一、引言

在先進材料領(lǐng)域，碳纖維增強塑料（CFRP）憑借高的強度、高剛度與輕量化的優(yōu)異特性，成為航空航天、新能源汽車、優(yōu)異裝備等下一代技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的重要材料。其力學性能高度依賴碳纖維的取向、密度及內(nèi)部孔隙缺陷分布，因此精確解析材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)是評估性能、優(yōu)化設計的關(guān)鍵。傳統(tǒng)破壞性檢測方法（如切片分析）易損傷樣品結(jié)構(gòu)，難以滿足復雜三維結(jié)構(gòu)的無損檢測需求。布魯克 X4 POSEIDON 桌面型高分辨率三維 X 射線顯微鏡（XRM），以非破壞性、高精度成像技術(shù)，為 CFRP 微觀結(jié)構(gòu)分析提供了先進性解決方案。

二、X4 POSEIDON 設備重要優(yōu)勢

1、非破壞性三維成像

突破傳統(tǒng)檢測局限，無需切割或破壞樣品，即可實現(xiàn) CFRP 內(nèi)部碳纖維與樹脂基體的三維可視化。通過 1600 萬像素 科研級CMOS探測器與微焦點 X 射線源的配置，設備能以 納米級別的體素分辨率捕捉樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)細節(jié)，清晰呈現(xiàn)纖維取向、交織狀態(tài)及內(nèi)部缺陷（如孔隙、裂紋）。

2、緊湊設計與高適用性

作為桌面級設備，X4 POSEIDON 體積小巧，適配多數(shù)實驗室空間，兼具靈活性與專業(yè)性。其模塊化設計支持多樣化樣品尺寸，從微小試件到復雜構(gòu)件均可高效掃描，滿足研發(fā)、質(zhì)量控制等多場景需求。

3、多維度分析功能

1）纖維取向與密度可視化：通過 3D 體積渲染（如圖 1），可直觀觀察碳纖維在基體中的空間分布與排列規(guī)律，助力評估材料各向異性性能。

圖1

2）二維投影與定量分析：強度投影（MIP，如圖 2）技術(shù)將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高對比度二維圖像，清晰展現(xiàn)纖維層疊結(jié)構(gòu)；結(jié)合 CT Analyzer（CTAn）軟件，可進行纖維間距分布分析（如圖 3），通過色彩編碼三維圖譜量化纖維密度差異，為力學性能建模提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

圖2

圖3

三、技術(shù)參數(shù)與應用場景

典型應用場景：

1）材料研發(fā)：優(yōu)化碳纖維鋪層設計，分析不同工藝對纖維分布的影響；

2）質(zhì)量控制：檢測成品內(nèi)部孔隙率、纖維斷裂或界面缺陷，確保制品一致性；

3）失效分析：追溯疲勞或沖擊載荷下的結(jié)構(gòu)損傷演化，指導可靠性提升。

四、數(shù)據(jù)價值與分析工具

X4 POSEIDON 生成的高精度三維數(shù)據(jù)可通過 CTAn 軟件進行多維度處理：

1）結(jié)構(gòu)分離分析：自動識別單根纖維，計算纖維間距與分布均勻性，量化密度梯度對材料強度的影響；

2）缺陷檢測：定位微米級孔隙或裂紋，評估缺陷尺寸、形態(tài)及空間分布，為失效預測提供依據(jù)；

3）纖維取向統(tǒng)計：通過歐拉角分析纖維主方向，結(jié)合有限元模擬預測材料宏觀力學行為。

五、結(jié)語

布魯克 X4 POSEIDON 桌面型 三維 X 射線顯微鏡以非破壞性、高分辨率成像技術(shù)，精確解決 CFRP 內(nèi)部結(jié)構(gòu)密碼，為材料科學家與工程師提供了從微觀結(jié)構(gòu)解析到宏觀性能優(yōu)化的全鏈條工具。其緊湊設計與強大分析能力，使其成為科研機構(gòu)、企業(yè)實驗室在先進復合材料領(lǐng)域的重要技術(shù)裝備。