Быстрая Механически Характеризация Стеклоткани Используя Nanoindenter

Спонсировано Технологиями Keysight

Покрытые Темы

Введение
Курьерское Испытание
Метод
Результаты
    Результаты Развертки NanoVision
    Курьерские Результаты Теста
Обсуждение Результатов
    Сравнение Карты Модуля и Карты Твердости
    Сравнение Развертки NanoVision и Курьерского Испытания
Заключения
Справки
О Технологиях Keysight

Введение

Получать поверхностные карты модуля пластичности и твердости упорная цель общины nanoindentation. Одно proffered разрешение infer свойства от AFM-как развертка поверхности. Этот метод, который иногда вызван модулем отображая, имеет тонкие но значительно ограничения. Под много практически обстоятельств, поверхностная шершавость и incipient пластичность компрометируют определение площади контакта и таким образом модуля пластичности [1]. Furthermore, для модуля отображая для работы, контакт должен быть эластичн, но это требование исключает твердость отображая потому что определение твердости требует причинять пластичность в материале.

Курьерское Испытание

Технологии Keysight' заново ввели Курьерских пользователей предложений варианта Испытания Keysight NanoIndenter G200 всестороннее разрешение для отображать механически свойств. Курьерское Испытание снабжает традиционное испытание вмятия [2] в революционном путе для того чтобы достигнуть беспрецедентных скоростей испытания [3].

Курьерское Испытание выполняет один полный цикл в секунду вмятия, включая подход, обнаружение контакта, нагрузка, разгржает, и движение к следующему месту вмятия. Таким Образом, Курьерское Испытание может быть использовано для того чтобы создать истинные поверхностные карты модуля пластичности и твердости, просто путем выполнять высокоскоростной блок indents. Эта кратко статья детализирует пользу Курьерского Испытания отобразить твердость и модуль пластичности стеклоткани.

Курьерский вариант Испытания использует другой G200 вариант, Keysight NanoVision, как ключевой компонент конструкции; NanoVision обеспечивает главный располагать, плоскостность перемещения, и ПО обработки изображений. Эти 2 варианта не идентичны, однако. Курьерское Испытание требует NanoVision как неотъемлемая часть ultrafast испытания, но NanoVision можно также использовать по мере того как оно первоначально было понято (т.е., создать высокомарочное, AFM-как изображения). В работе представленной здесь, NanoVision продемонстрировано и на своих и как компонент Курьерского Испытания.

Метод

Все испытание было выполнено с Keysight NanoIndenter G200 используя Курьерское Испытание, NanoVision, и головку Keysight DCM II приспособленную с индентером Berkovich. Образец был разделом доски компьютера стеклоткани, которая metallographically была установлена и была отполирована для nanoindentation. Стеклоткань пластмасса которая усилена тонкими волокнами стекла. Для доск компьютера стеклоткани, термореактивные пластмассы (thermosets) использованы как материал заполнителя. Точная конституция стеклоткани испытанной в этой работе неизвестна, но очень может быть выучена от механически свойств составов.

Испытательный участок был выбран путем осматривать поверхность под оптически микроскопом (оптически увеличением 40x). Затем, развертка NanoVision была выполнена для того чтобы получить высокомарочное, AFM-как изображение поверхности. Нагрузка развертки было 10μN. Курьерское Испытание после этого было использовано для того чтобы предписать блок 40 x 40 indents над зоной 40μm x 40μm. Метод испытания было Испытанием ` Курьерским к Force.mss' и все indents в Курьерском блоке Испытания имели максимальное усилие 1mN.

Результаты

Результаты Развертки NanoVision

Диаграмма 1 топология поверхности дисплеев от развертки NanoVision. Эта развертка требовала около 17 минут и типична чего можно выполнить с NanoVision. Красные круги, котор подвергли действию концы индивидуальных стеклянных волокон; голубые области thermoset заполнитель. Важно заметить что Диаграмма 1 неподдельная развертка в которой индентер остает в непрерывном контакте с поверхностью пока трассирующ свою топологию. Иначе говоря, это изображение нет Курьерского Испытания; Курьерское Испытание выполняет индивидуальные вмятия над доменом, выбирая индентер вверх с поверхности после каждого вмятия. Диаграмма 1 состоит из 200 линии развертки, равномерно размеченные в x-направлении при 400 пунктов записанных в y-направлении вдоль длины каждой развертки, формируя изображение пиксела 80.000.

Диаграмма 1. Поверхностная топология стеклоткани через развертку NanoVision. Для этого изображения, подсказка остала в непрерывном контакте с поверхностью пока трассирующ свою топологию. Усилие Развертки = 10μN; время развертки = минута 17; размер изображения = пикселы 200x400.

Курьерские Результаты Теста

На Диаграмму 2 показано результаты Курьерского блока вмятия Испытания над таким же доменом какие Вычисляйте 1. Диаграммы 2 дисплеи (a) модуль пластичности, пока Диаграмма 2 (b) показывает твердость. Только необходим, что получил один блок вмятия информацию как для для модуля, так и карт твердости. В дополнение к модулю и твердости, другие каналы доступны для отображать, включая жесткость, поверхностную высоту, и глубину контакта. Это Курьерское Испытание состояло из блока indents 40x40, который делает эти карт изображения 1600 пиксела. Время Испытания было 26 минут - как раз немного длиннего чем развертка NanoVision.

Диаграмма 2. (a) Young карты модуля и твердости (b) стеклоткани через Курьерское Испытание. Эти изображения показывают результаты одиночного Курьерского Испытания состоя из 1600 индивидуальных indents. Максимальное усилие вмятия = 1mN; испытайте время = минута 26; размер изображения = пикселы 40x40.

На Диаграммы 3 и 4 показано такую же информацию как Диаграмму 2, но в форме гистограммы. И твердость и модуль показывают пики которые представляют 2 компонента стеклоткани: thermoset пластичное и стеклянные волокна. От этой информации, свойства компонентов дедуцированы и сообщены в Таблице 1. Сообщенные свойства разумны: 72 GPa типичный модуль для стекла, и 8,5 GPa разумный модуль для жесткого полимера.

Диаграмма 3. Гистограмма измерений 1600 модуля показывая пики для каждого состава стеклоткани. Промежуточные значения повлияны на обоими составами.

Диаграмма 4. Гистограмма измерений 1600 твердости показывая двухвершинное распределение, с пиками для каждого состава стеклоткани.

Свойства Таблицы 1. компонентов стеклоткани от свойств Курьерского Испытания механически отображают.

Компонент Модуль (STD Dev.) Твердость (STD Dev.)
Thermoset Пластмасса 8,51 (0,26) 0,54 (0,02)
стекло - волокно 79,97 (5,40) 6,99 (0,26)

Обсуждение Результатов

Сравнение Карты Модуля и Карты Твердости

Карта модуля показанная в Диаграмме 2 (a) показывает что сообщенные значения значительно повлияны на влиянием ограничения, специально на границах 2 материалов. Венчик `' вокруг волокон где воспринятый модуль немножко более высоок чем модулиз пластичный заполнителя, но все еще очень чем то из стекла. Когда индентер контактирует поверхность в этой области, он причиняет поле упругой деформации которая большая достаточно для достижения волокна. Таким Образом, воспринятый модуль нет как раз та из пластмассы а повлиян на высоким модулем близрасположенного волокна. Это вызвано влиянием ограничения потому что ограничивая материал влияет на измеренный модуль, даже когда индентер не контактирует его сразу.

Фактически, влияние ограничения идет оба путя. Когда индентер в контакте с стеклом - волокно, но около края волокна, воспринятый модуль более низко должно к соответствию близрасположенной пластмассы. Влияние Ограничения также видимо в гистограмме модуля показанной в Диаграмме 3 - чтения между 2 пиками для indents поля которых эластичные сталкиваются оба материала.

контрастом, карта твердости в Диаграмме 2 (b) строго двухмодова. Свойства то которое пластмассы или которое стекла, с очень немногой между. Гистограмма твердости показанная в Диаграмме 4 также поддерживает это замечание (т.е., очень немногие чтения между той из пластмассы и тем из стекла). Вообще, измерения твердости более менее чувствительны к ограничивать материал потому что поле пластичной деформации (которая квантифицирована измерением твердости) гораздо малее чем поле упругой деформации.

Сравнение Развертки NanoVision и Курьерского Испытания

Если изображение поверхностной топологии пожелано, то более лучшее выполнить развертку NanoVision чем Курьерский блок Испытания; однако, если количественные механически свойства пожеланы, то оно более лучший для того чтобы выполнить Курьерский блок Испытания. Каждый метод имеет свое правильное использование. На соответствующие времена испытания, развертка NanoVision производит много изображения высок-разрешения чем Курьерский блок Испытания.

В работе представленной в настоящей статье, Диаграмма 1 (произведенная NanoVision самостоятельно) состоит из 80.000 пикселов и Диаграммы 2 (произведенных Курьерским Испытанием) состоит из только 1600 пикселов. С разверткой NanoVision, индентер остает в непрерывном контакте с поверхностью, но с Курьерским Испытанием, индентер фактически выполняет полный цикл вмятия (подход, обнаружение контакта, нагрузка, разгржает, и движение к следующему месту вмятия) на каждый этап в блоке для того чтобы получить количественные механически свойства. В сводке, NanoVision самые лучшие для основного воображения, но Курьерское Испытание единственный бульвар для получать количественные карты механически свойств.

Заключения

Вообще, использовать вариант Keysight NanoVision самостоятельно создает изображения поверхностной топологии которые более сильно resolved, но использовать вариант Испытания Keysight Курьерский (который включает NanoVision) обеспечивает количественные механически свойства отображая, albeit с более низким разрешением чем развертка NanoVision. Курьерское Испытание было использовано для того чтобы выполнить блок 40x40 выделяет для того чтобы отобразить твердость и модуль пластичности распределенной доски компьютера стеклоткани над зоной 40µm x 40µm. 1600 indents были завершены в меньш чем 26 минутах. Измеренные свойства соответствовали ожиданностям для компонентных материалов. Как предположено, карта модуля обнародовала влиянию ограничения к большой степени чем карта твердости.

Справки

1. Кроуфорд, B., «Отображать Жесткости: Динамический Метод Воображения,» Keysight Технологии, Inc., 2011, Не Документирует Никакое: 5990-6329EN, Достиганная Дата: 21-ое февраля 2012; Доступно от: http://cp.literature.Keysight.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf.
2. Оливер, W.C. и Pharr, G.M., «Улучшенный Метод для Определять Твердость и Модуль пластичности Используя Нагрузку и Смещение Воспринимая Эксперименты По Вмятия,» Журнал Исследования Материалов 7(6), 1564-1583, 1992.
3. Сено, J., «Быстрая Характеризация Модуля Пластичности и Твердость через Курьерское Испытание,» Keysight Технологии, Inc., 2012, Доступное от: 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.

О Технологиях Keysight

Keysight глобальные электронные технология и лидер рынка измерения помогая преобразовать опыт измерения своих клиентов через рационализаторство в беспроволочном, модульном, и программных решениях. Keysight обеспечивает электронные аппаратуры измерения и системы и родственное ПО, инструменты для конструирования ПО и обслуживания используемые в конструкции, развитии, изготовлении, установке, раскрытии и деятельности радиотехнической аппаратуры. Информация о Keysight доступна на www.keysight.com.

Источник: Технологии Keysight

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологии Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:31

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit