玻璃纤维的迅速机械描述特性使用 Nanoindenter 的

包括的事宜

简介
快速测试
方法
结果
NanoVision 扫描结果
快速检验结果
关于结果的论述
模数映射和坚硬映射比较
NanoVision 扫描和快速测试比较
结论
参考
关于 Agilent 技术

简介

获得弹性模数和坚硬地面天气图是 nanoindentation 社区的一个不变目标。 一个被提供的解决方法将推断从表面的象 AFM 的扫描的属性。 此技术,有时称映射的模数,有细微,但是重大的限制。 在许多实用的情况下,地面粗糙度和起初可塑性减弱联系范围和因而弹性模数 [1 的] 确定。 此外,为映射的模数从事,联络一定是有弹性的,但是此需求排除映射的坚硬,因为硬度试验要求导致可塑性在材料。

快速测试

Agilent 技术’最近介绍 Agilent NanoIndenter G200 的快速测试选项聘用用户机械性能映射的一个全面解决方法。 快速试验实施传统凹进测试 [2] 用一个革命方式为了达到史无前例的测试速度 [3]。

快速测试执行一完全凹进转每秒,包括途径,联络检测,负荷,转存和对下个凹进站点的移动。 因此,快速测试可以通过执行高速一些使用创建弹性模数和坚硬真的地面天气图,完全凹进。 此简要条款将详述使用快速测试映射玻璃纤维的坚硬和弹性模数。

快速测试选项使用另一个 G200 选项, Agilent NanoVision,作为一个关键设计要素; NanoVision 提供优越旅行的确定,扁平和图象处理软件。 然而这两个选项不是相同的。 快速测试要求 NanoVision 作为超速的测试的一个组成部分,但是可能也使用 NanoVision,当它原来地被设想了 (即,为了生成优质,象 AFM 的图象)。 在存在的工作这里, NanoVision 独自地被展示两个和,快速测试要素。

方法

所有测试执行与 Agilent 使用快速测试、 NanoVision 和 Agilent DCM II 题头的 NanoIndenter G200 符合 Berkovich 受托代购商。 这个范例是玻璃纤维计算机董事会的部分, metallographically 为 nanoindentation 被挂接并且被擦亮。 玻璃纤维是被玻璃细致的纤维加强的塑料。 对于玻璃纤维计算机董事会,热固性塑料 (thermosets) 使用作为装填材料。 在此工作测试的玻璃纤维的确切的宪法是未知的,但是可以是博学的从组成部分的机械性能。

测试区通过查看表面选择在一个光学显微镜 (40x 下光学放大)。 其次, NanoVision 扫描执行为了得到表面的一个优质,象 AFM 的图象。 扫描负荷是 10μN。 快速测试然后用于建议一一些在区的 40 x 40 凹进 40μm x 40μm。 测试方法是 ` 快速测试对 Force.mss’,并且在快速测试列阵的所有凹进有 1mN 最大强制。

结果

NanoVision 扫描结果

图 1 从 NanoVision 扫描的显示面拓扑。 此扫描需要了大约 17 分钟并且是特点什么可以完成与 NanoVision。 红色圈子是各自的玻璃纤维的显示的末端; 蓝色区是热固的补白。 注意到是重要的,图 1 是受托代购商在与表面的持续链接保持,当跟踪其拓扑时的真正扫描。 换句话说,此图象不是一个快速测试; 快速测试执行在这个域的各自的凹进,选择受托代购商表面在每凹进以后。 图 1 包括 200 线路扫描,均匀地空间在与在沿每扫描的长度的 y 方向记录的 400 点的 x 方向,形成 80,000 象素图象。

图 1. 表面拓扑玻璃纤维通过 NanoVision 扫描。 对此图象,这个技巧在与表面的持续链接依然是,当跟踪其拓扑时。 扫描强制 = 10μN; 扫描时间 = 17 分钟; 图象范围 = 200x400 象素。

快速检验结果

图 2 显示快速测试凹进列阵的结果在域的和图 1. 图 2 一样 (a) 显示弹性模数,而图 2 (b) 显示坚硬。 仅要求一个凹进列阵得到模数和坚硬映射的信息。 除模数和坚硬之外,其他通道为映射,包括僵硬、表面海拔和联络深度是可用的。 此快速测试包括一个列阵 40x40 凹进,做这些映射 1600 象素图象。 测试时间比 NanoVision 扫描长期是 26 分钟 -。

图 2. (a) 年轻的模数和 (b) 玻璃纤维的坚硬映射通过快速测试。 这些图象显示包括 1600 各自的凹进的一个唯一快速测试的结果。 最大凹进强制 = 1mN; 测试时间 = 26 分钟; 图象范围 = 40x40 象素。

图 3 和 4 显示信息和图 2 一样,但是以直方图形式。 坚硬和模数显示表示玻璃纤维的二个要素的峰顶: 热固塑料和玻璃纤维。 从此信息,要素的属性在表 1. 推导并且报告。 报告的属性是合理的: 72 GPa 是玻璃的一个典型的模数,并且 8.5 GPa 是一个僵硬的聚合物的一个合理的模数。

数值 3. 1600 显示每个玻璃纤维组成部分的模数评定直方图峰顶。 中间值是受两个组成部分的影响的。

数值 4. 1600 显示双峰分布,与每个玻璃纤维组成部分的峰顶的坚硬评定直方图。

玻璃纤维要素表 1. 属性从快速测试机械性能的映射。

要素模数 (Std. Dev。)坚硬 (Std. Dev。)
热固的塑料8.51 (0.26)0.54 (0.02)
玻璃纤维79.97 (5.40)6.99 (0.26)

关于结果的论述

模数映射和坚硬映射比较

在图显示的模数映射 2 上 (a) 表示约束作用显著影响报告的值,特别是在二材料的限定范围。 比那有一个 ` 光晕’在这个感觉的模数高于那轻微塑料补白的纤维,但是仍然较少附近这块玻璃。 当受托代购商在此区时与表面联系,它导致是足够大到达纤维弹性变形的域。 因此,这个感觉的模数不是仅仅那塑料,然而被附近的纤维的高模数影响。 这称约束作用,因为约束的材料影响这个被评定的模数,既使当受托代购商不直接地与它联系。

实际上,约束作用去两个方式。 当受托代购商是与玻璃纤维联系,但是在纤维的边缘附近时,这个感觉的模数更低归结于附近的塑料的标准。 约束作用也是可视的在图显示的模数直方图 3 上 - 在二个峰顶之间的读数是为有弹性域遇到两材料的凹进。

相反,坚硬映射在表 2 (b) 严格双峰。 属性是塑料或在之间玻璃,与很少的二者之一。 在图显示的坚硬直方图 4 上也支持此观察 (即,有非常在那塑料和那的少量读数这块玻璃之间)。 通常,坚硬评定对约束材料是较不敏感的,因为的由坚硬评定定量) 的域塑料变形 (小于弹性变形的域。

NanoVision 扫描和快速测试比较

如果表面拓扑的图象希望,则执行 NanoVision 扫描比一个快速测试列阵最好; 然而,如果定量机械性能希望,然后最好进行一个快速测试列阵。 每个技术有其适当的用量。 可比较的测试时间, NanoVision 扫描比一个快速测试列阵产生一个更加高分辨率的图象。

在此条款上存在的这个工作,图 1 (生成单独 NanoVision) 只包括 80,000 象素和图 2 (生成由快速测试) 包括 1600 象素。 NanoVision 扫描,受托代购商在与表面的持续链接保持,但是与快速测试,受托代购商实际上执行一个完全凹进循环 (途径,联络检测,负荷,转存和对下个凹进站点的移动) 在每点在这个列阵为了获得定量机械性能。 总之, NanoVision 为基本的想象是最佳,但是快速测试是获得定量机械性能映射的唯一的大道。

结论

通常,使用单独 Agilent NanoVision 选项生成高度解决表面拓扑的图象,但是使用合并 NanoVision) 的 Agilent 快速测试选项 (比 NanoVision 扫描提供映射定量的机械性能,虽然以低分辨率。 快速测试用于执行一个列阵 40x40 缩进为了映射一个被区分的玻璃纤维计算机董事会的坚硬和弹性模数在 40µm x 40µm 区的。 1600 凹进在少于 26 分钟之内完成了。 被评定的属性符合了组件材料的期望。 正如所料,模数映射比坚硬映射表明约束作用达到一个更加了不起的程度。

参考

1. 克劳福德, B., “僵硬映射: 动态成象技术”, Agilent Technologies, Inc., 2011年,提供没有: 5990-6329EN,被获取的日期: 2012年 2月 21日; 可用从: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf
2. 奥利佛史东、 W.C. 和 Pharr、 G.M.、 “一个被改进的感觉凹进实验的技术的确定坚硬和有弹性模数使用负荷和位移”,材料研究 7(6), 1564-1583 日记帐 1992年。
3. 干草、 J.、 “弹性模数的迅速描述特性和坚硬通过快速测试”, Agilent Technologies, Inc., 2012年,可用从: 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

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

Last Update: 15. July 2013 15:46

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