【檢測表征】利用計算機斷層掃描（CT）技術研究復合材料

由于許多復合材料產品（無論是消費類產品、運動產品、汽車產品還是航空航天產品）都突破了輕量化和性能的極限，因此深層內部零件檢查對于終用途安全性、規避風險和業務可持續性變得越來越重要。

　　計算機斷層掃描的作用

　　計算機斷層掃描（CT）以及相關的數據分析和可視化是當今復雜產品的理想選擇。近年來，X射線斷層掃描、高性能計算、軟件算法和用戶界面在溝通復雜數據方面取得了長足的進步。CT技術的獨特之處在于，它可以在360度視角下穿透大多數金屬和復合材料的復雜層，然后，該原始數據將通過先進的軟件進行處理，以創建包含數百萬個體素（單個3D元素，類似于2D像素）的尺寸精確的3D體積圖像（圖1）。

　　

　　由這種軟件創建的數字輸出和彩色編碼的3D圖像都提供了復合材料微觀結構的細節，從而實現按設計和按制造進行比較。一系列專用的數字工具可用于分析材料密度、增強纖維的方向，也可以分析來自于設計和制造缺陷或過載的內部缺陷以及通過對樣品不同狀態的多次掃描中計算出的應變模式。

　　如今，CT掃描數據分析可以捕獲任何結構并根據其設計意圖對其進行表征，可以創建模板來快速重復地自動分析零件特征和問題。這包括孔隙度分析，如：孔隙體積和距表面的距離；纖維和樹脂分析來了解局部纖維、織物和粗紗取向；以及取向直方圖或取向張量（圖2）、纖維體積分數、樹脂內的孔隙率等。所有數據都可以導出到FEA工具中，并用于改善材料建模和結構仿真，從而能夠為研發目的和組件設計建立比較模型。

　　

　　經典復合材料和分析

　　常見的商用復合材料為聚合物基化合物，其中包括碳纖維和玻璃纖維增強塑料（CFRP和GFRP），由陶瓷纖維制成的陶瓷基復合材料（CMC）在高溫應用中在抗裂性、熱性能和斷裂韌性方面顯示出顯著優勢。

　　這些復合材料甚至是CMC，都可以從相同的CT掃描分析技術中受益，以確定缺陷、性能和質量規格狀態。根據所用材料的不同，每種纖維結構（短、長和連續）、鋪網圖案（單向或每層具有指定角度）和粘結材料（樹脂、織物、硅等）都有檢測解決方案。此外，分析本身可以被捕獲和自動化（圖3）。

　　

　　原創 錢 鑫 博士（主要參考來源：CW）