Seramikler: Tane Tespiti için Nanoindentasyon Hızlı Haritalama

GİRİŞ

 

Nanoindentasyon malzemelerin mekanik davranışlarını küçük ölçeklerde ölçmek için yaygın olarak uygulanan bir teknik haline gelmiştir.^{i ii}. Bir nanoindentasyon ölçümünden elde edilen yüksek çözünürlüklü yük-yer değiştirme eğrileri, sertlik, Young modülü, sürünme, kırılma tokluğu ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli fiziko-mekanik özellikler sağlayabilir.

 

 

Hızlı Haritalama Girintisinin Önemi

 

Nanoindentasyon tekniğinin daha da yaygınlaştırılması için önemli bir darboğaz zaman tüketimidir. Geleneksel nanoindentasyon prosedürüyle mekanik özellik haritalaması kolayca saatler sürebilir ve bu da tekniğin yarı iletken, havacılık, MEMS, seramik karolar gibi tüketici ürünleri ve diğerleri gibi seri üretim endüstrilerinde uygulanmasını engeller.

Hızlı haritalamanın seramik karo imalat endüstrisinde önemli olduğu kanıtlanabilir; Hardness ve Young'ın tek bir seramik karo üzerindeki modül haritalamaları, yüzeyin ne kadar homojen olduğunu gösteren bir veri dağılımı sunabilir. Bu haritada bir karo üzerindeki daha yumuşak bölgeler ana hatlarıyla çizilebilir ve birinin evinde her gün meydana gelen fiziksel etkilerden dolayı arızalanmaya daha yatkın yerler gösterilebilir. Karşılaştırmalı çalışmalar için farklı tipte karolar üzerinde, kalite kontrol süreçlerinde ise karo tutarlılığını ölçmek için benzer karolardan oluşan bir parti üzerinde haritalamalar yapılabilir. Hızlı haritalama yöntemiyle ölçüm kurulumlarının kombinasyonu kapsamlı, aynı zamanda doğru ve verimli olabilir.

 

ÖLÇÜM HEDEFI

 

Bu çalışmada, Nanovea Mekanik Test CihazıFastMap modunda, bir zemin karosunun mekanik özelliklerini yüksek hızlarda haritalamak için kullanılır. Nanovea Mekanik Test Cihazının yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlikle iki hızlı nanoindentasyon eşlemesi gerçekleştirme kapasitesini sergiliyoruz.

 

Test Koşulları

 

Nanovea Mekanik Test Cihazı, bir Berkovich girintisi kullanılarak bir yer karosu üzerinde FastMap Modu ile bir dizi nano girinti gerçekleştirmek için kullanıldı. Oluşturulan iki girinti matrisi için test parametreleri aşağıda özetlenmiştir.

 

Tablo 1: Test parametre özeti.

 

SONUÇLAR & TARTIŞMA 

 

Şekil 1: 625 girintili sertlik eşlemesinin 2B ve 3B görünümü.

 

 

 

Şekil 2: Taneyi gösteren 625 girintili matrisin mikrografı.

 

 

0,20 mm'lik bir yüzeyde 625 girintili bir matris gerçekleştirildi² büyük görünür taneciklerin bulunduğu alan. Bu tanecik (Şekil 2), karonun genel yüzeyinden daha düşük bir ortalama sertliğe sahipti. Nanovea Mekanik Yazılımı, kullanıcının Şekil 1'de gösterilen sertlik dağılım haritasını 2D ve 3D modunda görmesine olanak tanır. Yazılım, numune tablasının yüksek hassasiyetli konum kontrolünü kullanarak, kullanıcıların bu gibi alanları derinlemesine hedeflemesine olanak tanır. mekanik özelliklerin haritalanması.

Şekil 3: 1600 girintili sertlik eşlemesinin 2B ve 3B görünümü.

 

 

Şekil 4: 1600 girintili matrisin mikrografı.

 

 

Yüzeyin homojenliğini ölçmek için aynı karo üzerinde 1600 girintili bir matris de oluşturuldu. Burada kullanıcı yine 3D veya 2D modunda sertlik dağılımını (Şekil 3) ve girintili yüzeyin mikroskop görüntüsünü görme olanağına sahiptir. Sunulan sertlik dağılımına dayanarak, yüksek ve düşük sertlik veri noktalarının eşit şekilde dağılmasından dolayı malzemenin gözenekli olduğu sonucuna varılabilir.

Geleneksel nanoindentasyon prosedürleriyle karşılaştırıldığında, bu çalışmadaki FastMap modu önemli ölçüde daha az zaman alıcı ve daha uygun maliyetlidir. Sertlik ve Young Modülü de dahil olmak üzere mekanik özelliklerin hızlı niceliksel haritalanmasına olanak tanır ve seri üretimde çeşitli malzemelerin kalite kontrolü için kritik olan tane tespiti ve malzeme tutarlılığı için bir çözüm sunar.

 

 

SONUÇ

 

Bu çalışmada, Nanovea Mekanik Test Cihazının FastMap modunu kullanarak hızlı ve hassas nanoindentasyon haritalaması yapma kapasitesini sergiledik. Seramik karo üzerindeki mekanik özellik haritaları, yüzey tanelerini tespit etmek ve bir yüzeyin homojenliğini yüksek hızda ölçmek için kademelerin konum kontrolünü (0,2 µm doğrulukla) ve kuvvet modülü hassasiyetini kullanır.

Bu çalışmada kullanılan test parametreleri matrisin boyutuna ve numune malzemesine göre belirlenmiştir. Toplam girinti döngüsü süresini girinti başına 3 saniyeye (veya her 10 girinti için 30 saniyeye) optimize etmek için çeşitli test parametreleri seçilebilir.

Nanovea Mekanik Test Cihazının Nano ve Mikro modüllerinin tümü ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizilme ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut en geniş ve en kullanıcı dostu test aralığını sağlar. Nanovea'nın eşsiz ürün yelpazesi, ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt katmanların sertlik, Young Modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere tüm mekanik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Ayrıca, pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak girinti, çizik ve aşınma izinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülenmesi için isteğe bağlı 3D temassız profil oluşturucu ve AFM Modülü mevcuttur.

 

Yazar: Duanjie Li, Doktora Pierre Leroux ve Jocelyn Esparza tarafından revize edilmiştir