一、引言

在先進材料領域，碳纖維增強塑料（CFRP）憑借高的強度、高剛度與輕量化的優異特性，成為航空航天、新能源汽車、優異裝備等下一代技術與產業的重要材料。其力學性能高度依賴碳纖維的取向、密度及內部孔隙缺陷分布，因此精確解析材料內部微觀結構是評估性能、優化設計的關鍵。傳統破壞性檢測方法（如切片分析）易損傷樣品結構，難以滿足復雜三維結構的無損檢測需求。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，為 CFRP 微觀結構分析提供了先進性解決方案。

二、X4 POSEIDON 設備重要優勢

1、非破壞性三維成像

突破傳統檢測局限，無需切割或破壞樣品，即可實現 CFRP 內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部結構細節，清晰呈現纖維取向、交織狀態及內部缺陷（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，適配多數實驗室空間，兼具靈活性與專業性。其模塊化設計支持多樣化樣品尺寸，從微小試件到復雜構件均可高效掃描，滿足研發、質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）技術將三維數據轉化為高對比度二維圖像，清晰展現纖維層疊結構；結合 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鍵數據。

圖2

圖3

三、技術參數與應用場景

典型應用場景：

1）材料研發：優化碳纖維鋪層設計，分析不同工藝對纖維分布的影響；

2）質量控制：檢測成品內部孔隙率、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構損傷演化，指導可靠性提升。

四、數據價值與分析工具

X4 POSEIDON 生成的高精度三維數據可通過 CTAn 軟件進行多維度處理：

1）結構分離分析：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、形態及空間分布，為失效預測提供依據；

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

五、結語

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，精確解決 CFRP 內部結構密碼，為材料科學家與工程師提供了從微觀結構解析到宏觀性能優化的全鏈條工具。其緊湊設計與強大分析能力，使其成為科研機構、企業實驗室在先進復合材料領域的重要技術裝備。