Mesure des propriétés visco-plastiques

Mesure des propriétés visco-plastiques
l
Séminaire Roberval
4 Nov 2004
Vitesse de déformation constante
l
Séminaire Roberval
4 Nov 2004
La dureté fonction de la profondeur ?
•
La dureté en fonction de la
pénétration semble
montrer que la dureté est
plus grande à la surface de
l’échantillon
C’est un matériau massif :
Indium
0.04
Hardness (GPa)
•
Indium
0.035
1 mN/sec
0.03
0.025
0.02
0.015
2000
l
Maximum load of 10 mN
3000
4000
Displacement (nm)
5000
Séminaire Roberval
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Vitesse de déformation constante
10
Strain rate 0.025 to 300mN
Strain rate 0.025 to 500mN
Displacement rate, 200 nm/sec
Displacement rate, 140 nm/sec
Loading rate, 25 nm/sec
Loading rate, 9.3 nm/sec
)
-1
Strain Rate (s
• Vitesse de
déformation :
(dh/dt)/h
• A vitesse de
déformation
constante, F évolue
avec le carré du
temps : La dureté est
alors constante
1
0.1
0.01
1000
l
2000
3000
4000
5000
Displacement (nm)Séminaire Roberval
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Vitesse de déformation constante
0.03
Hardness (GPa)
• 5 vitesse de
déformation
différentes
• La dureté ne varie
pas avec la
profondeur
• La dureté varie
avec la vitesse de
déformation
Indium
Constant indentation
strain rates
-1
0.1 (se c )
-1
0.05 (s ec )
-1
0.01 (s ec )
-1
0.005 (sec )
-1
0.0025 (sec )
0.025
0.02
0.015
0.01
2000
3000
4000
5000
Displacement (nm)
l
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Indice de visco-plasticité
   H
l
-1
Indentation Strain Rate (sec
• Le matériau suit
une loi de type
Norton-Hoff :
•
n
• Cette valeur est
en bon accord
avec les essais
de traction
)
Indium
0.1
7.3, R=0.999
0.01
0.001
0.01
1
Slope=n, Stress Exponent for Creep
7.3 from Indentation (Constant Strain Rate)
7.6 from Tension (Constant , Weertman)
0.03
0.02
Hardness = P/f(h total ) (GPa)
0.04
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Visco-plasticité sur polymère
• La dureté est
fonction de la
vitesse de
déformation :
Le matériau le
plus dur n’est
pas le même en
fonction de la
vitesse de
déformation
l
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Mesure des propriétés visco-élastiques
l
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CSM – Matériaux viscoélastiques
Comportement Elastique
0.5
0
0
-1
-0.5
-2
0
10
l
20
30
40
Time (milliseconds)
-1
50
Excitation force (µN)
Excitation force (µN)
1
1
2
 = 0°
1
0.5
 = 90°
0
0
-0.5
-1
-2
0
10
20
30
40
Time (milliseconds)
-1
50
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Response displacement (nm)
1
Response displacement (nm)
2
Comportement Visco-élastique
Calculs du module d’élasticité complexe
• Le déphasage et
l’amplitude des
oscillations sont
caractéristiques de la
raideur et de
l’amortissement du contact
l
F
S  cos 
h
F
C  sin 
h
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Mesure de la raideur du contact
l
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Stiffness, S (N/m)
100
80
60
150 Hz
100 Hz
50 Hz
10 Hz
3 Hz
40
20
0
1000
2000
3000
4000
Damping Coefficient, C  (N/m)
Module de conservation et de perte
70
150 Hz
100 Hz
50 Hz
10 Hz
3 Hz
60
50
40
30
20
10
0
Displacement (nm)
0
1000
2000
3000
4000
5000
Displacement (nm)
Chaque courbe est la moyenne de 5 indentations
l
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Module de conservation et de perte
5
5
4
4
3
3
2
2
1
0
l
E'' (MPa)
1
10
100
Frequency (Hz)
1
0
1000
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E'' (MPa)
E' (MPa)
E' (MPa)
Tan d
0.7
0.6
Tan d
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1
10
100
1000
Frequency (Hz)
l
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Mesure par rayure
l
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Rayure
l
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Mesure de la ténacité par
nanoindentation
Cube Corner
Indentation
C
Radial Cracks
l
1/ 2
P
E
Kc      3/ 2 
H  C 
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Mesure de la ténacité par
nanoindentation
1/2
)
INDENTATION
(MPa•m
c
6
4.5
Si (111) (n)
SiC-SA (n)
SLG (n)
Spnl(100) (n)
Spnl(111) (n)
Si3N4

3
1.5
0
l
Fused Quartz(n)
Ge (111) (n)
Pyrex (n)
Robax (n)
Saph (n)
Si (100) (n)
0
1.5
3
4.5
Kc CONVENTIONAL (MPa•m 1/2)
6
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Imagerie à force constante
Etape 1:
Imagerie
30 microns x
30 microns
Etape 2: Choix de la zone de
balayage
Etape 3:
Imagerie
l
10 microns x
Séminaire
10Roberval
microns
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Imagerie à force constante
Etape 4: Choix de la zone
d’indentation
Etape 5: Indentation
Etape 6: Imagerie de l’indentation
3 microns x
3 microns
10 microns x
10 microns
l
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Indentation trigonale
sur aluminium
l
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Analyse de l’indentation
• Mesure de la
longueur des
arêtes
• Calcul de la valeur
réelle de la dureté
l
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Micro Miroir
Fiber optics
bundles
1-5 mm
l
Rotating
micro-mirror
Hinged Micro-mirror
Posts with
hinges
100-1000 mm
Courtesy of M.R. Begley, Univ. of Virginia
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Micro Mirrors
l
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Stiffness Mapping
of Micro Mirrors
l
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Conclusions
•
•
•
•
l
Essai non destructif et automatisé
Préparation limitée
Matériaux massifs ou hétérogènes
Grandes variétés de propriétés mécaniques
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