Snelle Mechanische Karakterisering van Glasvezel die een Nanoindenter Gebruikt

Gesponsord door Keysight Technologies

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Druk Test uit
Methode
Resultaten
    De Resultaten van het Aftasten van NanoVision
    Druk de Resultaten van de Test uit
Bespreking van Resultaten
    Vergelijking van de Kaart van de Modulus en de Kaart van de Hardheid
    Vergelijking van Aftasten NanoVision en Uitdrukkelijke Test
Conclusies
Verwijzingen
Ongeveer Technologieën Keysight

Inleiding

Het Verkrijgen van oppervlaktekaarten van is elastische modulus en hardheid een blijvend doel van de nanoindentationgemeenschap geweest. Één aangeboden oplossing is eigenschappen van een AFM-Gelijkaardig aftasten van de oppervlakte te concluderen. Deze techniek, die soms modulusafbeelding wordt genoemd, heeft subtiele maar significante beperkingen. Onder veel praktische omstandigheden, oppervlakteruwheid en beginnend plasticiteitscompromis de bepaling van contactgebied en zo elastische modulus [1]. Voorts voor modulus die aan het werk in kaart brengt, moet het contact elastisch zijn, maar dit vereiste sluit hardheidsafbeelding uit omdat een hardheidstest vereist veroorzakend plasticiteit in het materiaal.

Druk Test uit

Technologieën van Keysight' introduceerden onlangs de Uitdrukkelijke gebruikers van de optieaanbiedingen van de Test van Keysight NanoIndenter G200 een uitvoerige oplossing voor het mechanische eigenschappen in kaart brengen. Druk Door tests toepast traditionele inkeping die [2] test op een revolutionaire manier ongekende testende snelheden uit [3] te bereiken.

Druk uit de Test één volledige inkepingscyclus per seconde, met inbegrip van benadering, contactopsporing, lading uitvoert, en beweging aan de volgende inkepingsplaats leegmaakt. Aldus, kan de Uitdrukkelijke Test worden gebruikt om ware oppervlaktekaarten van elastische modulus en hardheid te creëren, eenvoudig door een hoge snelheidsserie van paragrafen uit te voeren. Dit korte artikel zal het gebruik van Uitdrukkelijke Test detailleren om de hardheid en de elastische modulus van glasvezel in kaart te brengen.

De Uitdrukkelijke optie van de Test gebruikt een andere G200 optie, Keysight NanoVision, als zeer belangrijke ontwerpcomponent; NanoVision verstrekt het superieure plaatsen, vlakheid van reis, en beeld-verwerkende software. Deze twee opties zijn niet identiek, nochtans. Druk uit de Test NanoVision als integraal deel van het ultrasnelle testen vereist, maar NanoVision kan ook worden gebruikt aangezien het oorspronkelijk werd opgevat (d.w.z., om van uitstekende kwaliteit, AFM-als beelden te creëren). In het hier voorgestelde werk, wordt NanoVision aangetoond zowel op zijn als als component van Uitdrukkelijke Test.

Methode

Al het testen werd uitgevoerd met een Keysight NanoIndenter G200 gebruikend Uitdrukkelijke Test, NanoVision, en een hoofd van Keysight DCM II dat met indenter Berkovich wordt gepast. De steekproef was een sectie van de raad van de glasvezelcomputer, die metallographically werd opgezet en voor nanoindentation werd opgepoetst. De Glasvezel is een plastiek dat door fijne vezels van glas wordt versterkt. Voor de raad van de glasvezelcomputer, worden thermosetting plastieken (thermosets) gebruikt als vullermateriaal. De nauwkeurige grondwet van de glasvezel die in dit werk wordt getest is onbekend, maar veel kan van de mechanische eigenschappen van de constituenten worden geleerd.

Het testgebied werd geselecteerd door de oppervlakte onder een optische microscoop (40x optische vergroting) te bekijken. Daarna, werd een aftasten NanoVision uitgevoerd om van uitstekende kwaliteit, AFM-als beeld van de oppervlakte te verkrijgen. De aftastenlading was 10μN. Druk uit de Test toen werd gebruikt om een serie van 40 x 40 paragrafen over een gebied van 40μm x 40μm voor te schrijven. De testmethode was Uitdrukkelijke Test ` aan een Force.mss' en alle paragrafen in de Uitdrukkelijke serie van de Test hadden een maximumkracht van 1mN.

Resultaten

De Resultaten van het Aftasten van NanoVision

Figuur 1 de topologie van de vertoningenoppervlakte van een aftasten NanoVision. Dit aftasten vergde ongeveer 17 minuten en is typisch van wat met NanoVision kan worden verwezenlijkt. De rode cirkels zijn de blootgestelde einden van individuele glasvezels; de blauwe gebieden zijn de thermoset vuller. Het is belangrijk om op te merken dat Figuur 1 een echt aftasten is waarin indenter in ononderbroken contact met de oppervlakte terwijl het vinden van zijn topologie blijft. Met andere woorden, is dit beeld geen Uitdrukkelijke Test; Druk uit de Test individuele inkepingen over het domein uitvoert, oprapend indenter van de oppervlakte na elke inkeping. Figuur 1 bestaat uit 200 lijnaftasten, dat gelijk in de x-richting met 400 punten uit elkaar wordt geplaatst die in de y-richting langs de lengte van elk aftasten worden geregistreerd, dat een 80.000 pixelbeeld vormt.

Figuur 1. De topologie van de Oppervlakte van glasvezel via aftasten NanoVision. Voor dit beeld, bleef het uiteinde in ononderbroken contact met de oppervlakte terwijl het vinden van zijn topologie. De kracht van het Aftasten = 10μN; aftasten tijd = 17 min; beeld grootte = pixel 200x400.

Druk de Resultaten van de Test uit

Figuur 2 de resultaten van de Uitdrukkelijke de inkepingsserie van de Test over het zelfde domein zoals Figuur 1 tonen. Figuur 2 (a) vertoningen de elastische modulus, terwijl Figuur 2 (B) de hardheid toont. Slechts één inkepingsserie werd vereist om de informatie voor zowel de modulus als hardheidskaarten te verkrijgen. Naast modulus en hardheid, zijn andere kanalen beschikbaar voor afbeelding, met inbegrip van stijfheid, oppervlakteverhoging, en contactdiepte. Deze Uitdrukkelijke Test bestond uit een serie van paragrafen 40x40, die tot deze kaarten 1600 pixelbeelden maakt. De Testende tijd was 26 minuten - enkel een weinig langer dan het aftasten NanoVision.

Figuur 2. (a) de modulus van Jongelui en (b) hardheidskaarten van glasvezel via Uitdrukkelijke Test. Deze beelden tonen de resultaten van één enkele Uitdrukkelijke Test bestaand uit 1600 individuele paragrafen. Maximum inkepingskracht = 1mN; test tijd = 26 min; beeld grootte = pixel 40x40.

Figuren 3 en 4 tonen de zelfde informatie zoals Figuur 2, maar in histogramvorm. Zowel tonen de hardheid als de modulus pieken die de twee componenten van de glasvezel vertegenwoordigen: het thermoset plastiek en de glasvezels. Van deze informatie, worden de eigenschappen van de componenten afgeleid en in Lijst 1 gemeld. De gemelde eigenschappen zijn redelijk: 72 GPa is een typische modulus voor glas, en 8.5 GPa zijn een redelijke modulus voor een stijf polymeer.

Figuur 3. Histogram van 1600 modulusmetingen die pieken voor elke glasvezelconstituent tonen. De Midden waarden worden beïnvloed door beide constituenten.

Figuur 4. Histogram van 1600 hardheidsmetingen die bimodale distributie, met pieken voor elke glasvezelconstituent tonen.

Lijst 1. Eigenschappen van glasvezelcomponenten van Uitdrukkelijke mechanische de eigenschappen van de Test kaart.

Component Modulus (Norm. Dev.) Hardheid (Norm. Dev.)
Thermoset Plastiek 8.51 (0.26) 0.54 (0.02)
glasvezel 79.97 (5.40) 6.99 (0.26)

Bespreking van Resultaten

Vergelijking van de Kaart van de Modulus en de Kaart van de Hardheid

De moduluskaart die in Figuur 2 (a) wordt getoond openbaart dat de gemelde waarden beduidend door beperkingseffect, vooral bij de grenzen van de twee materialen worden beïnvloed. Er is een halo `' rond de vezels waar de ontdekte modulus lichtjes hoger is dan dat van de plastic vuller, maar nog veel minder dan dat van het glas. Wanneer indenter de oppervlakte op dit gebied contacteert, veroorzaakt het een gebied van elastische misvorming die genoeg groot is om de vezel te bereiken. Aldus, is de ontdekte modulus niet alleen dat van het plastiek maar door de hoge modulus van de nabijgelegen vezel beïnvloed. Dit wordt genoemd beperkingseffect omdat het het beperken materiaal de gemeten modulus beïnvloedt, zelfs wanneer indenter het niet direct contacteert.

Eigenlijk, gaat het beperkingseffect beide manieren. Wanneer indenter in contact met een glasvezel is, maar is dichtbij de rand van de vezel, is de ontdekte modulus lager toe te schrijven aan de naleving van het nabijgelegen plastiek. Het effect van de Beperking is ook zichtbaar in de modulushistogram die in Figuur 3 wordt getoond - de lezingen tussen de twee pieken zijn voor paragrafen de waarvan elastische gebieden beide materialen ontmoeten.

Door contrast, is de hardheidskaart in Figuur 2 (B) strikt bimodaal. De eigenschappen zijn of dat van het plastiek of dat van het glas, met zeer weinig binnen - tussen. De hardheidshistogram die in Figuur 4 wordt getoond steunt ook deze observatie (d.w.z., zijn er zeer weinig lezingen tussen dat van het plastiek en dat van het glas). Over Het Algemeen, zijn de hardheidsmetingen minder gevoelig voor het beperken van materiaal omdat het gebied van plastic misvorming (die door de hardheidsmeting) wordt gekwantificeerd veel kleiner is dan het gebied van elastische misvorming.

Vergelijking van Aftasten NanoVision en Uitdrukkelijke Test

Als een beeld van oppervlaktetopologie wordt gewenst, dan is het beter om een aftasten uit te voeren NanoVision dan een Uitdrukkelijke serie van de Test; nochtans, als de kwantitatieve mechanische eigenschappen worden gewenst, dan is het beter om een Uitdrukkelijke serie van de Test uit te voeren. Elke techniek heeft zijn juist gebruik. Voor vergelijkbare testende tijden, brengt een aftasten NanoVision veel een hoog-resolutiebeeld op dan een Uitdrukkelijke serie van de Test.

In het werk dat in dit artikel wordt voorgesteld, Figuur 1 (bestaat die door NanoVision wordt geproduceerd alleen) uit 80.000 pixel en Figuur 2 (die door Uitdrukkelijke Test wordt geproduceerd) bestaat slechts uit 1600 pixel. Met een aftasten NanoVision, blijft indenter in ononderbroken contact met de oppervlakte, maar met Uitdrukkelijke Test, voert indenter eigenlijk een volledige inkepingscyclus (de benadering, contactopsporing, lading, maakt, en beweging aan de volgende inkepingsplaats) leeg op elk punt in de serie uit om kwantitatieve mechanische eigenschappen te verkrijgen. Samengevat, is NanoVision best voor basisweergave, maar de Uitdrukkelijke Test is de enige weg voor het verkrijgen van kwantitatieve mechanische eigenschappen kaarten.

Conclusies

Over Het Algemeen, leidt het gebruiken van de optie van Keysight NanoVision alleen tot beelden van oppervlaktetopologie die meer hoogst worden opgelost, maar het gebruiken van de Uitdrukkelijke optie van de Test Keysight (die NanoVision) opneemt voorziet kwantitatieve mechanische eigenschappen in kaart brengend, alhoewel van lagere resolutie dan een aftasten NanoVision. Druk uit de Test werd gebruikt om een serie van paragrafen uit te voeren 40x40 om de hardheid en de elastische modulus van een gesegmenteerde raad van de glasvezelcomputer over in kaart te brengen 40µm x 40µm gebied. De 1600 paragrafen werden voltooid binnen minder dan 26 minuten. De gemeten eigenschappen pasten verwachtingen voor de componentenmaterialen aan. Zoals verwacht, vertoonde de moduluskaart beperkingseffect aan een grotere graad dan de hardheidskaart.

Verwijzingen

1. Crawford, B., de „Afbeelding van de Stijfheid: Een Dynamische Techniek van de Weergave,“ Keysight Technologieën, Inc., 2011, Documenteert Nr: 5990-6329EN, Datum Had tot toegang: 21 Februari, 2012; Beschikbaar bij: http://cp.literature.Keysight.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliver, W.C. en Pharr, G.M., een „Betere Techniek om Hardheid en elastisch-Modulus te bepalen die het Ontdekken van de Lading en van de Verplaatsing de Experimenten van de Inkeping Gebruiken,“ Dagboek van Onderzoek van Materialen 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Hooi, J., „Snelle Karakterisering van Elastische Modulus en Hardheid via Uitdrukkelijke Test,“ Keysight Technologieën, Inc., 2012, Beschikbaar bij: 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.

Ongeveer Technologieën Keysight

Keysight is een globale elektronische van de metingstechnologie en markt leider die de metingservaring van zijn klanten door innovatie helpen om te zetten in draadloze, modulaire, en softwareoplossingen. Keysight verleent elektronische metingsinstrumenten en systemen en verwante die software, van het softwareontwerp hulpmiddelen en de diensten in het ontwerp, de ontwikkeling, de vervaardiging, de installatie, de plaatsing en de verrichting van elektronische apparatuur worden gebruikt. De Informatie over Keysight is beschikbaar in www.keysight.com.

Bron: De Technologieën van Keysight

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Technologieën Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit