طراحی و ارزیابی منهول بتن پلیمری سبک وزن

Design and Assessment of a Lightweight Polymer Concrete Utility Manhole

1. مقدمه
2. مواد و روشها
3. نتایج و بحث
4. خلاصه و نتیجه گیری ها
منابع

بتن پلیمری مخلوطی است که در آن به جای سیمان پرتلند (به عنوان چسباننده) از پلیمر استفاده می شود. این کار سبب بهبود مقاومت های کششی و ترک خوردگی، و مقاومت شیمیایی یک سازه بتنی می گردد. در این مقاله فرمولاسیون های مختلفی را ارزیابی کرده ایم تا یک دهانه بازدید زیرزمینی از جنس بتن پلیمری را با حداقل وزن ممکن بهینه سازیم. این فرمولاسیون ها بر مبنای یک سیستم اپوکسی-آمین مخلوط شده با مصالح دانه ای با وزن معمول، و مصالح دانه ای با وزن فوق العاده سبک است. هدف ما این است که یک سازه دهانه (دریچه) زیرزمینی را طراحی و ارزیابی کنیم که دارای مقاومت شیمیایی اپوکسی، استحکام، و وزن سبکی است؛ ما به این طریق بررسی می کنیم که آیا جایگزینی «مصالح دانه ای با وزن نرمال» با «مصالح دانه فوق العاده سبک» میتواند به بهبود استحکام و کاهش وزن سازه کمک کند. ما دو سیستم بتن پلیمری را از فرمولاسیون آن طراحی کردیم و عملکرد مکانیکی آنها را به صورت تجربی ارزیابی نمودیم. ما یک مدل عددی را برای یک دهانه بازدید زیرزمینی از جنس بتن پلیمری توسعه دادیم که از فرمولاسیون های مختلفی ساخته شده بود. ما آنرا به صورت جعبه ای که تحت بارهای معمول خاک قرار دارد، ساده کرده بودیم. این جعبه دارای یک اندازه استاندارد بود. حداقل ضخامت دیواره آن برای تحمل فشارهای حاصل از خدمات در حال استفاده، از شبیه سازی عددی تعیین شد. این مدل پیش بینی کرد که فرمولاسیون «اپوکسی/مصالحی با وزن نرمال» را با میتوان یک ضخامت دیواره نازک تر از فرمولاسیون با مصالح فوق العاده سبک، مورد استفاده قرار داد. همچنین وزن سازه دهانه بازدید زیرزمینی ساخته شده با این فرمولاسیون 6 برابر از وزن همان جعبه ساخته شده با یک بتن سنتی از سیمان پرتلند خواهد بود.

2. مواد و روشها
2.1 مواد
یک رزین اپوکسی با یک سختگر مبتنی بر آمین به عنوان چسباننده انتخاب شد. اپوکسی و آمین توسط نووارچم اس. اِی. (آرژانتین) به ترتیب با نام های تجاری DICAST 867 و DICURE 383 تهیه شدند. Dicast 867 یک رقیق کننده واکنش پذیر است که حاوی رزین اپوکسی یک وظیفه ای مبتنی بر A/F بیس فنل با ویسکوزیته پایین است. سخت کننده DICURE 383 یک پلی آمین سیکلولیفاتیک است.

مصالح دانه ای سنتی همچون ماسه درشت دانه (مدول ریزی و نرمی 2.96)، ماسه ریزدانه (مدول ریزی و نرمی 1.86) و پودر کوارتز ریزدانه مورد استفاده قرار گرفتند (شکل 1a). به علاوه به منظور تحقق پایین ترین چگالی نهایی دهانه بازدید، از مصالح غیرسنتی سبک همچون گلوله های ترموپلاستیک پلي اتيلن ترفنات (PET) (1.5 mm × 2.9 mm × 2 mm) و ریزکره های شیشه ای توخالی (d50 = 40 μm) نیز استفاده کردیم (شکل 1b). خصوصیات آنها را در جدول 2 و دانه بندی آنها (ASTM c 136 [20]) را در جدول 3 ارائه داده ایم.

بتن پلیمری را با 80 wt.% از جامدات و 20 wt.% از سیستم اپوکسی/سخت¬کننده انتخاب شده طراحی نمودیم. چون هیچ مصالح دانه ای روی الک شماره 4 (N°4) باقی نمانده بود بنابراین این مخلوط در حقیقت یک ملات پلیمری است اما چون در تکنولوژی بتن پلیمری این دو اصطلاح غالباً به جای هم (و به یک معنا) بکار می روند بنابراین ما آنرا بتن پلیمری می نامیم. همان طور که پیشنهاد شده بود [10,14] از حداکثر مقدار سیستم رزین استفاده کردیم تا در طی فراورش به یک مخلوط با ویسکوزیته پایین تر و یک وزن نهایی کمتر دست یابیم. همچنین هر چه نسبت جامدات به چسباننده بالاتر باشد، خصوصیات نهایی بهتری بدست می آید [14].

اندازه گیری چگالی ظاهری کاشی و سرامیک سبز با روش اولتراسونیک غیر تماسی

Measurement of the Apparent Density of Green Ceramic Tiles by a Non-contact Ultrasonic Method

چکیده
مقدمه
تئوری
روش اندازه‌گیری و تجهیزات اندازه‌گیری
تحلیل عدم قطعیت
کاربرد در خط تولید
نتیجه گیری
منابع

چکیده
این مقاله در مورد مسئله اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری کاشی‌های سرامیکی سبز در طی تولید، بحث می کند. این موضوع به عنوان یک پارامتر بسیار مهم در کیفیت محصول نهایی محسوب می شود. در واقع، وزن مخصوص ظاهری تعیین کننده وجود انقباض ابعادی ساختار سرامیک در طی آتش سوزی کاشی ها بوده و متناسب با مقاومت مکانیکی نهایی است. در حال حاضر، سیستم های غیر مخرب برای اندازه‌گیری آنلاین این پارامتر در دسترس نیستند. این تحقیق یک روش خلاقانه را برای اندازه‌گیری غیر نفوذی وزن مخصوص ظاهری کاشی‌های سرامیکی سبز در حین مرحله تولید ارائه می کند. این روش از پروب های فراصوت غیر تماسی استفاده می کند. زمان حرکت امواج فراصوت در حین انتقال در کاشی اندازه‌گیری می شود. از زمان حرکت، با معلوم بودن فاصله میان پروب ها، سرعت انتشار که متناسب با وزن مخصوص ظاهری است، به دست می آید. ضریب تبدیل میان سرعت و وزن مخصوص ظاهری به وسیله یک فرآیند کالیبراسیون از طریق یک روش مرجع با عدم قطعیت معلوم بر اساس توزین هیدرواستاتیکی در یک حمام جیوه تعیین می شود. این فرآیند آزمایشگاهی به صورت گسترده در این تحقیق مورد صحت سنجی قرار گرفته و به وسیله یک مدل نظری پشتیبانی می شود. این مقاله به بیان نظریه با توجه به این روش اندازه‌گیری و تجهیزات پرداخته و به صورت دقیق در مورد تحلیل عدم قطعیت بحث می کند. در نهایت، این مقاله نتایج یک روش کاربردی آنلاین را ارائه می کند.

روش اندازه‌گیری و تجهیزات اندازه‌گیری
در روش اندازه‌گیری پیشنهادی، زمان پرواز امواج فراصوت به وسیله پروب های غیر تماسی در پیکره بندی انتقال از کاشی در خط تولید تعیین می شود. ساختار این روش اندازه‌گیری در شکل 3 نشان داده شده است.

در ابتدا، لازم است تا فاصله بین غشا های پروب D (100mm در این حالت) با استفاده از یک کولیس اندازه‌گیری شود. می توان دریافت که روش اندازه‌گیری فراصوت دارای دو مرحله است: (a) اندازه‌گیری زمان پرواز t_a موج فراصوت در هوا و شرایط محیطی مورد استفاده (b) اندازه‌گیری زمان پرواز موج فراصوت از بدنه کاشی t_c. با توجه به اندازه‌گیری زمان رسیدن پژواک دوم، امکان شناخت زمان انتشار t_m موج درون ماده وجود دارد. این مراحل هنگامی که یک کاشی از پروب ها در طی تولید عبور می کند، تکرار می شوند.

زمان پرواز با الگوریتم های همبستگی عرضی میان سیگنال تحریک پروب انتقال و سیگنال دریافتی، اندازه‌گیری می شوند. یک سیگنال با همبستگی عرضی اندازه‌گیری شده بر روی کاشی سبز در شکل 3(c) نشان داده شده است: t_c به وسیله مقدار اوج اولیه نشان داده می شود، در حالی که تفاوت در محور زمان میان مقدار اوج اول و دوم نشان دهنده است.

مهندسی مجدد ترمودینامیک محاسباتی و هدایت سینتیک فولاد ابزار با کارایی بالا

Computational thermodynamics and kinetics-guided re-engineering of a high-performance tool steel

چکیده
اعلام تعرض منافع
منابع مالی
منابع

چکیده

با هدف به دست آوردن پراکندگی ریز رسوبات در مقیاس نانو برای افزایش مشخصه های مکانیکی فولاد ابزار با کارایی بالا، بازمهندسی ترکیب آلیاژ و عملیات حرارتی توسط ترمودینامیک محاسباتی و سینتیک انجام شد. نمونه ی اولیه ی آلیاژ با استفاده از شیمی و عملیات حرارتی طراحی شده تهیه شد. بعد از آن، مشخصه های ریزساختاری پیشرفته و آزمایش مکانیکی، طراحی موفقیت آمیز را برای رسیدن به تراکم تعداد بالای رسوبات (V, Mo)C با قطر متوسط حدود 5 نانومتر در شرایط پیک سخت شده، پس از برگشت دادن مارتنزیت در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت تأیید کردند.

ایجاد فولاد ابزارهایی با عملکرد بالا برای تحمل شرایط سخت سرویس قطعات ماشین آلات حائز اهمیت است. فولاد ابزارهای متداول با مقدار کربن متوسط و زیاد و عناصر تشکیل دهنده ی کاربید از جمله Cr، Mo و V جهت تحریک رسوب کاربیدها و تضمین استحکام و سختی بالا مشخص می شوند. با این حال، محدودیت هایی برای این نوع آلیاژ وجود دارد: i) مقدار کربن بالا به طور قابل توجهی چقرمگی و جوش پذیری فولاد ابزارها را مختل می کند. ii)  کاربیدهای درشت شامل M3C، M6C، M23C6 و غیره در طی عملیات حرارتی نهایی شکل می گیرند [1،2] و مشارکت محدودی در استحکام و سختی دارند و حتی چقرمگی فولاد ابزار را بیشتر می کنند. iii) کاربیدهای تشکیل شده دارای سرعت درشت شدن بالا، با مقاومت نرم شدن حرارتی پایین هستند که باعث کاهش استحکام مواد و طول عمر قطعات ماشین در دماهای سرویس بالا می شود. هدف این مقاله بازمهندسی فولاد ابزار با کارایی بالا با استفاده از راهنمایی ترمودینامیک محاسباتی و سینتیک جهت کاهش مشکلاتی است که عملکرد فولاد ابزار را محدود می کند. انتظار می رود که آلیاژ جدید ترکیبی از مشخصه های مهم از جمله چقرمگی، پایداری حرارتی و جوش پذیری را با استفاده از یک مفهوم متالورژی ناب بهبود و تعادل ببخشد، اما همچنان استحکام و سختی قابل ملاجظه ای را به عنوان فولاد ابزار متداول حفظ می کند [1و2]. دستیابی به مشخصه های متعادل تر به بهینه سازی موفقیت آمیز رسوبات با پراکندگی های ریز کاربیدهای نانومقیاس بستگی خواهد داشت (به عنوان مثال، MC و M2C با M که عمدتاً V و Mo را نشان می دهد)، در حالی که شکل گیری جمعیت کاربید درشت تر را محدود می کند [3]. انتظار می رود که پراکندگی ریز کاربیدهای MC یا / و  M2C در مقیاس نانو دارای ماهیت های زیر باشند: i) مشارکت بیشتر در استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش در دمای محیطی و دمای بالا [4]؛ ii) پایداری بالای مواد در طول سرویس در دمای بالا بنابر رشد کمتر و سرعت درشت شدن رسوبات [5،6]. iii) جایگاه های پتانسیل به دام انداختن هیدروژن، افزایش مقاومت تردی هیدروژنی مواد [7]. برخی از قواعد راهنما برای آلیاژ جدید این است که ذرات کاربید درشت نباید در ریزساختار محصول نهایی وجود داشته باشند. به این معنی که نباید از نظر ترمودینامیکی پایدار باشند، و علاوه بر این، نسبت C/(V+Mo) باید به صورت تقریبا یکپارچه حفظ شود که نه تنها باعث تسهیل رسوب در مقیاس نانو (تقویت آلیاژ) می شود، بلکه مقدار C در محلول جامد در ریزساختار محصول نهایی (افزایش چقرمگی) را نیز کاهش دهد. بنابراین، ابتدا ترمودینامیک و سینتیک محاسباتی برای تعیین پارامترهای آلیاژی و عملیات حرارتی بازمهندسی، با هدف قرار دادن انواع رسوب ریز مطلوب MC یا / و  M2C انجام شد. سپس، نمونه اولیه مواد بر اساس فلسفه طراحی مواد فوق الذکر تهیه شد و مشخصه سازی با استفاده از ابزارهای آزمایشی پیشرفته برای اعتبارسنجی با تمرکز بر رسوب صورت گرفت.

شکل 1. ترمودینامیک و سینتیک محاسباتی برای طراحی رسوب: a) نمودار فاز ایزوترمال در دمای 550 درجه سانتیگراد با تغییرات C و V در یک فولاد مرجع که سابقا مطالعه شده با ترکیب شیمیایی 0.32C–1.1Si–0.8Mn–1.4Cr–0.8Mo–0.14V–0.7Ni b) نمودار فاز همدما در دمای 650 درجه سانتیگراد با تغییرات C و V پس از کاهش مقدار Si از 1.1 درصد وزنی به 0.3 درصد وزنی فولاد مرجع. C) نمودار مشخصه های فولاد مرجع، d) نمودار مشخصه های فولاد جدید، e) مدل‌سازی سینتیک رسوب فولاد جدید در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت، f) مدلسازی سینتیک رسوب فولاد جدید در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت 1000 ساعت با مقیاس لگاریتمی محور y.

نسبت پواسون منفی در آلیاژ حافظه به شکل هاسلر با پایه مس-آلومینیوم-منگنز

Negative Poisson’s ratio in Heusler-type Cu–Al–Mn shape memory alloy

چکیده

نسبت پواسون منفی، به بررسی پدیده انبساط عرضی (جانبی) ماده بر اثر تنش تک محوری می پردازد. در اینجا، نسبت پواسون منفی، که مستقیماً در نتیجه آزمایشات صورت گرفته بر روی تک بلور آلیاژ حافظه دار شکلی هاسلر با پایه مس-9/16آلومینیوم-6/11منگنز (برحسب درصد) مشاهده شد، و خاصیت فوق ارتجاعی این آلیاژ را نشان می-دهیم. هنگامیکه این آلیاژ در مجاورت جهت [110] کشیده شد، در امتداد جهت [1ˉ10] متسع گردید در این حالت نسبت پواسون، منفی و معنادار (51/0-) بود؛ در حالیکه این آلیاژ در امتداد جهت [001] منقبض گردید و نسبت پواسون در این حالت، مثبت و بزرگ (36/1) شد. نتایج این آزمایشات کاملاً با مقادیر بدست آمده از محاسبه ثابت الاستیک و ناهمسانگردی الاستیک مطابقت دارد.

در نتیجه، رفتار نسبت پواسون منفی در تک-بلور آلیاژ حافظه-دار شکلی هاسلر با پایه مس-9/16آلومینیوم-5/11منگنز (برحسب درصد) را مورد آزمون قرار دادیم و بررسی کردیم. نتایج نشان می-دهند وقتی این آلیاژ در امتداد جهت [110] منبسط می-شود بسته به کرنش جانبی آن، نسبت-های پواسون می-توانند از مقادیر مثبت تا مقادیر منفی تغییر نمایند. معمولاً، وقتی کرنش جانبی تک-بلور در امتداد جهت [1ˉ10] رخ دهد نسبت پواسون برابر با 51/0- است؛ وقتی کرنش جانبی تک-بلور در امتداد جهت [001] رخ دهد مقدار نسبت پواسون، مثبت و برابر با 36/1 است؛ و وقتی کرنش جانبی در امتداد جهت [1ˉ11] اتفاق افتد مقدار نسبت پواسون، نزدیک به صفر و برابر با 10/0- می-باشد. مقادیر بدست-آمده از این آزمایش، با مقادیر محاسبه-شده براساس ثابت-های الاستیک و ناهمسانگردی الاستیک، مطابقت دارد. استفاده عملی از آلیاژهای حافظه-دار شکلی با پایه مس-آلومینیوم-منگنز، بخاطر داشتن مزایای بسیار زیاد ازجمله خاصیت فوق-ارتجاعی، تشکیل آسان تک-بلورهای جهت-دار، و نسبت پواسون منفی، امیدوارکننده می-باشد.

Abstract

A negative Poisson’s ratio refers to the phenomenon of a material expanding along the transverse direction upon uniaxial tension. Here, we show a negative Poisson’s ratio observed directly by experiments in a single-crystal Heusler-type Cu–16.9Al–11.6Mn (at%) shape memory alloy, in addition to the alloy’s superelasticity. When stretched along the vicinity of the [110] direction, the alloy expands along the direction, showing a significant negative Poisson’s ratio of −0.51, while shrinking along the [001] direction with a large positive Poisson’s ratio of 1.36. These experimental results agree well with the values calculated from the elastic constants and elastic anisotropy.

In conclusion, we have experimentally studied the NPR behavior in a single-crystal Heusler-type Cu-16.9Al-11.5Mn (at%) shape memory alloy. The results show that when stretched along the vicinity of the [110] direction, the alloy shows Poisson’s ratios ranging from positive to negative depending on the transverse orientation. Typically, the single crystal shows a NPR of −0.51 when the transverse orientation is near the [11¯0] direction, a large positive Poisson’s ratio of 1.36 when the transverse orientation is near the [001] direction, and a near-zero value of −0.10 when the transverse orientation is near the [11¯1] direction. The experimental results are consistent with calculated values using experimentally determined elastic constants as well as the elastic anisotropy. Combined with the superelasticity and easy production of oriented single crystals, the Cu-Al-Mn shape memory alloy is a promising material for practical applications related to the NPR phenomenon.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نسبت پواسون منفی در آلیاژ حافظه به شکل هاسلر با پایه مس-آلومینیوم-منگنز

Negative Poisson’s ratio in Heusler-type Cu–Al–Mn shape memory alloy

یک رویکرد چند مقیاس XFEM برای بررسی رفتار شکستگی مواد ترکیبی الهام گرفته زیستی

A multiscale XFEM approach to investigate the fracture behavior of bio-inspired composite materials

چکیده

1- مقدمه

2- مدل محاسباتی

2-1 مدل هندسی

2-2 تحلیل های عددی و ویژگی های مواد

3- نتایج و مباحث

نکات جمع بندی

چکیده

در تنظیمات روش های نو ظهور در طراحی مواد، ما استفاده از روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) را بررسی می کنیم تا رفتار ترکیب های تقویت شده با فیبر با الهام از استخوان های زیستی را بررسی کرده و تاثیر آن را بر روی شکستگی بررسی کنیم. خروجی شبیه سازی ها نشان دهنده ی تطابق خوب با نتایج آزمایشی می باشد و نشان دهنده ی نقش کلیدی است که توسط ریز ساختار های ناهمگن در تغییر میدان تنش ایجاد می شود و ترمرکز تنش در نوک ترک را تغییر می دهد و ما همچنین نقش بحرانی سطح مشترک ( یعنی خط سیمان) را در ایجاد فعال سازی مکانیزم های سفت شدگی استخوان بررسی می کنیم تا بتوانیم تحمل کلی شکست این ترکیب ها را بررسی کنیم.

نکات جمع بندی

به صورت خلاصه، این مقاله یک روش عددی جدید مبتنی بر XFEM را ارائه می کند تا بتوان رفتار مکانیکی مواد مرکب الهام گرفته زیستی را که قبلا طراحی و تولید شده است را بررسی کرد و نقش ویژگی های ریز ساختار (خط سیمان) در روند شکستگی را بررسی کرد. خروجی این مطالعه نشان می دهد که این مدل می تواند رفتار آزمایشی و مکانیزم های سفتی را تقلید کند و تطابق خوبی از نظر ویژگی های مکانیکی و حالت های شکست دارد. نتایج ما در رابطه با نقش خط سیمان در ترکیب های زیستی ما اطلاعات جدیدی را ارائه داده و نشان دهنده ی اهمیت تقلید این ویژگی ها به عنوان یک ناحیه ی مشترک در مواد الهام گرفته از شرایط زیستی می باشد و منجر به افزایش فعال سازی مشخصه های مکانیزم های سفت شدن و ارتقای سفتی شکستگی می باشد. این روش های عددی پیشنهاد شده را می توان تنها برای پیش بینی حالت های شکست مواد مرکب استفاده کرد، همچنین می توان از آن ها برای ارزیابی نقش ریز ساختار های رفتار شکستگی کلی استفاده کرد. نتایج ارائه شده ممکن است منجر به درک بهتر روابط بین ساختار و ویژگی ها در مواد زیستی و زیست تقلیدی شود. با پیشرفت به جلو، این قالب کاری را می توان به عنوان یک ابزار برای بهبود راه حل های جدید طراحی استفاده کرده و راه حل های بهینه ای را در آینده ارائه کند و از تکنیک های بهینه سازی بهره ببرد.

Abstract

In the setting of emerging approaches for material design, we investigate the use of the extended finite element method (XFEM) to predict the behavior of a newly designed bone-inspired fiber-reinforced composite and to elucidate the role of the characteristic microstructural features and interfaces on the overall fracture behavior. The outcome of the simulations, showing a good agreement with the experimental results, reveals the fundamental role played by the heterogeneous microstructure in altering the stress field, reducing the stress concentration at the crack tip, and the crucial role of the interface region (i.e. cement line) in fostering the activation of characteristic toughening mechanisms, thus increasing the overall flaw tolerance of the composite.

4- Concluding remarks

In summary, this paper presented a novel numerical approach, based on XFEM, to investigate the mechanical behavior of a de novo bio-inspired composite, previously designed, manufactured and tested by the authors, and the role of a characteristic microstructural feature (i.e. the cement line) in the fracture process. The outcome of this study shows that the models were able to mimic the experimentally observed behavior and toughening mechanisms, showing a good agreement in terms of mechanical properties and failure modes. Our results also shed light on the role of the cement line in our bone-inspired composite and demonstrate the importance of mimicking such feature – as interface region – in new bone-inspired materials, promoting the activation of characteristic toughening mechanisms and enhancing the fracture toughness. This proposed numerical approach can be used not only to predict the failure modes of composite materials, but also to investigate the role of the microstructure on the overall fracture behavior. The presented results may also provide a better understanding of the relationship between the structure and the properties in biological and biomimetic materials. Going forward, this framework could be used as a tool to improve the current design solution and propose future optimal solutions, also leveraging on optimization techniques.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک رویکرد چند مقیاس XFEM برای بررسی رفتار شکستگی مواد ترکیبی الهام گرفته زیستی

A multiscale XFEM approach to investigate the fracture behavior of bio-inspired composite materials

عدم برگشت پذیری حرارتی در قابلیت هدایت ورقه های ژرمانیوم نیترید و اکسی نیترید

Thermally induced irreversibility in the conductivity of germanium nitride and oxynitride films

Abstract

We report the evidence for irreversible changes in the conductivity, σ T( ), of a-Ge3Nx (3.7 4. < <x 6) and quasistoichiometric a-Ge2OyNx thin films occurring at T ≳ 630 K, under high vacuum conditions. We have found that σ T( ) curves not only depend on the material properties but also on the thermal history undertaken by films. The irreversibility in σ T( ), during heating in vacuum, is correlated to the transformation of the native GeO2 into volatile GeO. Thermal annealing in N2 atmosphere, on the contrary, results to extend film stability up to 973 K. At higher T, domes and pits are formed onto the film surface, due to the strong effusion of N-rich volatile species. Unstable N-Ge bonds can explain both the nitrogen thermodynamic instability and the Ge nano-crystallisation process occurring in a-Ge3Nx films, upon heating until 1023 K. Compared to a-Ge3Nx, quasi-stoichiometric aGe2OyNx is both more insulating and more stable upon heating up to 1023 K under N2 flow, that makes it a suitable passivating layer material for the fabrication of electronic devices.

5. Conclusions

The effects of thermal treatments on the physical properties of germanium nitride and oxynitride films have been investigated in detail. This study has evidenced that the conductivity of a-Ge3Nx (3.7 4. < <x 6) and of quasi-stoichiometric a-Ge2OyNx thin films exhibits an irreversible change at T ≳ 630 K detected during measurement in high vacuum. Above this temperature, σ (T) exhibits an hysteresis, with features depending on the film composition and the annealing conditions. Irreversibility in σ (T) has been explained as the reduction of native GeO2 into volatile GeO, considering that the latter occurs in vacuum at a temperature close to the threshold of irreversibility detected in our films.

Analysis of film properties, thermally annealed in N2, has revealed an improved stability up to 973 K, with formation of domes and pits on film surface at higher T originated by the effusion of volatile N-based molecules from the film matrix. Ge nano-crystallisation has been detected in a-Ge3Nx films, upon TT in N2 around 1023 K.

The knowledge gained by the study of the irreversible process occurring in the investigated class of materials has allowed to identify the material and the deposition/process conditions to get an optimal passivating layer for the fabrication of several devices such as HPGe detectors. The best candidate to cover this role has been found to be a quasi-stoichiometric a-Ge2OyNx film of ≃130 nm of thickness.

Finally, we have demonstrated that σ (T), at least in this class of materials, is capable to monitor temperature dependent changes in the physical properties of a thin film, occurring during the measurement. This feature is generally prevented to other investigation techniques, either for practical reasons or for their intrinsic limits. In this respect, σ (T) results a powerful and straightforward tool to characterise the behaviour of dielectric layers.

یک روش اندازه گیری تغییر شکل سه بعدی جدید در میکروسکوپ نوری برای آزمایش بالج میکرومقیاس

A novel 3D deformation measurement method under optical microscope for micro-scale bulge-test

چکیده

1. مقدمه

2. پیش زمینه نظری

2.1 اصول اساسی

2.2 آنالیز دقت

3. توصیف روش

3.1 روش سنجش سه بعدی برای آزمون بالج

3.2 دستگاه

3.3 آماده سازی نمونه

3.4 آزمایش آزمون بالج

4. نتایج و بحث

5. نتیجه گیری

چکیده

در این مقاله، روش سنجش تغییرشکل سه بعدی میکرومقیاس در ترکیب با میکروسکوپ نوری پیشنهاد می‌شود. این روش مبتنی بر گریتینگ (توری) و الگوریتم تغییر فاز است. میدان تغییرشکل سه بعدی نمونه را می‌توان از فازهای الگوهای گریتینگ با ثبت تصاویر گریتینگِ قبل و بعد از تغییرشکل از دو زاویه متقارن و محاسبه فازهای الگوهای گریتینگ، استخراج کرد. روش پیشنهادی در آزمون بالج با مقیاس میکرو به کار رفت. دستگاه آزمون بالج با اتصال حرارتی/مکانیکی میکرومقیاس همراه با میکروسکوپ با عمق زیاد استفاده شد. با استفاده از گریتینگ های ساخته شده در فیلم، مورفولوژی تغییرشکل یافته فیلم بالج شده با اطمینان اندازه-گیری شد. نتایج آزمایشی نشان می‌دهند که روش پیشنهادی و دستگاه آزمون بالج به کار رفته را می‌توان با موفقیت برای مشخص کردن ویژگی های حرارتی/مکانیکی فیلم ها میکرومقیاس استفاده کرد. 

1- مقدمه 

با افزایش کاربرد فیلم های نازک در بیشتر بخشها، مشخص کردن ویژگی مکانیکی فیلم های نازک ضروری است. روش های کاربردی عادی، مانند روش انحنای ویفر مبتنی بر فرمول استونی و روش نانو فروروی، برای مشخص کردن ویژگی های مکانیکی فیلم های نازک به کار رفته اند. اگرچه اجرای روش انحنای ویفر ساده است و برای سنجش تنش باقیمانده فیلم ها به کار می‌رود، ولی استخراج سایر ویژگی های فیلم سخت است. آزمون نانو فروروی را می‌توان برای مشخص کردن ویژگی های الاستیک-پلاستیک فیلم به کار برد، ولی اثرات زیرلایه ها را نمی‌توان حذف کرد. بنابراین این روشها، محدودیت هایی برای مشخص کردن ویژگی های مکانیکی فیلم های نازک دارند. 

برای مشخص کردن ویژگی های مکانیکی فیلم های خودایستا، آزمون کشش میکروسکوپی و آزمون بالج ایجاد شدند. آزمون کشش میکروسکوپی می‌تواند ویژگی های درونی فیلم ها را به صورت مستقیم و رفتارهای ساختاری را با افزایش بار کاربردی، اندازه گیری کند. 

5- نتیجه گیری 

روش سنجش تغییرشکل سه بعدی میکرومقیاس مبتنی بر گریتینگ ها و میکروسکوپ نوری پیشنهاد شد و در آزمون بالج به کار رفت تا ویژگی های مکانیکی فیلم های نازک مشخص شود. دستگاه آزمون بالج میکرومقیاس به کار رفت. محیط اتصال حرارتی/مکانیکی در این دستگاه آزمون بالج استفاده شد. 

منبع خطا و دقت سنجش روش پیشنهادی، آنالیز و برآورد می‌شود. دقت جابه جایی خارج از صفحه برای آزمایش انجام شده در این مقاله با روش پیشنهادی، μm0.18 است. نتیجه گیری شد که دقت این روش وابسته به فرکانس گریتینگ است. این یعنی دقت سنجش با افزایش فرکانس گریتینگ در میدان تغییرشکل یکسان، افزایش می‌یابد. 

با روش سنجش تغییرشکل سه بعدی پیشنهادی، انحراف بالج غشا به دست آمد. در ترکیب با نظریه آزمون بالج، ویژگی مکانیکی فیلم ارزیابی شد. فیلم های پلی ایمید در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد) و 150 درجه سانتیگراد آزمایش شد. نتایج آزمایشی نشان داد که ضرایب الاستیک فیلم های پلی ایمید در 150 درجه سانتیگراد در مقایسه با دمای اتاق، 27 درصد کاهش یافت. 

نتایج آزمایشی نشان داد که روش پیشنهادی برای سنجش انحراف بالج میکرومقیاس مناسب است. توصیه می‌شود که این روش در سنجش تغییرشکل سه بعدی میکرومقیاس در سایر زمینه ها نیز امیدوارکننده باشد. 

Abstract

A micro-scale 3D deformation measurement method combined with optical microscope is proposed in this paper. The method is based on gratings and phase shifting algorithm. By recording the grating images before and after deformation from two symmetrical angles and calculating the phases of the grating patterns, the 3D deformation field of the specimen can be extracted from the phases of the grating patterns. The proposed method was applied to the micro-scale bulge test. A micro-scale thermal/mechanical coupling bulge-test apparatus matched with the super-depth microscope was exploited. With the gratings fabricated onto the film, the deformed morphology of the bulged film was measured reliably. The experimental results show that the proposed method and the exploited bulge-test apparatus can be used to characterize the thermal/mechanical properties of the films at micro-scale successfully.

1- Introduction

With increasing applications of thin films in many areas [1–4], the mechanical property characterization of thin films is crucial. Conventional applied methods, such as the wafer curvature method based on the Stoney’s formula and the nano-indentation method [5,6], have been applied to characterize the mechanical properties of the thin films. Although the wafer curvature method is easy to implement and applied to measure the residual stress of the films, it’s hard to extract other properties of the films. The nano-indentation test can be used to characterize the elastic-plastic properties of the film, but influences of substrates can’t be eliminated. So the above mentioned methods have limitations for the mechanical properties characterization of thin films.

To characterize the mechanical properties of free-standing films, micro-tensile test and bulge-test were developed. The micro-tensile test can measure the intrinsic properties of the films directly and constitutive behaviors with the increasing load applied [7].

5-Conclusions

A micro-scale 3D deformation measurement method based on gratings and the optical microscope is proposed and applied to the bulge-test to characterize the mechanical properties of the thin films. A microscale bulge-test apparatus was exploited. Thermal/mechanical coupling circumstance was incorporated in this bulge-test apparatus.

The error source and measurement accuracy of the proposed method is analyzed and estimated. The out-of-plane displacement accuracy is about 0.18 μm for the experiment conducted in this paper by the proposed method. It has been concluded that the accuracy of this method primarily depends on the grating frequency. It means the measurement accuracy increases with the increase of the grating frequency at the same deformation field.

With the proposed 3D deformation measurement method, the membrane bulge deflection was obtained. Combined with the bulge-test theory, the mechanical property of the film was evaluated. The polyimide films were tested at room temperature (25 °C) and 150 °C respectively.

The experimental results indicate that the elastic modulus of the polyimide films was reduced 27% at 150 °C compared with that at room temperature. The experimental results indicate that the proposed method is feasible for the bulge deflection measurement at micro-scale. It is also suggested that the method is promising in micro-scale 3D deformation measurement in other fields.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک روش اندازه گیری تغییر شکل سه بعدی جدید در میکروسکوپ نوری برای آزمایش بالج میکرومقیاس

A novel 3D deformation measurement method under optical microscope for micro-scale bulge-test

اثرات افزودنی های جدید پلیمری کاهنده انقباض روی تغییر شکل خود به خودی خمیرهای سیمان

Effects of novel polymer-type shrinkage-reducing admixture on early age autogenous deformation of cement pastes

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر افزودنی نوین پلیمری کاهنده انقباض روی تغییر شکل خود به خودی خمیرهای سیمان

Effects of novel polymer-type shrinkage-reducing admixture on early age autogenous deformation of cement pastes

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تقویت آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeNiMn با پخش اکسید

Oxide dispersion strengthened CoCrFeNiMn highentropy alloy

چکیده

1- مقدمه

2- روش های تجربی

3- نتایج و بحث

4- نتیجه گیری

چکیده

آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeNiMn و نسخه تقویت شده آن، از طریق پخش نانو اکسیدهای ایتریای تهیه شده توسط آلیاژسازی مکانیکی فراهم شد. تصفیه دانه یک فاز آلیاژ FCC با حضور اکسید ها با استفاده از آنالیز های میکروساختاری، تا 50٪ تعیین شد. اثر مثبت پخش اکسید بر خواص استحکاماتی، به ترتیب برای درجه حرارت اتاق و درجه حرارت های بالا بین 30 تا 70 درصد بود. نرخ کرنش خزش برای آلیاژ تقویت شده در مقایسه با مقدار اولیه، به طور قابل توجهی پایین تر بود، به عنوان مثال، سه درجه برای فشار MPa30، از این رو، مکانیزم پینینگ بسیار موثر بود.

4- نتیجه گیری

به طور خلاصه امکان استفاده از آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeNiMn تک فاز FCC تقویت شده از طریق پخش نانو اکسید ایتریای تهیه شده توسط آلیاژسازی مکانیکی و پس از آن رسوب اکسیدها در محل، در این مطالعه تایید شده است. معرفی نانو اکسید ها به ریزساختارهای HEA، منجر به حضور مرزهای موثر دانه و تاثیرات پینینگ جابجایی شد. ODS HEA کاهش 50 درصدی سایز دانه ها را تا اندازه کمتر از 500 نانومتر نشان داد. استحکام کششی نهایی و مقاومت تسلیم ODS HEA، به مقدار 30% در دمای اتاق و حدود 70٪ در دمای 800 درجه سانتی گراد افزایش یافت. نرخ کرنش خزش برای ODS HEA در مقایسه با HEAهای غیر ODS به طور قابل توجهی پایین تر بود (به عنوان مثال، سه درجه کمتر در سطح تنش MPa30).

Abstract

The CoCrFeNiMn high entropy alloy and its strengthened version by in-situ formed dispersion of yttria nano-oxides prepared via mechanical alloying were investigated. The grain refinement of the one phase FCC alloy by presence of oxides was determined by microstructural analyses to be 50%. The positive effect of oxide dispersion on the strength properties was found to be between 30% and 70% for room and elevated temperatures, respectively. The resulting creep strain rates for the strengthened alloy were significantly lower, i.e., three orders for 30 MPa stress level, comparing the initial one, therefore, the pining mechanism was among others very effective.

4- Conclusion

In summary, the feasibility of the yttria nano-oxide dispersion strengthened one phase FCC CoCrFeNiMn high entropy alloy preparation by the mechanical alloying followed by in-situ oxides precipitation was confirmed in this study. The introduction of nano-oxides in to the HEA microstructure resulted in the presence of effective grain boundary and dislocation pinning effects. The ODS HEA exhibited 50% grain size reduction to the size under 500 nm. The ultimate tensile strength and the yield strength of the ODS HEA increased of 30% at room temperature and of about 70% at 800°C. The creep strain rates for the ODS HEA were significantly lower, i.e., three orders lower for 30MPa stress level, compared with the nonODS HEA.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تقویت آلیاژ آنتروپی بالای CoCrFeNiMn با پخش اکسید

Oxide dispersion strengthened CoCrFeNiMn highentropy alloy

تاثیرات نرخ گرمایشی و تقویت کننده فلزی روی ریز ساختار و خواص مکانیکی گرادیان نفوذ در خود مواد ابزار کامپوزیتی سرمتی

Effects of heating rate and metal binder on the microstructure and mechanical properties of self-diffusion gradient cermet composite tool materials

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیرات نرخ گرمایشی و تقویت کننده فلزی روی ریز ساختار و خواص مکانیکی گرادیان نفوذ در خود مواد ابزار کامپوزیتی سرمتی

Effects of heating rate and metal binder on the microstructure and mechanical properties of self-diffusion gradient cermet composite tool materials

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.