Norma „ASTM C1326 Standardowa metoda badania twardości ceramiki zaawansowanej metodą Knoopa”, opracowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM), opisuje metodę badania służącą do określania twardości ceramiki zaawansowanej metodą Knoopa. W tej metodzie badania spiczasty, rombowy, piramidalny wgłębnik diamentowy o określonym kształcie jest dociskany do powierzchni ceramiki z określoną siłą, aby utworzyć stosunkowo niewielkie, trwałe wgłębienie. Rzut powierzchniowy długiej przekątnej trwałego wgłębienia mierzy się za pomocą mikroskopu świetlnego. Długość długiej przekątnej i przyłożona siła służą do obliczenia twardości Knoopa, która reprezentuje opór materiału na penetrację wgłębnikiem Knoopa.
W przypadku ceramiki zaawansowanej do tworzenia wgłębień wykorzystuje się twardość Knoopa. Rzut powierzchni na długą przekątną mierzy się za pomocą mikroskopów optycznych. Twardość Knoopa jest jedną z wielu właściwości wykorzystywanych do charakteryzowania ceramiki zaawansowanej. Podejmowano próby powiązania twardości Knoopa z innymi skalami twardości, ale nie istnieją powszechnie akceptowane metody. Zakres takich przeliczeń jest ograniczony i należy je stosować ostrożnie, z wyjątkiem szczególnych przypadków, w których testy porównawcze stanowią wiarygodną podstawę do przeliczenia.
W przypadku zaawansowanej ceramiki wgłębnik Knoopa jest zazwyczaj preferowany w porównaniu z wgłębnikiem Vickersa, ponieważ przekątna wgłębnika Knoopa jest 2,8 razy dłuższa niż przekątna Vickersa przy tej samej sile, co znacznie zmniejsza ryzyko pękania. Z drugiej strony, długa, cienka końcówka wgłębnika Knoopa jest trudniejsza do precyzyjnego rozróżnienia, szczególnie w materiałach o niskim kontraście. Siły wciskania dobrane w tej metodzie badawczej są zaprojektowane tak, aby uzyskać wgłębienia wystarczająco duże, aby były możliwe do wykonania za pomocą konwencjonalnego sprzętu do pomiaru mikrotwardości, ale jednocześnie wystarczająco duże, aby nie powodowały pęknięć.
Odciski Knoopa są płytsze niż odciski Vickersa wykonane przy tej samej sile. Odciski Knoopa mogą być przydatne do oceny twardości powłoki.
Twardość Knoopa oblicza się, dzieląc przyłożoną siłę przez powierzchnię rzutowaną na powierzchnię próbki. Zakłada się, że sprężystość sprężysta wąskiej przekątnej jest pomijalna. Do pomiaru twardości stosuje się również wgłębniki Vickersa, ale twardość Vickersa oblicza się na podstawie stosunku przyłożonej siły do powierzchni styku czterech powierzchni nieodkształconego wgłębnika.
Pełna charakterystyka twardości obejmuje pomiary w szerokim zakresie sił wciskania. Twardość ceramiki w skali Knoopa generalnie maleje wraz ze wzrostem wielkości wcisku lub siły wciskania, co ilustruje rysunek podany w normie. Tendencja ta jest znana jako efekt wielkości wcisku. Twardość zbliża się do plateau stałej twardości przy wystarczająco dużych wielkościach wcisku lub siłach (obciążeniach). Siły testowe wymagane do uzyskania stałej twardości różnią się w zależności od ceramiki. Siły testowe określone w niniejszej normie mają być wystarczająco duże, aby twardość była bliska lub wyższa od plateau, ale nie na tyle duże, aby powodować nadmierne pękanie. Zaleca się kompleksową charakterystykę efektu wielkości wcisku, ale wykracza ona poza zakres niniejszej metody badawczej, która mierzy twardość przy pojedynczej określonej sile.
Metoda badania twardości metodą Knoopa zaawansowanej ceramiki określa twardość metodą Knoopa zaawansowanej ceramiki, w tym materiałów takich jak tlenek glinu, cyrkon i węglik krzemu, przy niskich obciążeniach, zwykle wynoszących od 10 do 1000 gramów-siła (gf).
Do testowania tego typu materiałów stosuje się następujące mikrotwardościomierze Knoopa:
Próbki do badań powinny być gładkie, płaskie i starannie wypolerowane, aby zminimalizować wpływ chropowatości powierzchni. Ponadto próbki powinny być wystarczająco grube i sztywne, aby zapobiec ich odkształceniom podczas badania.
Na początku testu powierzchnia próbki musi być czysta i gładko wypolerowana (zwykle pastą diamentową o ziarnistości 1 µm lub drobniejszą). Próbka jest pewnie umieszczona na stole. Dobiera się odpowiednie obciążenie testowe do odcisku (zwykle 100 gf lub 500 gf dla ceramiki). Obciążenie jest przykładane na standardowy czas przebywania, zazwyczaj 15 sekund. Odcisk jest opuszczany do próbki z wybranym obciążeniem i czasem przebywania. Odcisk jest ostrożnie wycofywany, aby zapobiec pęknięciom. Długa przekątna odcisku jest mierzona pod mikroskopem (krótka przekątna jest pomijana w Knoopie). Wykonuje się co najmniej pięć pomiarów na próbkę, aby zapewnić powtarzalność. Obliczenia wykonuje się za pomocą wzoru podanego w normie.
Raport zawiera dane dotyczące obciążenia testowego i czasu przebywania, liczby nacięć i średniej wartości twardości Knoopa, odchylenia standardowego lub zakresu, rodzaju nacięcia i informacji o kalibracji, a także wszelkich widocznych wad powierzchni, pęknięć lub anomalii.
Twardość Knoopa jest anizotropowa; orientacja struktury krystalicznej może wpływać na wyniki. Unikaj umieszczania karbów zbyt blisko krawędzi lub zbyt blisko siebie. W kruchej ceramice mogą wystąpić pęknięcia, a wgłębienia po pęknięciach nie powinny być uwzględniane w średnich wartościach.
Metoda Knoopa jest preferowana w przypadku zaawansowanej ceramiki z następujących powodów:
Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia w dziedzinie nauki i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście oferujemy również usługi testowe zgodne z normą ASTM C1326 dotyczącą metody pomiaru twardości ceramiki zaawansowanej metodą Knoopa.
Możesz poprosić nas o wypełnienie formularza, aby umówić się na spotkanie, uzyskać bardziej szczegółowe informacje lub poprosić o ocenę.
