聚合物与复合材料表面粗糙度测试方法的比较分析 - 综述

题目聚合物与复合材料表面粗糙度测试方法的比较分析 - 综述作者 Dimas Eko Prasetyo机构 布拉维贾亚大学机械工程系玛琅摘要复合材料的发展可以与材料测试相结合以获得复合材料的性能如强度、硬度、磨损和表面粗糙度。聚合物材料和复合材料的表面粗糙度可以通过多种方式进行测试范围从触觉法轮廓测量、变焦法面积测量、条纹投影面积测量、共聚焦激光扫描显微镜面积测量以及其他几种方法。本文将比较不同的粗糙度测试方法以找出最合适的方法来获得混合复合材料和陶瓷复合材料试样的粗糙度。本研究使用的方法是文献综述。对于混合复合材料由于表面硬度较低使用触觉法不太合适。此外混合复合材料比陶瓷复合材料具有更大的孔隙率值。这导致混合复合材料比陶瓷复合材料更粗糙。因此对于孔隙率较大的材料使用显微镜设备如条纹投影面积测量和共聚焦激光扫描显微镜面积测量进行粗糙度测量将非常合适。关键词 混合复合材料陶瓷复合材料表面粗糙度引言当前材料技术的发展非常迅速。许多关于材料的研究尤其是聚合物和复合材料目前正在广泛开发中。鉴于复合材料在其应用中确实具有良好的潜力涵盖航空、汽车、船舶、铁路和建筑施工等领域。评估材料性能的方法之一是进行材料测试。可以测试材料的强度、硬度、磨损和表面粗糙度。表面粗糙度对材料来说是非常重要的一个方面。这是因为未来将用作部件的材料必须具有特定的粗糙度值以便与其部件的功能相匹配。聚合物和复合材料的表面粗糙度可以通过多种方式测试包括触觉法轮廓测量、变焦法面积测量、条纹投影面积测量、共聚焦激光扫描显微镜面积测量以及其他几种方法。触觉法是最简单的表面粗糙度测量方法并且在工业中经常使用 [1]。在这种方法中一个特殊形状的针尖触针将在材料表面划过并显示表面粗糙度值。该方法的表面粗糙度值可以使用公式1计算 [1]。触觉法轮廓测量系统的示意图可见图2。使用触觉法轮廓测量得到的表面粗糙度图像可见图3。使用触觉法轮廓测量得到的压痕结果图像可见图4。R_a \frac{1}{l} \int_{0}^{l} |z(x)| dx \quad (1)Ral1∫0l∣z(x)∣dx(1)其中R_aRa 算术平均粗糙度ll 长度zz 高度xx 测量位置图 2. 触觉法轮廓测量系统示意图 [1]图 3. 触觉法轮廓测量的SEM图像 [1]图 4. 触觉法轮廓测量压痕结果的SEM图像 [1]变焦法面积测量 是一种基于光学和面积的轴向扫描测量技术 [1]。基于其高垂直分辨率它常用于确定形状和粗糙度参数。变焦法面积测量系统的示意图可见图5。图 5. 变焦法示意图 [1]条纹投影技术 是一种基于结构光的技术属于面积测量程序范畴。这种测量方法基于等距、平行排列的光图案投影到表面上。条纹投影技术系统的示意图可见图6。图 6. 使用条纹投影系统的三角测量法示意图 [1]在共聚焦激光扫描显微镜中激光束通过一个二向色镜导向物镜。然后物镜将激光束聚焦到放置试样的焦平面。反射光由物镜收集通过二向色镜传输并由凸透镜聚焦。共聚焦激光扫描显微镜系统的示意图可见图6。图 6. 共聚焦激光扫描显微镜示意图 [1] (注原文此处图号重复应为图7或调整)研究方法使用的研究方法是综述法即基于现有期刊进行文献研究。本研究侧重于比较复合材料表面粗糙度的测量方法并特别讨论混合复合材料。将要比较的方法可见表1。用于比较的表面粗糙度测量的材料特性可见表2 [2]。混合复合材料的SEM图像可见图7。研究流程图可见图7。(注原文此处图7指代不明)表1. 表面粗糙度测量方法序号方法使用的设备1触觉法轮廓测量触觉设备以及SEM2变焦法面积测量变焦设备如Alicona以及显微镜3条纹投影技术条纹投影技术设备4共聚焦激光扫描显微镜法激光扫描显微镜表2. 混合复合材料和陶瓷复合材料的特性材料复合类型7wt.% SiC, 3wt.% 石墨 (混合)10wt.% SiC (陶瓷)维氏硬度 (HV)219235理论密度 (gr/cm³)2.7912.837实验密度 (gr/cm³)2.7842.832孔隙率 (%)0.240.18图 7. 共聚焦激光扫描显微镜示意图 [1] (注原文此部分结尾再次出现此图标题和期刊信息疑似排版错误)结果与讨论复合材料是通过非均匀混合两种或多种组成材料而形成的一种材料其组成材料的力学性能各不相同 [3]。通过这种混合将产生具有不同于其组成材料的力学性能和特性的复合材料。混合复合材料的维氏硬度值为 219 HV [2]小于陶瓷复合材料的维氏硬度值 235 HV [2]。从以上比较来看混合复合材料的表面硬度较低在测量中使用触觉法不太合适。这是因为在触觉法中测试试样会用特殊的针尖进行划擦这极有可能对测试试样造成损坏。此外混合复合材料的孔隙率值更大为 0.24% [2]而陶瓷复合材料的孔隙率值为 0.18% [2]。这导致混合复合材料比陶瓷复合材料更粗糙。因此对于孔隙率较大的材料使用显微镜进行粗糙度测量将非常合适。将要比较的方法可见表3。表3. 表面粗糙度测量方法的比较序号方法优点缺点1触觉法轮廓测量测试时间更高效轻微损坏试样表面由于划擦2变焦法面积测量不影响试样与试样无接触需要亚微米级的粗糙度3条纹投影技术不影响试样与试样无接触聚合物转换器上会发生误差4共聚焦激光扫描显微镜法不影响试样与试样无接触数据量大昂贵结论混合复合材料的维氏硬度值为 219 HV小于陶瓷复合材料的维氏硬度值 235 HV。混合复合材料具有较低的表面硬度在测量中使用触觉法不太合适。混合复合材料的孔隙率值更大为 0.24%而陶瓷复合材料的孔隙率值为 0.18%。混合复合材料非常适合使用显微镜进行粗糙度测量。参考文献[1] Launhardt, et al, 2016, 53, Detecting surface roughness on SLS parts with various measuring techniques, 德国.[2] Kumar, 2015,Study on surface roughness measurement for turning of Al 7075/10/SiCp and Al 7075 hybrid composites by using response surface methodology (RSM) and artificial neural networking (ANN), 印度.[3] Ashby Michael F., 2005, Materials selection in mechanical design, 第3版, Pergamon Press, 牛津.本回答由 AI 生成内容仅供参考请仔细甄别。