玻璃纖維的迅速機械描述特性使用 Nanoindenter 的

包括的事宜

簡介
快速測試
方法
結果
NanoVision 掃描結果
快速檢驗結果
關於結果的論述
模數映射和堅硬映射比較
NanoVision 掃描和快速測試比較
結論
參考
關於 Agilent 技術

簡介

獲得彈性模數和堅硬地面天氣圖是 nanoindentation 社區的一個不變目標。 一個被提供的解決方法將推斷從表面的像 AFM 的掃描的屬性。 此技術,有時稱映射的模數,有細微,但是重大的限制。 在許多實用的情況下,地面粗糙度和起初可塑性減弱聯繫範圍和因而彈性模數 [1 的] 確定。 此外,為映射的模數從事,聯絡一定是有彈性的,但是此需求排除映射的堅硬,因為硬度試驗要求導致可塑性在材料。

快速測試

Agilent 技術』最近介紹 Agilent NanoIndenter G200 的快速測試選項聘用用戶機械性能映射的一個全面解決方法。 快速試驗實施傳統凹進測試 [2] 用一個革命方式為了達到史無前例的測試速度 [3]。

快速測試執行一完全凹進轉每秒,包括途徑,聯絡檢測,負荷,轉存和對下個凹進站點的移動。 因此,快速測試可以通過執行高速一些使用創建彈性模數和堅硬真的地面天氣圖,完全凹進。 此簡要條款將詳述使用快速測試映射玻璃纖維的堅硬和彈性模數。

快速測試選項使用另一個 G200 選項, Agilent NanoVision,作為一個關鍵設計要素; NanoVision 提供優越旅行的確定,扁平和圖像處理軟件。 然而這兩個選項不是相同的。 快速測試要求 NanoVision 作為超速的測試的一個組成部分,但是可能也使用 NanoVision,當它原來地被設想了 (即,為了生成優質,像 AFM 的圖像)。 在存在的工作這裡, NanoVision 獨自地被展示兩個和,快速測試要素。

方法

所有測試執行與 Agilent 使用快速測試、 NanoVision 和 Agilent DCM II 題頭的 NanoIndenter G200 符合 Berkovich 受託代購商。 這個範例是玻璃纖維計算機董事會的部分, metallographically 為 nanoindentation 被掛接并且被擦亮。 玻璃纖維是被玻璃細致的纖維加強的塑料。 對於玻璃纖維計算機董事會,熱固性塑料 (thermosets) 使用作為裝填材料。 在此工作測試的玻璃纖維的確切的憲法是未知的,但是可以是博學的從組成部分的機械性能。

測試區通過查看表面選擇在一個光學顯微鏡 (40x 下光學放大)。 其次, NanoVision 掃描執行為了得到表面的一個優質,像 AFM 的圖像。 掃描負荷是 10μN。 快速測試然後用於建議一一些在區的 40 x 40 凹進 40μm x 40μm。 測試方法是 ` 快速測試對 Force.mss』,并且在快速測試列陣的所有凹進有 1mN 最大強制。

結果

NanoVision 掃描結果

圖 1 從 NanoVision 掃描的顯示面拓撲。 此掃描需要了大約 17 分鐘并且是特點什麼可以完成與 NanoVision。 紅色圈子是各自的玻璃纖維的顯示的末端; 藍色區是熱固的補白。 注意到是重要的,圖 1 是受託代購商在與表面的持續鏈接保持,當跟蹤其拓撲時的真正掃描。 換句話說,此圖像不是一個快速測試; 快速測試執行在這個域的各自的凹進,選擇受託代購商表面在每凹進以後。 圖 1 包括 200 線路掃描,均勻地空間在與在沿每掃描的長度的 y 方向記錄的 400 點的 x 方向,形成 80,000 像素圖像。

圖 1. 表面拓撲玻璃纖維通過 NanoVision 掃描。 对此圖像,這個技巧在與表面的持續鏈接依然是,當跟蹤其拓撲時。 掃描強制 = 10μN; 掃描時間 = 17 分鐘; 圖像範圍 = 200x400 像素。

快速檢驗結果

圖 2 顯示快速測試凹進列陣的結果在域的和圖 1. 圖 2 一樣 (a) 顯示彈性模數,而圖 2 (b) 顯示堅硬。 仅要求一個凹進列陣得到模數和堅硬映射的信息。 除模數和堅硬之外,其他通道為映射,包括僵硬、表面海拔和聯絡深度是可用的。 此快速測試包括一個列陣 40x40 凹進,做這些映射 1600 像素圖像。 測試時間比 NanoVision 掃描長期是 26 分鐘 -。

圖 2. (a) 年輕的模數和 (b) 玻璃纖維的堅硬映射通過快速測試。 這些圖像顯示包括 1600 各自的凹進的一個唯一快速測試的結果。 最大凹進強制 = 1mN; 測試時間 = 26 分鐘; 圖像範圍 = 40x40 像素。

圖 3 和 4 顯示信息和圖 2 一樣,但是以直方圖形式。 堅硬和模數顯示表示玻璃纖維的二個要素的峰頂: 熱固塑料和玻璃纖維。 從此信息,要素的屬性在表 1. 推導并且報告。 報告的屬性是合理的: 72 GPa 是玻璃的一個典型的模數,并且 8.5 GPa 是一個僵硬的聚合物的一個合理的模數。

數值 3. 1600 顯示每個玻璃纖維組成部分的模數評定直方圖峰頂。 中間值是受兩個組成部分的影響的。

數值 4. 1600 顯示雙峰分佈,與每個玻璃纖維組成部分的峰頂的堅硬評定直方圖。

玻璃纖維要素表 1. 屬性從快速測試機械性能的映射。

要素模數 (Std. Dev。)堅硬 (Std. Dev。)
熱固的塑料8.51 (0.26)0.54 (0.02)
玻璃纖維79.97 (5.40)6.99 (0.26)

關於結果的論述

模數映射和堅硬映射比較

在圖顯示的模數映射 2 上 (a) 表示約束作用顯著影響報告的值,特別是在二材料的限定範圍。 比那有一個 ` 光暈』在這個感覺的模數高於那輕微塑料補白的纖維,但是仍然較少附近這塊玻璃。 當受託代購商在此區時與表面聯繫,它導致是足够大到達纖維彈性變形的域。 因此,這個感覺的模數不是僅僅那塑料,然而被附近的纖維的高模數影響。 這稱約束作用,因為約束的材料影響這個被評定的模數,既使當受託代購商不直接地與它聯繫。

實際上,約束作用去兩個方式。 當受託代購商是與玻璃纖維聯繫,但是在纖維的邊緣附近時,這個感覺的模數更低歸結於附近的塑料的標準。 約束作用也是可視的在圖顯示的模數直方圖 3 上 - 在二個峰頂之間的讀數是為有彈性域遇到兩材料的凹進。

相反,堅硬映射在表 2 (b) 嚴格雙峰。 屬性是塑料或在之間玻璃,與很少的二者之一。 在圖顯示的堅硬直方圖 4 上也支持此觀察 (即,有非常在那塑料和那的少量讀數這塊玻璃之間)。 通常,堅硬評定對約束材料是較不敏感的,因為的由堅硬評定定量) 的域塑料變形 (小於彈性變形的域。

NanoVision 掃描和快速測試比較

如果表面拓撲的圖像希望,則執行 NanoVision 掃描比一個快速測試列陣最好; 然而,如果定量機械性能希望,然後最好進行一個快速測試列陣。 每個技術有其適當的用量。 可比較的測試時間, NanoVision 掃描比一個快速測試列陣產生一個更加高分辨率的圖像。

在此條款上存在的這個工作,圖 1 (生成單獨 NanoVision) 只包括 80,000 像素和圖 2 (生成由快速測試) 包括 1600 像素。 NanoVision 掃描,受託代購商在與表面的持續鏈接保持,但是與快速測試,受託代購商實際上執行一個完全凹進循環 (途徑,聯絡檢測,負荷,轉存和對下個凹進站點的移動) 在每點在這個列陣為了獲得定量機械性能。 總之, NanoVision 為基本的想像是最佳,但是快速測試是獲得定量機械性能映射的唯一的大道。

結論

通常,使用單獨 Agilent NanoVision 選項生成高度解決表面拓撲的圖像,但是使用合併 NanoVision) 的 Agilent 快速測試選項 (比 NanoVision 掃描提供映射定量的機械性能,雖然以低分辨率。 快速測試用於執行一個列陣 40x40 縮進為了映射一個被區分的玻璃纖維計算機董事會的堅硬和彈性模數在 40µm x 40µm 區的。 1600 凹進在少於 26 分鐘之內完成了。 被評定的屬性符合了組件材料的期望。 正如所料,模數映射比堅硬映射表明約束作用達到一個更加了不起的程度。

參考

1. 克勞福德, B., 「僵硬映射: 動態成像技術」, Agilent Technologies, Inc., 2011年,提供沒有: 5990-6329EN,被獲取的日期: 2012年 2月 21日; 可用從: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-6329EN.pdf
2. 奧利佛史東、 W.C. 和 Pharr、 G.M.、 「一個被改進的感覺凹進實驗的技術的確定堅硬和有彈性模數使用負荷和位移」,材料研究 7(6), 1564-1583 日記帳 1992年。
3. 乾草、 J.、 「彈性模數的迅速描述特性和堅硬通過快速測試」, Agilent Technologies, Inc., 2012年,可用從: 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 15:50

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