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AR Categoría: Ensayos mecánicos
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
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Las lentes de policarbonato se utilizan habitualmente en muchas aplicaciones ópticas. Su gran resistencia a los impactos, su bajo peso y su bajo coste de producción a gran escala las hacen más prácticas que el vidrio tradicional en diversas aplicaciones [1].
Algunas de estas aplicaciones requieren criterios de seguridad (por ejemplo, gafas de seguridad), complejidad (por ejemplo, lentes Fresnel) o durabilidad (por ejemplo, lentes para semáforos) difíciles de cumplir sin el uso de plásticos. Su capacidad para satisfacer a bajo coste muchos requisitos, manteniendo al mismo tiempo cualidades ópticas suficientes, hace que las lentes de plástico destaquen en su campo. Las lentes de policarbonato también tienen limitaciones. La principal preocupación de los consumidores es la facilidad con que pueden rayarse. Para compensarlo, se pueden llevar a cabo procesos adicionales para aplicar un revestimiento antirrayado.
Nanovea analiza algunas propiedades importantes de las lentes de plástico utilizando nuestros tres instrumentos de metrología: Perfilómetro, Tribómetroy Comprobador mecánico.
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Pruebas de rayado en películas finas multicapa
Los recubrimientos se utilizan ampliamente en múltiples industrias para preservar las capas subyacentes, crear dispositivos electrónicos o mejorar las propiedades superficiales de los materiales. Debido a sus numerosos usos, los recubrimientos son objeto de numerosos estudios, pero sus propiedades mecánicas pueden ser difíciles de comprender. El fallo de los recubrimientos puede producirse en el rango micro/nanométrico debido a la interacción entre la superficie y la atmósfera, al fallo cohesivo y a la mala adhesión de la interfaz del sustrato. Un método consistente para comprobar los fallos de los recubrimientos es la prueba de rayado. Aplicando una carga que aumenta progresivamente, se pueden comparar cuantitativamente los fallos cohesivos (por ejemplo, agrietamiento) y adhesivos (por ejemplo, delaminación) de los recubrimientos.
Análisis mecánico dinámico con nanoindentación
La calidad de los corchos depende en gran medida de sus propiedades mecánicas y físicas. Su capacidad para sellar el vino se puede identificar en función de estos importantes factores: flexibilidad, aislamiento, resistencia e impermeabilidad a gases y líquidos. Mediante la realización de pruebas de análisis mecánico dinámico (DMA), se pueden medir sus propiedades de flexibilidad y resistencia con un método cuantificable. Estas propiedades se caracterizan con el Nanovea Mechanical Tester. Nanoindentación en forma de módulo de Young, módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y tangente delta (tan (δ)). Otros datos que se pueden obtener de las pruebas DMA son el desplazamiento de fase, la dureza, la tensión y la deformación del material.
Propiedades mecánicas de los recubrimientos de obleas de carburo de silicio
Es fundamental comprender las propiedades mecánicas de los recubrimientos de las obleas de carburo de silicio. El proceso de fabricación de dispositivos microelectrónicos puede constar de más de 300 pasos diferentes y durar entre seis y ocho semanas. Durante este proceso, el sustrato de la oblea debe ser capaz de soportar las condiciones extremas de la fabricación, ya que un fallo en cualquier paso supondría una pérdida de tiempo y dinero. Las pruebas de dureza, La adhesión/resistencia a los rayones y el COF/índice de desgaste de la oblea deben cumplir ciertos requisitos para soportar las condiciones impuestas durante el proceso de fabricación y aplicación, a fin de garantizar que no se produzcan fallas.
Propiedades mecánicas de los recubrimientos de obleas de carburo de silicio
Prueba de microraspado de recubrimiento polimérico
Prueba del rasguño Se ha convertido en uno de los métodos más utilizados para evaluar la resistencia cohesiva y adhesiva de los recubrimientos. La carga crítica, a la que se produce un determinado tipo de fallo en el recubrimiento a medida que aumenta progresivamente la carga aplicada, se considera una herramienta fiable para determinar y comparar las propiedades adhesivas y cohesivas de los recubrimientos. El indentador más utilizado para las pruebas de rayado es el indentador cónico de diamante Rockwell. Sin embargo, cuando la prueba de rayado se realiza sobre un recubrimiento polimérico blando depositado sobre un sustrato frágil, como una oblea de silicio, el penetrador cónico tiende a atravesar el recubrimiento formando surcos en lugar de crear grietas o delaminación. La fractura de la oblea de silicio frágil se produce cuando la carga aumenta aún más. Por lo tanto, es fundamental desarrollar una nueva técnica para evaluar las propiedades de cohesión o adhesión de los recubrimientos blandos sobre un sustrato frágil.
ASTM D7187 Efecto de la temperatura utilizando nanorrayaduras
Según la norma ASTM D7187, la resistencia de la pintura a los rayones y las marcas desempeña un papel fundamental en su uso final. La pintura automotriz susceptible a los rayones dificulta y encarece su mantenimiento y reparación. Se han desarrollado diferentes arquitecturas de recubrimiento de la imprimación, la capa base y la capa transparente para lograr la mejor resistencia a los rayones y las marcas. Prueba de nanorrayaduras Se ha desarrollado como método de prueba estándar para medir los aspectos mecánicos del comportamiento frente a arañazos y marcas de los recubrimientos de pintura, tal y como se describe en la norma ASTM D7187.. Durante la prueba de rayado se producen diferentes mecanismos de deformación elementales, a saber, deformación elástica, deformación plástica y fractura, con diferentes cargas. Proporciona una evaluación cuantitativa de la resistencia plástica y la resistencia a la fractura de los recubrimientos de pintura.
ASTM D7187 Efecto de la temperatura utilizando nanorrayaduras
Medición de la fricción del recubrimiento autolimpiante para vidrio
El recubrimiento de vidrio autolimpiante posee una baja energía superficial que repele tanto el agua como los aceites. Este recubrimiento crea una superficie de vidrio fácil de limpiar y antiadherente que la protege contra la suciedad, el polvo y las manchas. El recubrimiento fácil de limpiar reduce considerablemente el consumo de agua y energía en la limpieza del vidrio. No requiere detergentes químicos agresivos y tóxicos, lo que lo convierte en una opción ecológica para una amplia variedad de aplicaciones residenciales y comerciales, como espejos, vidrios de ducha, ventanas y parabrisas.
Medición de la fricción del recubrimiento autolimpiante para vidrio
Medición cíclica de tensión-deformación por nanoindentación
Medición cíclica de tensión-deformación por nanoindentación
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Importancia de la nanoindentación
Mediciones continuas de rigidez (CSM) obtenidas mediante nanoindentación revela la relación tensión-deformación de los materiales con métodos mínimamente invasivos. A diferencia de los métodos tradicionales de ensayo de tracción, la nanoindentación proporciona datos de tensión-deformación a escala nanométrica sin necesidad de utilizar instrumentos de gran tamaño. La curva tensión-deformación proporciona información crucial sobre el umbral entre el comportamiento elástico y el plástico a medida que la muestra se somete a cargas cada vez mayores. CSM ofrece la posibilidad de determinar el límite elástico de un material sin necesidad de utilizar equipos peligrosos.
La nanoindentación ofrece un método confiable y fácil de usar para investigar rápidamente los datos de tensión-deformación. Además, la medición del comportamiento de tensión-deformación a escala nanométrica permite estudiar propiedades importantes en recubrimientos y partículas pequeñas en materiales a medida que estos se vuelven más avanzados. La nanoindentación proporciona información sobre el límite elástico y el límite elástico, además de la dureza, el módulo elástico, la fluencia, la resistencia a la fractura, etc., lo que la convierte en un instrumento de metrología versátil.
Los datos de tensión-deformación proporcionados por la nanoindentación en este estudio identifican el límite elástico del material con solo penetrar 1,2 micras en la superficie. Utilizamos CSM para determinar cómo se desarrollan las propiedades mecánicas de los materiales a medida que el indentador se adentra más en la superficie. Esto resulta especialmente útil en aplicaciones de películas delgadas, donde las propiedades pueden depender de la profundidad. La nanoindentación es un método mínimamente invasivo para confirmar las propiedades de los materiales en muestras de prueba.
La prueba CSM es útil para medir las propiedades de los materiales en función de la profundidad. Se pueden realizar pruebas cíclicas con cargas constantes para determinar propiedades más complejas de los materiales. Esto puede ser útil para estudiar la fatiga o eliminar el efecto de la porosidad y obtener el módulo de elasticidad real.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el probador mecánico Nanovea utiliza CSM para estudiar la dureza y el módulo de elasticidad en función de la profundidad y los datos de tensión-deformación en una muestra de acero estándar. Se eligió el acero por sus características comúnmente reconocidas para mostrar el control y la precisión de los datos de tensión-deformación a nanoescala. Se utilizó una punta esférica con un radio de 5 micras para alcanzar tensiones suficientemente altas más allá del límite elástico del acero.
Condiciones y procedimientos de prueba
Se utilizaron los siguientes parámetros de sangría:
Resultados:
El aumento de la carga durante las oscilaciones proporciona la siguiente curva de profundidad frente a carga. Se realizaron más de 100 oscilaciones durante la carga para obtener los datos de tensión-deformación a medida que el penetrador penetraba en el material.
Determinamos la tensión y la deformación a partir de la información obtenida en cada ciclo. La carga y la profundidad máximas en cada ciclo nos permiten calcular la tensión máxima aplicada en cada ciclo al material. La deformación se calcula a partir de la profundidad residual en cada ciclo a partir de la descarga parcial. Esto nos permite calcular el radio de la huella residual dividiendo el radio de la punta para obtener el factor de deformación. Al trazar la tensión frente a la deformación del material, se muestran las zonas elásticas y plásticas con la tensión límite elástica correspondiente. Nuestras pruebas determinaron que la transición entre las zonas elástica y plástica del material se sitúa en torno a una deformación de 0,076, con un límite elástico de 1,45 GPa.
Cada ciclo actúa como una sola hendidura, por lo que, a medida que aumentamos la carga, realizamos pruebas a varias profundidades controladas en el acero. Así, la dureza y el módulo de elasticidad en función de la profundidad se pueden representar gráficamente directamente a partir de los datos obtenidos para cada ciclo.
A medida que el penetrador se adentra en el material, observamos un aumento de la dureza y una disminución del módulo de elasticidad.
Conclusión
Hemos demostrado que el medidor mecánico Nanovea proporciona datos fiables sobre tensión-deformación. El uso de una punta esférica con indentación CSM permite medir las propiedades del material bajo una tensión mayor. La carga y el radio del indentador se pueden modificar para probar diversos materiales a profundidades controladas. Los medidores mecánicos Nanovea realizan estas pruebas de indentación desde el rango sub mN hasta 400 N.
Fallo del recubrimiento de un stent ranurado mediante pruebas de nanoarañazos
El stent liberador de fármacos es un enfoque novedoso en la tecnología de los stents. Posee un recubrimiento de polímero biodegradable y biocompatible que libera el medicamento de forma lenta y continua en la arteria local para inhibir el engrosamiento de la íntima y evitar que la arteria se vuelva a obstruir. Una de las principales preocupaciones es la delaminación del recubrimiento polimérico que lleva la capa liberadora de fármacos del sustrato metálico del stent. Para mejorar la adhesión de este recubrimiento al sustrato, el stent se diseña con diferentes formas. Concretamente, en este estudio, el recubrimiento polimérico se encuentra en la parte inferior de la ranura de la malla metálica, lo que supone un enorme reto para la medición de la adhesión. Se necesita una técnica fiable para medir cuantitativamente la resistencia interfacial entre el recubrimiento polimérico y el sustrato metálico. La forma especial y el pequeño diámetro de la malla del stent (comparable al de un cabello humano) requieren una precisión lateral X-Y ultrafina para localizar la posición de prueba y un control y una medición adecuados de la carga y la profundidad durante la prueba.
Fallo del recubrimiento de un stent ranurado mediante pruebas de nanoarañazos
Nanoindentación de películas poliméricas con humedad controlada
Las propiedades mecánicas del polímero se modifican a medida que aumenta la humedad ambiental. Los efectos transitorios de la humedad, también conocidos como efectos mecánico-sorptivos, surgen cuando el polímero absorbe un alto contenido de humedad y experimenta un comportamiento de fluencia acelerado. La mayor complacencia de la fluencia es el resultado de efectos combinados complejos, como el aumento de la movilidad molecular, el envejecimiento físico inducido por la sorción y los gradientes de tensión inducidos por la sorción.
Por lo tanto, se necesita una prueba confiable y cuantitativa (nanoindentación por humedad) de la influencia inducida por la sorción en el comportamiento mecánico de los materiales poliméricos a diferentes niveles de humedad. El módulo Nano del probador mecánico Nanovea aplica la carga mediante un piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento. Se crea una humedad uniforme alrededor de la punta de indentación y la superficie de la muestra mediante una cámara de aislamiento, lo que garantiza la precisión de la medición y minimiza la influencia de la deriva causada por el gradiente de humedad.
Nanoindentación de películas poliméricas con humedad controlada
