Características Mecánicas De Materiales

CARACTERÍSTICAS MECANICAS

La respuesta mecánica a nano escala de películas ES Ni idénticos en composición a las descritas en este trabajo, tanto depositado sobre sustratos planos y en forma de cilindros huecos, se ha publicado recientemente:

Una dureza H de 6,3 GPa se midió mediante nanoindentación en películas planas.

Endiduras de Microlattice dan nano pilares sólidos con diámetros que van desde 500 nm a 1.500 nm produjeron H = 7.8-8.1 GPa, mostrando una mínima dependencia de espesor de la película.

Estos resultados combinados indican una resistencia media de rendimiento,  H = 3 ¼ 2.5 GPa, más o menos independiente en el espesor de la pared. Nanoindentación en películas ED Ni (espesor entre 5 y 15 lm) depositado sobre sustratos planos proporcionan una dureza de 2,9 GPa. La correlación conocida rY = H / 3 se ha demostrado que sobreestimar el rendimiento general de las  fuerzas en níquel nanocristalino electrodepositad, con resultados más experimentales en el rY gama = H / 4-H / 3, a partir de que extraemos un límite elástico, renY ¼ 0:75? 0: 9 GPa.

Nanoindentación no es la técnica ideal para la extracción de módulo de Young de las películas de sub-micras de espesor, debido a un campo de esfuerzos muy desuniforme y la presencia de un fuerte efecto sustrato. Compresión uniaxial del hueco cilíndrico del Microlattice es de diámetros similares a los elementos de refuerzo considerado en este trabajo y espesores de 150 y 500 nm proporcionan una medición más precisa de EEN = 210 GPa.

El mismo valor se supone que es una buena estimación para películas electrodepositadas así bien, en buen orden de acuerdo con datos de lectura.

PROPIEDADES

Las eficiencias mecánicas del Microlattices níquel pueden ser ilustrado por módulo de compresión transversal trazado y fuerza (normalizada con las propiedades del metal base- Véase la Sección 3.1) como una función de la densidad relativa. Los datos experimentales para el módulo de Young (Fig. 13a) muestran una escala , en perfecto acuerdo con un modelo de espuma de metal [2], a través de toda la gama de relativa densidades. Moduli extrae de la carga y descarga segmentos de la curva tensión-deformación son extremadamente similares. A escalamiento tipo espuma para el módulo de topológicamente ordenada, materiales de red es en primera sorprendente, ya que el diseño de stretching- celosías dominados generalmente resulta en una escala lineal (y por tanto el rendimiento muy superior) [7,8]. La razón para el comportamiento observado es doble: (i) el enrejado bajo consideración no está dominado por estirar, debido a la falta de miembros de la armadura en el plano horizontal (el (x, y) del plano en[pic 1]

Fig. 2); (ii) la mayor parte de la deformación se concentra en el nodos, en lugar de ser distribuida a lo largo de los elementos de refuerzo.

Los dos fenómenos combinados son consistentes con el escalamiento observado. Un estudio posterior se dirigirá a los detalles cuantitativos. A pesar de  diferente comportamiento de la escala de Microlattices huecos en comparación con  dominados rejillas de macro escala, una característica notable emerge: la escala del módulo con la densidad relativa no cambia en el régimen ultra-ligero (densidad <0,1%).

 Dos características materiales que existen en densidades relativas por debajo del 1% (carbono espumas de nanotubos y aerogeles)  exhibición escalamientos.[pic 2]

 Por otra parte, no hay materiales celulares, además de sílice y aerogeles que  han sido reportados en densidades relativas por debajo del 0,1%.

 La implicación es que los microlattices de niquel que se describen en este trabajo son los materiales más rígidos con densidades por debajo de 10 mg .[pic 3]

La tendencia mostrada por la resistencia a compresión es más complejo (Fig. 13b). Más densas, microlattices ED (q ¼ 10%) acuerdo muy bien con los modelos de espuma de metal. (Si el menor con destino a la resistencia del material de base se utiliza (Sección 3.1), el comportamiento de los microlattices es ligeramente superior.) Una vez de nuevo, esto es consistente con un comportamiento de plasticidad dominada iniciado por flexión en los nodos. Microlattices de níquel a densidades de 0,1 a 1% de concentración de exposiciones que escala como : 8, todavía en acuerdo aceptable con espumas estocásticos de células abiertas (aunque con un factor de derribo, atribuido tentativamente a fracturas de los nodos y deformaciones concentradas alrededor los nodos). Para densidades inferiores a 1%, sin embargo, el escalado de fuerza para microlattices de níquel cambia drásticamente a  : 5.[pic 4][pic 5]

 La transición es perfectamente coherente con la dureza al cambiar en el modo de deformación representada en la Fig. 12b, claramente revelando que este cambio en la escala marca un cambio desde una plasticidad dominado el modo ð deformación q> 0: 1% Þ a un régimen caracterizado por pandeo elástico local y quebradizo fractura en el nodos ð q <0: 1% Þ. Las futuras evaluaciones proporcionar modelos mecanicistas para estos modos de deformación.

A pesar de los factores knock-down introducido por topológica efectos (la naturaleza dominada flexión de la Microrretícula y la localización de la deformación en los nodos), las densidades de los microlattices son superiores a las espumas de Ni disponibles comercialmente, son comparables en virtud de la base superior, la resistencia del material impartido por la microestructura nano-cristalina  de la película: como resultado, un ED densa Ni microlattice 8,4% tiene un límite elástico de compresión de 8,51 MPa, mientras que una espuma de níquel INCO de la misma densidad tiene una fuerza de 2,57 MPa.

Modificaciones en la topología de las microrretículas  y el diseño de nodos, informado por los estudios de optimización, podría mejorar aún más el beneficio: este tipo de estudios se están llevando acabo actualmente.

USOS

La división de ciencia de los materiales en la UCI está investigando las posibles aplicaciones del metal Microlattice en varios campos. Ellos están estudiando la forma en que puede ser utilizado en protección contra impactos, ingeniería aeroespacial, amortiguación acústica, e ingeniería automotriz. Un ejemplo de que esa luz y fuerte de metal podrían hacer un impacto inmediato es en la industria aeroespacial. De hecho, Boeing, como uno de las más grandes empresas de la industria aeroespacial, es uno de los patrocinadores del Microlattice en varios proyectos. Esto demuestra el papel crucial que este metal podría desempeñar en la industria aeroespacial.

...