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AR Kategorie: Mechanische Prüfung
Bewertung der Reibung bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten
Die Bedeutung der Reibungsbewertung bei niedrigen Geschwindigkeiten
Reibung ist die Kraft, die der Relativbewegung von aneinander gleitenden festen Oberflächen entgegenwirkt. Bei der Relativbewegung dieser beiden Kontaktflächen wandelt die Reibung an der Grenzfläche die kinetische Energie in Wärme um. Ein solcher Prozess kann auch zu Materialverschleiß und damit zu einer Leistungsverschlechterung der verwendeten Teile führen.
Aufgrund seines großen Dehnungsverhältnisses, seiner hohen Elastizität sowie seiner hervorragenden Wasserdichtigkeit und Verschleißfestigkeit wird Gummi in einer Vielzahl von Anwendungen und Produkten eingesetzt, bei denen Reibung eine wichtige Rolle spielt, z. B. in Autoreifen, Scheibenwischerblättern, Schuhsohlen und vielen anderen. Je nach Art und Anforderung dieser Anwendungen wird entweder eine hohe oder eine niedrige Reibung gegenüber verschiedenen Materialien gewünscht. Folglich ist eine kontrollierte und zuverlässige Messung der Reibung von Gummi auf verschiedenen Oberflächen von entscheidender Bedeutung.
Messung Zielsetzung
Der Reibungskoeffizient (COF) von Gummi gegenüber verschiedenen Materialien wird mit dem Nanovea kontrolliert und überwacht Tribometer. In dieser Studie möchten wir die Fähigkeit des Nanovea Tribometers zur Messung des COF verschiedener Materialien bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten demonstrieren.
Ergebnisse und Diskussion
Der Reibungskoeffizient (COF) von Gummikugeln (Ø 6 mm, RubberMill) auf drei Materialien (Edelstahl SS 316, Cu 110 und optional Acryl) wurde mit dem Nanovea Tribometer bewertet. Die getesteten Metallproben wurden vor der Messung mechanisch auf eine spiegelglatte Oberfläche poliert. Durch die leichte Verformung des Gummiballs unter der aufgebrachten Normallast entstand ein Flächenkontakt, der auch dazu beiträgt, die Auswirkungen von Unebenheiten oder Inhomogenitäten der Probenoberfläche auf die COF-Messungen zu verringern. Die Prüfparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die COF eines Gummiballs gegen verschiedene Materialien bei vier verschiedenen Geschwindigkeiten ist in Abbildung 2 dargestellt. 2 dargestellt, und die von der Software automatisch berechneten durchschnittlichen COFs werden in Abbildung 3 zusammengefasst und verglichen. Interessant ist, dass die Metallproben (SS 316 und Cu 110) deutlich höhere COFs aufweisen, wenn die Drehgeschwindigkeit von einem sehr niedrigen Wert von 0,01 U/min auf 5 U/min ansteigt - der COF-Wert des Paares Gummi/SSS 316 steigt von 0,29 auf 0,8 und von 0,65 auf 1,1 für das Paar Gummi/Cu 110. Diese Feststellung stimmt mit den von mehreren Labors berichteten Ergebnissen überein. Wie von Grosch vorgeschlagen4 Die Reibung von Gummi wird hauptsächlich durch zwei Mechanismen bestimmt: (1) die Adhäsion zwischen Gummi und dem anderen Material und (2) die Energieverluste durch die Verformung des Gummis aufgrund von Oberflächenunebenheiten. Schallamach5 beobachtete Ablösungswellen von Gummi vom Gegenmaterial an der Schnittstelle zwischen weichen Gummikugeln und einer harten Oberfläche. Die Kraft, mit der sich Gummi von der Substratoberfläche ablöst, und die Geschwindigkeit der Ablösewellen können die unterschiedliche Reibung bei verschiedenen Geschwindigkeiten während des Tests erklären.
Im Vergleich dazu weist das Gummi-Acrylat-Materialpaar bei verschiedenen Drehzahlen einen hohen COF-Wert auf. Der COF-Wert steigt leicht von ~ 1,02 auf ~ 1,09, wenn die Drehzahl von 0,01 U/min auf 5 U/min ansteigt. Dieser hohe COF-Wert ist möglicherweise auf eine stärkere lokale chemische Bindung an der Kontaktfläche zurückzuführen, die sich während der Tests bildet.
Schlussfolgerung
In dieser Studie zeigen wir, dass Gummi bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten ein eigentümliches Reibungsverhalten zeigt - seine Reibung gegen eine harte Oberfläche nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit der Relativbewegung zu. Gummi zeigt unterschiedliche Reibung, wenn er auf verschiedenen Materialien gleitet. Mit dem Nanovea Tribometer können die Reibungseigenschaften von Materialien bei verschiedenen Geschwindigkeiten kontrolliert und überwacht werden. Dies ermöglicht es den Anwendern, das grundlegende Verständnis des Reibungsmechanismus der Materialien zu verbessern und die beste Materialpaarung für gezielte tribologische Anwendungen auszuwählen.
Das Nanovea Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion, die in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Es ist in der Lage, die Rotationsstufe bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten bis hinunter zu 0,01 U/min zu steuern und die Entwicklung der Reibung in situ zu überwachen. Das unübertroffene Angebot von Nanovea ist eine ideale Lösung für die Bestimmung des gesamten Spektrums der tribologischen Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Messung der Spannungsrelaxation mittels Nanoindentation
EINFÜHRUNG
Viskoelastische Materialien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl viskose als auch elastische Materialeigenschaften aufweisen. Diese Materialien unterliegen einem zeitabhängigen Spannungsabbau (Spannungsrelaxation") unter konstanter Belastung, was zu einem erheblichen Verlust der anfänglichen Kontaktkraft führt. Die Spannungsrelaxation ist abhängig von der Art des Materials, der Textur, der Temperatur, der Anfangsspannung und der Zeit. Das Verständnis der Spannungsrelaxation ist entscheidend für die Auswahl optimaler Materialien, die die für bestimmte Anwendungen erforderliche Festigkeit und Flexibilität (Relaxation) aufweisen.
Bedeutung der Entspannungsmessung
Gemäß ASTM E328i, „Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures“, wird zunächst mit einem Eindringkörper eine äußere Kraft auf ein Material oder eine Struktur ausgeübt, bis eine vorgegebene Maximalkraft erreicht ist. Sobald die maximale Kraft erreicht ist, wird die Position des Eindringkörpers in dieser Tiefe konstant gehalten. Dann wird die Änderung der äußeren Kraft, die erforderlich ist, um die Position des Eindringkörpers beizubehalten, als Funktion der Zeit gemessen. Die Schwierigkeit bei Spannungsrelaxationstests besteht darin, die Tiefe konstant zu halten. Der mechanische Tester von Nanovea Nanoindentation Das Modul misst die Spannungsrelaxation genau, indem es eine geschlossene (Feedback-)Regelung der Tiefe mit einem piezoelektrischen Aktuator anwendet. Der Aktuator reagiert in Echtzeit, um die Tiefe konstant zu halten, während die Laständerung von einem hochempfindlichen Lastsensor gemessen und aufgezeichnet wird. Dieser Test kann an praktisch allen Arten von Materialien durchgeführt werden, ohne dass strenge Anforderungen an die Probenabmessungen erforderlich sind. Darüber hinaus können mehrere Tests an einer einzelnen flachen Probe durchgeführt werden, um die Wiederholbarkeit der Tests sicherzustellen
MESSZIEL
In dieser Anwendung misst das Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Tester das Spannungsrelaxationsverhalten einer Acryl- und Kupferprobe. Wir zeigen, dass der Nanovea Mechanischer Tester ist ein ideales Werkzeug zur Bewertung des zeitabhängigen viskoelastischen Verhaltens von Polymer- und Metallmaterialien.
TESTBEDINGUNGEN
Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Testers gemessen. Es wurden verschiedene Belastungsraten zwischen 1 und 10 µm/min angewandt. Die Relaxation wurde bei einer festen Tiefe gemessen, sobald die angestrebte maximale Belastung erreicht war. Bei einer festen Tiefe wurde eine Haltezeit von 100 Sekunden eingeführt, und die Veränderung der Belastung wurde nach Ablauf der Haltezeit aufgezeichnet. Alle Tests wurden bei Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur von 23 °C) durchgeführt, und die Parameter der Eindringtests sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Abbildung 2 zeigt die Entwicklung von Verschiebung und Belastung als Funktion der Zeit während der Spannungsrelaxationsmessung einer Acrylprobe und einer Belastungsrate von 3 µm/min als Beispiel. Die Gesamtheit dieses Tests kann in drei Phasen unterteilt werden: Belastung, Relaxation und Entlastung. Während der Belastungsphase nahm die Tiefe linear zu, während die Last schrittweise erhöht wurde. Die Entspannungsphase wurde eingeleitet, sobald die maximale Belastung erreicht war. Während dieser Phase wurde eine konstante Tiefe für 100 Sekunden beibehalten, indem die geschlossene Rückkopplungsschleife der Tiefenkontrolle des Geräts verwendet wurde. Der gesamte Test wurde mit einer Entlastungsphase abgeschlossen, um den Eindringkörper von der Acrylprobe zu entfernen.
Zusätzliche Eindringtests wurden mit denselben Belastungsraten durchgeführt, jedoch ohne eine Relaxationsphase (Kriechen). Bei diesen Tests wurden Kraft-Weg-Diagramme erstellt und in den Diagrammen in Abbildung 3 für die Acryl- und Kupferproben kombiniert. Als die Belastungsrate des Eindringkörpers von 10 auf 1 µm/min sank, verschob sich die Belastungs-Verschiebungskurve sowohl für Acryl als auch für Kupfer zunehmend in Richtung größerer Eindringtiefen. Eine solche zeitabhängige Zunahme der Dehnung ist auf den viskoelastischen Kriecheffekt der Materialien zurückzuführen. Eine geringere Belastungsrate gibt einem viskoelastischen Material mehr Zeit, auf die äußere Belastung zu reagieren und sich entsprechend zu verformen...
Die Entwicklung der Belastung bei einer konstanten Dehnung unter Verwendung verschiedener Belastungsgeschwindigkeiten wurde in Abbildung 4 für beide getesteten Materialien aufgezeichnet. Die Belastung nahm in den frühen Stadien der Entspannungsphase (100 Sekunden Haltezeit) der Tests mit einer höheren Rate ab und verlangsamte sich, sobald die Haltezeit ~50 Sekunden erreichte. Viskoelastische Materialien, wie Polymere und Metalle, weisen eine höhere Lastverlustrate auf, wenn sie einer höheren Eindringbelastung ausgesetzt sind. Die Lastverlustrate während der Relaxation stieg von 51,5 auf 103,2 mN für Acryl bzw. von 15,0 auf 27,4 mN für Kupfer, wenn die Eindringgeschwindigkeit von 1 auf 10 µm/min anstieg, wie in Abbildung 5.
Wie in der ASTM-Norm E328ii erwähnt, besteht das Hauptproblem bei Spannungsrelaxationstests darin, dass ein Gerät nicht in der Lage ist, eine konstante Dehnung/Tiefe aufrechtzuerhalten. Der Nanovea Mechanical Tester liefert exzellente, genaue Messungen der Spannungsrelaxation, da er eine geschlossene Rückkopplungsschleife zwischen dem schnell wirkenden piezoelektrischen Aktuator und dem unabhängigen Kondensator-Tiefensensor anwendet. Während der Entspannungsphase stellt der piezoelektrische Aktuator den Eindringkörper so ein, dass er seine konstante Tiefenbegrenzung in Echtzeit beibehält, während die Änderung der Belastung von einem unabhängigen hochpräzisen Belastungssensor gemessen und aufgezeichnet wird.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea-Mechanik-Testers bei unterschiedlichen Belastungsraten gemessen. Aufgrund des Kriecheffekts des Materials während der Belastung wird eine größere maximale Tiefe erreicht, wenn die Eindrücke bei niedrigeren Belastungsraten durchgeführt werden. Sowohl die Acryl- als auch die Kupferprobe weisen ein Spannungsrelaxationsverhalten auf, wenn die Position des Eindringkörpers bei einer angestrebten maximalen Belastung konstant gehalten wird. Größere Veränderungen des Lastverlusts während der Entspannungsphase wurden bei den Versuchen mit höheren Belastungsraten des Eindrucks beobachtet.
Der Spannungsrelaxationstest des Nanovea Mechanical Tester zeigt, dass das Gerät in der Lage ist, das zeitabhängige viskoelastische Verhalten von Polymer- und Metallmaterialien zu quantifizieren und zuverlässig zu messen. Es verfügt über ein unübertroffenes Multifunktions-Nano- und -Mikro-Modul auf einer einzigen Plattform. Module zur Feuchte- und Temperaturkontrolle können mit diesen Instrumenten kombiniert werden, um Umwelttests in einer Vielzahl von Branchen durchzuführen. Sowohl das Nano- als auch das Mikromodul verfügen über Modi für Kratz-, Härte- und Verschleißprüfungen und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Spektrum an mechanischen Prüfmöglichkeiten in einem einzigen System.
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Verständnis von Beschichtungsfehlern durch Kratztests
Einleitung:
Die Oberflächentechnik von Werkstoffen spielt eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von funktionellen Anwendungen, die vom dekorativen Aussehen bis zum Schutz der Substrate vor Verschleiß, Korrosion und anderen Angriffen reichen. Ein wichtiger und übergeordneter Faktor, der die Qualität und Lebensdauer der Beschichtungen bestimmt, ist ihre Kohäsions- und Haftfestigkeit.
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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Multi-Scratch-Automatisierung ähnlicher Proben mit dem mechanischen Prüfgerät PB1000
Einführung :
Beschichtungen werden aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Härte, Erosionsbeständigkeit, geringe Reibung und hohe Verschleißfestigkeit sind nur einige der vielen Eigenschaften, die Beschichtungen wichtig machen. Eine gängige Methode zur Quantifizierung dieser Eigenschaften ist die Kratzprüfung, die eine wiederholbare Messung der adhäsiven und/oder kohäsiven Eigenschaften einer Beschichtung ermöglicht. Durch den Vergleich der kritischen Belastungen, bei denen ein Versagen auftritt, können die intrinsischen Eigenschaften einer Beschichtung bewertet werden.
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Nanomechanische Charakterisierung von Federkonstanten
Die Fähigkeit einer Feder, mechanische Energie zu speichern, hat eine lange Nutzungsgeschichte. Von Bögen für die Jagd bis hin zu Türschlössern - die Federtechnik gibt es schon seit vielen Jahrhunderten. Heutzutage sind wir auf Federn angewiesen, sei es bei Matratzen, Kugelschreibern oder der Federung von Autos, da sie in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle spielen. Bei einer so großen Vielfalt an Verwendungszwecken und Konstruktionen ist die Fähigkeit, ihre mechanischen Eigenschaften zu quantifizieren, unerlässlich.
Mechanische Breitansicht Kartenauswahltool
Wir alle kennen den Ausdruck "Zeit ist Geld". Deshalb suchen viele Unternehmen ständig nach Methoden, um verschiedene Prozesse zu beschleunigen und zu verbessern - das spart Zeit. Wenn es um die Prüfung von Eindrücken geht, können Geschwindigkeit, Effizienz und Präzision in einen Qualitätskontroll- oder F&E-Prozess integriert werden, wenn eines unserer mechanischen Nanovea-Prüfgeräte verwendet wird. In diesem Anwendungsbericht zeigen wir Ihnen eine einfache Möglichkeit, mit unserem Nanovea Mechanical Tester und den Softwarefunktionen Broad View Map und Selection Tool Zeit zu sparen.
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Präzise lokalisierte Glasübergänge mit Nanoindentation DMA
Präzise lokalisierte Glasübergänge mit Nanoindentation DMA
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Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem eine Schüttgutprobe gleichmäßig und mit konstanter Geschwindigkeit erhitzt wird. Wenn ein Schüttgut erwärmt wird und sich seinem Schmelzpunkt nähert, beginnt es seine Steifigkeit zu verlieren. Wenn periodische Eindrücke (Härteprüfungen) mit der gleichen Zielkraft durchgeführt werden, sollte die Tiefe jedes Eindrucks ständig zunehmen, da die Probe weicher wird (siehe Abbildung 1). Dies setzt sich fort, bis die Probe zu schmelzen beginnt. An diesem Punkt ist eine starke Zunahme der Tiefe pro Eindruck zu beobachten. Auf der Grundlage dieses Konzepts kann die Phasenveränderung in einem Material durch dynamische Schwingungen mit einer festen Kraftamplitude und die Messung der Auslenkung, d. h. die Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA), beobachtet werden.
Lesen Sie über den präzisen lokalisierten Glasübergang!
Messung der Spannungsrelaxation mittels Nanoindentation
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Kompression auf weichen, flexiblen Materialien
Wichtigkeit der Prüfung weicher, flexibler Materialien
Ein Beispiel für sehr weiche und flexible Proben ist ein mikroelektromechanisches System. MEMS werden in alltäglichen kommerziellen Produkten wie Druckern, Mobiltelefonen und Autos verwendet [1]. Sie werden auch für spezielle Funktionen wie Biosensoren [2] und Energiegewinnung [3] verwendet. Für ihre Anwendungen müssen MEMS in der Lage sein, wiederholt reversibel zwischen ihrer ursprünglichen Konfiguration und einer komprimierten Konfiguration zu wechseln [4]. Um zu verstehen, wie die Strukturen auf mechanische Kräfte reagieren, können Kompressionstests durchgeführt werden. Kompressionstests können genutzt werden, um verschiedene MEMS-Konfigurationen zu testen und abzustimmen sowie obere und untere Kraftgrenzen für diese Proben zu testen.
Der Nanovea Mechanischer Tester Nano Die Fähigkeit des Moduls, Daten bei sehr geringen Lasten und einer Distanz von über 1 mm genau zu erfassen, macht es ideal für die Prüfung weicher und flexibler Proben. Durch die Verwendung unabhängiger Last- und Tiefensensoren hat eine große Eindringkörperverschiebung keinen Einfluss auf die Messwerte des Lastsensors. Die Möglichkeit, Schwachlasttests über einen Bereich von mehr als 1 mm Eindringkörperweg durchzuführen, macht unser System im Vergleich zu anderen Nanoindentationssystemen einzigartig. Im Vergleich dazu liegt eine angemessene Verfahrstrecke für ein nanoskaliges Eindrucksystem typischerweise unter 250 μm.
Messung Zielsetzung
In dieser Fallstudie führte Nanovea Kompressionstests an zwei völlig unterschiedlichen flexiblen, federähnlichen Proben durch. Wir zeigen, dass wir in der Lage sind, Kompressionstests bei sehr geringen Belastungen durchzuführen und große Auslenkungen aufzuzeichnen, während wir gleichzeitig genaue Daten bei geringen Belastungen erhalten, und wie dies in der MEMS-Industrie angewendet werden kann. Aus Gründen des Datenschutzes werden die Proben und ihre Herkunft in dieser Studie nicht veröffentlicht.
Messparameter
Hinweis: Die Belastungsrate von 1 V/min ist proportional zu einer Verschiebung von etwa 100 μm, wenn sich der Eindringkörper in der Luft befindet.
Ergebnisse und Diskussion
Die Reaktion der Probe auf die mechanischen Kräfte ist aus den Kurven Last/Tiefe ersichtlich. Probe A zeigt nur eine lineare elastische Verformung mit den oben genannten Prüfparametern. Abbildung 2 ist ein gutes Beispiel für die Stabilität, die für eine Last-Tiefen-Kurve bei 75μN erreicht werden kann. Aufgrund der Stabilität der Last- und Tiefensensoren wäre es einfach, eine signifikante mechanische Reaktion der Probe zu erkennen.
Probe B zeigt eine andere mechanische Reaktion als Probe A. Nach 750 μm Tiefe beginnt das Diagramm ein bruchähnliches Verhalten zu zeigen. Dies ist an den starken Lastabfällen bei 850 und 975 μm Tiefe zu erkennen. Trotz einer hohen Belastungsrate von mehr als 1 mm über einen Bereich von 8 mN ermöglichen unsere hochempfindlichen Belastungs- und Tiefensensoren dem Benutzer, die nachstehenden glatten Kurven zwischen Belastung und Tiefe zu erhalten.
Die Steifigkeit wurde aus dem Entlastungsanteil der Last-Tiefen-Kurven berechnet. Die Steifigkeit gibt an, wie viel Kraft erforderlich ist, um die Probe zu verformen. Für diese Steifigkeitsberechnung wurde eine Pseudo-Poissonzahl von 0,3 verwendet, da die tatsächliche Zahl des Materials nicht bekannt ist. In diesem Fall erwies sich Probe B als steifer als Probe A.
Schlussfolgerung
Zwei verschiedene flexible Proben wurden mit dem Nanomodul des Nanovea-Mechanik-Testers auf Druck geprüft. Die Tests wurden bei sehr geringen Belastungen (1mm) durchgeführt. Die Druckprüfung im Nanomaßstab mit dem Nanomodul hat gezeigt, dass das Modul in der Lage ist, sehr weiche und flexible Proben zu prüfen. Weitere Tests für diese Studie könnten sich damit befassen, wie wiederholte zyklische Belastungen den Aspekt der elastischen Erholung der federähnlichen Proben über die Mehrfachbelastungsoption des Nanovea-Mechanik-Testers beeinflussen.
Wenn Sie weitere Informationen zu dieser Prüfmethode wünschen, wenden Sie sich bitte an info@nanovea.com. Weitere Anwendungshinweise finden Sie in unserer umfangreichen digitalen Bibliothek mit Anwendungshinweisen.
Referenzen
[1] "Einführung und Anwendungsbereiche für MEMS". EEHerald, 1 Mar. 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). "Microelectromechanical Systems and Nanotechnology. A Platform for the Next Stent Technological Era". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Ultra wide bandwidth piezoelectric energy harvesting". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Morphable 3D mesostructures and microelectronic devices by multistable bucklingmechanics." Nature materials 17.3 (2018): 268.
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Viskoelastische Analyse von Gummi
Viskoelastische Analyse von Gummi
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Reifen sind im Straßenverkehr zyklisch hohen Verformungen ausgesetzt. Wenn sie rauen Straßenbedingungen ausgesetzt sind, wird die Lebensdauer der Reifen durch viele Faktoren gefährdet, wie z. B. den Verschleiß des Gewindes, die durch Reibung erzeugte Wärme, die Alterung des Gummis und andere.
Infolgedessen haben Reifen in der Regel Verbundschichtstrukturen aus kohlenstoffgefülltem Gummi, Nylonfäden, Stahldrähten usw. Insbesondere wird die Gummizusammensetzung in den verschiedenen Bereichen des Reifensystems optimiert, um unterschiedliche funktionale Eigenschaften zu erzielen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf verschleißfeste Fäden, Gummipuffer und Hartgummibasisschicht.
Ein zuverlässiger und wiederholbarer Test des viskoelastischen Verhaltens von Gummi ist für die Qualitätskontrolle und Forschung und Entwicklung neuer Reifen sowie für die Bewertung der Lebensdauer alter Reifen von entscheidender Bedeutung. Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) während Nanoindentation ist eine Technik zur Charakterisierung der Viskoelastizität. Wenn eine kontrollierte oszillierende Belastung ausgeübt wird, wird die resultierende Dehnung gemessen, sodass Benutzer den komplexen Modul der getesteten Materialien bestimmen können.
