Lotura-junturak huts egiten duenean, gure lehen urratsak normalean itsasgarri-indarra egokia den, gainazaleko tratamendua egokia den, inpregnazioa nahikoa den eta materialak zahartu ez diren ala ez ebaluatzea dakar.
Hala ere, benetako ingeniaritza aplikazioetan, zenbait hutsegite ez dira martxan jartzen soilik hasten; aitzitik, arrisku potentzialak daude dagoeneko itsasgarria guztiz ondu ondoren.
Arrisku potentzial hau hondar barne-tentsioaren presentzia da.
Ikusezina eta zaila da zuzenean neurtzea, baina ez da izaera mistikoa. Besterik gabe, itsasgarriak uzkurdura jasaten du ontze eta hoztean; inguruko substratuak bere deformazio askea mugatzen badu, uzkurtu ezin den zatia itsasgarri-geruzaren barneko hondar-esfortzua bihurtzen da.
Gaur, guztiok gidatuko zaituztet kontzeptu hau ondo ulertzen.
0 1 Zergatik ikasi?
Barne-estresaren arriskuak "energia-biltegiratzeko" izaera dute.
Ontzi ondoren, geruza itsasgarriak tentsio-energia elastikoen zati bat gordetzen du. Energia honek ondorengo interfaseen delaminazioaren, mikroarrailen hedapenaren eta deformazioaren deformazioaren azpiko indar eragile gisa balio du.
Hartu interfazearen delaminazioa eta delaminazioa adibide gisa: barneko tentsioak karga operatiboaren gainean pilatzen dira, eta, ondorioz, benetako interfazearen tentsioak diseinuko-kalkulatutako balorazio-balioa gainditzen du. Beste era batera esanda, itsasgarri-geruza zerbitzu formala hasi baino lehen ere, interfazeak gehiegizko aurre-tentsioa jasaten du.
Beste adibide bat zehaztasun-noraeza da, robotak, motorrak eta osagai optikoak bezalako doitasun-multzoetarako bereziki kaltegarria dena.
Nukleo magnetikoaren posizioak motorrean, osagai optikoen lerrokatzeak eta egitura-piezen neurriek epe luzeko -noraeza jasan dezakete barneko tentsioak pixkanaka askatzen direlako. Hasieran osagaiak muntatzean betetzen badira, baina ehunka orduko funtzionamenduaren ondoren desbideraketak erakusten badituzte, horrelako arazoak askotan barneko tentsioen presentziatik sortzen dira.
Gainera, nekearen bizitza murrizten da. Barne-esfortzuak epe luzeko-batez besteko tentsio-maila bat adierazten du, nekearen bizi-kurba kolektiboki jaisten duena. Tenperaturaren zikloaren, hezetasunaren eta bibrazioaren konbinazioak maiz produktuek hasierako probak gainditzen dituzten baina ekoizpen masiboan huts egiten duten egoerak ekartzen ditu.
Beraz, barne-tentsioa ez da bigarren mailako arazoa, lotura fidagarritasunerako oinarrizko baldintza baizik. Atxikimendua gerta daitekeen ala ez bakarrik zehazten du, baita lotura egonkorra zenbat denbora iraungo duen ere.
0 2 Non sortzen da barneko estresa?
Barne estresa ulertzeko, lehenik bere jatorria ulertu behar da.
Itsasgarriaren ontze garaian barneko tentsioa, funtsean, uzkurtzeko joera duten bi tentsio-motetatik sortzen da, baina benetan egin ezin dutenak.
Lehenengo kategoria uzkurdura sendatzea da, uzkurtze kimikoa bezala ere ezaguna.
Monomero likidoetan, molekulek kontaktua mantentzen dute van der Waals indarren bidez (interakzio ahulak). Ez dago lotura kimikorik bi molekulen atomoen artean; hurbil-hurbilean existitzen dira, gutxi gorabehera 0,3-0,4 nm-ko distantzia tipikoa (bi molekulen van der Waals erradioen batura adierazten duena).
Polimerizazio-erreakzioan, lotura kobalenteak sortzen dira monomeroen artean. C-C lotura bakar ohikoena adibide gisa hartuta, bere loturaren luzera 0,154 nm-koa da gutxi gorabehera. Horrek esan nahi du jatorrian 0,35 nm inguruko distantzia solte batez banandutako bi molekula orain indarrez elkartzen direla gutxi gorabehera 0,15 nm-ko luzera duen lotura kobalente baten bidez-molekula arteko distantzia erdia baino gehiago murrizten dela. (Irudia)
Maila makroskopikoan, halako bilioi bikote molekularren aldibereko uzkurdura bolumen murrizketa gisa agertzen da. Ondorio fisiko bat da, ezin baita guztiz saihestu inolako gehikuntza polimerizazio-erreakziotan.
Bigarren kategoria desegokitze termikoko tentsioa da.
Itsasgarri askok berotzea behar dute sendatzeko. Ontzi ondoren, tenperatura altutik giro-tenperaturara hozten direnean, itsasgarriaren eta substratuaren hedapen termikoko koefizienteak desberdinak dira.
Itsasgarriaren hedapen termikoaren koefizientea normalean metalak, imanak eta zeramika bezalako oinarrizko materialenak baino nabarmen handiagoa da. Hoztean, itsasgarriak gehiago uzkurtzeko joera du, baina oinarrizko materialak bere uzkurdura askea eragozten du, horrela itsasgarri-geruza murrizten eta hondar barne-esfortzua eraginez.
Hemen kontzepturik kritikoena gel puntua da.
Gel-puntua baino lehen, itsasgarriak arina izaten jarraitzen du eta isur daiteke. Etapa honetan, uzkurdura gertatu arren, materialak deformazio hori xahutu dezake fluxuaren, berrantolaketaren eta betetzearen bidez, eta, horrela, barneko tentsioaren metaketa minimizatuz.
Gel-puntuaren ondoren, egoera aldatzen da. Hiru-dimentsioko sare bat sortzen hasten da itsasgarriaren barruan, eta materiala pixkanaka likidotik solidora igarotzen da. Fase honetan, itsasgarri-geruzak karga-jasateko ahalmena lortzen du eta ondorengo uzkurtze- eta deformazio-gertaerak "gogoratzen" hasten da.
Beste era batera esanda, gel-puntuaren ondoren gertatzen den uzkurduraren zatia barneko estresa sortzeko joera da.
Denborak aurrera egin ahala, materiala gehiago solidotzen da, eta bere Tg etengabe igotzen da. Tg-k egungo funtzionamendu-tenperatura gainditzen duenean, itsasgarri-geruza gomazko egoeratik beirazko egoerara igarotzen da.
Beira egoeran sartzean, itsasgarri-geruzaren modulua azkar handitzen da, kate-segmentuaren mugimendua zailduz; ondorioz, aurretik askatu zitekeen estresaren zati bat are zailagoa da askatzeko.
Beraz, barneko estresa honela uler daiteke:
Gel-puntuaren aurretik: uzkurdura gerta daiteke estresa erraz eragin gabe.
Gel-puntuaren ondoren: gel-geruza sare bat osatzen hasten da, eta ondorengo uzkurtzea ekiditen da.
Bitrikatzearen ondoren: materiala zurrun bihurtzen da, bere kate molekularrak inmobilizatuta, tentsioa askatzea zailduz.
Denok dakigunez:
Estresa=Modulua × Tentsioa
Azken barne-esfortzua ≈ modulu eraginkorra × (-gelifikazioaren osteko uzkurdura + desegokitze termiko deformazioa) − erlaxazio-askapena
Bero-desegokitze deformazioa honela uler daiteke:
Deformazio-desegokitze termikoa ≈ (itsasgarriaren hedapen termikoaren koefizientea - substratuaren hedapen termikoaren koefizientea) × tenperatura-diferentzia eraginkorra
Gel-puntuaren ondoren gertatzen den uzkurdura eta desegokitze termikoa bakarrik, etengabe handitzen den moduluarekin biderkatuta, prozesuan zehar erlaxazio bidez askatzen den zatia kenduta, azken barneko tentsio garbia osatzen dute.
Horregatik ere zaila da barneko estresa aztertzea: ez da bat-batean sortzen une bakarrean, baizik eta pixkanaka metatzen da ontze eta hozte prozesuetan. Prozesu honetan zehar, uzkurdurak, tenperaturak, moduluak eta materialak estresa askatzeko duen gaitasunak etengabeko aldaketak izaten dituzte.
03 Nola karakterizatu: Lehenik eta behin "emaitza" neurtu, gero "kausa".
Gaur egun oso ezaguna da barneko estresa ez dela bat-batean sortzen une bakarrean, baizik eta pixkanaka metatzen dela ontze eta hozte prozesuetan.
Hemen parametro guztiak etengabe aldatzen ari dira: uzkurdura-tasa, tenperatura, modulua eta baita materialak tentsioa askatzeko duen gaitasuna ere aldatzen dira.
Beraz, barne-tentsioaren karakterizazioa ezin da soilik balio numeriko bakar batean oinarritu; aldi berean bi galdera erantzun behar ditu:
Lehenik eta behin, zer tentsio edo deformazio kopuru geratzen da amaieran?
Bigarrenik, nola sortzen dira tentsio horiek ontze-prozesuan?
Proba metodoei dagokienez, orokorrean bi kategoriatan bana daitezke.
Kategoria batek tentsio edo deformazio emaitzen zuzeneko neurketa dakar, eta bestean, berriz, material berezko parametroak neurtzen ditu ereduak ezartzeko.
1. kategoria: tentsio edo deformazio emaitzen neurketa zuzena
Ikuspegi hau itsasgarria ondu ondoren egituran eragindako deformazioaren edo hondar-tentsioaren norainokoa zehazten du.
Metodorik klasikoena cantilever habea edo bimaterial habearen tolesketaren hurbilketa da. Itsasgarria metalezko xafla meheetan, siliziozko obleetan edo beste substratu-materialetan aplikatzen da; ontzean, itsasgarriaren uzkurdurak substratua tolestu egiten du. Kurbadura denbora errealean neurtuz eta Stoney-ren ekuazioaren antzeko metodo bat erabiliz, itsasgarri-geruzaren batez besteko tentsioa kalkula daiteke. Ikuspegi honek intuitiboa eta ondo-finkatuta izatearen abantailak eskaintzen ditu, eta ontze-denborarekin tentsioa nola aldatzen den adierazten duten kurbak bistaratzeko aukera ematen du.
Fiber Bragg grating (FBG) teknika ere badago. Gelaren geruza batean zuntz optikoak txertatuz, gelaren tentsioa denbora errealean neur daiteke. Metodo honek gelaren barne-egoeraren isla zehatzagoa eskaintzen du gainazaleko deformazio-neurketekin bakarrik alderatuta, kostu handiagoak eta eragiketa konplexutasun handiagoak dakartzan arren.
Sendu tentsioaren monitorizazioa laminatu konposatuetan banatutako sentsore optiko bat erabiliz (Irudiaren iturria)
Itsasgarri gardenetarako, fotoelastikotasun edo birerfringentzia metodoak ere erabil daitezke tentsioaren banaketa behatzeko, estresak-induzitutako birrefringentzia bidez.
Gainera, zulaketa, nukleoen laginketa, X-izpien difrakzioa (XRD), neutroien sakabanaketa eta Raman desplazamenduaren analisia bezalako metodoak ere erabil daitezke hondar-tentsioa edo zeharkako tentsioa neurtzeko baldintza zehatzetan.