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Relaxation of scratch-induced surface deformation in silicate glasses: Role of densification and shear flow in lateral indentation experiments
18.09.2018 12:00

Ähnlich wie bei normalen Eindrückungsstudien treten strukturelle Verdichtung und Scherfluß auch bei der seitlichen Verformung von Glasoberflächen durch Kratzen auf. Hier wenden wir eine instrumentierte Eindrückung mit tangentialer Verschiebung an, um das elastisch-plastische Regime der Kratzverformung an Silikat-, Borosilikat- und Natronkalksilikatgläsern zu untersuchen. Wir verwenden das Protokoll der Volumenwiederherstellungsanalyse durch Hochtemperaturglühen, um Schwankungen in der Geometrie und im Volumen der Kratzrille vor und nach der Freisetzung der durch Kratzer induzierten Verdichtung zu bestimmen. Während ein sehr ähnliches relatives Erholungsverhalten sowohl beim normalen Eindruck als auch beim Kratztest festgestellt wird, treten inhärente Unterschiede im absoluten Vorhandensein von Verformungsmodi über alle drei Glastypen auf. Insbesondere verursacht durch Scherdeformation an der Spitze der verwendeten Berkovich-Kratzspitze, tritt beim Kratzen bei normalen Belastungen, die etwa eine Größenordnung unter den Referenzversuchen der normalen Eindrückung liegen, ein ausgeprägter Materialstau auf. Dies führt zu einer Erhöhung des effektiven Reibungskoeffizienten und zu einer nicht trivialen Korrelation zwischen der Kratzhärte und der normalen Härte von Gläsern.

Publication:

Elham Moayedi, Shigeki Sawamura, Jana Hennig, Enrico Gnecco, Lothar Wondraczek: "Relaxation of scratch-induced surface deformation in silicate glasses: Role of densification and shear flow in lateral indentation experiments". Journal of Non-Crystalline Solids 500 (2018) 382.


Surface_Deformation-01

Typical AFM micrograph of a scratch groove as used for volume analysis

Surface_Deformation-02

AFM top-views and cross-profile scans (indicated in the AFM micrographs) of the residual imprints after Berkovich indentation, shown for silica.

Surface_Deformation-03

AFM top-views and cross-profile scans (positions indicated in the AFM micrographs) of the residual scratch grooves after Berkovich edge-forward scratching, shown for silica.

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