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扫描电镜原位拉伸压缩试验应用案例

 发布时间:2019-05-14 点击量:370

扫描电镜中拉伸台是常见的原位材料力学性能分析选配件(图1),主要用于形变或断裂微区分析,可以实时观察到裂纹开裂过程,对于材料断裂机理研究非常有帮助。

 

飞纳电镜工程师在原位拉伸试验中进行多次探索,做出非常多有意思的结果,帮助科研人员从微观解读和认识材料的开裂、失效机制,并进一步对材料进行提升。这些材料包括金属、皮革、薄膜材料、橡胶等。

 

在这些试验中,不仅可以记录、拍摄样品断裂瞬间的形貌特征,还可以实时控制样品在拉伸过程中的应变量(ε)、应变速度()、疲劳试验循环次数(N)等物理量,并通过力学传感器实时读取加载在样品表面上的力,绘制应力应变曲线,从多个维度对样品属性进行探究。

 

图一:飞纳电镜拉伸台

 

皮革拉伸试验中,可以直观看到皮革中强化韧性纤维在断裂过程中起到的作用。

 

皮革的原位动态断裂过程

 

再如这组疲劳测试实验,工程师对样品进行了数次应力加载-释放循环(图3),在预制裂纹边上发现了新生裂纹的萌生与长大过程,这对于从微观角度理解材料抗疲劳性能具有非常大的帮助(图4)。

 

图3 原位疲劳裂纹实验过程中的应力循环

 

图4 原位拉伸台的疲劳试验
(a)实验前270× (b)实验后270×(c)实验前5000× (d)实验后2000×

 

近期,飞纳电镜对拉伸台的应用进行了新的探索,对于适用领域进行了全新的尝试。

 

静电纺丝断裂过程

 

静电纺丝通常不具备较高的抗拉性能,但是随着其应用领域的广泛化,人们对于这种具有优异过滤性能的新型轻量化材料提出了更多的性能需求,如耐火性能、拉伸性能、抗疲劳性能等,以适应更多维度的使用场景。

 

在本实验中,工程师将纺丝厚度增加,粘附在拉伸台上,并进行了预制裂纹处理,这些纺丝在拉伸过程中也会随着预制裂纹位置的应力集中逐渐开裂。通过拉伸台的调速功能,可以使用更慢的速度来重现这一过程。此结果的呈现可以帮助研究者更好地判断静电纺丝的纤维走向与失效方式之间的联系,从而提出改进方案。

 

静电纺丝材料在应力作用下开裂的原位拉伸观察

 

静电纺丝材料在应力作用下开裂的原位拉伸观察

 

新型织物的压缩回复过程

 

将多层新型布料堆叠起来,放置在拉伸台两压头之间,并让拉伸台压头反复进行压缩、松开运动,在几组压缩回复过程中,织物上的纤维表现出了较好的回复性能,经过多次试验,纤维的形状没有发生明显变化、亦无可见断裂发生。

 

纤维压缩回复实验视频

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