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AR Categoria: Test meccanici
Compressione su materiali morbidi e flessibili
Importanza di testare materiali morbidi e flessibili
Un esempio di campioni molto morbidi e flessibili è un sistema microelettromeccanico. I MEMS sono utilizzati in prodotti commerciali di uso quotidiano come stampanti, telefoni cellulari e automobili [1]. I loro impieghi includono anche funzioni speciali, come i biosensori [2] e la raccolta di energia [3]. Per le loro applicazioni, i MEMS devono essere in grado di passare reversibilmente dalla configurazione originale a una configurazione compressa in modo ripetuto [4]. Per capire come le strutture reagiranno alle forze meccaniche, si possono effettuare prove di compressione. Le prove di compressione possono essere utilizzate per testare e mettere a punto varie configurazioni di MEMS e per verificare i limiti di forza superiori e inferiori per questi campioni.
La Nanovea Collaudatore meccanico Nano La capacità del modulo di raccogliere dati con precisione a carichi molto bassi e di percorrere oltre 1 mm di distanza lo rende ideale per testare campioni morbidi e flessibili. Avendo sensori di carico e profondità indipendenti, il grande spostamento del penetratore non influenza le letture del sensore di carico. La capacità di eseguire test a basso carico su un intervallo superiore a 1 mm di corsa del penetratore rende il nostro sistema unico rispetto ad altri sistemi di nanoindentazione. In confronto, una distanza di percorrenza ragionevole per un sistema di indentazione su scala nanometrica è generalmente inferiore a 250 μm.
Obiettivo di misurazione
In questo caso di studio, Nanovea ha condotto test di compressione su due campioni flessibili e simili a molle, unici nel loro genere. Mostriamo la nostra capacità di effettuare la compressione a carichi molto bassi e di registrare grandi spostamenti ottenendo dati accurati a bassi carichi e come questo possa essere applicato all'industria dei MEMS. A causa delle norme sulla privacy, i campioni e la loro origine non saranno rivelati in questo studio.
Parametri di misura
Nota: la velocità di caricamento di 1 V/min è proporzionale a circa 100μm di spostamento quando il penetratore è in aria.
Risultati e discussione
La risposta del campione alle forze meccaniche è visibile nelle curve di carico e profondità. Il campione A mostra solo una deformazione elastica lineare con i parametri di prova sopra elencati. La Figura 2 è un ottimo esempio della stabilità che si può ottenere per una curva carico/profondità a 75μN. Grazie alla stabilità dei sensori di carico e profondità, sarebbe facile percepire una risposta meccanica significativa da parte del campione.
Il campione B mostra una risposta meccanica diversa da quella del campione A. Dopo 750μm di profondità, nel grafico inizia a comparire un comportamento simile alla frattura. Ciò è visibile con i bruschi cali di carico a 850 e 975μm di profondità. Nonostante l'elevata velocità di carico per oltre 1 mm in un intervallo di 8 mN, i nostri sensori di carico e profondità altamente sensibili consentono all'utente di ottenere le eleganti curve carico/profondità riportate di seguito.
La rigidità è stata calcolata dalla porzione di scarico delle curve carico/profondità. La rigidità riflette la forza necessaria per deformare il campione. Per il calcolo della rigidità è stato utilizzato uno pseudo rapporto di Poisson di 0,3, poiché il rapporto effettivo del materiale non è noto. In questo caso, il campione B si è rivelato più rigido del campione A.
Conclusione
Due diversi campioni flessibili sono stati testati a compressione utilizzando il modulo Nanovea Mechanical Tester. I test sono stati condotti a carichi molto bassi (1 mm). I test di compressione in scala nanometrica con il modulo Nano hanno dimostrato la capacità del modulo di testare campioni molto morbidi e flessibili. Ulteriori test per questo studio potrebbero analizzare il modo in cui il carico ciclico ripetuto influisce sull'aspetto del recupero elastico dei campioni simili a molle tramite l'opzione di carico multiplo del Nanovea Mechanical Tester.
Per ulteriori informazioni su questo metodo di prova, non esitate a contattarci all'indirizzo [email protected] e per ulteriori note applicative consultate la nostra vasta libreria digitale di note applicative.
Riferimenti
[1] "Introduzione e aree di applicazione dei MEMS". EEHerald, 1 marzo 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). "Sistemi microelettromeccanici e nanotecnologie. Una piattaforma per la prossima era tecnologica degli stent". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Raccolta di energia piezoelettrica a banda ultra larga". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Mesostrutture 3D morfabili e dispositivi microelettronici tramite meccanica di buckling multistabile". Nature materials 17.3 (2018): 268.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Analisi viscoelastica della gomma
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I pneumatici sono soggetti a deformazioni cicliche elevate quando i veicoli circolano su strada. Quando sono esposti a condizioni stradali difficili, la durata degli pneumatici è compromessa da molti fattori, come l'usura del filo, il calore generato dall'attrito, l'invecchiamento della gomma e altri.
Di conseguenza, i pneumatici presentano solitamente strutture a strati compositi in gomma caricata con carbonio, corde di nylon e fili d'acciaio, ecc. In particolare, la composizione della gomma nelle diverse aree dei sistemi di pneumatici è ottimizzata per fornire diverse proprietà funzionali, tra cui, a titolo esemplificativo, il filo resistente all'usura, lo strato di gomma ammortizzante e lo strato di base in gomma dura.
Un test affidabile e ripetibile del comportamento viscoelastico della gomma è fondamentale nel controllo di qualità e nella ricerca e sviluppo di nuovi pneumatici, nonché nella valutazione della durata di vita dei vecchi pneumatici. Analisi Dinamico-Meccanica (DMA) durante Nanoindentazione è una tecnica per caratterizzare la viscoelasticità. Quando viene applicata una sollecitazione oscillatoria controllata, viene misurata la deformazione risultante, consentendo agli utenti di determinare il modulo complesso dei materiali testati.
Uno sguardo migliore alle lenti in policarbonato
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Le lenti in policarbonato sono comunemente utilizzate in molte applicazioni ottiche. L'elevata resistenza agli urti, il peso ridotto e il costo contenuto della produzione in grandi volumi le rendono più pratiche del vetro tradizionale in diverse applicazioni [1].
Alcune di queste applicazioni richiedono criteri di sicurezza (ad esempio, occhiali di sicurezza), complessità (ad esempio, lenti Fresnel) o durata (ad esempio, lenti per semafori) che sono difficili da soddisfare senza l'uso della plastica. La capacità di soddisfare in modo economico molti requisiti, mantenendo allo stesso tempo qualità ottiche sufficienti, fa sì che le lenti in plastica si distinguano nel loro campo. Anche le lenti in policarbonato hanno dei limiti. La principale preoccupazione dei consumatori è la facilità con cui si possono graffiare. Per ovviare a questo inconveniente, si possono eseguire processi aggiuntivi per applicare un rivestimento antigraffio.
Nanovea analizza alcune importanti proprietà delle lenti in plastica utilizzando i nostri tre strumenti metrologici: Profilometro, Tribometro, e Collaudatore meccanico.
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Scratch test su film sottile multistrato
I rivestimenti sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali per preservare gli strati sottostanti, per creare dispositivi elettronici o per migliorare le proprietà superficiali dei materiali. A causa dei loro numerosi usi, i rivestimenti sono ampiamente studiati, ma le loro proprietà meccaniche possono essere difficili da comprendere. I guasti dei rivestimenti possono verificarsi nell'intervallo micro/nanometrico a causa dell'interazione superficie-atmosfera, del cedimento coesivo e della scarsa adesione substrato-interfaccia. Un metodo coerente per verificare i cedimenti dei rivestimenti è la prova di graffiatura. Applicando un carico progressivamente crescente, è possibile confrontare quantitativamente i cedimenti coesivi (ad esempio, fessurazione) e adesivi (ad esempio, delaminazione) dei rivestimenti.
Analisi meccanica dinamica con la nanoindentazione
La qualità dei tappi di sughero dipende in larga misura dalle loro proprietà meccaniche e fisiche. La sua capacità di sigillare il vino può essere identificata con questi importanti fattori: flessibilità, isolamento, resilienza e impermeabilità a gas e liquidi. Effettuando test di analisi meccanica dinamica (DMA), è possibile misurare le proprietà di flessibilità e resilienza con un metodo quantificabile. Queste proprietà sono caratterizzate con il tester meccanico Nanovea. Nanoindentazione sotto forma di modulo di Young, modulo di accumulo, modulo di perdita e tan delta (tan (δ)). Altri dati che possono essere raccolti dai test DMA sono lo sfasamento, la durezza, le sollecitazioni e le deformazioni del materiale.
Proprietà meccaniche dei rivestimenti per wafer in carburo di silicio
La comprensione delle proprietà meccaniche dei rivestimenti dei wafer in carburo di silicio è fondamentale. Il processo di fabbricazione dei dispositivi microelettronici può comprendere oltre 300 diverse fasi di lavorazione e può durare da sei a otto settimane. Durante questo processo, il substrato del wafer deve essere in grado di resistere alle condizioni estreme della produzione, poiché un fallimento in qualsiasi fase comporterebbe una perdita di tempo e denaro. Il test di durezzaLa resistenza all'adesione/graffio e il tasso di COF/usura del wafer devono soddisfare determinati requisiti per sopravvivere alle condizioni imposte durante il processo di produzione e applicazione, per garantire che non si verifichino guasti.
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Test di micro raschiamento di un rivestimento polimerico
Test di graffiatura è diventato uno dei metodi più applicati per valutare la forza coesiva e adesiva dei rivestimenti. Il carico critico, in corrispondenza del quale si verifica un certo tipo di rottura del rivestimento con l'aumento progressivo del carico applicato, è ampiamente considerato uno strumento affidabile per determinare e confrontare le proprietà adesive e coesive dei rivestimenti. Il penetratore più comunemente utilizzato per la prova di graffiatura è il penetratore conico in diamante Rockwell. Tuttavia, quando il test di graffiatura viene eseguito sul rivestimento polimerico morbido depositato su un substrato fragile come il wafer di silicio, il penetratore conico tende ad attraversare il rivestimento formando scanalature piuttosto che creare crepe o delaminazioni. La fessurazione del wafer di silicio fragile avviene quando il carico aumenta ulteriormente. È quindi fondamentale sviluppare una nuova tecnica per valutare le proprietà di coesione o adesione dei rivestimenti morbidi su un substrato fragile.
ASTM D7187 Effetto della temperatura con il nanoscratching
ASTM D7187, la resistenza della vernice ai graffi e alle macchie gioca un ruolo fondamentale nel suo utilizzo finale. La vernice per autoveicoli soggetta a graffi rende difficile e costosa la manutenzione e la riparazione. Per ottenere la migliore resistenza ai graffi e alle macchie sono state sviluppate diverse architetture di rivestimento: primer, base e trasparente. Test di nanoscratch è stato sviluppato come metodo di prova standard per misurare gli aspetti meccanici del comportamento al graffio/marmo dei rivestimenti vernicianti, come descritto nella norma ASTM D7187.. Durante il test di graffiatura si verificano diversi meccanismi di deformazione elementare, ovvero deformazione elastica, deformazione plastica e frattura, a diversi carichi. Il test fornisce una valutazione quantitativa della resistenza plastica e della resistenza alla frattura dei rivestimenti vernicianti.
Misura dell'attrito del rivestimento di vetro autopulente
Il rivestimento autopulente per vetri possiede una bassa energia superficiale che respinge sia l'acqua che gli oli. Questo rivestimento crea una superficie di vetro facile da pulire e antiaderente che la protegge da sporco e macchie. Il rivestimento easy-clean riduce notevolmente il consumo di acqua e di energia per la pulizia del vetro. Non richiede detergenti chimici aggressivi e tossici, il che lo rende una scelta ecologica per un'ampia varietà di applicazioni residenziali e commerciali, come specchi, vetri della doccia, finestre e parabrezza.
Misurazione ciclica di stress e deformazione mediante nanoindentazione
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Importanza della nanoindentazione
Misure di rigidità continue (CSM) ottenute da nanoindentazione rivela la relazione sforzo-deformazione dei materiali con metodi minimamente invasivi. A differenza dei metodi tradizionali di prova di trazione, la nanoindentazione fornisce dati di sollecitazione-deformazione su scala nanometrica senza la necessità di uno strumento di grandi dimensioni. La curva sforzo-deformazione fornisce informazioni cruciali sulla soglia tra comportamento elastico e plastico quando il campione è soggetto a carichi crescenti. Il CSM consente di determinare la tensione di snervamento di un materiale senza l'ausilio di apparecchiature pericolose.
La nanoindentazione offre un metodo affidabile e facile da usare per studiare rapidamente i dati di sollecitazione-deformazione. Inoltre, la misurazione del comportamento sforzo-deformazione su scala nanometrica consente di studiare importanti proprietà su piccoli rivestimenti e particelle nei materiali in via di perfezionamento. La nanoindentazione fornisce informazioni sul limite elastico e sul carico di snervamento, oltre a durezza, modulo elastico, creep, tenacità alla frattura, ecc. e ciò la rende uno strumento metrologico versatile.
I dati di sollecitazione-deformazione forniti dalla nanoindentazione in questo studio identificano il limite elastico del materiale pur penetrando solo 1,2 micron nella superficie. Utilizziamo la CSM per determinare come si sviluppano le proprietà meccaniche dei materiali man mano che un penetratore si spinge in profondità nella superficie. Ciò è particolarmente utile nelle applicazioni con film sottili, dove le proprietà possono dipendere dalla profondità. La nanoindentazione è un metodo minimamente invasivo per confermare le proprietà dei materiali nei campioni di prova.
Il test CSM è utile per misurare le proprietà del materiale in funzione della profondità. È possibile eseguire prove cicliche a carichi costanti per determinare proprietà più complesse del materiale. Ciò può essere utile per studiare la fatica o eliminare l'effetto della porosità per ottenere il vero modulo elastico.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea utilizza il CSM per studiare la durezza e il modulo elastico in funzione della profondità e dei dati di sollecitazione-deformazione su un campione di acciaio standard. L'acciaio è stato scelto per le sue caratteristiche comunemente riconosciute per mostrare il controllo e l'accuratezza dei dati di sollecitazione-deformazione su scala nanometrica. È stata utilizzata una punta sferica con un raggio di 5 micron per raggiungere sollecitazioni sufficientemente elevate oltre il limite elastico dell'acciaio.
Condizioni e procedure di prova
Sono stati utilizzati i seguenti parametri di indentazione:
Risultati:
L'aumento del carico durante le oscillazioni fornisce la seguente curva di profondità rispetto al carico. Sono state condotte oltre 100 oscillazioni durante il carico per trovare i dati di sollecitazione-deformazione man mano che il penetratore penetra nel materiale.
Abbiamo determinato le sollecitazioni e le deformazioni in base alle informazioni ottenute ad ogni ciclo. Il carico massimo e la profondità ad ogni ciclo ci permettono di calcolare la sollecitazione massima applicata al materiale in ogni ciclo. La deformazione è calcolata in base alla profondità residua ad ogni ciclo, a seguito dello scarico parziale. Questo ci permette di calcolare il raggio dell'impronta residua dividendo il raggio della punta per ottenere il fattore di deformazione. Il grafico delle sollecitazioni rispetto alle deformazioni del materiale mostra le zone elastiche e plastiche con le corrispondenti sollecitazioni elastiche limite. I nostri test hanno determinato che la transizione tra le zone elastiche e plastiche del materiale è di circa 0,076 deformazioni con un limite elastico di 1,45 GPa.
Ogni ciclo agisce come una singola rientranza, per cui, aumentando il carico, si eseguono prove a varie profondità controllate nell'acciaio. In questo modo, la durezza e il modulo elastico in funzione della profondità possono essere tracciati direttamente dai dati ottenuti per ogni ciclo.
Man mano che il penetratore penetra nel materiale, la durezza aumenta e il modulo elastico diminuisce.
Conclusione
Abbiamo dimostrato che il tester meccanico Nanovea fornisce dati affidabili sulla sollecitazione-deformazione. L'uso di una punta sferica con indentazione CSM consente di misurare le proprietà del materiale in condizioni di maggiore stress. Il carico e il raggio del penetratore possono essere modificati per testare vari materiali a profondità controllate. I tester meccanici Nanovea consentono di eseguire test di indentazione da una gamma di mN a 400N.
