【技术实现步骤摘要】
基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法
本专利技术涉及基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,属于微纳米力学测试
,特别是通过纳米压痕仪进行实验的方法。
技术介绍
复合材料中增强相与基体之间的界面是互相铆合在一起的、不规则的边界,而界面相常常定义为这一互相铆合在一起的区域。在这一区域进行的纳米压痕实验获得的是增强相与基体互相影响下的力学性能,而实验中通常需要得到其中一种相在复合材料中的性能。由于纳米压痕仪自带观察手段为光学显微镜,当不能判断界面相的宽度时,对于纯相的纳米压痕力学性能测试往往是盲目的。常规可以通过图像处理软件采集界面轮廓,再通过建模软件进行三维重建,也可以选用CT、microCT、X-ray等对复合材料进行逐层扫描,将扫描得到的图片拼接重建。前一种方法分辨力高,理论上可以将通过纳米压痕法测试完的试样通过此方法筛选不受基底效应和周边效应的影响的点,然而由于复合材料性能分散度高,常常需要大量实验,此方法显然不适于批量实验研究。后一种方法较易完成,依然需要后期建模研究,而且十微米左右的精度也难于满足选择的要求。扫描电镜可以用于观察实验完成后压痕的位置,但是不能确定在全部压入过程中压痕是否已经接触其他相,不能确定得到的结果是否收到界面相的影响。纳米压痕仪和原子力显微镜的原位扫描模式提供了一种接触扫描的方法,施加微小的力使得压头与试样表面接触,通过往复的接触扫描使得压头以一定的力同试样保持接触,进而输出试样的形貌、接触刚度、相位角和简谐位移等一系列材料性能,可以用来描述材料表面形貌、表面刚度的变化,然而这些都是材料表面性能,依然难于描述当压头 ...
【技术保护点】
基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,其特征在于:首先,将被测复合材料镶嵌、研磨、抛光,制成用于纳米压痕和纳米划痕的试样;通过纳米压痕仪自带光学显微镜定位一定范围包括增强相、界面相和基体的矩形区域;划痕起始位置为矩形区域的左边界,划痕开始之前在起始点进行预压入;通过反馈调节方法,使得压头保持恒定的划入深度,依次划过增强相、界面相和基体,接下来按照平行、等间距、等深度进行划痕操作;通过接触力学判断准则,获得每条划痕界面相的起始点和结束点位置;以矩形区域左下角顶点为零点,建立包括全部划痕路径的直角坐标系,将划痕路径上采集点的坐标导入origin,标记界面相起始点和结束点,形成一幅两维图;通过纳米压痕仪nanovision选件对矩形区域进行扫描,扫描力大小为10微牛至40微牛;矩形区域左下角法向高度设为0,生成空间直角坐标系,形成三维图;将两维图中界面相的起始点和结束点在三维图种标出,首先点击自动生成通过相邻起始点并垂直于三维图空间坐标系水平面的立面,得到过相邻起始点间立面与三维图之间的截交线1,同样方法得到相邻结束点间立面与三维图之间的截交线2;保留截交线1与截交线2之间的三维图,即可 ...
【技术特征摘要】
1.基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,其特征在于:首先,将被测复合材料镶嵌、研磨、抛光,制成用于纳米压痕和纳米划痕的试样;通过纳米压痕仪自带光学显微镜定位一定范围包括增强相、界面相和基体的矩形区域;划痕起始位置为矩形区域的左边界,划痕开始之前在起始点进行预压入;通过反馈调节方法,使得压头保持恒定的划入深度,依次划过增强相、界面相和基体,接下来按照平行、等间距、等深度进行划痕操作;通过接触力学判断准则,获得每条划痕界面相的起始点和结束点位置;以矩形区域左下角顶点为零点,建立包括全部划痕路径的直角坐标系,将划痕路径上采集点的坐标导入origin,标记界面相起始点和结束点,形成一幅两维图;通过纳米压痕仪nanovision选件对矩形区域进行扫描,扫描力大小为10微牛至40微牛;矩形区域左下角法向高度设为0,生成空间直角坐标系,形成三维图;将两维图中界面相的起始点和结束点在三维图种标出,首先点击自动生成通过相邻起始点并垂直于三维图空间坐标系水平面的立面,得到过相邻起始点间立面与三维图之间的截交线1,同样方法得到相邻结束点间立面与三维图之间的截交线2;保留截交线1与截交线2之间的三维图,即可观察复合材料界面相的三维形貌;去掉截交线1与截交线2之间的三维图,在起始点连线左侧相邻划痕间中心位置进行压入深度小于划痕深度的压痕实验,即可测得增强相微纳米尺度力学性能;在结束点连线右侧相邻划痕间中心位置进行压入深度小于划痕深度的压痕实验,即可测得基体微纳米尺度力学性能。2.根据权利要求1所述的基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,其特征在于:矩形区域延划痕方向的长度为100微米-200微米。3.根据权利要求1所述的基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,其特征在于:通过反馈调节方法对PID控制器进行调解时,增强相与基体弹性模量位于1E+9帕至1E+7帕之间的材料,P值为10000-1000000,I值为100-500,D值为1000-10000,调节时力的变化速度是±0.1毫牛/秒至±1毫牛/秒;对于增强相与基体弹性模量位于1E+7帕至1E+5帕之间的材料,P值为1000-10000,I值为100-500,D值为10000-1000000,调节时力的变化速度是±0.01毫牛/秒-±0.1毫牛/秒;对于增强相与基体弹性模量小于1E+5帕或大于1E+9帕的材料不适用。4.根据权利要求1所述的基于纳米压痕技术的复合材料界面相研究方法,其特征在于:接触力学判断准则如下:实验用Berkovich压头是三棱锥压头,在划痕过程中通过一个棱和与其相邻的两个面划开试样,为分析方便将其简化为二维模型的一个边,叫前边;由于划痕过程中...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨庆生,刘志远,刘扶庆,郭志明,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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