l séminaire roberval 4 nov 2004 mesure des propriétés visco-plastiques

l Séminaire Roberval4 Nov 2004

Mesure des propriétés visco-plastiques


Vitesse de déformation constante


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

Indium

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

2000 3000 4000 5000

Har

dnes

s (G

Pa)

Displacement (nm)

1 mN/sec

Maximum load of 10 mN


Vitesse de déformation constante• Vitesse de

déformation : (dh/dt)/h

• A vitesse de déformation constante, F évolue avec le carré du temps : La dureté est alors constante

0.01

0.1

1

10

1000 2000 3000 4000 5000

Strain rate 0.025 to 300mNStrain rate 0.025 to 500mNDisplacement rate, 200 nm/secDisplacement rate, 140 nm/secLoading rate, 25 nm/secLoading rate, 9.3 nm/sec

Str

ain

Rat

e (s

-1 )

Displacement (nm)


Vitesse de déformation constante

• 5 vitesse de déformation différentes

• La dureté ne varie pas avec la profondeur

• La dureté varie avec la vitesse de déformation

Indium

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

2000 3000 4000 5000

0.1 (sec-1)0.05 (sec-1)0.01 (sec-1)0.005 (sec-1)0.0025 (sec -1)

Ha

rdn

ess

(G

Pa

)

Displacement (nm)

Constant indentationstrain rates


Indice de visco-plasticité• Le matériau suit

une loi de type Norton-Hoff :

•

• Cette valeur est en bon accord avec les essais de traction

Indium

0.001

0.01

0.1

0.01 0.02 0.03 0.04Inde

ntat

ion

Str

ain

Rat

e (s

ec-1

)

Hardness = P/f(htotal

) (GPa)

Slope=n, Stress Exponent for Creep7.3 from Indentation (Constant Strain Rate)

7.6 from Tension (Constant , Weertman)

7.3, R=0.999

1nH


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


Mesure des propriétés visco-élastiques


CSM – Matériaux visco-élastiques

Comportement Elastique Comportement Visco-élastique

-2

-1

0

1

2

-1

-0.5

0

0.5

1

0 10 20 30 40 50

Exc

itatio

n fo

rce

(µN

)

Response displacem

ent (nm)

Time (milliseconds)

-2

-1

0

1

2

-1

-0.5

0

0.5

1

0 10 20 30 40 50E

xcita

tion

forc

e (µ

N)

Response displacem

ent (nm)

Time (milliseconds)

= 0°

= 90°


Calculs du module d’élasticité complexe• Le déphasage et

l’amplitude des oscillations sont caractéristiques de la raideur et de l’amortissement du contact

C F

hsin

cosh

FS


Mesure de la raideur du contact


Module de conservation et de perte

0

20

40

60

80

100

1000 2000 3000 4000

150 Hz100 Hz50 Hz10 Hz3 Hz

Stif

fne

ss,

S (

N/m

)

Displacement (nm)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000

150 Hz100 Hz50 Hz10 Hz3 Hz

Da

mp

ing

Co

eff

icie

nt,

C

(N

/m)

Displacement (nm)

Chaque courbe est la moyenne de 5 indentations


0

1

2

3

4

5

0

1

2

3

4

5

1 10 100 1000

E' (MPa)

E'' (MPa)

E' (

MP

a) E

'' (MP

a)

Frequency (Hz)

Module de conservation et de perte


Tan

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1 10 100 1000

Tan

Frequency (Hz)


Mesure par rayure


Rayure


Mesure de la ténacité par nanoindentation

CCube Corner Indent at ion

Radial Cracks

K c EH

1 / 2 P

C 3 / 2


0

1.5

3

4.5

6

0 1.5 3 4.5 6

Fused Quartz(n)

Ge (111) (n)

Pyrex (n)

Robax (n)

Saph (n)

Si (100) (n)

Si (111) (n)

SiC-SA (n)

SLG (n)

Spnl(100) (n)

Spnl(111) (n)

Si3N4

c IND

EN

TAT

ION

(M

Pa•

m1

/2)

Kc CONVENTIONAL (MPa•m1/2)

Kc vs Kc VG

Mesure de la ténacité par nanoindentation


Etape 1:

Imagerie

Etape 2: Choix de la zone de balayage

Etape 3:

Imagerie

30 microns x 30 microns


Imagerie à force constante


Etape 4: Choix de la zone d’indentation

Etape 5: Indentation

Etape 6: Imagerie de l’indentation



Imagerie à force constante


Indentation trigonalesur aluminium


Analyse de l’indentation

• Mesure de la longueur des arêtes

• Calcul de la valeur réelle de la dureté


100-1000 m

Rotating micro-mirrorFiber optics

bundles

1-5 m

Posts with hinges

Hinged Micro-mirror

Micro Miroir

Courtesy of M.R. Begley, Univ. of Virginia


Micro Mirrors


Stiffness Mapping of Micro Mirrors


Conclusions

• Essai non destructif et automatisé

• Préparation limitée

• Matériaux massifs ou hétérogènes

• Grandes variétés de propriétés mécaniques

l séminaire roberval 4 nov 2004 mesure des propriétés visco-plastiques

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