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AR Kategorie: Eindrücken | Bruchzähigkeit
Mikropartikel: Druckfestigkeit und Mikroeindrückung
MIKROPARTIKEL
DRUCKFESTIGKEIT UND MIKROEINDRÜCKE
DURCH DIE PRÜFUNG VON SALZEN
Autor:
Jorge Ramirez
Überarbeitet von:
Jocelyn Esparza
EINFÜHRUNG
Die Druckfestigkeit ist für die Qualitätskontrolle bei der Entwicklung und Verbesserung neuer und bestehender Mikropartikel und Mikromerkmale (Säulen und Kugeln) von entscheidender Bedeutung. Mikropartikel haben verschiedene Formen und Größen und können aus Keramik, Glas, Polymeren und Metallen entwickelt werden. Sie werden u. a. für die Verabreichung von Arzneimitteln, die Verbesserung des Lebensmittelgeschmacks und die Formulierung von Beton verwendet. Die Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von Mikropartikeln oder Mikromerkmalen ist entscheidend für ihren Erfolg und erfordert die Fähigkeit, ihre mechanische Integrität quantitativ zu charakterisieren.
BEDEUTUNG DER TIEFE GEGENÜBER DER DRUCKFESTIGKEIT DER LAST
Standard-Druckmessgeräte sind nicht für niedrige Belastungen geeignet und liefern keine ausreichenden Tiefenangaben für Mikropartikel. Durch die Verwendung von Nano- oder Mikroindentationkann die Druckfestigkeit von Nano- oder Mikropartikeln (weich oder hart) genau und präzise gemessen werden.
MESSZIEL
In diesem Anwendungshinweis messen wir die Druckfestigkeit von Salz mit die NANOVEA Mechanischer Tester im Modus Mikroeindruck.
NANOVEA
CB500
TESTBEDINGUNGEN
maximale Kraft
30 N
Laderate
60 N/min
Entladegeschwindigkeit
60 N/min
Eindringkörpertyp
Flache Stanze
Stahl | 1mm Durchmesser
Last-Tiefen-Kurven
Ergebnisse und Diskussion
Höhe, Bruchkraft und Festigkeit für Partikel 1 und Partikel 2
Das Versagen der Partikel wurde als der Punkt bestimmt, an dem die anfängliche Steigung der Kraft-Tiefen-Kurve merklich zu sinken begann, was darauf hinweist, dass das Material einen Fließpunkt erreicht hat und den aufgebrachten Druckkräften nicht mehr standhalten kann. Sobald die Fließgrenze überschritten ist, beginnt die Eindringtiefe für die Dauer der Belastungsperiode exponentiell zuzunehmen. Diese Verhaltensweisen sind zu erkennen in Last-Tiefen-Kurven für beide Proben.
SCHLUSSFOLGERUNG
Abschließend haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Mechanischer Tester ist ein hervorragendes Werkzeug für die Prüfung der Druckfestigkeit von Mikropartikeln. Obwohl die geprüften Partikel aus demselben Material bestehen, wird vermutet, dass die in dieser Studie gemessenen unterschiedlichen Versagenspunkte wahrscheinlich auf bereits vorhandene Mikrorisse in den Partikeln und unterschiedliche Partikelgrößen zurückzuführen sind. Es sei darauf hingewiesen, dass für spröde Materialien akustische Emissionssensoren zur Verfügung stehen, um den Beginn der Rissausbreitung während einer Prüfung zu messen.
Die NANOVEA Mechanischer Tester bietet Tiefenverschiebungsauflösungen bis in den Subnanometerbereich,
Das macht es zu einem großartigen Werkzeug für die Untersuchung von sehr zerbrechlichen Mikropartikeln oder Merkmalen. Für weiche und zerbrechliche
Materialien, Belastungen bis zu 0,1 mN sind mit unserem Nano-Eindringmodul möglich
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Verbesserung der Bergbauverfahren mit Microindendation
MIKROINDENTATIONSFORSCHUNG UND QUALITÄTSKONTROLLE
Die Gesteinsmechanik befasst sich mit dem mechanischen Verhalten von Gesteinsmassen und wird im Bergbau, bei Bohrungen, bei der Förderung von Lagerstätten und im Bauwesen eingesetzt. Hochentwickelte Instrumente zur präzisen Messung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen die Verbesserung von Bauteilen und Verfahren in diesen Branchen. Erfolgreiche Qualitätskontrollverfahren werden durch das Verständnis der Gesteinsmechanik auf der Mikroebene gewährleistet.
Mikroindentation ist ein wichtiges Instrument für felsmechanische Studien. Diese Techniken verbessern die Ausgrabungstechniken, indem sie ein besseres Verständnis der Gesteinseigenschaften ermöglichen. Die Mikroindentation wird zur Verbesserung von Bohrköpfen eingesetzt, die die Abbauverfahren verbessern. Die Mikroindentation wurde zur Untersuchung der Kreide- und Pulverbildung von Mineralien eingesetzt. Mikroindentationsstudien können Härte, Elastizitätsmodul, Kriechverhalten, Spannungs-Dehnungs-Verhalten, Bruchzähigkeit und Druck mit einem einzigen Instrument untersuchen.
MESSZIEL
In dieser Anwendung ist Nanovea mechanischer Prüfer Misst die Vickers-Härte (Hv), den Elastizitätsmodul und die Bruchzähigkeit einer Mineralgesteinsprobe. Das Gestein besteht aus Biotit, Feldspat und Quarz, die den Standard-Granitverbund bilden. Jeder wird separat getestet.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Dieser Abschnitt enthält eine zusammenfassende Tabelle, in der die wichtigsten numerischen Ergebnisse für die verschiedenen Proben verglichen werden, gefolgt von der Auflistung der vollständigen Ergebnisse, einschließlich der einzelnen durchgeführten Eindrücke, begleitet von mikroskopischen Aufnahmen der Eindrücke, sofern verfügbar. Diese vollständigen Ergebnisse enthalten die gemessenen Werte der Härte und des Elastizitätsmoduls sowie die Eindringtiefe (Δd) mit ihren Mittelwerten und Standardabweichungen. Es ist zu beachten, dass die Ergebnisse stark schwanken können, wenn die Oberflächenrauheit im gleichen Größenbereich liegt wie der Eindruck.
Zusammenfassende Tabelle der wichtigsten numerischen Ergebnisse für Härte und Bruchzähigkeit
SCHLUSSFOLGERUNG
Der Nanovea-Mechanik-Tester demonstriert Reproduzierbarkeit und präzise Eindrückergebnisse auf der harten Oberfläche von Mineralgestein. Die Härte und der Elastizitätsmodul der einzelnen Materialien, aus denen der Granit besteht, wurden direkt aus den Kurven zwischen Tiefe und Belastung gemessen. Die raue Oberfläche bedeutete, dass die Prüfungen mit höheren Lasten durchgeführt wurden, was zu Mikrorissen geführt haben könnte. Mikrorisse würden einige der bei den Messungen festgestellten Schwankungen erklären. Aufgrund der rauen Oberfläche der Probe waren Risse bei einer normalen mikroskopischen Betrachtung nicht erkennbar. Daher ist es nicht möglich, herkömmliche Bruchzähigkeitswerte zu berechnen, die eine Messung der Risslänge erfordern. Stattdessen nutzten wir das System, um die Entstehung von Rissen anhand der Versetzungen in den Kurven der Tiefe gegenüber der Belastung bei steigender Belastung zu erkennen.
Bruchschwellenbelastungen wurden bei Belastungen angegeben, bei denen Versagen auftrat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bruchzähigkeitsprüfungen, bei denen lediglich die Risslänge gemessen wird, wird eine Last ermittelt, bei der der Schwellenbruch beginnt. Außerdem ermöglicht die kontrollierte und genau überwachte Umgebung die Messung der Härte als quantitativen Wert für den Vergleich einer Vielzahl von Proben zu verwenden.
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Kratzfestigkeit von Displayschutzfolien für Handys
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Bedeutung der Prüfung von Bildschirmschutzvorrichtungen
Obwohl die Bildschirme von Mobiltelefonen so konzipiert sind, dass sie nicht zerbrechen oder zerkratzen können, sind sie dennoch anfällig für Schäden. Durch die tägliche Nutzung des Telefons werden sie abgenutzt, z. B. durch Kratzer und Risse. Da die Reparatur dieser Bildschirme teuer sein kann, sind Displayschutzfolien ein erschwinglicher Schutz, der häufig gekauft und verwendet wird, um die Haltbarkeit des Bildschirms zu erhöhen.
Mit dem Makromodul des Nanovea PB1000 Mechanical Tester in Verbindung mit dem Sensor für akustische Emissionen (AE) können wir eindeutig die kritischen Belastungen identifizieren, bei denen Bildschirmschutzfolien aufgrund von Kratzern1 versagen, um eine vergleichende Studie zwischen zwei Arten von Bildschirmschutzfolien zu erstellen.
Zwei gängige Arten von Bildschirmschutzmaterialien sind TPU (thermoplastisches Polyurethan) und gehärtetes Glas. Gehärtetes Glas gilt als das beste Material, da es einen besseren Schutz vor Stößen und Kratzern bietet. Allerdings ist es auch am teuersten. TPU-Bildschirmschutzfolien hingegen sind preiswerter und eine beliebte Wahl für Verbraucher, die Kunststoff-Bildschirmschutzfolien bevorzugen. Da Bildschirmschutzfolien Kratzer und Stöße absorbieren sollen und in der Regel aus Materialien mit spröden Eigenschaften bestehen, ist die kontrollierte Kratzprüfung in Verbindung mit der In-situ-AE-Detektion ein optimaler Prüfaufbau, um die Belastungen zu bestimmen, bei denen kohäsive Fehler (z. B. Risse, Abplatzungen und Brüche) und/oder adhäsive Fehler (z. B. Delamination und Abplatzungen) auftreten.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie wurden drei Kratztests an zwei verschiedenen handelsüblichen Bildschirmschutzfolien mit dem Makromodul des PB1000 Mechanik-Testers von Nanovea durchgeführt. Mithilfe eines Sensors für akustische Emissionen und eines optischen Mikroskops wurden die kritischen Belastungen ermittelt, bei denen die einzelnen Schutzfolien versagten.
Testverfahren und -abläufe
Der Nanovea PB1000 Mechanical Tester wurde verwendet, um zwei Bildschirmschutzfolien zu testen, die auf einen Telefonbildschirm aufgebracht und auf einen Tisch mit Reibungssensor geklemmt wurden. Die Testparameter für alle Kratzer sind in Tabelle 1 unten aufgeführt.
Ergebnisse und Diskussion
Da die Bildschirmschutzfolien aus einem anderen Material bestanden, wiesen sie jeweils unterschiedliche Arten von Fehlern auf. Bei der TPU-Schutzfolie wurde nur ein kritischer Fehler beobachtet, während die Schutzfolie aus gehärtetem Glas zwei Fehler aufwies. Die Ergebnisse für jede Probe sind in Tabelle 2 dargestellt. Die kritische Last #1 ist definiert als die Last, bei der die Bildschirmschutzfolien unter dem Mikroskop Anzeichen von kohäsivem Versagen zeigten. Die kritische Last #2 wird durch die erste Spitzenveränderung in den Daten der akustischen Emissionskurve definiert.
Bei der TPU-Displayschutzfolie entspricht die kritische Belastung #2 der Stelle, an der sich die Schutzfolie zusammen mit dem Kratzer sichtbar vom Handy-Display abzulösen begann. Ein Kratzer erschien auf der Oberfläche des Telefondisplays, sobald die kritische Last #2 für den Rest der Kratztests überschritten wurde. Die kritische Last #1 für die gehärtete Glasschutzfolie entspricht der Stelle, an der radiale Brüche auftreten. Die kritische Last #2 tritt gegen Ende des Kratzers bei höheren Lasten auf. Die Schallemission ist größer als bei der TPU-Schutzfolie, der Bildschirm des Telefons wurde jedoch nicht beschädigt. In beiden Fällen entsprach die kritische Last #2 einer großen Tiefenänderung, was darauf hindeutet, dass der Eindringkörper die Displayschutzfolie durchstoßen hatte.
Schlussfolgerung
In dieser Studie stellen wir die Fähigkeit des Nanovea PB1000 Mechanik-Testers vor, kontrollierte und wiederholbare Kratztests durchzuführen und gleichzeitig die akustische Emissionsdetektion zu nutzen, um die Belastungen, bei denen adhäsives und kohäsives Versagen bei Displayschutzfolien aus TPU und gehärtetem Glas auftritt, genau zu bestimmen. Die in diesem Dokument vorgestellten experimentellen Daten stützen die ursprüngliche Annahme, dass gehärtetes Glas am besten zum Schutz vor Kratzern auf Telefonbildschirmen geeignet ist.
Der mechanische Tester von Nanovea bietet genaue und wiederholbare Funktionen zur Messung von Eindrücken, Kratzern und Verschleiß mithilfe von ISO- und ASTM-konformen Nano- und Mikromodulen. Der Mechanischer Tester ist ein Komplettsystem und damit die ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums mechanischer Eigenschaften dünner oder dicker, weicher oder harter Beschichtungen, Filme und Substrate.
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3-Punkt-Biegeprüfung mittels Mikroindentation
Bei dieser Anwendung wird das Nanovea Mechanischer Tester, In Mikroindentation wird zur Messung der Biegefestigkeit (unter Verwendung der 3-Punkt-Biegung) von Stabproben verschiedener Größe (Nudeln) verwendet, um eine Reihe von Daten zu zeigen. Es wurden 2 verschiedene Durchmesser gewählt, um sowohl elastische als auch spröde Eigenschaften zu demonstrieren. Mit Hilfe eines flachen Eindringkörpers zur Aufbringung einer Punktlast wird die Steifigkeit (Elastizitätsmodul) bestimmt und die kritischen Lasten ermittelt, bei denen die Probe bricht.
