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2024/9/5 17:19:26原位CT作为一种先进的4D无损表征技术,推动了包括材料科学与工程、地质学、能源领域等在内的多领域研究的发展。在本篇文章中,我们将深入介绍原位CT技术的分类。
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什么是原位CT
原位CT,即原位CT成像试验,是在试验的过程中利用X射线断层扫描对试样进行原位观测,获得材料在加载温度场、载荷等原位环境下的内部三维图像,从而将材料内部的损伤演化过程三维可视化。
原位CT的结构示意图
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实验室光源和同步辐射
根据X射线源的不同,原位CT技术分为同步辐射X射线断层扫描(SR-CT)和实验室X射线断层扫描(Lab-CT)。
2.1 同步辐射X射线断层扫描(SR-CT)
同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱,具有高强度、高准直、高极化、特性可精确控制等性能。虽然其成像质量高,扫描速度快,但应用于SR-CT的原位试验装置尺寸较大,无法实现短距离源物距离(SOD),也很难直接运用在实验室设备中。
上海光源SSRF第三代
2.2 实验室X射线断层扫描(Lab-CT)
Lab-CT的X射线束是呈锥束白光。相较于SR-CT,应用于Lab-CT中的原位装置更加精巧简便,能够实现更小的SOD,从而实现高分辨率,也可直接适配于SR-CT中。
极小的SOD
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准原位和时间分辨原位
根据原位CT试验中对时间节奏处理方式的不同,原位CT试验又分为准原位CT试验和时间分辨原位CT试验。
3.1 准原位CT
准原位CT,即在利用原位加载装置进行试验的过程中暂停实验(不卸载),利用CT扫描进行成像后,再恢复试验进程。
3.2 时间分辨原位CT
时间分辨原位CT则与中断式相反,即不中断试验,在整个试验过程中利用CT连续进行三维成像,提供更为流畅的观察。
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原位CT的优质解决方案
准原位CT试验在过去常会引起关于产生“应力松弛”现象的质疑和讨论,但目前已有多位学者通过试验研究表明,准原位的和时间分辨原位所获得的图像基本一致[1],准原位观测方式能够在不同试验阶段获取高分辨率图像,是当前将材料内部损伤演化过程三维可视化最为重要的应用方式。
中断和连续实验期间记录的两种材料的拉伸曲线对比[1]
与此同时,随着Lab-CT技术的快速发展,目前Lab-CT在市场上已有成熟的产品供研究人员选择,相较于资源十分有限的SR-CT,Lab-CT的使用成本低,能够便捷地获得成像数据结果,后续的服务细致,为研究提供了灵活性和便利性。
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参考文献
[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.