在過去的幾十年里，X射線檢查技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。自20世紀(jì)70年代問世以來，x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT掃描）已經(jīng)徹底改變了醫(yī)學(xué)診斷實(shí)踐。在20世紀(jì)80年代，我們看到了微焦點(diǎn)x射線技術(shù)的引入，這對(duì)工業(yè)和科學(xué)界的無損檢測(cè)產(chǎn)生了重大影響。然而，直到新千年，x射線檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算能力的改進(jìn)才使微焦點(diǎn)x射線CT掃描成為商業(yè)上可行的。
使用微焦點(diǎn)CT掃描，可以以令人難以置信的高分辨率捕獲數(shù)據(jù)，有時(shí)甚至可以達(dá)到亞微米級(jí)別。這使得CT掃描成為材料研究中非常有價(jià)值的工具，特別是在分析復(fù)合材料及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)。原始掃描數(shù)據(jù)通常是幾GB（20 GB以上），可以以3D形式呈現(xiàn)，甚至可以進(jìn)行數(shù)值分析。下圖顯示了以大約4微米分辨率拍攝的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一小部分的3D渲染圖。
在這個(gè)特殊的樣品中，一個(gè)小的復(fù)合材料塊、x射線和成像設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化，以增強(qiáng)碳纖維和環(huán)氧樹脂之間的對(duì)比度。這使我們能夠虛擬地分割和去除樹脂材料，以暴露纖維結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)在評(píng)估材料和不同制造工藝的結(jié)構(gòu)性能方面非常有價(jià)值?，F(xiàn)在甚至有商業(yè)上可用的軟件工具可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的纖維一致性和取向進(jìn)行數(shù)值評(píng)估。
X射線CT掃描是一種非常通用的過程，可以在許多不同的材料上進(jìn)行，甚至可以在制造過程的不同階段進(jìn)行。上面的圖像顯示了尚未完全固化的預(yù)浸復(fù)合材料的高分辨率CT掃描。在左側(cè)的圖像（單個(gè)橫截面）中，較亮的區(qū)域是未固化的樹脂材料，內(nèi)部可以看到小的開口和空隙。這些數(shù)據(jù)也可以進(jìn)行數(shù)值分析，以提供更多的數(shù)據(jù)，包括局部和更大范圍內(nèi)的纖維體積分?jǐn)?shù)。
即使在更“宏觀”的尺度上，微型CT也可以成為結(jié)構(gòu)和失效分析中非常強(qiáng)大的工具?？紫抖群捅》謱拥刃∪毕菘梢杂酶叻直媛蕡D像可視化。即使在最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，也可以發(fā)現(xiàn)并容易地識(shí)別失效模式。上圖顯示了在機(jī)械負(fù)載測(cè)試期間發(fā)生故障的高負(fù)載軸承結(jié)構(gòu)的橫截面圖像，可以在不使用任何可能損害樣本和數(shù)據(jù)的破壞性技術(shù)的情況下研究失效的起源和完整程度。
x射線CT掃描在復(fù)合材料中有許多應(yīng)用，而且還在迅速增長(zhǎng)。事實(shí)證明，這種類型的測(cè)試在識(shí)別以前未被發(fā)現(xiàn)的損傷和失效模式方面非常有益，而且還可以避免通常耗時(shí)的破壞性分析。
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