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AR Catégorie : Essais mécaniques
Un meilleur regard sur les verres en polycarbonate
Un meilleur regard sur les verres en polycarbonate
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Les lentilles en polycarbonate sont couramment utilisées dans de nombreuses applications optiques. Leur grande résistance aux chocs, leur faible poids et le coût peu élevé de leur production en grande série les rendent plus pratiques que le verre traditionnel dans diverses applications [1].
Certaines de ces applications exigent des critères de sécurité (par exemple, les lunettes de sécurité), de complexité (par exemple, la lentille de Fresnel) ou de durabilité (par exemple, la lentille des feux de signalisation) qui sont difficiles à satisfaire sans l'utilisation de plastiques. Sa capacité à répondre à bon marché à de nombreuses exigences tout en conservant des qualités optiques suffisantes fait que les verres en plastique se distinguent dans son domaine. Les lentilles en polycarbonate ont également des limites. La principale préoccupation des consommateurs est la facilité avec laquelle ils peuvent être rayés. Pour compenser cela, des processus supplémentaires peuvent être réalisés pour appliquer un revêtement anti-rayures.
Nanovea examine certaines propriétés importantes des lentilles en plastique à l'aide de nos trois instruments de métrologie : Profilomètre, Tribomètreet Testeur Méchanique.
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Essai de rayure sur un film mince multicouche
Les revêtements sont largement utilisés dans de nombreuses industries pour préserver les couches sous-jacentes, pour créer des dispositifs électroniques ou pour améliorer les propriétés de surface des matériaux. En raison de leurs nombreuses utilisations, les revêtements font l'objet d'études approfondies, mais leurs propriétés mécaniques peuvent être difficiles à comprendre. La défaillance des revêtements peut se produire à l'échelle du micro/nanomètre en raison de l'interaction entre la surface et l'atmosphère, de la défaillance cohésive et d'une mauvaise adhérence entre le substrat et l'interface. Une méthode cohérente pour tester les défaillances des revêtements est l'essai de rayure. En appliquant une charge progressivement croissante, les défaillances cohésives (par exemple, la fissuration) et adhésives (par exemple, la délamination) des revêtements peuvent être comparées quantitativement.
Analyse mécanique dynamique avec nanoindentation
La qualité des bouchons dépend fortement de leurs propriétés mécaniques et physiques. Sa capacité à sceller le vin peut être identifiée par ces facteurs importants : flexibilité, isolation, résilience et imperméabilité aux gaz et aux liquides. En effectuant des tests d'analyse mécanique dynamique (DMA), les propriétés de flexibilité et de résilience peuvent être évaluées à l'aide d'une méthode quantifiable. Ces propriétés sont caractérisées par le testeur mécanique Nanovea Nanoindentaion sous la forme du module de Young, du module de stockage, du module de perte et du tan delta (tan (δ)). Les autres données qui peuvent être recueillies à partir des essais DMA sont le déphasage, la dureté, la contrainte et la déformation du matériau.
Propriétés mécaniques des revêtements de plaquettes en carbure de silicium
Il est essentiel de comprendre les propriétés mécaniques des revêtements des plaquettes en carbure de silicium. Le processus de fabrication des dispositifs microélectroniques peut comporter plus de 300 étapes de traitement différentes et peut prendre de six à huit semaines. Au cours de ce processus, le substrat de la tranche doit être capable de résister aux conditions extrêmes de la fabrication, car un échec à n'importe quelle étape entraînerait une perte de temps et d'argent. Les tests de duretéL'adhérence, la résistance aux rayures et le taux d'usure de la plaquette doivent répondre à certaines exigences afin de survivre aux conditions imposées pendant le processus de fabrication et d'application et de garantir qu'une défaillance ne se produira pas.
Propriétés mécaniques des revêtements de plaquettes en carbure de silicium
Test de micro-grattage du revêtement polymère
Essais par rayures est devenue l'une des méthodes les plus largement appliquées pour évaluer la force cohésive et adhésive des revêtements. La charge critique, à laquelle un certain type de défaillance du revêtement se produit lorsque la charge appliquée augmente progressivement, est largement considérée comme un outil fiable pour déterminer et comparer les propriétés adhésives et cohésives des revêtements. Le pénétrateur le plus couramment utilisé pour les essais de rayure est le pénétrateur conique en diamant Rockwell. Cependant, lorsque le test de rayure est effectué sur un revêtement polymère souple déposé sur un substrat fragile tel qu'une tranche de silicium, le pénétrateur conique a tendance à traverser le revêtement en formant des rainures plutôt qu'en créant des fissures ou une délamination. La fissuration de la tranche de silicium fragile se produit lorsque la charge augmente encore. Par conséquent, il est essentiel de développer une nouvelle technique pour évaluer les propriétés de cohésion ou d'adhésion des revêtements souples sur un substrat fragile.
ASTM D7187 Effet de température par nano-grattage
ASTM D7187, la résistance de la peinture aux rayures et aux marques joue un rôle essentiel dans son utilisation finale. Une peinture automobile sensible aux rayures rend son entretien et sa réparation difficiles et coûteux. Différentes architectures de revêtement de l'apprêt, de la couche de base et de la couche transparente ont été développées pour obtenir la meilleure résistance aux rayures et aux marques. Test de nano-rayures a été développée comme une méthode d'essai standard pour mesurer les aspects mécanistes du comportement aux rayures/marques des revêtements de peinture, comme décrit dans la norme ASTM D7187.. Différents mécanismes de déformation élémentaire, à savoir la déformation élastique, la déformation plastique et la fracture, se produisent à différentes charges pendant l'essai de rayure. Il permet une évaluation quantitative de la résistance plastique et de la résistance à la rupture des revêtements de peinture.
Mesure de la friction d'un revêtement de verre autonettoyant
Le revêtement de verre autonettoyant possède une faible énergie de surface qui repousse à la fois l'eau et les huiles. Un tel revêtement crée une surface de verre facile à nettoyer et non collante qui la protège contre la saleté et les taches. Le revêtement facile à nettoyer réduit considérablement la consommation d'eau et d'énergie pour le nettoyage du verre. Il ne nécessite pas de détergents chimiques agressifs et toxiques, ce qui en fait un choix écologique pour une grande variété d'applications résidentielles et commerciales, telles que les miroirs, les verres de douche, les fenêtres et les pare-brise.
Mesure de la friction d'un revêtement de verre autonettoyant
Mesure de la contrainte-déformation par nanoindentation cyclique
Mesure de la contrainte-déformation par nanoindentation cyclique
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Importance de la nanoindentation
Mesures continues de la rigidité (CSM) obtenues par nanoindentation révèle la relation contrainte-déformation des matériaux à l'aide de méthodes peu invasives. Contrairement aux méthodes traditionnelles d'essai de traction, la nanoindentation fournit des données sur la contrainte et la déformation à l'échelle nanométrique sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un instrument de grande taille. La courbe contrainte-déformation fournit des informations cruciales sur le seuil entre le comportement élastique et plastique lorsque l'échantillon est soumis à des charges croissantes. Le CSM permet de déterminer la limite d'élasticité d'un matériau sans équipement dangereux.
La nanoindentation offre une méthode fiable et conviviale pour étudier rapidement les données de contrainte-déformation. En outre, la mesure du comportement contrainte-déformation à l'échelle nanométrique permet d'étudier des propriétés importantes sur de petits revêtements et particules dans des matériaux de plus en plus perfectionnés. La nanoindentation fournit des informations sur la limite élastique et la limite d'élasticité en plus de la dureté, du module d'élasticité, du fluage, de la résistance à la rupture, etc., ce qui en fait un instrument de métrologie polyvalent.
Les données de contrainte-déformation fournies par la nanoindentation dans cette étude identifient la limite élastique du matériau tout en ne pénétrant que de 1,2 micron dans la surface. Nous utilisons la MSC pour déterminer comment les propriétés mécaniques des matériaux évoluent lorsqu'un pénétrateur pénètre plus profondément dans la surface. Ceci est particulièrement utile dans les applications de films minces où les propriétés peuvent dépendre de la profondeur. La nanoindentation est une méthode peu invasive pour confirmer les propriétés des matériaux dans les échantillons d'essai.
L'essai CSM est utile pour mesurer les propriétés des matériaux en fonction de la profondeur. Des essais cycliques peuvent être effectués à des charges constantes pour déterminer des propriétés plus complexes du matériau. Cela peut être utile pour étudier la fatigue ou éliminer l'effet de la porosité pour obtenir le véritable module d'élasticité.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le testeur mécanique Nanovea utilise la MSC pour étudier la dureté et le module d'élasticité en fonction de la profondeur et des données de contrainte-déformation sur un échantillon d'acier standard. L'acier a été choisi pour ses caractéristiques communément reconnues afin de montrer le contrôle et la précision des données de contrainte-déformation à l'échelle nanométrique. Une pointe sphérique d'un rayon de 5 microns a été utilisée pour atteindre des contraintes suffisamment élevées au-delà de la limite élastique de l'acier.
Conditions et procédures d'essai
Les paramètres d'indentation suivants ont été utilisés :
Résultats :
L'augmentation de la charge pendant les oscillations fournit la courbe de profondeur en fonction de la charge suivante. Plus de 100 oscillations ont été effectuées pendant le chargement pour trouver les données de contrainte-déformation lorsque le pénétrateur pénètre dans le matériau.
Nous avons déterminé la contrainte et la déformation à partir des informations obtenues à chaque cycle. La charge et la profondeur maximales à chaque cycle nous permettent de calculer la contrainte maximale appliquée à chaque cycle sur le matériau. La déformation est calculée à partir de la profondeur résiduelle à chaque cycle provenant du déchargement partiel. Cela nous permet de calculer le rayon de l'empreinte résiduelle en divisant le rayon de la pointe pour obtenir le facteur de déformation. Le tracé de la contrainte en fonction de la déformation pour le matériau montre les zones élastique et plastique avec la contrainte limite élastique correspondante. Nos tests ont déterminé que la transition entre les zones élastique et plastique du matériau se situe autour de 0,076 déformation avec une limite élastique de 1,45 GPa.
Chaque cycle agit comme une empreinte unique. Ainsi, à mesure que nous augmentons la charge, nous effectuons des tests à différentes profondeurs contrôlées dans l'acier. Ainsi, la dureté et le module d'élasticité en fonction de la profondeur peuvent être tracés directement à partir des données obtenues pour chaque cycle.
Au fur et à mesure que le pénétrateur pénètre dans le matériau, la dureté augmente et le module d'élasticité diminue.
Conclusion
Nous avons montré que le testeur mécanique Nanovea fournit des données de contrainte-déformation fiables. L'utilisation d'une pointe sphérique avec indentation CSM permet de mesurer les propriétés des matériaux sous une contrainte accrue. La charge et le rayon de l'indentation peuvent être modifiés pour tester divers matériaux à des profondeurs contrôlées. Les testeurs mécaniques Nanovea fournissent ces essais d'indentation de la gamme sub-mN à 400N.
Défaillance du revêtement de l'endoprothèse rainurée à l'aide d'un test de nano-rayures
Le stent à élution médicamenteuse est une nouvelle approche dans la technologie des stents. Il possède un revêtement polymère biodégradable et biocompatible qui libère un médicament de manière lente et continue au niveau de l'artère locale afin d'inhiber l'épaississement intimal et d'empêcher l'artère de se reboucher. L'une des principales préoccupations est la délamination du revêtement polymère qui porte la couche d'élution des médicaments du substrat métallique du stent. Afin d'améliorer l'adhésion de ce revêtement au substrat, le stent est conçu sous différentes formes. Dans cette étude, le revêtement polymère se trouve au fond de la rainure du fil métallique, ce qui pose un énorme problème pour la mesure de l'adhérence. Une technique fiable est nécessaire pour mesurer quantitativement la force interfaciale entre le revêtement polymère et le substrat métallique. La forme spéciale et le petit diamètre de la maille de l'endoprothèse (comparable à un cheveu humain) exigent une précision latérale X-Y ultrafine pour localiser la position de test et un contrôle et une mesure appropriés de la charge et de la profondeur pendant le test.
Défaillance du revêtement de l'endoprothèse rainurée à l'aide d'un test de nano-rayures
Nanoindentation de films polymères à humidité contrôlée
Les propriétés mécaniques des polymères sont modifiées lorsque l'humidité ambiante augmente. Les effets transitoires de l'humidité, aussi appelés effets mécanosorptifs, se produisent lorsque le polymère absorbe une forte teneur en humidité et connaît un comportement de fluage accéléré. La conformité accrue au fluage est le résultat d'effets combinés complexes tels que la mobilité moléculaire accrue, le vieillissement physique induit par la sorption et les gradients de contrainte induits par la sorption.
Par conséquent, un test fiable et quantitatif (nanoindentation à l'humidité) de l'influence induite par la sorption sur le comportement mécanique des matériaux polymères à différents niveaux d'humidité est nécessaire. Le module Nano du testeur mécanique Nanovea applique la charge par un piezo de haute précision et mesure directement l'évolution de la force et du déplacement. Une humidité uniforme est créée autour de la pointe de l'indentation et de la surface de l'échantillon par une enceinte d'isolation, ce qui garantit la précision des mesures et minimise l'influence de la dérive causée par le gradient d'humidité.
