Der Nanoprasser ist ein hochpräzises Prüfgerät für die mechanischen Eigenschaften von Materialien, dessen Verwendung streng nach Betriebsvorschriften erfolgt, um die Genauigkeit der Daten und die Stabilität des Instruments zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie Details zur Verwendung von Nanoprassern, die den gesamten Prozess von der Vorbereitung bis zur Datenanalyse abdecken.
I. Vorbereitungen
1. Instrumentenprüfung und Umweltvorbereitung
- Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung des Instruments und die Luftquelle (falls erforderlich) normal angeschlossen sind, und überprüfen Sie, ob der Walzkopf, der Tragstisch, das Mikroskop und andere Komponenten sauber und beschädigt sind.
- Setzen Sie das Gerät auf einem glatten Arbeitstisch, um Schwingungsstörungen von außen zu vermeiden, empfehlen Sie eine Schutzbrille gegen Spritzschäden zu tragen.
Vorwärme das Gerät auf die eingestellte Temperatur vor dem Einschalten (in der Regel 30 Minuten bis 1 Stunde), insbesondere die piezoelektrische Keramik oder das Spulensystem, um eine stabile Leistung zu gewährleisten.
2. Probenvorbereitung und Installation
- Die Probe muss auf die richtige Größe geschnitten werden (z. B. 10 mm x 10 mm), die Oberfläche wird bis zum Spiegeleffekt poliert und die Schadstoffe durch Ultraschallreinigung entfernt.
- Fixieren Sie die Probe mit speziellen Befestigungen, um sicherzustellen, dass die Oberfläche vertikal mit dem Presskopf steht und Neigungen zu vermeiden, die zu einer Anomalie der Knickform führen
Parametereinstellung und Kalibrierung
1. Auswahl und Kalibrierung des Presskopfes
- Wählen Sie den Prüfkopftyp aus (z. B. Berch-Prüfkopf, Dreieckförmiger Prüfkopf) und überprüfen Sie den Radius der Prüfkopfspitze und den Verschleiß.
- Verwenden Sie Standard-Härteblöcke (z. B. Schmelzkwartz) für die Kalibrierung des Walzkopfes, erhalten Sie die Last-Verschiebungskurve durch mehrfache Drucke, berechnen Sie die tatsächliche Berührungsfläche und die Härtewerte und korrigieren Sie Systemfehler.
2. Einstellung der experimentellen Parameter
Die Einstellung von Parametern wie der maximalen Belastung (z. B. 100 μN-10 mN), der Drucktiefe (z. B. 100 nm-5 μm) und der Belastungsgeschwindigkeit (z. B. 0,5 mN/s) muss entsprechend der Materialhärte angepasst werden, um eine Überbelastung des Druckkopfes oder der Probe zu vermeiden.
Definieren Sie das Laden-Halten-Entladen-Programm (z. B. Trapeziallastmodus) und setzen Sie die Datenabtastfrequenz ein (normalerweise ≥ 1 kHz).
3. Testen des Betriebsprozesses
1. Druckprüfung
- Nach dem Start des Programms nähert sich der Manipulationspresskopf langsam der Probenoberfläche und passt sich auf den Kontaktzustand an (Nullpunktkalibrierung).
- Lasten Sie nach dem Einstellungsprogramm, überwachen Sie die Last-Verschiebungskurve in Echtzeit, beobachten Sie die elastische Verformung und die plastische Verformungsphase.
- Warten Sie nach dem Entladen eine Weile (z. B. 30 Sekunden), um den Effekt des Wärmedrifts zu beseitigen, bevor Sie die nächste Faltung durchführen.
Mehrpunktmessung und wiederholbare Steuerung
Die gleiche Probe muss mehrmals gepresst werden (in der Regel ≥ 5 Mal), um den Durchschnittswert zu erfassen, um die Zuverlässigkeit der Daten zu verbessern.
- Vermeiden Sie eine zu nahe Abstand zwischen den Einbrechungen (empfohlen ≥ 10 Mal die Einbrechungstiefe), um zu verhindern, dass die Spannungsfelderüberlagerung zu Fehlern führt.
Datenverarbeitung und Analyse
1. Bearbeitung der Last-Verschiebungskurve
- Aufzeichnung der Lade- und Entladekurve, Berechnung der Kontaktsteife durch die passende Entladeschräge (S) und Berechnung der Härte in Kombination mit der maximalen Last (P_max) und der Kontakttiefe (h_c):
\[ H = \frac{P_{\text{max}}}{A} \quad \text{wo} \quad A = f(h_c) \]
In der Formel A ist die Fellprojektionsfläche, die durch die Polynomialgeometrie des passenden Fellkopfes bestimmt wird.
- Das Elastizitätsmodul wird durch das Rugby-Modell berechnet und muss Materialparameter wie das Poisson-Verhältnis eingeben.
Fehlerquellen und Korrekturen
- Häufige Fehler umfassen Hitzebewegung, Druckkopfverschleiß, Probenoberflächenrauheit usw., die durch Kalibrierungs- und Leerversuche korrigiert werden müssen.
- Für weiche Materialien oder dünne Folien ist ein Modell zur Korrektur des Grundeffekts (z. B. das King-Modell) erforderlich.
5. Wartung und Vorsichtsmaßnahmen
1. Tägliche Wartung
- Reinigen Sie nach dem Test den Walzkopf und die Probentasche, um zu vermeiden, dass Restpartikel Auswirkungen auf das nachfolgende Experiment haben.
- Prüfen Sie regelmäßig die Schärfe des Druckkopfes, wenn ein schwerer Verschleiß ersetzt oder neu kalibriert werden muss.
- Abdecken Sie die Staubschutz während der Lagerung, um eine feuchte Umgebung zu vermeiden, die zu Schimmel der optischen Komponenten führt.
2. Betriebsvorschriften
- Vermeiden Sie den häufigen Wechsel der Laderichtung, um eine Überhitzung der piezoelektrischen Keramik zu verhindern.
- Überlastung ist streng verboten, die Drucktiefe ist in der Regel nicht mehr als das 10-fache des Radius des Druckkopfes.
- Die Daten müssen in Echtzeit gespeichert werden, um den Zustand des Instruments bei einem plötzlichen Stromausfall rechtzeitig zu überprüfen und neu zu kalibrieren.