D4 Fraktographiemikroskopie

Thema

Dieses Modell analysiert die Bruchfläche eines Laminatversagens nach dessen Eintreten, um den dominanten Versagensmechanismus zu identifizieren. Da diese Analyse nach dem Versagen und nicht währenddessen erfolgt, spricht man von einer Post-mortem-Analyse. Sie wird mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) direkt an der Bruchfläche durchgeführt.

Die REM-Untersuchung der Bruchfläche identifiziert den dominanten Mechanismus des Laminatversagens: Herausziehen (die Faser wird aus der Matrix herausgezogen und hinterlässt einen Hohlraum), Ablösen (die Faser löst sich sauber von der Matrix, ohne zu brechen), Faserbruch (die Faser bricht und hinterlässt eine ebene Bruchfläche) oder Rissablenkung (der Riss verläuft um die Fasern herum, anstatt sie geradlinig zu durchdringen). Jeder dieser Mechanismen hinterlässt eine charakteristische Spur auf der Bruchfläche. Dadurch kann die REM allein durch die Betrachtung der Oberfläche den dominanten Mechanismus bestimmen. Wenn der dominante Mechanismus das Herausziehen ist, misst dieses Modell auch die mittlere Herausziehlänge auf der Bruchfläche: die Länge der Faser, die freiliegt und aus der Matrix herausgezogen wird, bevor die Faser bricht, anstatt weiter herauszugleiten. Die Tatsache, dass diese gemessene mittlere Herausziehlänge mit der theoretischen kritischen Faserlänge übereinstimmt – der Länge, unterhalb derer eine Faser herausgezogen wird, anstatt zu brechen, die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe, dem Modell, das die Faser-Matrix-Grenzfläche beschreibt, ermittelt wurde – bestätigt diese theoretische kritische Länge experimentell. Die Tatsache, dass die beiden Längen deutlich voneinander abweichen, bedeutet, dass das andere Modell überarbeitet werden muss.

Die stereologische Zählung hingegen bestimmt, welcher Anteil der gesamten Bruchfläche jedem dieser Mechanismen entspricht: Durch Überlagerung eines Rasters auf die Bruchfläche und Zählen an jedem Punkt dieses Rasters, welcher Mechanismus ihm entspricht, wird der Anteil der Bruchfläche ermittelt, der auf Herausziehen, Ablösen, Faserbruch und Rissablenkung zurückzuführen ist. Da jeder Punkt auf diesem Raster entsprechend dem ihm zugeordneten Mechanismus gezählt wird, ergibt die Summe dieser Zählungen direkt den Anteil der Bruchfläche für jeden Modus. Dieses Modell verwendet für diese Zählung dieselbe stereologische Zählmethode, die bereits für denselben Zweck im entsprechenden Modell für Metalle eingesetzt wurde.

Daher dienen die Ergebnisse dieses Modells, zusammen mit der fraktografischen Analyse, mit der es erstellt wurde, als Kontrollprüfung für zwei weitere Modelle dieser Gruppe: Die gemessene mittlere Auszugslänge im Vergleich zur theoretischen kritischen Länge verifiziert das Modell, das die Grenzfläche zwischen Faser und Matrix beschreibt, und der durch jeden Mechanismus gebrochene Flächenanteil, der die stereologische Zählung bestimmt, verifiziert das Modell, das die Zähigkeitsmechanismen des Laminats beschreibt.

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