Mikro- / Nanometer-Dehnungsverteilungsmessung von Sampling Moiré Fringes

Summary

Eine Stichproben-Moiré-Technik mit 2-Pixel- und Mehrpixel-Abtastverfahren für hochpräzise Dehnungsverteilungsmessungen im Mikro- / Nanoskala wird hier vorgestellt.

Abstract

Diese Arbeit beschreibt das Messverfahren und die Prinzipien einer Probenahme-Moiré-Technik für Vollfeld-Mikro / Nano-Skalen-Deformationsmessungen. Die entwickelte Technik kann auf zwei Arten durchgeführt werden: unter Verwendung der rekonstruierten Multiplikations-Moiré-Methode oder der räumlichen Phasenverschiebungs-Probenahme-Moiré-Methode. Wenn die Probenrasterhöhe etwa 2 Pixel beträgt, werden 2-Pixel-Sampling-Moiré-Fransen erzeugt, um ein Multiplikations-Moiré-Muster für eine Deformationsmessung zu rekonstruieren. Sowohl die Verschiebungs- als auch die Dehnungsempfindlichkeiten sind doppelt so hoch wie bei der traditionellen Scan-Moiré-Methode im selben Weitfeld. Wenn die Probengitterteilung um oder mehr als 3 Pixel beträgt, werden Mehrpixel-Abtast-Moiré-Fransen erzeugt und eine räumliche Phasenverschiebungstechnik wird für eine Vollfeld-Deformationsmessung kombiniert. Die Dehnungsmessgenauigkeit wird deutlich verbessert und die automatische Chargenmessung ist leicht erreichbar.Beide Methoden können die zweidimensionalen (2D) Dehnungsverteilungen aus einem Einzelbild-Gitterbild messen, ohne die Proben- oder Abtastlinien zu drehen, wie bei herkömmlichen Moiré-Techniken. Als Beispiele wurden die 2D-Verschiebungs- und Dehnungsverteilungen einschließlich der Scherstämme von zwei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffproben in Dreipunkt-Biegeversuchen gemessen. Die vorgeschlagene Technik wird voraussichtlich eine wichtige Rolle bei der zerstörungsfreien quantitativen Auswertung von mechanischen Eigenschaften, Rissauftreten und Restspannungen einer Vielzahl von Materialien spielen.

Introduction

Mikro- / nanoskalige Verformungsmessungen sind für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften, des Instabilitätsverhaltens, der Restspannungen und des Rissauftretens von fortgeschrittenen Materialien von entscheidender Bedeutung. Da optische Techniken berührungslos, vollfeld- und zerstörungsfrei sind, wurden in den letzten Jahrzehnten verschiedene optische Methoden für die Deformationsmessung entwickelt. In den letzten Jahren umfassen die mikro- / nanoskaligen Deformationsmesstechniken vor allem die Moiré-Methoden ^{1 , 2 , 3 , 4} , die geom....

Protocol

1. Bestätigung des Micro / Nano-Raster auf der Probe

1. Bearbeitung der Probe
   1. Schneiden Sie die Probe auf die Größe, die von der spezifischen Ladevorrichtung benötigt wird, die unter einem Mikroskop verwendet wird ( z. B. 1 x 5 x 30 mm ³ ), wobei die Oberfläche 1,5x größer als die interessierende Region zu sehen ist.
   2. Polieren Sie die zu beobachtende Probenoberfläche ( z. B. 1 x 30 mm ² ) nacheinander mit grobem und feinem Sandpapier auf einer automatischen Poliermaschine ( z. B. SiC-Folie Nr. 320 für 3 min und dann # 800 für 1 min bei 150 U / min Und 30 N). Reinigen Sie die P....

Results

Die 2D-Verschiebungs- und Dehnungsverteilungen von zwei Kohlefaser-verstärkten Kunststoff (CFRP) -Proben (# 1 und # 2) wurden nach dem Moiré-Formationsprinzip ²³ und dem Messverfahren (Abbildung 1 ) gemessen. Die CFK-Proben bestanden aus 10-11 μm Durchmesser K13D-Kohlenstofffasern und Epoxidharzen. Die Verformung von CFK # 1 wurde unter Verwendung der rekonstruierten Multiplikations-Moiré-Methode aus zweistufigen Probenahme-Moiré-Fran.......

Discussion

In der beschriebenen Technik ist ein anspruchsvoller Schritt das Mikro- / Nanoskalige-Gitter oder Gitter (abgekürzt als Gitter) -Fertigung ^26, wenn kein periodisches Muster auf der Probe existiert. Der Rasterabstand sollte vor Verformung einheitlich sein, da es ein wichtiger Parameter für die Deformationsmessung ist. Wenn das Material ein Metall, eine Metalllegierung oder eine keramische, UV- oder Heiznanoimprint-Lithographie (NIL) ^{27 ist} , können die Elektronenstrahl-Lith.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Automatische Poliermaschine	Marumoto Struers K.K.	LaboPol-30, Arbeitskräfte-100
kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff	Mitsubishi Plastics, Inc.
Computer	DELL Japan	VOSTRO	Kann durch einen anderen Computer mit der Programmiersprache C++ ersetzt werden
Bildaufzeichnungssoftware	Lasertec Corporation	LMEYE7	Installiert in einem Laser-Scanning-Mikroskop
Ion Coater	Japan Electron Optics Laboratory Ltd.
Laser-Scanning-Mikroskop	Lasertec Corporation	OPTELICS HYBRID
Nanoimprint Device	Japan Laser Corporation	EUN-4200	Kann durch ein Elektronenstrahl-Lithographiegerät oder ein fokussiertes Ionenstrahl-Fräsgerät ersetzt werden
Nanoimprint Mold	SCIVAX Corporation	3.0μ m pitch	kundenspezifischer
Nanoimprint Resist	Toyo Gosei Co., Ltd	PAK01
Polierlösung	Marumoto Struers K.K.	DP-Spray P 15μ m, 1μ m, 0,25 μm m	Verwendung von grob bis fein
Pipette	AS ONE Corporation	10 ml
Schleifpapier	Marumoto Struers K.K.	SiC Folie #320, #800	Einsatz von grob zu fein
Spin Coater	MIKASA Corporation	MS-A100