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AR Kategorie: Mechanische Prüfung
Ein BESSERER Blick auf Polycarbonatlinsen
Ein BESSERER Blick auf Polycarbonatlinsen
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Polycarbonatlinsen werden in vielen optischen Anwendungen eingesetzt. Ihre hohe Stoßfestigkeit, ihr geringes Gewicht und die günstigen Kosten für die Großserienproduktion machen sie für verschiedene Anwendungen praktischer als herkömmliches Glas [1].
Einige dieser Anwendungen erfordern Sicherheits- (z. B. Schutzbrillen), Komplexitäts- (z. B. Fresnel-Linse) oder Haltbarkeitskriterien (z. B. Ampel-Linse), die ohne den Einsatz von Kunststoffen nur schwer zu erfüllen sind. Kunststofflinsen zeichnen sich dadurch aus, dass sie viele Anforderungen kostengünstig erfüllen können und gleichzeitig ausreichende optische Eigenschaften aufweisen. Polycarbonatgläser haben aber auch ihre Grenzen. Die größte Sorge der Verbraucher ist, dass sie leicht zerkratzt werden können. Um dies zu kompensieren, kann eine zusätzliche Beschichtung gegen Kratzer aufgebracht werden.
Nanovea wirft einen Blick auf einige wichtige Eigenschaften von Kunststoffgläsern, indem wir unsere drei Messinstrumente einsetzen: Profilometer, Tribometerund Mechanischer Tester.
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Kratztests an mehrschichtigen Dünnfilmen
Beschichtungen werden in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt, um die darunter liegenden Schichten zu schützen, elektronische Geräte herzustellen oder die Oberflächeneigenschaften von Materialien zu verbessern. Aufgrund ihrer zahlreichen Verwendungszwecke werden Beschichtungen ausgiebig untersucht, aber ihre mechanischen Eigenschaften sind oft schwer zu verstehen. Das Versagen von Beschichtungen kann im Mikro-/Nanometerbereich durch Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Atmosphäre, kohäsives Versagen und schlechte Haftung zwischen Substrat und Oberfläche verursacht werden. Eine einheitliche Methode zur Prüfung von Beschichtungsfehlern ist die Kratzprüfung. Durch Aufbringen einer progressiv ansteigenden Last können kohäsive (z. B. Rissbildung) und adhäsive (z. B. Delamination) Schäden an Beschichtungen quantitativ verglichen werden.
Dynamisch-mechanische Analyse mit Nanoindentation
Die Qualität von Korken hängt stark von ihren mechanischen und physikalischen Eigenschaften ab. Seine Fähigkeit, Wein zu versiegeln, lässt sich an diesen wichtigen Faktoren ablesen: Flexibilität, Isolierung, Elastizität und Undurchlässigkeit für Gas und Flüssigkeiten. Mit Hilfe der dynamischen mechanischen Analyse (DMA) lassen sich die Eigenschaften Flexibilität und Elastizität mit einer quantifizierbaren Methode messen. Diese Eigenschaften werden mit dem Nanovea Mechanical Tester charakterisiert Nanoindentaion in Form des Elastizitätsmoduls, des Speichermoduls, des Verlustmoduls und des tan delta (tan (δ)). Weitere Daten, die aus DMA-Tests gewonnen werden können, sind Phasenverschiebung, Härte, Spannung und Dehnung des Materials.
Mechanische Eigenschaften von Siliziumkarbid-Waferbeschichtungen
Das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Siliziumkarbid-Wafer-Beschichtungen ist entscheidend. Der Herstellungsprozess für mikroelektronische Bauelemente kann über 300 verschiedene Verarbeitungsschritte umfassen und zwischen sechs und acht Wochen dauern. Während dieses Prozesses muss das Wafersubstrat in der Lage sein, den extremen Bedingungen der Herstellung standzuhalten, da ein Versagen in jedem Schritt zu Zeit- und Geldverlusten führen würde. Die Prüfung von HärteUm sicherzustellen, dass es nicht zu einem Ausfall kommt, müssen Haftung/Kratzfestigkeit und COF/Verschleißrate des Wafers bestimmte Anforderungen erfüllen, um den Bedingungen während des Herstellungs- und Anwendungsprozesses standzuhalten.
Mechanische Eigenschaften von Siliziumkarbid-Waferbeschichtungen
Mikrokratztest von Polymerbeschichtungen
Kratztests hat sich zu einer der am häufigsten angewandten Methoden zur Bewertung der Kohäsions- und Haftfestigkeit von Beschichtungen entwickelt. Die kritische Last, bei der eine bestimmte Art des Versagens der Beschichtung mit zunehmender Belastung auftritt, gilt weithin als zuverlässiges Instrument zur Bestimmung und zum Vergleich der Adhäsions- und Kohäsionseigenschaften der Beschichtungen. Der am häufigsten verwendete Eindringkörper für die Ritzprüfung ist der konische Rockwell-Diamant-Eindringkörper. Wird die Kratzprüfung jedoch an einer weichen Polymerbeschichtung durchgeführt, die auf einem spröden Substrat wie einem Siliziumwafer aufgebracht ist, neigt der konische Eindringkörper dazu, durch die Beschichtung zu pflügen und Rillen zu bilden, anstatt Risse oder Delaminationen zu erzeugen. Die spröden Siliziumplättchen brechen, wenn die Belastung weiter zunimmt. Daher ist die Entwicklung einer neuen Technik zur Bewertung der Kohäsions- oder Adhäsionseigenschaften von weichen Beschichtungen auf einem spröden Substrat von entscheidender Bedeutung.
ASTM D7187 Temperatureffekt durch Nanoscratching
Nach ASTM D7187 spielt die Kratz- und Abriebfestigkeit des Lacks eine entscheidende Rolle für seine Endanwendung. Autolacke, die anfällig für Kratzer sind, lassen sich nur schwer und kostspielig warten und reparieren. Um die beste Kratz- und Marmorierfestigkeit zu erreichen, wurden verschiedene Beschichtungsarchitekturen für Grundierung, Basislack und Klarlack entwickelt. Nanoscratch-Prüfung wurde als Standardtestmethode zur Messung der mechanischen Aspekte des Kratz-/Marschverhaltens von Lackbeschichtungen entwickelt, wie in ASTM D7187 beschrieben. Während des Kratztests treten verschiedene elementare Verformungsmechanismen, nämlich elastische Verformung, plastische Verformung und Bruch, bei unterschiedlichen Belastungen auf. Sie ermöglicht eine quantitative Bewertung der plastischen Beständigkeit und der Bruchfestigkeit der Farbbeschichtungen.
Selbstreinigende Glasbeschichtung Reibungsmessung
Die selbstreinigende Glasbeschichtung besitzt eine niedrige Oberflächenenergie, die sowohl Wasser als auch Öl abweist. Eine solche Beschichtung schafft eine leicht zu reinigende und nicht haftende Glasoberfläche, die vor Schmutz und Flecken schützt. Die Easy-Clean-Beschichtung reduziert den Wasser- und Energieverbrauch bei der Glasreinigung erheblich. Sie kommt ohne scharfe und giftige chemische Reinigungsmittel aus und ist damit eine umweltfreundliche Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen im privaten und gewerblichen Bereich, z. B. für Spiegel, Duschscheiben, Fenster und Windschutzscheiben.
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
Zyklische Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Messung
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Bedeutung der Nanoindentation
Kontinuierliche Steifigkeitsmessungen (CSM), die durch Nanoindentation zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung von Materialien mit minimalinvasiven Methoden auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zugprüfungsmethoden liefert die Nanoindentation Spannungs-Dehnungs-Daten auf der Nanoskala, ohne dass ein großes Instrument benötigt wird. Die Spannungs-Dehnungskurve liefert entscheidende Informationen über die Schwelle zwischen elastischem und plastischem Verhalten, wenn die Probe steigenden Belastungen ausgesetzt wird. CSM ermöglicht die Bestimmung der Fließspannung eines Materials ohne gefährliche Geräte.
Die Nanoindentation bietet eine zuverlässige und benutzerfreundliche Methode zur schnellen Untersuchung von Spannungs-/Dehnungsdaten. Darüber hinaus ermöglicht die Messung des Spannungs-Dehnungsverhaltens auf der Nanoskala die Untersuchung wichtiger Eigenschaften an kleinen Beschichtungen und Partikeln in Werkstoffen, die immer weiter entwickelt werden. Die Nanoindentation liefert Informationen über die Elastizitätsgrenze und die Streckgrenze sowie über Härte, Elastizitätsmodul, Kriechverhalten, Bruchzähigkeit usw. und ist damit ein vielseitiges Messinstrument.
Die Spannungs-Dehnungs-Daten, die die Nanoindentation in dieser Studie liefert, identifizieren die Elastizitätsgrenze des Materials, während sie nur 1,2 Mikrometer tief in die Oberfläche eindringen. Wir verwenden CSM, um festzustellen, wie sich die mechanischen Eigenschaften von Materialien entwickeln, wenn ein Eindringkörper tiefer in die Oberfläche eindringt. Dies ist besonders bei Dünnschichtanwendungen nützlich, bei denen die Eigenschaften von der Tiefe abhängen können. Die Nanoindentation ist eine minimal invasive Methode zur Bestätigung von Materialeigenschaften in Testproben.
Die CSM-Prüfung ist nützlich, um die Materialeigenschaften in Abhängigkeit von der Tiefe zu messen. Um komplexere Materialeigenschaften zu bestimmen, können zyklische Tests mit konstanten Lasten durchgeführt werden. Dies kann nützlich sein, um die Ermüdung zu untersuchen oder den Effekt der Porosität zu eliminieren, um den wahren Elastizitätsmodul zu erhalten.
Messung Zielsetzung
In dieser Anwendung verwendet das Nanovea-Mechanikprüfgerät CSM zur Untersuchung von Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe sowie von Spannungs-Dehnungs-Daten an einer Standardstahlprobe. Stahl wurde aufgrund seiner allgemein anerkannten Eigenschaften ausgewählt, um die Kontrolle und Genauigkeit der Spannungs-Dehnungs-Daten im Nanomaßstab zu zeigen. Eine kugelförmige Spitze mit einem Radius von 5 Mikrometern wurde verwendet, um ausreichend hohe Spannungen jenseits der Elastizitätsgrenze für Stahl zu erreichen.
Testbedingungen und -verfahren
Es wurden die folgenden Eindringungsparameter verwendet:
Ergebnisse:
Die Zunahme der Last während der Oszillationen ergibt die folgende Kurve zwischen Tiefe und Last. Während der Belastung wurden über 100 Oszillationen durchgeführt, um die Spannungs-Dehnungs-Daten zu ermitteln, wenn der Eindringkörper in das Material eindringt.
Anhand der bei jedem Zyklus gewonnenen Informationen wurden Spannung und Dehnung bestimmt. Anhand der maximalen Belastung und Tiefe bei jedem Zyklus lässt sich die maximale Spannung berechnen, die bei jedem Zyklus auf das Material einwirkt. Die Dehnung wird anhand der Resttiefe bei jedem Zyklus aus der Teilentlastung berechnet. Daraus lässt sich der Radius des verbleibenden Abdrucks berechnen, indem der Radius der Spitze geteilt wird, um den Dehnungsfaktor zu erhalten. Die Aufzeichnung von Spannung und Dehnung für das Material zeigt die elastischen und plastischen Zonen mit der entsprechenden elastischen Grenzspannung. Unsere Tests ergaben, dass der Übergang zwischen der elastischen und der plastischen Zone des Materials bei etwa 0,076 Dehnung mit einer Elastizitätsgrenze von 1,45 GPa liegt.
Jeder Zyklus wirkt wie ein einzelner Eindruck, so dass wir mit zunehmender Belastung Tests in verschiedenen kontrollierten Tiefen des Stahls durchführen. So können Härte und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Tiefe direkt aus den für jeden Zyklus erhaltenen Daten aufgetragen werden.
Wenn der Eindringkörper in das Material eindringt, nimmt die Härte zu und der Elastizitätsmodul ab.
Schlussfolgerung
Wir haben gezeigt, dass der Nanovea-Mechanik-Tester zuverlässige Spannungs-Dehnungs-Daten liefert. Die Verwendung einer kugelförmigen Spitze mit CSM-Eindruck ermöglicht die Messung von Materialeigenschaften unter erhöhter Belastung. Die Belastung und der Radius des Eindringkörpers können verändert werden, um verschiedene Materialien in kontrollierter Tiefe zu testen. Die mechanischen Prüfgeräte von Nanovea ermöglichen diese Eindringtests im Bereich von unter mN bis 400N.
Versagen von gerillten Stent-Beschichtungen durch Nano-Scratch-Tests
Der medikamentenfreisetzende Stent ist ein neuer Ansatz in der Stenttechnologie. Er besitzt eine biologisch abbaubare und biokompatible Polymerbeschichtung, die langsam und kontinuierlich Medikamente an die lokale Arterie abgibt, um die Verdickung der Intima zu hemmen und zu verhindern, dass die Arterie erneut blockiert wird. Eines der größten Probleme ist die Ablösung der Polymerbeschichtung, die die medikamentenfreisetzende Schicht trägt, vom Stentsubstrat aus Metall. Um die Haftung dieser Beschichtung auf dem Substrat zu verbessern, wird der Stent in verschiedenen Formen gestaltet. In dieser Studie befindet sich die Polymerbeschichtung am Boden der Rille auf dem Maschendraht, was die Messung der Adhäsion zu einer enormen Herausforderung macht. Um die Grenzflächenfestigkeit zwischen der Polymerbeschichtung und dem Metallsubstrat quantitativ zu messen, ist eine zuverlässige Technik erforderlich. Die besondere Form und der kleine Durchmesser des Stentgewebes (vergleichbar mit einem menschlichen Haar) erfordern eine ultrafeine seitliche X-Y-Genauigkeit, um die Testposition zu bestimmen, sowie eine ordnungsgemäße Kontrolle und Messung der Belastung und Tiefe während des Tests.
Versagen von gerillten Stent-Beschichtungen durch Nano-Scratch-Tests
Nanoindentation von Polymerfilmen bei kontrollierter Luftfeuchtigkeit
Die mechanischen Eigenschaften von Polymeren ändern sich, wenn die Umgebungsfeuchtigkeit ansteigt. Transiente Feuchtigkeitseffekte, auch mechano-sorptive Effekte genannt, treten auf, wenn das Polymer einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufnimmt und ein beschleunigtes Kriechverhalten zeigt. Die höhere Kriechnachgiebigkeit ist das Ergebnis komplexer kombinierter Effekte wie erhöhte molekulare Mobilität, sorptionsbedingte physikalische Alterung und sorptionsbedingte Spannungsgradienten.
Daher ist ein zuverlässiger und quantitativer Test (Feuchtigkeits-Nanoindentation) des sorptionsbedingten Einflusses auf das mechanische Verhalten von Polymermaterialien bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsgraden erforderlich. Das Nanomodul des Nanovea-Mechanik-Testers bringt die Last durch einen hochpräzisen Piezo auf und misst direkt die Entwicklung von Kraft und Verschiebung. Ein Isoliergehäuse sorgt für eine gleichmäßige Luftfeuchtigkeit rund um die Eindringspitze und die Probenoberfläche, wodurch die Messgenauigkeit gewährleistet und der Einfluss der durch den Feuchtigkeitsgradienten verursachten Drift minimiert wird.
Nanoindentation von Polymerfilmen bei kontrollierter Luftfeuchtigkeit
