布魯克三維X射線顯微鏡在HTPB複合固體推進劑微觀結構研究中的作用

固體(ti) 推進劑是一種具有特定性能的含能複合材料，該材料是航天、空間飛信器等各種固體(ti) 發動機的動力源，在**和航天技術發展中扮演著重要角色。其中複合固體(ti) 推進劑是以高聚物為(wei) 基體(ti) 。混油氧化劑和金屬燃料等組分的多相混合物。作為(wei) 一種高顆粒填充比的含能材料，其宏觀性能與(yu) 微觀結構緊密相關(guan) 。

近些年隨著對複合固體(ti) 推進劑研究的不斷深入，原有的微觀結構表征方法或由於(yu) 隻能表征二維表麵信息，或由於(yu) 分辨率精度的限製，已不能適應該領域研究的更高要求，在這種背景下，三維X射線顯微鏡（3D  XRM）憑借能夠在無損研究情況下，從(cong) 微米、亞(ya) 微米尺度獲得樣品內(nei) 部真實三維結構的優(you) 勢逐漸成為(wei) 了該領域的一項新興(xing) 的重要研究手段。

——三維x射線顯微鏡工作原理

三維X射線顯微鏡的工作原理是基於(yu) 計算機斷層掃描技術，利用X射線穿透樣品後，樣品內(nei) 不同組分對X射線吸收能力的差異，通過圖像中不同的灰度值對不同組分進行表征。從(cong) 下麵的切片圖圖像結果中我們(men) 可以清晰的看到在複合固體(ti) 推進劑材料z軸方向某一層位置幾種不同組分的分布情況。而基於(yu) 這樣幾百甚至上千張不同位置的切片圖數據，我們(men) 終於(yu) 可以得到能夠真實表征樣品真實內(nei) 部結構的三維圖像，並可以在軟件中對其進行任意角度的旋轉和虛擬切割或者是導出STL文件進行其他有限元分析。在這個(ge) 過程中，科研人員可以針對某一感興(xing) 趣區域或其中的某一組分進行單獨的提取和表征。

——切片圖數據

——三維體(ti) 渲染圖（孔隙=綠色）

當然，除了圖像結果，我們(men) 也可以針對某一感興(xing) 趣區域或某一組分進行相應的定量分析，其分析結果包括但不限於(yu) 孔隙率（可區分開、閉孔）、孔徑分布、壁厚分布、孔隙連通性、比表麵積、分形維數等，或者是針對某個(ge) 組分的單個(ge) 個(ge) 體(ti) 進行定量分析,得到如體(ti) 積、比表麵積、空間位置、曲率、等效直徑、轉動慣量、回轉半徑、取向等。而以上定量分析的結果，同樣可以在三維體(ti) 渲染軟件中通過不同的顏色編碼進行圖像表征，如孔徑分布的三維圖像結果如下。

——孔徑分布直方圖	——孔徑分布三維體渲染圖

在複合固體(ti) 推進劑的研究中，力學性能的研究是其中一個(ge) 重要方向。三維X射線顯微鏡同樣可以應用在力學實驗後，對推進劑樣品中某個(ge) 位置或某種成分裂紋或缺陷產(chan) 生機理的研究。

下麵的圖像結果就是在拉伸實驗後，對於(yu) 某個(ge) 位置內(nei) ，AP顆粒和基體(ti) 裂紋產(chan) 生情況的圖像表征。

——拉伸後的樣品工件

—切片圖數據（裂紋）

—三維體(ti) 渲染圖

當然，如果輔以一定的力學原位試驗台，我們(men) 同樣可以在三維X射線顯微鏡中實現樣品內(nei) 部結構在力學場耦合下的動態變化過程，即實現4D動態實驗研究。

—布魯克3D XRM原位試驗台

以上實驗結果均來源於(yu) 德國布魯克Skyscan係列三維X射線顯微鏡。作為(wei) 專(zhuan) 業(ye) 生產(chan) X射線類分析儀(yi) 器廠商，憑借著在X射線技術上的巨大優(you) 勢，布魯克的Skyscan係列三維X射線顯微鏡廣受用戶青睞，尤其是其台式三維X射線顯微鏡，更是在行業(ye) 中處於(yu) 當仁不讓的頭部地位。布魯克Skyscan係列三維X射線顯微鏡根據客戶應用領域和研究需求的不同，設計生產(chan) 了不同的型號，從(cong) 而分辨率水平、硬件性能、軟件功能方麵為(wei) 客戶提供更具針對性的選擇。