摘要
针对目前大型工业CT分辨率受限的问题，本文简述了显微CT技术的概念、原理、技术优势，通过显微CT技术对典型航天材料的检测实例，研究了显微CT技术在小尺寸的航天材料检测中的优势。结果表明，显微CT技术能够发现材料中微米级缺陷，能够观察材料中微小缺陷在空间的形貌及分布，并且能通过图像处理软件统计缺陷的尺寸分布，为航天材料无损检测研究提供了新思路。
射线检测技
(a) 碳/碳复合材料
(b) 陶瓷复合材料
图1 工业CT检测图像
Fig.1 Images of industrial-CT
近年来CT的精度大大提高，利用微焦点射线源构建的显微CT系统已经用于材料分析检测及观察生物体的微观结构，观测精度已经由厘米级发展到微米级甚至纳米级，为材料的无损检测提供了新思路。
本文介绍了显微CT检测技术的概念、原理、技术优势，重点阐述了显微CT检测技术在航天材料中的应用，解决了以往射线检测无法检测的难题。
显微CT，也称为Micro-CT，X射线微断层摄影技术。它是一种非侵入性和非破坏性成像技术，在不破坏产品的情况下，利用X射线对产品进行扫描得到三维图像，通过图像软件分析获得内部详尽的三维结构信
显微CT检测是利用强度均匀的X射线穿过密度不同的物质后，X射线的强度变得不均匀，这一不均匀程度与物体的密度相对应，投射到探测器上形成于物质密度相对应的影
显微CT系统的基本构建包括3部分：X射线源、旋转载物台和高分辨率面阵探测器。如
图2 显微CT检测系统
Fig.2 Schematic diagram of micro-CT
采用的225 kV微焦点X射线机和面阵阵列探测器组成X射线显微CT检测系统，最高分辨率5 μm。显微CT检测系统的检测参数：焦点尺寸3 μm，空间分辨率6 lp/mm，密度分辨率0.5%，可检最大工件直径150 mm，工作电压15~180 kV，工作电流60~150 µA，最小旋转角增量0.1°，平均帧数为5，像素组合2×2。
C/C复合材料在经过多次的复合后，材料内部容易出现富碳区、分层、裂纹等缺陷。传统的射线照相检测只能选取某一方向进行透照，得到产品单一方向上的叠加图像信息，检测分层及裂纹类型的缺陷需要特定的角度才能检出，而工业CT分辨率低，无法检测细小孔洞及裂纹，显微CT检测很好地解决了上述问题。
图3 C/C复合材料显微CT检测三维及截面图像
Fig.3 Reconstructed images of C/C composite
图4 C/C复合材料孔洞分析图像
Fig.4 Porosity measurement of the C/C composite
综上所述，显微CT检测具有分辨率高，能三维成像等特点，能很好的分辨C/C复合材料中的碳纤维束、基体、孔隙等结构，C/C复合材料在复合过后不可避免的会产生细小的孔洞，但整体未出现富碳区，基体以及纤维束上未出现裂纹。
图5 陶瓷基复合材料显微CT检测三维及截面图像
Fig.5 Reconstructed images of ceramic composite
常规的X射线难以检测材料中的裂纹，且难以判定裂纹的深度以及裂纹延展的方向，显微CT检测能很好的解决此问题。
图6 石英增强复合材料显微CT三维及截面图像
Fig.6 Reconstructed images of silica composite
上述结果表明，显微CT检测能够清晰的识别材料内部孔洞、裂纹，能对这些缺陷进行定量表征，可以对材料内部缺陷的尺寸进行统计分析，测量精度达到微米级。
航天精密零件内部结构较为复杂，常规的无损检测手段对其内部质量难以评判。
图7 金属材料显微CT检测图像
Fig.7 Detection images of metal material by micro-CT
分析漏气原因可能有两种：一是导管存在裂口；二是填充导管周围的金属填料存在气孔。这些气孔正好分布在导管周围，利用显微CT检测系统对样品进行检测，看出在某一截面上右侧导管存在一处贯穿性裂口，约为0.15 mm。
图8 金属材料孔洞分析
Fig.8 Porosity measurement of the metal material
（1）显微CT因其射线源焦点尺寸小、分辨率高的特点，能够实现材料中微米级气孔、微裂纹以及分层的检测，弥补了大型工业CT在分辨率上的不足，为航天材料的研制和工艺提升提供了新的思路。
（2）利用显微CT的三维检测图像以及图像处理软件，能够对材料内部缺陷进行定位以及定量测量，测量精度达到微米级，对复合材料中的孔洞分析及孔隙率计算提供了新的方法。
（3）显微CT技术能够获得材料原位三维图像，能够很好呈现结构复杂、精密细小器件的内部结构，在不破坏产品的前提下，对其内部缺陷能够精准定位，为航天材料的机械产品及元器件的失效分析提供了新的依据。
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