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固體推進(jìn)劑是一種具有特定性能的含能復(fù)合材料，該材料是航天、空間飛信器等各種固體發(fā)動機(jī)的動力源，在**和航天技術(shù)發(fā)展中扮演著重要角色。其中復(fù)合固體推進(jìn)劑是以高聚物為基體。混油氧化劑和金屬燃料等組分的多相混合物。作為一種高顆粒填充比的含能材料，其宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。

近些年隨著對復(fù)合固體推進(jìn)劑研究的不斷深入，原有的微觀結(jié)構(gòu)表征方法或由于只能表征二維表面信息，或由于分辨率精度的限制，已不能適應(yīng)該領(lǐng)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，從微米、亞微米尺度獲得樣品內(nèi)部真實(shí)三維結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢逐漸成為了該領(lǐng)域的一項(xiàng)新興的重要研究手段。

——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于計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，利用X射線穿透樣品后，樣品內(nèi)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(jìn)行表征。從下面的切片圖圖像結(jié)果中我們可以清晰的看到在復(fù)合固體推進(jìn)劑材料z軸方向某一層位置幾種不同組分的分布情況。而基于這樣幾百甚至上千張不同位置的切片圖數(shù)據(jù)，我們終于可以得到能夠真實(shí)表征樣品真實(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像，并可以在軟件中對其進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)和虛擬切割或者是導(dǎo)出STL文件進(jìn)行其他有限元分析。在這個過程中，科研人員可以針對某一感興趣區(qū)域或其中的某一組分進(jìn)行單獨(dú)的提取和表征。

——切片圖數(shù)據(jù)

——三維體渲染圖（孔隙=綠色）

當(dāng)然，除了圖像結(jié)果，我們也可以針對某一感興趣區(qū)域或某一組分進(jìn)行相應(yīng)的定量分析，其分析結(jié)果包括但不限于孔隙率（可區(qū)分開、閉孔）、孔徑分布、壁厚分布、孔隙連通性、比表面積、分形維數(shù)等，或者是針對某個組分的單個個體進(jìn)行定量分析,得到如體積、比表面積、空間位置、曲率、等效直徑、轉(zhuǎn)動慣量、回轉(zhuǎn)半徑、取向等。而以上定量分析的結(jié)果，同樣可以在三維體渲染軟件中通過不同的顏色編碼進(jìn)行圖像表征，如孔徑分布的三維圖像結(jié)果如下。

——孔徑分布直方圖	——孔徑分布三維體渲染圖

在復(fù)合固體推進(jìn)劑的研究中，力學(xué)性能的研究是其中一個重要方向。三維X射線顯微鏡同樣可以應(yīng)用在力學(xué)實(shí)驗(yàn)后，對推進(jìn)劑樣品中某個位置或某種成分裂紋或缺陷產(chǎn)生機(jī)理的研究。

下面的圖像結(jié)果就是在拉伸實(shí)驗(yàn)后，對于某個位置內(nèi)，AP顆粒和基體裂紋產(chǎn)生情況的圖像表征。

——拉伸后的樣品工件

—切片圖數(shù)據(jù)（裂紋）

—三維體渲染圖

當(dāng)然，如果輔以一定的力學(xué)原位試驗(yàn)臺，我們同樣可以在三維X射線顯微鏡中實(shí)現(xiàn)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)在力學(xué)場耦合下的動態(tài)變化過程，即實(shí)現(xiàn)4D動態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。

—布魯克3D XRM原位試驗(yàn)臺

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均來源于德國布魯克Skyscan系列三維X射線顯微鏡。作為專業(yè)生產(chǎn)X射線類分析儀器廠商，憑借著在X射線技術(shù)上的巨大優(yōu)勢，布魯克的Skyscan系列三維X射線顯微鏡廣受用戶青睞，尤其是其臺式三維X射線顯微鏡，更是在行業(yè)中處于當(dāng)仁不讓的頭部地位。布魯克Skyscan系列三維X射線顯微鏡根據(jù)客戶應(yīng)用領(lǐng)域和研究需求的不同，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了不同的型號，從而分辨率水平、硬件性能、軟件功能方面為客戶提供更具針對性的選擇。