Caracterização Mecânica Rápida da Fibra De Vidro Usando um Nanoindenter

Assuntos Cobertos

Introdução
Teste Expresso
Método
Resultados
Resultados de Varredura de NanoVision
Resultados da Análise Expressos
Exame dos Resultados
Comparação do Mapa do Módulo e do Mapa da Dureza
Comparação da Varredura de NanoVision e do Teste Expresso
Conclusões
Referências
Sobre Tecnologias de Agilent

Introdução

Obter os mapas de superfície do módulo elástico e da dureza foi um objetivo persistente da comunidade do nanoindentation. Uma solução oferecida é pressupr propriedades do AFM-como a varredura da superfície. Esta técnica, que é chamada às vezes módulo que traça, tem limitações subtis mas significativas. Sob muitas circunstâncias práticas, a aspereza de superfície e a plasticidade principiante comprometem a determinação da área de contacto e assim do módulo elástico [1]. Além Disso, para o módulo que traça para trabalhar, o contacto deve ser elástico, mas esta exigência exclui a dureza que traça porque um teste de dureza exige a causa da plasticidade no material.

Teste Expresso

As Tecnologias de Agilent' introduziram recentemente usuários Expressos das ofertas da opção do Teste do Agilent NanoIndenter G200 uma solução detalhada para o traço das propriedades mecânicas. O Teste Expresso executa o teste tradicional do recorte [2] em uma maneira revolucionária a fim conseguir as velocidades inauditas do teste [3].

O Teste Expresso executa um por segundo completo do ciclo do recorte, incluindo a aproximação, detecção do contacto, carga, descarrega-o, e movimento ao local seguinte do recorte. Assim, o Teste Expresso pode ser utilizado para criar mapas de superfície verdadeiros do módulo elástico e da dureza, simplesmente executando uma disposição de alta velocidade de recortes. Este breve artigo detalhará o uso do Teste Expresso traçar o módulo do dureza e o elástico da fibra de vidro.

A opção Expressa do Teste utiliza uma outra G200 opção, Agilent NanoVision, como um componente chave do projecto; NanoVision fornece o posicionamento superior, o nivelamento do curso, e de imagem-processar o software. Estas duas opções não são idênticas, contudo. O Teste Expresso exige NanoVision como uma parte integrante do teste ultrafast, mas NanoVision pode igualmente ser usado enquanto foi concebido originalmente (isto é, a fim criar de alta qualidade, AFM-como imagens). No trabalho apresentado aqui, NanoVision é demonstrado no seus próprios e como um componente do Teste Expresso.

Método

Todo O teste foi executado com um Agilent NanoIndenter G200 que utiliza o Teste Expresso, o NanoVision, e uma cabeça de Agilent DCM II cabida com um indenter de Berkovich. A amostra era uma secção da placa do computador da fibra de vidro, que metallographically foi montada e lustrada para o nanoindentation. A Fibra De Vidro é um plástico que seja reforçado por fibras finas do vidro. Para placas do computador da fibra de vidro, os plásticos termofixos (thermosets) são usados como o material de enchimento. A constituição exacta da fibra de vidro testada neste trabalho é desconhecida, mas muito pode ser instruída das propriedades mecânicas dos componentes.

A área de teste foi seleccionada vendo a superfície sob um microscópio óptico (ampliação 40x óptica). Em Seguida, uma varredura de NanoVision foi executada a fim obter um de alta qualidade, AFM-como a imagem da superfície. A carga da varredura era 10μN. O Teste Expresso foi usado então para prescrever uma disposição de 40 x 40 recortes sobre uma área de 40μm x de 40μm. O método do teste era Teste Expresso do ` a um Force.mss' e todos os recortes na disposição Expressa do Teste tiveram uma força máxima de 1mN.

Resultados

Resultados de Varredura de NanoVision

Figura 1 topologia da superfície de indicadores de uma varredura de NanoVision. Esta varredura tomou aproximadamente 17 minutos e é típica do que pode ser realizado com NanoVision. Os círculos vermelhos são as extremidades expor de fibra de vidro individuais; as áreas azuis são o enchimento thermoset. É importante notar que Figura 1 é uma varredura genuína em que o indenter permanece no contacto contínuo com a superfície ao seguir sua topologia. Ou seja esta imagem não é um Teste Expresso; O Teste Expresso executa recortes individuais sobre o domínio, escolhendo o indenter acima fora da superfície após cada recorte. Figura 1 compreende 200 a linha varreduras, espaçadas uniformente no x-sentido com os 400 pontos gravados no y-sentido ao longo do comprimento de cada varredura, formando uma imagem de pixel 80.000.

Figura 1. topologia De Superfície da fibra de vidro através da varredura de NanoVision. Para esta imagem, a ponta permaneceu no contacto contínuo com a superfície ao seguir sua topologia. Força da Varredura = 10μN; tempo da varredura = minuto 17; tamanho da imagem = pixéis 200x400.

Resultados da Análise Expressos

Figura 2 mostra os resultados da disposição Expressa do recorte do Teste sobre o mesmo domínio que a Figura 1. Figura 2 (a) indicar o módulo elástico, quando Figura 2 (b) indica a dureza. Somente uma disposição do recorte foi exigida para obter a informação para o módulo e os mapas da dureza. Além do que o módulo e a dureza, outros canais estão disponíveis para traçar, incluindo a rigidez, a elevação de superfície, e a profundidade do contacto. Este Teste Expresso compreendeu uma disposição dos recortes 40x40, que fizesse estas dos mapas imagens 1600 de pixel. O tempo do Teste era 26 minutos - apenas um pouco de mais por muito tempo do que a varredura de NanoVision.

Figura 2. (a) módulo Young e (b) mapas da dureza da fibra de vidro através do Teste Expresso. Estas imagens indicam os resultados de um único Teste Expresso que compreende 1600 recortes individuais. Força Máxima do recorte = 1mN; teste o tempo = o minuto 26; tamanho da imagem = pixéis 40x40.

Figuras 3 e 4 mostram a mesma informação que Figura 2, mas no formulário do histograma. A dureza e o módulo mostram os picos que representam os dois componentes da fibra de vidro: o plástico thermoset e as fibra de vidro. Desta informação, as propriedades dos componentes são deduzidas e relatadas na Tabela 1. As propriedades relatadas são razoáveis: 72 GPa são um módulo típico para o vidro, e 8,5 GPa são um módulo razoável para um polímero duro.

Figura 3. Histograma das medidas 1600 do módulo que mostram picos para cada componente da fibra de vidro. Os valores Intermediários são afectados por ambos os componentes.

Figura 4. Histograma das medidas 1600 da dureza que mostram a distribuição bimodal, com picos para cada componente da fibra de vidro.

As Propriedades da Tabela 1. de componentes da fibra de vidro das propriedades mecânicas do Teste Expresso traçam.

ComponenteMódulo (Padrão Revelador.)Dureza (Padrão Revelador.)
Plástico Thermoset8,51 (0,26)0,54 (0,02)
Fibra De Vidro79,97 (5,40)6,99 (0,26)

Exame dos Resultados

Comparação do Mapa do Módulo e do Mapa da Dureza

O mapa do módulo mostrado em Figura 2 (a) revela que os valores relatados estão influenciados significativamente pelo efeito da limitação, especialmente nos limites dos dois materiais. Há halo um plástico do `' em torno das fibras onde o módulo detectado é ligeira mais alto do que aquele do enchimento, mas ainda muito de menos do que isso do vidro. Quando o indenter contacta a superfície nesta área, causa um campo da deformação elástica que é grande bastante alcançar a fibra. Assim, o módulo detectado não é apenas aquele do plástico mas é influenciado pelo módulo alto da fibra próxima. Isto é chamado efeito da limitação porque o material de obrigação afecta o módulo medido, mesmo quando o indenter não o contacta directamente.

Realmente, o efeito da limitação vai ambas as maneiras. Quando o indenter é em contacto com uma fibra de vidro, mas está perto da borda da fibra, o módulo detectado é mais baixo devido à conformidade do plástico próximo. O efeito da Limitação é igualmente visível no histograma do módulo mostrado em Figura 3 - as leituras entre os dois picos são para os recortes cujos os campos elásticos encontram ambos os materiais.

Pelo contraste, o mapa da dureza em Figura 2 (b) é restrita bimodal. As propriedades são qualquer uma que do plástico ou que do vidro, com muito o pouco entre. O histograma da dureza mostrado em Figura 4 igualmente apoia esta observação (isto é, há muito poucas leituras entre aquela do plástico e aquela do vidro). Geralmente, as medidas da dureza são menos sensíveis a forçar o material porque o campo da deformação plástica (que é determinada pela medida da dureza) é muito menor do que o campo da deformação elástica.

Comparação da Varredura de NanoVision e do Teste Expresso

Se uma imagem da topologia de superfície é desejada, a seguir é melhor executar uma varredura de NanoVision do que uma disposição Expressa do Teste; contudo, se as propriedades mecânicas quantitativas são desejadas, a seguir ele é melhor executar uma disposição Expressa do Teste. Cada técnica tem seu uso apropriado. Por tempos comparáveis do teste, uma varredura de NanoVision rende uma imagem muito mais de alta resolução do que uma disposição Expressa do Teste.

No trabalho apresentado neste artigo, Figura 1 (gerada por NanoVision apenas) compreende 80.000 pixéis e Figura 2 (gerados pelo Teste Expresso) compreende somente 1600 pixéis. Com uma varredura de NanoVision, o indenter permanece no contacto contínuo com a superfície, mas com o Teste Expresso, o indenter executa realmente um ciclo completo do recorte (a aproximação, detecção do contacto, carga, descarrega, e movimento ao local seguinte do recorte) em cada ponto na disposição a fim obter propriedades mecânicas quantitativas. Em resumo, NanoVision é o melhor para a imagem lactente básica, mas o Teste Expresso é a única avenida para obter mapas quantitativos das propriedades mecânicas.

Conclusões

Geralmente, utilizar a opção de Agilent NanoVision apenas cria as imagens da topologia de superfície que são mais altamente resolved, mas utilizar a opção Expressa do Teste de Agilent (que incorpora NanoVision) fornece as propriedades mecânicas quantitativas que traçam, embora a mais baixa definição do que uma varredura de NanoVision. O Teste Expresso foi usado para executar uma disposição de 40x40 recorta a fim traçar o módulo do dureza e o elástico de uma placa seccionada do computador da fibra de vidro sobre uma área de 40µm x de 40µm. Os 1600 recortes foram terminados em menos de 26 minutos. As propriedades medidas combinaram expectativas para os materiais componentes. Como esperado, o mapa do módulo manifestou o efeito da limitação a um grau maior do que o mapa da dureza.

Referências

1. Crawford, B., da “Traço Rigidez: Uma Técnica de Imagem Lactente Dinâmica,” Agilent Tecnologias, Inc., 2011, Documenta o Nenhum: 5990-6329EN, Tâmara Alcançada: 21 de fevereiro de 2012; Disponível de: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Oliver, W.C. e Pharr, G.M., “Uma Técnica Melhorada para Determinar a Dureza e o Elástico-Módulo Usando a Carga e Deslocamento que Detecta Experiências do Recorte,” Jornal da Pesquisa dos Materiais 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Feno, J., “Caracterização Rápida do Módulo Elástico e Dureza através do Teste Expresso,” Agilent Tecnologias, Inc., 2012, Disponível de: 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.

Sobre Tecnologias de Agilent

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

Last Update: 15. July 2013 16:28

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