中文  |  English

首页 >>    解决方案>> 解决方案详情页

1

产品信息  / News
各向同性和各项异性材料弹性模量高精度测量，内耗和衰减分析解决方案

    材料的杨氏模量，剪切模量，体弹模量及泊松比描述了材料的基本力学性能，这些基本参数对于广大材料制造商和材料研究工作者都非常重要。寻求一种的简单准确技术手段对材料进行模量测量一直是来是凝聚态物理学家，工程师和材料科学家们感兴趣的课题 。在验证了RUS,IE,NI,4PB等多种方法及技术手段后,各种技术的优缺点逐渐明晰。传统的拉伸压缩试验测量弹性模量在某些高精度测量要求的情况下无法满足需求，TECLAB 根据被测材料的特点提供相应的解决方案：
  

Resonant Ultrasound Spectrometer /RUSpec 超声共振谱分析法通过测量规则样品的超声共振谱进行分析得出材料的弹性模量值。测量的固体硬质材料样品尺寸可从几毫米到大于十厘米，测试温度可从液氦到超过1850摄氏度。该技术的测量结果反映了样品整体的力学特性，避免了常规方法得到的是某点或某个方向的结果，被样品可以很小，特别适用于有限尺寸材料样品模量测量，此外更大的优点是各向异性材料也可通过一次测量得出全部独立弹性常数。节省了大量时间的同时大大提高了精度。
      测试过程大致如下：软件首先根据测试样品的尺寸和重量计算出材料的弹性常数和共振频率；再交互式地测量得出样品的实际共振频率，之后采用Levenberg-Marquardt迭代方案（迭代弹性常数值）来找出测量得到的共振频率值和计算得到共振频率值的最佳匹配。利用最佳匹配弹性常数值计算出各种模量值，并生成一份详细的测试报告（包含样品信息，测试数据，结果，误差等）。当材料匀质，样品形状规则该方案精度可达0.01% 。
超声共振谱分析法可测量的晶体结构包括：
                 •Isotropic 各向同性
                 •Cubic 立方
                 •Hexagonal 六角
                 •Tetragonal 四方
                 •Orthorhombic 正交
各向异性材料一次测量可以同时得到全部独立弹性常数
对于各向同性材料标准测量结果包含：
        •Poisson's Ratio 泊松比
        •Young's Modulus 杨氏模量
        •Shear Modulus 剪切模量
        •Bulk Modulus 体积弹性模量
        •Shear Sound Velocity 横波声速
        •Longitudinal Sound Velocity 纵波声速
    经过诸多机构和学者研究对比，该技术已经成为国际公认最理想的用于材料模量研究测量的手段。

Advanced Ultrasonic Material Characterization system/UMS 高级超声材料表征系统采用超声回波分析法或超声透射法通过测量样品材料的横波，纵波声速和密度计算弹性模量值。回波法测量样品厚度建议至少1cm厚，测试面和反射面应该光滑并相互平行，测试面宽度或直径应该大于换能器。对于各向异性材料，弹性参数沿各个方向会不同，需要各个方向进行分开测量。该技术在测量声速的同时还可以测量材料衰减。
测试过程大致如下：首先测量出样品密度和声程（测试面至反射面）再利用回波法测量纵波与横波声时最后计算纵波，横波波速以及计算弹性模量。
          UMS适合大部分各向同性金属，陶瓷和玻璃材料。具备二次回波弱信号单独放大功能，适用性很广。
          对于各向同性，体积较大的样品材料而且精度要求又不太高的情况下，可以采用UMS进行测量。

  Surface Acoustic Wave  Spectrometer  表面声波分析法通过激光脉冲在样品表面激发出表面声波，当表面波在样品表面传播一段距离后再接收进行分析，通过分析表面波相速度的频散曲线计算分析出模量，厚度以及密度等参数。随着薄膜厚度越来越薄，其的力学性能的测量也变得非常困难。当薄膜厚度低于200nm时，常规的压痕法就无法得到准确地结果。SAW表面声波法克服了超薄膜的力学性能准确测量的难题。 该技术特点如下:无损测量与评估,薄膜厚度可从几纳米到毫米,样品无需特殊制备,多层也可表征，快速测量周期 ，结果可重复性非常高，无需标定 等。
   SAW技术在大量薄膜材料测量和研究上已取得了许多显著成果：
薄膜材料
- 陶瓷膜 (TiN, Al2O3, SiC, TiC,ZrO2)
- diamond-like carbon
- CVD diamond
- boron nitride
- metals
- polymers
- NiNb非晶膜

基板材料
- steel
- aluminum
- silicon
- GaAs

Atomic Force Acoustic Microscope 超声原子力显微成像法可以从100微米到纳米尺度对材料表面模量分布进行成像分析。 该技术基于扫描探针成像技术，利用原子间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。 将样品耦合到超声换能器之上，换能器发出纵波激励样品，使样品表面振动。利用微小悬臂来感测针尖与样品表面之间的交互作用，这作用力会使悬臂摆动，再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后该信号与换能器信号进行锁相放大得到样品的表面特性，除了得到模量成像分布图像还同时得到表面形貌图像。
该技术特点如下：
• 目前先进的扫描探测显微技术，可在纳米尺度得到材料表面弹性性能分布图像。
•可以测量薄膜弹性性能。
•使得硬度和杨氏模量的数值计算成为可能。
•图片的对比度远远优于其他方法得到的图片。
•可以在空气中和液体环境中测量。
•是一种无损的方法。