Байланыстырушы қосылыс сәтсіз болғанда, біздің алғашқы қадамдарымыз әдетте жабысқақ беріктігінің сәйкестігін, бетті өңдеудің дұрыстығын, сіңдіру жеткілікті екенін және материалдардың ескірмегенін бағалауды қамтиды.
Дегенмен, нақты инженерлік қосымшаларда белгілі бір сәтсіздіктер тек іске қосу кезінде ғана басталмайды; керісінше, желім толығымен қатайғаннан кейін ықтимал қауіптер бар.
Бұл ықтимал қауіп қалдық ішкі кернеудің болуы болып табылады.
Бұл көрінбейтін және дәл өлшеу қиын, бірақ табиғатта мистикалық емес. Қарапайым тілмен айтқанда, желім қатаю және салқындату кезінде шөгуіне ұшырайды; егер қоршаған субстрат оның еркін деформациясын шектесе, шөгілмейтін бөлік жабысқақ қабат ішіндегі қалдық кернеуге айналады.
Бүгін мен барлығыңызға осы ұғымды толық түсінуге бағыттаймын.
0 1 Неліктен оны зерттеу керек?
Ішкі күйзелістің қауіптілігі «энергия-сақтау» сипатында.
Кептірілгеннен кейін жабысқақ қабат серпімді деформация энергиясының бір бөлігін сақтайды. Бұл энергия кейіннен фазааралық қабаттасудың, микрожарықтың таралуының және деформацияның деформациясының негізгі қозғаушы күші ретінде қызмет етеді.
Мысал ретінде интерфейстің деламиминациясын және деламиминациясын алайық: ішкі кернеулер операциялық жүктеменің үстіне жиналып, интерфейстің нақты кернеуі жобалық{0}}есептелген бағалау мәнінен әлдеқайда асып түседі. Басқаша айтқанда, желім қабаты ресми қызмет көрсетуді бастамас бұрын да интерфейс алдын ала шамадан тыс -кернеуге ұшырайды.
Тағы бір мысал - роботтар, қозғалтқыштар және оптикалық құрамдас бөліктер сияқты дәлдік жинақтарға ерекше зиян келтіретін дәлдік дрейфі.
Қозғалтқыштағы магниттік ядроның орны, оптикалық құрамдастардың туралануы және құрылымдық бөліктердің өлшемдері ішкі кернеулердің бірте-бірте босатылуына байланысты ұзақ-дрейфке ұшырауы мүмкін. Егер құрамдас бөліктер бастапқыда құрастыру кезінде сәйкес келсе, бірақ жүздеген сағат жұмыс істегеннен кейін ауытқулар байқалса, мұндай мәселелер көбінесе ішкі кернеулердің болуынан туындайды.
Сонымен қатар, шаршау мерзімі қысқарады. Ішкі стресс шаршау өмірінің қисығын бірге төмендететін ұзақ мерзімді орташа стресс деңгейін білдіреді. Температураның айналуының, ылғалдылықтың және дірілдің үйлесімі көбінесе өнімдер бастапқы сынақтан өтетін, бірақ жаппай өндіріс кезінде сәтсіздікке ұшырайтын жағдайларға әкеледі.
Демек, ішкі кернеу екінші мәселе емес, керісінше байланыстыру сенімділігінің негізгі алғышарты болып табылады. Ол тек адгезияның пайда болуын ғана емес, сонымен қатар байланыстың одан кейін қаншалықты тұрақты болатынын анықтайды.
0 2 Ішкі күйзеліс қайдан пайда болады?
Ішкі күйзелісті түсіну үшін алдымен оның шығу тегін түсіну керек.
Жабысқақ қатайту кезіндегі ішкі кернеу негізінен жиырылу үрдісін көрсететін, бірақ іс жүзінде мұны істей алмайтын штаммдардың екі түрінен туындайды.
Бірінші санатқа химиялық шөгу деп те аталатын шөгуді емдеу жатады.
Сұйық мономерлерде молекулалар ван-дер-Ваальс күштері (әлсіз әрекеттесу) арқылы байланыста болады. Екі молекуланың атомдары арасында химиялық байланыс жоқ; олар жай ғана жақын жерде болады, әдеттегі қашықтық шамамен 0,3–0,4 нм (бұл екі молекуланың ван-дер-Ваальс радиустарының қосындысын білдіреді).
Полимерлену реакциясы кезінде мономерлер арасында коваленттік байланыстар түзіледі. Мысал ретінде ең көп таралған C–C жалғыз байланысын алсақ, оның байланыс ұзындығы шамамен 0,154 нм. Бұл бастапқыда шамамен 0,35 нм бос қашықтықпен бөлінген екі молекула енді ұзындығы шамамен 0,15 нм- коваленттік байланыс арқылы күштеп біріктірілгенін білдіреді, нәтижесінде молекулааралық қашықтық екі еседен астам қысқарады. (сурет)
Макроскопиялық деңгейде мұндай молекулалық жұптардың триллиондарының бір мезгілде қысқаруы көлемнің азаюы ретінде көрінеді. Бұл кез келген қосымша полимерлеу реакциясында толығымен болдырмауға болмайтын физикалық салдар.
Екінші категория - термиялық сәйкессіздік кернеуі.
Көптеген желімдерді емдеу үшін қыздыру қажет. Кептіруден кейін, жоғары температурадан бөлме температурасына дейін салқындаған кезде, желім мен субстраттың термиялық кеңею коэффициенттері ерекшеленеді.
Желімнің термиялық кеңею коэффициенті әдетте металдар, магниттер және керамика сияқты негізгі материалдарға қарағанда айтарлықтай жоғары. Салқындату кезінде желім одан әрі жиырылады, бірақ негізгі материал оның еркін жиырылуына жол бермейді, осылайша жабысқақ қабатын тежейді және қалдық ішкі кернеуді тудырады.
Мұндағы ең маңызды ұғым - гель нүктесі.
Гель нүктесіне дейін желім сұйық болып қалады және ағып кетуі мүмкін. Бұл кезеңде, тіпті жиырылу орын алса да, материал ағын, қайта ұйымдастыру және толтыру арқылы мұндай деформацияны тарата алады, осылайша ішкі кернеудің жиналуын азайтады.
Гель нүктесінен кейін жағдай өзгереді. Үш өлшемді желі желімде қалыптаса бастайды және материал біртіндеп сұйық күйден қатты күйге ауысады. Бұл кезеңде жабысқақ қабат жүк көтеру қабілетіне- ие болып, кейінгі шөгу мен деформация оқиғаларын «есте сақтай» бастайды.
Басқаша айтқанда, гель нүктесінен кейін пайда болатын жиырылу бөлігі шынымен ішкі стрессті тудыруға бейім.
Уақыт өте келе материал одан әрі қатаяды және оның Tg үздіксіз көтеріледі. Tg ағымдағы жұмыс температурасынан асқанда, жабысқақ қабат резеңке күйден шыны тәрізді күйге ауысады.
Шыны күйіне енген кезде жабысқақ қабаттың модулі тез артып, тізбек сегментінің қозғалысын қиындатады; демек, бұрын босатылуы мүмкін стресстің бір бөлігін босату қиынырақ болады.
Демек, ішкі стрессті қарапайым түрде түсінуге болады:
Гель нүктесіне дейін: жиырылу стрессті тез тудырмай-ақ болуы мүмкін.
Гель нүктесінен кейін: гель қабаты желіні құра бастайды, ал кейінгі шөгуінің алдын алады.
Витрификациядан кейін: материал қатты болады, оның молекулалық тізбектері иммобилизацияланады, бұл кернеуді босатуды қиындатады.
Бәрімізге белгілі:
Кернеу=Модуль × Деформация
Соңғы ішкі кернеу ≈ тиімді модуль × (-гелизациядан кейінгі шөгу + термиялық сәйкессіздік деформациясы) − релаксациядан босату
Жылу сәйкессіздігінің деформациясын қарапайым түрде түсінуге болады:
Термиялық сәйкессіздік деформациясы ≈ (жабыстың термиялық кеңею коэффициенті − субстраттың термиялық кеңею коэффициенті) × тиімді температура айырмашылығы
Процесс кезінде релаксация арқылы босатылған бөлікті шегеріп, үздіксіз өсіп келе жатқан модульге көбейтілген гель нүктесінен кейін пайда болатын жиырылу және термиялық сәйкессіздік қана соңғы таза ішкі кернеуді құрайды.
Ішкі кернеуді зерттеу қиынның себебі де осы: ол бірден пайда болмайды, бірақ емдеу және салқындату процестері кезінде біртіндеп жиналады. Осы процесте шөгу, температура, модуль және материалдың кернеуді босату қабілеті үздіксіз өзгерістерге ұшырайды.
03 Сипаттама әдісі: Алдымен «нәтижені» өлшеңіз, содан кейін «себепті» өлшеңіз.
Қазіргі уақытта ішкі кернеу бірден пайда болмайтыны, қайта өңдеу және салқындату процестері кезінде бірте-бірте жинақталатыны кеңінен танылды.
Мұндағы әрбір параметр үнемі өзгеріп отырады: жиырылу жылдамдығы, температура, модуль, тіпті материалдың кернеуді босату қабілеті де өзгереді.
Сондықтан ішкі кернеудің сипаттамасы тек бір сандық мәнге сүйене алмайды; ол бір уақытта екі сұрақты шешуі керек:
Біріншіден, соңында қандай кернеу немесе деформация мөлшері қалады?
Екіншіден, қатаю процесінде бұл кернеулер қалай пайда болады?
Тестілеу әдістеріне келетін болсақ, оларды әдетте екі санатқа бөлуге болады.
Бір категория кернеу немесе деформация нәтижелерін тікелей өлшеуді қамтиды, ал екіншісі модельдерді құру үшін материалдық ішкі параметрлерді өлшейді.
1-санат: Кернеу немесе деформация нәтижелерін тікелей өлшеу
Бұл тәсіл желім қатқаннан кейін құрылымда туындаған деформацияның немесе қалдық кернеудің дәрежесін анықтауға бағытталған.
Ең классикалық әдіс - консольдық арқалық немесе биматериалды сәулені иілу тәсілі. Желім жұқа металл парақтарға, кремний пластинкаларына немесе басқа субстрат материалдарына қолданылады; емдеу кезінде жабысқақ шөгу субстраттың майысуын тудырады. Нақты уақытта қисықтықты өлшеу және Стони теңдеуіне ұқсас әдісті қолдану арқылы жабысқақ қабаттағы орташа кернеуді есептеуге болады. Бұл тәсіл интуитивті және жақсы орнатылған- артықшылықтарын ұсынады, бұл күйзеліс уақытына байланысты қалай өзгеретінін бейнелейтін қисықтарды визуализациялауға мүмкіндік береді.
Сондай-ақ талшықты Bragg торы (FBG) техникасы бар. Гель қабатының ішіне оптикалық талшықтарды енгізу арқылы гель ішіндегі штамм нақты уақытта өлшенуі мүмкін. Бұл әдіс тек беттік деформация өлшемдерімен салыстырғанда гельдің ішкі күйін дәлірек көрсетуді қамтамасыз етеді, дегенмен ол жоғары шығындарды және үлкен операциялық күрделілікті қажет етеді.
Бөлінген оптикалық сенсор арқылы композиттік ламинаттардың деформациясын бақылау (сурет көзі)
Мөлдір желім үшін фотосерпімділік немесе қос сыну әдістерін стресстен туындаған қос сыну-арқылы кернеудің таралуын бақылау үшін де қолдануға болады.
Бұған қоса, бұрғылау, керн сынамаларын алу, рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD), нейтрондардың шашырауы және Раман ығысуын талдау сияқты әдістер қалдық кернеуді немесе жанама деформацияны өлшеу үшін арнайы шарттарда да қолданылуы мүмкін.