X4 Poseidon多模块高分辨显微CT：赋能碳纤维增强塑料（CFRP）结构分析

一、引言

在先进材料领域，碳纤维增强塑料（CFRP）凭借高的强度、高刚度与轻量化的优异特性，成为航空航天、新能源汽车、优异装备等下一代技术与产业的重要材料。其力学性能高度依赖碳纤维的取向、密度及内部孔隙缺陷分布，因此精确解析材料内部微观结构是评估性能、优化设计的关键。传统破坏性检测方法（如切片分析）易损伤样品结构，难以满足复杂三维结构的无损检测需求。布鲁克 X4 POSEIDON 桌面型高分辨率三维 X 射线显微镜（XRM），以非破坏性、高精度成像技术，为 CFRP 微观结构分析提供了先进性解决方案。

二、X4 POSEIDON 设备重要优势

1、非破坏性三维成像

突破传统检测局限，无需切割或破坏样品，即可实现 CFRP 内部碳纤维与树脂基体的三维可视化。通过 1600 万像素 科研级CMOS探测器与微焦点 X 射线源的配置，设备能以 纳米级别的体素分辨率捕捉样品内部结构细节，清晰呈现纤维取向、交织状态及内部缺陷（如孔隙、裂纹）。

2、紧凑设计与高适用性

作为桌面级设备，X4 POSEIDON 体积小巧，适配多数实验室空间，兼具灵活性与专业性。其模块化设计支持多样化样品尺寸，从微小试件到复杂构件均可高效扫描，满足研发、质量控制等多场景需求。

3、多维度分析功能

1）纤维取向与密度可视化：通过 3D 体积渲染（如图 1），可直观观察碳纤维在基体中的空间分布与排列规律，助力评估材料各向异性性能。

图1

2）二维投影与定量分析：强度投影（MIP，如图 2）技术将三维数据转化为高对比度二维图像，清晰展现纤维层叠结构；结合 CT Analyzer（CTAn）软件，可进行纤维间距分布分析（如图 3），通过色彩编码三维图谱量化纤维密度差异，为力学性能建模提供关键数据。

图2

图3

三、技术参数与应用场景

典型应用场景：

1）材料研发：优化碳纤维铺层设计，分析不同工艺对纤维分布的影响；

2）质量控制：检测成品内部孔隙率、纤维断裂或界面缺陷，确保制品一致性；

3）失效分析：追溯疲劳或冲击载荷下的结构损伤演化，指导可靠性提升。

四、数据价值与分析工具

X4 POSEIDON 生成的高精度三维数据可通过 CTAn 软件进行多维度处理：

1）结构分离分析：自动识别单根纤维，计算纤维间距与分布均匀性，量化密度梯度对材料强度的影响；

2）缺陷检测：定位微米级孔隙或裂纹，评估缺陷尺寸、形态及空间分布，为失效预测提供依据；

3）纤维取向统计：通过欧拉角分析纤维主方向，结合有限元模拟预测材料宏观力学行为。

五、结语

布鲁克 X4 POSEIDON 桌面型 三维 X 射线显微镜以非破坏性、高分辨率成像技术，精确解决 CFRP 内部结构密码，为材料科学家与工程师提供了从微观结构解析到宏观性能优化的全链条工具。其紧凑设计与强大分析能力，使其成为科研机构、企业实验室在先进复合材料领域的重要技术装备。