정밀한 섬유에 의해 강화되는 플라스틱입니다. 섬유유리 컴퓨터 널을 위해, 열경화성 플라스틱 (thermosets)는 충전물 물자로 이용됩니다. 이 일에서 시험된 섬유유리의 정확한 헌법은 불명하, 그러나 매우 성분의 기계적 성질에서 수 있습니다.

시험 지역은 광학적인 현미경 (40x 광학적인 확대)의 밑에 표면을 전망해서 선정되었습니다. 다음으로, NanoVision 검사는 표면의 심상 AFM 같이 고품질을, 장악하기 위하여 능력을 발휘했습니다. 검사 짐은 10μN이었습니다. 급행 시험은 그 때 40μm x 40μm의 지역에 40 x 40의 톱니 모양의 자국의 소집을 시키기 위하여 이용되었습니다. 시험 방법은 Force.mss에 ` 급행 시험'이고 급행 시험 소집에 있는 모든 톱니 모양의 자국에는 1mN의 최대 군대가 있었습니다.

결과

NanoVision 검사 결과

NanoVision 검사에서 숫자 1 전시 표면 지세학. 이 검사는 달성될 수 있는 무슨이의 NanoVision로 대략 17 분이 걸리고 전형적입니다. 빨간 원형은 개별적인 유리 섬유의 드러낸 끝입니다; 파란 지역은 thermoset 충전물입니다. 숫자 1이 indenter가 그것의 지세학을 추적하고 있는 동안 표면과의 지속 접촉에서 남아 있는 진짜 검사이다는 것을 주의하는 것이 중요합니다. 즉 이 심상은 급행 시험이 아닙니다; 각 압흔 후에 표면 떨어져 indenter를 위로 선택하는 도메인에 개별적인 압흔이 급행 시험에 의하여 능력을 발휘합니다. 숫자 1은 균등하게 80,000 화소 심상을 형성하는 각 검사의 길이에 따라서 y 방향에서 기록된 400 점을 가진 x 방향에서 간격을 둔, 구성하고 있습니다 200 선 검사.

숫자 1. NanoVision 검사를 통해 섬유유리의 지상 지세학. 이 심상을 위해, 끝은 표면과의 지속 접촉에서 그것의 지세학을 추적하고 있는 동안 남아 있었습니다. 검사 군대 = 10μN; 검사 시간 = 17 분; 심상 규모 = 200x400 화소.

급행 시험 결과

숫자 2는 숫자 1. 숫자 2와 동일 도메인에 급행 시험 압흔 소집의 결과를 보여줍니다 (아)는 탄성 계수를, 그러나 숫자 2 디스플레이합니다 (b)는 경도를 디스플레이합니다. 단지 1개의 압흔 소집만 계수와 경도 지도 둘 다를 위한 정보를 장악할 것을 요구되었습니다. 계수와 경도 이외에, 그밖 채널 통신로는 뻣뻣함, 지상 고각 및 접촉 깊이를 포함하여, 지도로 나타내기를 위해 유효합니다. 이 급행 시험은 40x40 톱니 모양의 자국을 이 지도 1600 화소 심상을 만드는 소집을 함유했습니다. 테스트 시간은 다만 조금 오래 26 분 - NanoVision 검사 보다는이었습니다.

숫자 2. (a) Young 계수 및 (b) 급행 시험을 통해 섬유유리의 경도 지도. 이 심상은 1600의 개별적인 톱니 모양의 자국 구성하고 있는 단 하나 급행 시험의 결과를 디스플레이합니다. 최대 압흔 군대 = 1mN; 시간을 = 26 분 시험하십시오; 심상 규모 = 40x40 화소.

숫자 3과 4는 막대 그래프 양식에서 숫자 2와 동일 정보를, 그러나 보여줍니다. 경도와 계수는 둘 다 섬유유리의 2개 분대를 나타내는 첨단을 보여줍니다: thermoset 플라스틱 및 유리 섬유. 이 정보에서, 분대의 속성은 도표 1.에 추론되고 보고됩니다. 보고한 속성은 적당합니다: 72 GPa는 유리를 위한 전형적인 계수이고, 8.5 GPa는 뻣뻣한 중합체를 위한 적당한 계수입니다.

각 섬유유리 성분을 위한 첨단을 보여주는 1600년 계수 측정의 숫자 3. 막대 그래프. 중간값은 두 성분 전부에 의해 영향을 받습니다.

각 섬유유리 성분을 위한 첨단과 더불어 이항 배급을, 보여주는 1600년 경도 측정의 숫자 4. 막대 그래프.

급행 시험 기계적 성질에서 섬유유리 분대의 도표 1. 속성은 지도로 나타냅니다.

분대계수 (Std. Dev.)경도 (Std. Dev.)
Thermoset 플라스틱8.51 (0.26)0.54 (0.02)
유리 섬유79.97 (5.40)6.99 (0.26)

결과에 대한 면담

계수 지도와 경도 지도의 비교

숫자 2에서 보이는 계수 지도 (아)는 2개의 물자의 경계에 보고된 가치가 제한 효력에 의해 현저하게 좌우된다는 것을, 특히 제시합니다. 느껴진 계수가 플라스틱 충전물의 그것 보다는 경미하게 더 높은 섬유, 그러나 아직도 매우 유리의 그것 보다는 더 적은의 주위에 ` 달무리가' 있습니다. indenter는 이 지역에 있는 표면을 접촉할 때, 섬유를 도달하기 위하여 충분히 큰 탄력 있는 개악의 필드를 일으키는 원인이 됩니다. 따라서, 느껴진 계수는 플라스틱의 다만 그것이 아니 그러나 가까운 섬유의 높은 계수에 의해 좌우됩니다. 이것은 indenter가 그것을 직접 접촉하지 않을 때라도 강요 물자가 측정하기 계수에 영향을 미치기 때문에 제한 효력에게 불립니다.

실제로, 제한 효력은 두 쪽 다 갑니다. indenter가 유리 섬유와 접촉하여 이골, 그러나 섬유의 가장자리의 가까이에 있을 때, 느껴진 계수는 낮게 가까운 플라스틱의 수락 때문이. 제한 효력은 또한 숫자 3에서 보인 계수 막대 그래프에서 눈에 보입니다 - 2개의 첨단 사이 독서는 그의 탄력 있는 필드가 두 물자 다 직면하는 톱니 모양의 자국을 위해 입니다.

대조적으로, 숫자 2에 있는 경도 지도 (b)는 엄격히 이항 입니다. 속성은 플라스틱의 또는 약간과 더불어 유리의, 어느 쪽이든입니다. 숫자 4에서 보인 경도 막대 그래프는 또한 이 관측을 지원합니다 (i.e, 아주 플라스틱의 그것과 유리의 그것 사이 몇몇 독서가 있습니다). 일반적으로, 경도 측정은 (경도 측정에 의해 양이 정해지는)의 필드가 플라스틱 개악 때문에 탄력 있는 개악의 필드 보다는 매우 더 작기 물자 강요에 보다 적게 과민합니다.

NanoVision 검사와 급행 시험의 비교

지상 지세학의 심상이 요구되는 경우에, NanoVision 검사를 능력을 발휘하는 것이 급행 시험 소집 보다는 낫습니다; 그러나 양이 많은 기계적 성질이 요구되는 경우에, 그 후에 그것 급행 시험 소집을 실행하게 낫습니다. 각 기술에는 그것의 적당한 사용법이 있습니다. 대등한 테스트 시간을 위해, 급행 시험 소집 보다는 매우 고해상 심상이 NanoVision 검사에 의하여 열매를 산출합니다.

이 약품에서 제출된 일에서는, (혼자 NanoVision의 생성되는) 숫자 1은 (급행 시험에 의해 생성되는) 80,000의 화소 및 숫자 2 구성하고 있습니다 단지 1600의 화소 구성하고 있습니다. NanoVision 검사로, indenter는 표면으로 지속 접촉에서 남아 있습니다, 그러나 급행 시험으로, 소집에 있는 각 점에 완전한 압흔 양이 많은 기계적 성질을 장악하기 위하여 주기가 indenter에 의하여 실제로 (접근, 접촉 탐지, 짐은, 다음 압흔 사이트에 운동 내리고) 능력을 발휘합니다. 요약하자면, NanoVision는 기본적인 화상 진찰을 위해 최상 입니다, 그러나 급행 시험은 양이 많은 기계적 성질 지도 장악을 위한 유일한 도로입니다.

결론

일반적으로, 혼자 Agilent NanoVision 선택권을 이용하는 것은 더 높게 단호한 지상 지세학의 심상을 생성합니다, 그러나 (이용하는 것은 NanoVision 검사 보다는 낮은 해결책을 NanoVision를 통합하는) Agilent 급행 시험 선택권 지도로 나타내는 양이 많은 기계적 성질을, 이기는 하지만 제공합니다. 급행 시험은 40µm x 40µm 지역에 구분된 섬유유리 컴퓨터 널의 경도 그리고 탄성 계수를 지도로 나타내기 위하여 만입시깁니다 40x40의 소집을 능력을 발휘하기 위하여 이용되었습니다. 1600의 톱니 모양의 자국은 26 분 미만에서 완료되었습니다. 구성요소 물자를 위한 기대가 측정한 속성에 의하여 일치했습니다. 예상했던대로, 계수 지도는 경도 지도 보다는 중요한 지위에 제한 효력을 명시했습니다.

참고

1. Crawford, B., "뻣뻣함 지도로 나타내기: 동적인 화상 기술은," Agilent Technologies, Inc. 2011년, 문서화합니다: 5990-6329EN 의 접근되는 날짜: 2012년 2월 21일; 에서 유효한: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. 짐을 사용하여 경도 그리고 탄력 있 계수 결정을 위한 Oliver, W.C. 및 Pharr, G.M., "향상된 기술과 압흔 실험을," 물자 연구 7(6) 느끼는 진지변환 1564-1583년 1992년의 전표.
3. 탄성 계수의 건초, J., "급속한 특성 및 급행 시험을 통해 경도," Agilent Technologies, Inc.에서 유효한 2012년: 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.

Agilent 기술에 관하여

나노 과학 계기에 의하여 심상 시키고, 조작하고, 전기, 화학, 생물학, 분자, 그리고 원자 다양한 nanoscale 행동이 - 성격을 나타냅니다. 나노 과학 계기, 부속품, 소프트웨어, 서비스 및 소모품의 우리의 성장하고 있는 수집은 당신이 nanoscale 세계를 이해할 필요가 있는 실마리를 제시할 수 있습니다.

높 정밀도 원자 군대 현미경의 광범위를 (AFM) 유일한 연구 필요를 충족시키기 위하여 제안합니다. Agilent의 높게 설정 가능한 계기는 필요가 생기는 때 시스템 기능을 확장하는 것을 허용합니다. Agilent의 산업 주요한 환경 온도 시스템 및 유동성 취급은 우량한 액체 및 연약한 물자 화상 진찰을 가능하게 합니다. 응용은 재료 과학, 전기화학, 중합체 및 생활 과학 응용을 포함합니다.

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

Last Update: 15. July 2013 16:13

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