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X射线计算机断层扫描在复合材料测试领域的应用

嘉峪检测网        2023-11-20 08:19

在过去的几十年里,X射线检查技术取得了长足的进步。自20世纪70年代问世以来,x射线计算机断层扫描(CT扫描)已经彻底改变了医学诊断实践。在20世纪80年代,我们看到了微焦点x射线技术的引入,这对工业和科学界的无损检测产生了重大影响。然而,直到新千年,x射线检测技术和计算能力的改进才使微焦点x射线CT扫描成为商业上可行的。
使用微焦点CT扫描,可以以令人难以置信的高分辨率捕获数据,有时甚至可以达到亚微米级别。这使得CT扫描成为材料研究中非常有价值的工具,特别是在分析复合材料及其内部结构时。原始扫描数据通常是几GB(20 GB以上),可以以3D形式呈现,甚至可以进行数值分析。下图显示了以大约4微米分辨率拍摄的碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构的一小部分的3D渲染图。
在这个特殊的样品中,一个小的复合材料块、x射线和成像设置进行了优化,以增强碳纤维和环氧树脂之间的对比度。这使我们能够虚拟地分割和去除树脂材料,以暴露纤维结构。这些数据在评估材料和不同制造工艺的结构性能方面非常有价值。现在甚至有商业上可用的软件工具可以对整个结构的纤维一致性和取向进行数值评估。
 
X射线CT扫描是一种非常通用的过程,可以在许多不同的材料上进行,甚至可以在制造过程的不同阶段进行。上面的图像显示了尚未完全固化的预浸复合材料的高分辨率CT扫描。在左侧的图像(单个横截面)中,较亮的区域是未固化的树脂材料,内部可以看到小的开口和空隙。这些数据也可以进行数值分析,以提供更多的数据,包括局部和更大范围内的纤维体积分数。
 
 
即使在更“宏观”的尺度上,微型CT也可以成为结构和失效分析中非常强大的工具。孔隙度和薄分层等小缺陷可以用高分辨率图像可视化。即使在最复杂的结构中,也可以发现并容易地识别失效模式。上图显示了在机械负载测试期间发生故障的高负载轴承结构的横截面图像,可以在不使用任何可能损害样本和数据的破坏性技术的情况下研究失效的起源和完整程度。
 
x射线CT扫描在复合材料中有许多应用,而且还在迅速增长。事实证明,这种类型的测试在识别以前未被发现的损伤和失效模式方面非常有益,而且还可以避免通常耗时的破坏性分析。
 

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来源:碳纤维及其复合材料技术