原位CT作為一種先進的4D無損表征技術(shù),推動了包括材料科學(xué)與工程、地質(zhì)學(xué)、能源領(lǐng)域等在內(nèi)的多領(lǐng)域研究的發(fā)展。在本篇文章中,我們將深入介紹原位CT技術(shù)的分類。
01
什么是原位CT
原位CT,即原位CT成像試驗,是在試驗的過程中利用X射線斷層掃描對試樣進行原位觀測,獲得材料在加載溫度場、載荷等原位環(huán)境下的內(nèi)部三維圖像,從而將材料內(nèi)部的損傷演化過程三維可視化。
原位CT的結(jié)構(gòu)示意圖
02
實驗室光源和同步輻射
根據(jù)X射線源的不同,原位CT技術(shù)分為同步輻射X射線斷層掃描(SR-CT)和實驗室X射線斷層掃描(Lab-CT)。
2.1 同步輻射X射線斷層掃描(SR-CT)
同步輻射是具有從遠紅外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜,具有高強度、高準直、高極化、特性可精確控制等性能。雖然其成像質(zhì)量高,掃描速度快,但應(yīng)用于SR-CT的原位試驗裝置尺寸較大,無法實現(xiàn)短距離源物距離(SOD),也很難直接運用在實驗室設(shè)備中。
上海光源SSRF第三代
2.2 實驗室X射線斷層掃描(Lab-CT)
Lab-CT的X射線束是呈錐束白光。相較于SR-CT,應(yīng)用于Lab-CT中的原位裝置更加精巧簡便,能夠?qū)崿F(xiàn)更小的SOD,從而實現(xiàn)高分辨率,也可直接適配于SR-CT中。
極小的SOD
多功能原位臺XMF系列
03
準原位和時間分辨原位
根據(jù)原位CT試驗中對時間節(jié)奏處理方式的不同,原位CT試驗又分為準原位CT試驗和時間分辨原位CT試驗。
3.1 準原位CT
準原位CT,即在利用原位加載裝置進行試驗的過程中暫停實驗(不卸載),利用CT掃描進行成像后,再恢復(fù)試驗進程。
3.2 時間分辨原位CT
時間分辨原位CT則與中斷式相反,即不中斷試驗,在整個試驗過程中利用CT連續(xù)進行三維成像,提供更為流暢的觀察。
04
原位CT的優(yōu)質(zhì)解決方案
準原位CT試驗在過去常會引起關(guān)于產(chǎn)生“應(yīng)力松弛”現(xiàn)象的質(zhì)疑和討論,但目前已有多位學(xué)者通過試驗研究表明,準原位的和時間分辨原位所獲得的圖像基本一致[1],準原位觀測方式能夠在不同試驗階段獲取高分辨率圖像,是當前將材料內(nèi)部損傷演化過程三維可視化最為重要的應(yīng)用方式。
中斷和連續(xù)實驗期間記錄的兩種材料的拉伸曲線對比[1]
與此同時,隨著Lab-CT技術(shù)的快速發(fā)展,目前Lab-CT在市場上已有成熟的產(chǎn)品供研究人員選擇,相較于資源十分有限的SR-CT,Lab-CT的使用成本低,能夠便捷地獲得成像數(shù)據(jù)結(jié)果,后續(xù)的服務(wù)細致,為研究提供了靈活性和便利性。
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參考文獻
[1]MAIRE E,CARMONA V,COURBON J,et al. Fast X-ray tomography and acoustic emission study of damage in metals during continuous tensile tests [J]. Acta materialia,2007,55:6806-6815.
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