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航天复合资猜中显微CT检测技能的运用

来历:宇航资料工艺 作者:陈博,袁生平,金珂,徐
发布于:2021-05-20 共4415字

  摘    要: 文摘针对现在大型工业CT分辩率受限的问题,本文简述了显微CT技能的概念、原理、技能优势,经过显微CT技能对典型航天资料的检测实例,研讨了显微CT技能在小尺度的航天资料检测中的优势。成果表明,显微CT技能可以发现资猜中微米级缺点,可以调查资猜中细微缺点在空间的描摹及散布,并且能经过图画处理软件核算缺点的尺度散布,为航天资料无损检测研讨供给了新思路。

  关键词: 显微CT; 航天资料;

  Abstract: To overcome the difficulty in microstructure distinction of aerospace materials for their low resolution in industrial-CT,the technology of micro-CT was introduced in this article,the concepts,principles and superiorities of micro-CT were investigated. The advantages of micro-CT in small sample detection were analysed through the micro-CT tests of aerospace materials. The results demonstrate that micro-CT can be able to detect micron-scale defects. The distribution and morpholpgy features of the defects can be observed by micro-CT. In addition,the dimension analysis of the defects can also be counted by using image processing software. Micro-CT can be a new method for nondestructive test of aerospace materials.

  Keyword: Micro-CT; Aerospace material;
 

航天复合资猜中显微CT检测技能的运用
 

  0 、导言

  射线检测技能[1]不受检测资料品种的影响[2],对资猜中大部分缺点例如疏松、搀杂,脱粘等有较高的检测灵敏度。近年来射线检测由以往的单一胶片成像逐步开展为数字射线成像,包含CR、DR、以及CT。选用数字射线CT技能可以取得资料内部的三维立体图画,直观显现复合资料结构,出现缺点的方位、体积、形状以及散布状况[3]。传统工业CT的空间分辩率极限为4 lp/mm,遭到射线焦点、探测器和重构矩阵分辩率的约束,无法分辩直径小于7μm的缺点,工业CT一般用于较大尺度产品检测,图1为碳/碳复合资料产品和陶瓷复合资料产品的加速器工业CT检测图画。可见,加速器工业CT可以检测碳碳复合资料产品中的富碳区以及陶瓷基复合资料产品中低密度区,可是无法别离碳碳复合资料产品中纤维以及陶瓷基复合资料产品中的孔洞散布状况。

  图1 工业CT检测图画
图1 工业CT检测图画

  Fig.1 Images of industrial-CT

  近年来CT的精度大大进步,使用微焦点射线源构建的显微CT系统现已用于资料剖析检测及调查生物体的微观结构,观测精度现已由厘米级开展到微米级乃至纳米级,为资料的无损检测供给了新思路。

  本文介绍了显微CT检测技能的概念、原理、技能优势,要点论述了显微CT检测技能在航天资猜中的使用,处理了以往射线检测无法检测的难题。

  1 、显微CT检测技能

  显微CT,也称为Micro-CT,X射线微断层拍摄技能。它是一种非侵入性和非损坏性成像技能,在不损坏产品的状况下,使用X射线对产品进行扫描得到三维图画,经过图画软件剖析取得内部翔实的三维结构信息[4]。

  1.1 、作业原理

  显微CT检测是使用强度均匀的X射线穿过密度不同的物质后,X射线的强度变得不均匀,这一不均匀程度与物体的密度相对应,投射到探测器上构成于物质密度相对应的影响[5],显微CT完成高的空间分辩率在于选用了微焦斑X射线源,高分辩率探测器和几许扩大,此外,影响空间分辩率的要素还包含转台安稳性和CT重构中的滤波算法。

  显微CT系统的根本构建包含3部分:X射线源、旋转载物台和高分辩率面阵探测器。如图2所示,由X射线源接连发生射线,穿透载物台上的样品后,探测器进行X射线的搜集,将搜集的各个断面的二维图画进行重建,然后得到样品内部结构的三维图画[6]。

  图2 显微CT检测系统
图2 显微CT检测系统

  Fig.2 Schematic diagram of micro-CT

  1.2、 特色及优势

  显微CT检测最大优势是可以取得原位的,非损坏的,分辩率高的三维结构信息[7];缺乏之处是对样品尺度及衰减系数有必定要求[8]。

  2 、显微CT检测技能在航天复合资料的使用

  2.1、 检测系统

  选用的225 k V微焦点X射线机和面阵阵列探测器组成X射线显微CT检测系统,最高分辩率5μm。显微CT检测系统的检测参数:焦点尺度3μm,空间分辩率6 lp/mm,密度分辩率0.5%,可检最大工件直径150 mm,作业电压15~180 k V,作业电流60~150μA,最小旋转角增量0.1°,均匀帧数为5,像素组合2×2。

  2.2 、检测资料

  显微CT检测的资料包含C/C复合资料、陶瓷基复合资料以及金属资料。将检测的样品加工成检测台能安定的尺度,对产品进行DR扫描来确认扫描方位,根据DR图画确认要进行三维扫描的区域,得到产品的三维数据信息。使用VG图画处理软件处理剖析各个层面的微观信息图。

  3 、显微CT检测成果剖析与评论

  3.1、 C/C复合资料

  C/C复合资料在经过屡次的复合后,资料内部简单出现富碳区、分层、裂纹等缺点。传统的射线照相检测只能选取某一方向进行透照,得到产品单一方向上的叠加图画信息,检测分层及裂纹类型的缺点需求特定的视点才干检出,而工业CT分辩率低,无法检测细微孔洞及裂纹,显微CT检测很好地处理了上述问题。

  图3中三个切面可以经过坐标数值的改动然后调查检测产品恣意方位的微观结构,经过对资料各个视点的投影信息进行三维数据重构取得全体三维结构信息,使用图画处理软件对资料内部检测范围内恣意断层面的信息进行处理剖析,取得更为丰厚的微观结构数据。从3个切面信息中可以发现C/C复合资料复合状况较好,未发现富碳区、裂纹及纤维束方向上的分层缺点;但内部基体上存在很多散布不规则的孔洞,这从三维重构的图画中也可以明晰看到。经过对图画履行外表测定并对孔洞尺度进行核算剖析,孔洞体积巨细会集在0.03~0.16mm3(图4)。

  综上所述,显微CT检测具有分辩率高,能三维成像等特色,能很好的分辩C/C复合资猜中的碳纤维束、基体、孔隙等结构,C/C复合资料在复合往后不可避免的会发生细微的孔洞,但全体未出现富碳区,基体以及纤维束上未出现裂纹。

  图3 C/C复合资料显微CT检测三维及截面图画
图3 C/C复合资料显微CT检测三维及截面图画

  Fig.3 Reconstructed images of C/C composite

  图4 C/C复合资料孔洞剖析图画
图4 C/C复合资料孔洞剖析图画

  Fig.4 Porosity measurement of the C/C composite

  3.2 、陶瓷基复合资料

  图5为陶瓷基复合资料的显微CT检测图画,陶瓷基复合资料作为多孔复合资料,资料的孔隙率是调查资料功能的目标之一。一般射线检测办法难以对其孔隙巨细以及孔隙率进行测定,使用显微CT检测系统以及图画处理软件,选用图画阈值分割法将陶瓷基复合资料内部的孔隙提取出来并进行核算核算,得到资料的孔隙率,处理以往的难题。成果表明:资料总孔隙率为70%且尺度大于1.5 mm的孔隙只占总孔隙的5%,尺度巨细在0~0.4 mm之间的孔隙占75%。

  图5 陶瓷基复合资料显微CT检测三维及截面图画
图5 陶瓷基复合资料显微CT检测三维及截面图画

  Fig.5 Reconstructed images of ceramic composite

  惯例的X射线难以检测资猜中的裂纹,且难以断定裂纹的深度以及裂纹延展的方向,显微CT检测能很好的处理此问题。图6所示为石英增强纤维复合资料的显微CT检测成果,剖析可知:产品外表存在一条长度约为20.0 mm的裂纹,延着z向延伸长度约为19.0 mm。

  图6 石英增强复合资料显微CT三维及截面图画
图6 石英增强复合资料显微CT三维及截面图画

  Fig.6 Reconstructed images of silica composite

  上述成果表明,显微CT检测可以明晰的辨认资料内部孔洞、裂纹,能对这些缺点进行定量表征,可以对资料内部缺点的尺度进行核算剖析,丈量精度到达微米级。

  3.3 、金属资料

  航天精细零件内部结构较为凌乱,惯例的无损检测手法对其内部质量难以评判。图7所示为导管组件内部的导管在进气时存在漏气现象。

  图7 金属资料显微CT检测图画
图7 金属资料显微CT检测图画

  Fig.7 Detection images of metal material by micro-CT

  剖析漏气原因可能有两种:一是导管存在裂口;二是填充导管周围的金属填料存在气孔。这些气孔正好散布在导管周围,使用显微CT检测系统对样品进行检测,看出在某一截面上右侧导管存在一处贯穿性裂口,约为0.15 mm。图8所示为金属填料内部气孔剖析,可以看出金属填料内部存在一些孔洞(0.62~1.42 mm),这些孔洞没有散布在导管周围,而是凌乱地散布在接近金属外壁的邻近,远离导管,导管组件漏气的由于是导管内部存在一处裂口。显微CT经过数据重构出现三维图画,将资料内部缺点的空间散布出现出来,为结构较为凌乱的零部件内部质量检测供给了思路。

  图8 金属资料孔洞剖析
图8 金属资料孔洞剖析

  Fig.8 Porosity measurement of the metal material

  4 、定论

  (1)显微CT因其射线源焦点尺度小、分辩率高的特色,可以完成资猜中微米级气孔、微裂纹以及分层的检测,弥补了大型工业CT在分辩率上的缺乏,为航天资料的研发和工艺进步供给了新的思路。

  (2)使用显微CT的三维检测图画以及图画处理软件,可以对资料内部缺点进行定位以及定量丈量,丈量精度到达微米级,对复合资猜中的孔洞剖析及孔隙率核算供给了新的办法。

  (3)显微CT技能可以取得资料原位三维图画,可以很好出现结构凌乱、精细细微易胜博官方app下载安卓版的内部结构,在不损坏产品的前提下,对其内部缺点可以精准定位,为航天资料的机械产品及元易胜博官方app下载安卓版的失效剖析供给了新的根据。

  参考文献

  [1]FOLEY H C,Carbo genic molecular sieves:synthesis,properties and applications[J].Micro.Mater,1995,4(6):407-433.
  [2]RYOO R,JOO S H,KRUK M,et al.Ordered mesoporous carbons[J].Adv Mater,2001,13(9):677-681.
  [3]杜健宝,胡战力,周颖.高分辩显微CT技能开展[J].CT理论与使用研讨,2009,18(2):106-116.DU Jianbao,HU Zhanli,ZHOU Yin.Advances in high resolution micro-CT technology[J].CT Theory and Applications,2009,18(2):106-116.
  [4] 阚晋,孟松鹤,王军.C/C复合资料微观结构的CT剖析[J].硅酸盐通报,2006,26(3):198-200.KAN Jin,MENG Songhe,WANG Jun.Analysis of the microstructure of C/C composite by CT[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2006,26(3):198-200.
  [5]刘红林,金志浩,郝志彪,等.ICT技能测验炭/炭复合资料内部密度散布[J].无损检测,2007,29(12):726-728.LIU H L,JIN Z H,HAO Z B,et al.A new method for testingthe density of carbon/carbon composites[J].Nondestructive Testing,2007,29(12):726-728.
  [6]冯炎建,冯祖德,李思想,等.C/Si C复合资料微结构的显微CT表征剖析[J].航空资料学报,2011,31(2):49-54.FENG Y J,FENG Z D,LI S W,et al.Micro-CTcharacterization on microstructure of C/Si C composites[J].Journal of Aeronautical Materials,2011,31(2):49-54.
  [7]曹玉玲,孙玲霞.工业CT在复合资料孔隙率剖析中的使用[J].CT理论与使用研讨,2001,10(4):14-17.CAO Y L,SUN LX.Applications of industry ct in porosty analysis of composite material[J].Computrized Tomography Theory and Applications,2001,10(4):14-17.
  [8] 冯炎建,冯祖德,李思想,等.C/Si C外表Si C涂层氧化的显微CT无损检测与剖析[J].复合资料报,2011,28(5):126-132FENG Y J,FENG Z D,Li S W,et al.Nondesructive testing and analysis of Si C coating on surface of C/Si C composites after oxidation with micro-CT[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2011,28(5):126-132

作者单位:航天资料及工艺研讨所 北京固鸿科技有限公司
原文出处:陈博,袁生平,金珂,徐林,李俊江.显微CT技能在航天资猜中的使用[J].宇航资料工艺,2021,51(02):87-91.
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