布魯克X射線部門 王金波

碳纖維增強復合材料（CFRP）因其兼具高抗拉強度、高剛性和輕量化特性，作為下一代技術和產業的關鍵材料正受到普遍關注。

一、CFRP 力學性能的影響因素

CFRP 的力學性能受多種因素明顯影響：

1）碳纖維的取向和密度會直接作用于其性能表現。

2）內部空隙和缺陷的存在也會產生重要影響。

3）深入了解這些內部結構，是準確評估 CFRP 強度并優化其設計的關鍵。

二、內部結構分析的挑戰與需求

分析 CFRP 內部結構需要能夠分辨出小到微米設置是亞微米的間隙。

1）傳統破壞性方法需切割樣品，可能改變材料結構并影響分析準確性。

2）因此，高分辨率、非破壞性成像技術成為獲取詳細可靠信息的必要手段。

三、高分辨率 3D X 射線顯微鏡（XRM）的優勢

1）它能以非破壞性方式實現 CFRP 內部結構的三維可視化。

2）可清晰精確地觀察碳纖維的取向和密度、檢測內部空隙和缺陷，并對纖維間間隙進行定量分析。

四、X4 POSEIDON 系統的特點

X4 POSEIDON 是一款高性能桌面式 XRM 系統。

1）具備高分辨率成像能力，同時可適配大多數實驗室空間。

2）其多功能性和高精度使其成為研究 CFRP 詳細內部結構的理想選擇，且不會對樣品造成損壞。

▲圖1：三維體渲染圖像

通過三維體渲染圖像（圖 1）可清晰觀察到碳纖維增強復合材料（CFRP）中碳纖維的取向。該可視化結果能全方面呈現樣品中碳纖維的整體排列情況。

▲圖2：大強度投影（MIP）圖像

大強度投影（MIP）圖像（圖 2）是理解纖維取向和堆積密度的另一種直觀方式。這種二維視圖會顯示三維數據中強度高的體素。

▲圖3：纖維間距的分布分析

借助 CT 分析軟件（CTAn）可進行結構分離分析，以量化評估纖維間的間距。生成的彩色編碼三維圖像（圖 3）會突出單個纖維間的距離，助力了解樣品中纖維密度的分布情況。該分析對評估 CFRP 的力學性能至關重要，因為纖維密度直接影響材料的強度和性能表現。

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