原位CT，即原位CT成像試驗(yàn)，是在試驗(yàn)的過程中利用X射線斷層掃描對(duì)試樣進(jìn)行原位觀測(cè)，獲得材料在加載溫度場(chǎng)、載荷等原位環(huán)境下的內(nèi)部三維圖像，從而將材料內(nèi)部的損傷演化過程三維可視化。

原位CT的結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)X射線源的不同，原位CT技術(shù)分為同步輻射X射線斷層掃描（SR-CT）和實(shí)驗(yàn)室X射線斷層掃描（Lab-CT）。

2.1 同步輻射X射線斷層掃描（SR-CT）

同步輻射是具有從遠(yuǎn)紅外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，具有高強(qiáng)度、高準(zhǔn)直、高極化、特性可精確控制等性能。雖然其成像質(zhì)量高，掃描速度快，但應(yīng)用于SR-CT的原位試驗(yàn)裝置尺寸較大，無法實(shí)現(xiàn)短距離源物距離（SOD），也很難直接運(yùn)用在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中。

上海光源SSRF第三代

2.2 實(shí)驗(yàn)室X射線斷層掃描（Lab-CT）

Lab-CT的X射線束是呈錐束白光。相較于SR-CT，應(yīng)用于Lab-CT中的原位裝置更加精巧簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)更小的SOD，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率，也可直接適配于SR-CT中。

根據(jù)原位CT試驗(yàn)中對(duì)時(shí)間節(jié)奏處理方式的不同，原位CT試驗(yàn)又分為準(zhǔn)原位CT試驗(yàn)和時(shí)間分辨原位CT試驗(yàn)。

3.1 準(zhǔn)原位CT

準(zhǔn)原位CT，即在利用原位加載裝置進(jìn)行試驗(yàn)的過程中暫停實(shí)驗(yàn)（不卸載），利用CT掃描進(jìn)行成像后，再恢復(fù)試驗(yàn)進(jìn)程。

3.2 時(shí)間分辨原位CT

時(shí)間分辨原位CT則與中斷式相反，即不中斷試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)過程中利用CT連續(xù)進(jìn)行三維成像，提供更為流暢的觀察。

準(zhǔn)原位CT試驗(yàn)在過去常會(huì)引起關(guān)于產(chǎn)生“應(yīng)力松弛”現(xiàn)象的質(zhì)疑和討論，但目前已有多位學(xué)者通過試驗(yàn)研究表明，準(zhǔn)原位的和時(shí)間分辨原位所獲得的圖像基本一致^[1]，準(zhǔn)原位觀測(cè)方式能夠在不同試驗(yàn)階段獲取高分辨率圖像，是當(dāng)前將材料內(nèi)部損傷演化過程三維可視化最為重要的應(yīng)用方式。

中斷和連續(xù)實(shí)驗(yàn)期間記錄的兩種材料的拉伸曲線對(duì)比^[1]

與此同時(shí)，隨著Lab-CT技術(shù)的快速發(fā)展，目前Lab-CT在市場(chǎng)上已有成熟的產(chǎn)品供研究人員選擇，相較于資源十分有限的SR-CT，Lab-CT的使用成本低，能夠便捷地獲得成像數(shù)據(jù)結(jié)果，后續(xù)的服務(wù)細(xì)致，為研究提供了靈活性和便利性。

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參考文獻(xiàn)

[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.