l séminaire roberval 4 nov 2004 mesure des propriétés visco-plastiques
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l Séminaire Roberval4 Nov 2004
Mesure des propriétés visco-plastiques
l Séminaire Roberval4 Nov 2004
Vitesse de déformation constante
l Séminaire Roberval4 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
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
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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)
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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
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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
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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
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Mesure des propriétés visco-élastiques
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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°
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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
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Mesure de la raideur du contact
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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
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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
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Tan
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1 10 100 1000
Tan
Frequency (Hz)
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Mesure par rayure
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Rayure
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Mesure de la ténacité par nanoindentation
CCube Corner Indent at ion
Radial Cracks
K c EH
1 / 2 P
C 3 / 2
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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
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Etape 1:
Imagerie
Etape 2: Choix de la zone de balayage
Etape 3:
Imagerie
30 microns x 30 microns
10 microns x 10 microns
Imagerie à force constante
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Etape 4: Choix de la zone d’indentation
Etape 5: Indentation
Etape 6: Imagerie de l’indentation
10 microns x 10 microns
3 microns x 3 microns
Imagerie à force constante
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Indentation trigonalesur aluminium
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Analyse de l’indentation
• Mesure de la longueur des arêtes
• Calcul de la valeur réelle de la dureté
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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
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Micro Mirrors
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Stiffness Mapping of Micro Mirrors
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Conclusions
• Essai non destructif et automatisé
• Préparation limitée
• Matériaux massifs ou hétérogènes
• Grandes variétés de propriétés mécaniques