【摘要】 本文系统阐述原位CT技术的分类体系，包括基于射线源（同步辐射SR-CT与实验室Lab-CT）和试验节奏（准原位CT与时间分辨原位CT）的分类方式，分析其技术优势与应用场景。结合热力耦合、高温烧结等极端工况模拟能力，探讨原位CT在材料工程、新能源开发等领域的4D无损检测价值，并提供高性能显微原位CT设备的解决方案。

原位CT，是将常规的显微CT系统与多场耦合原位试验模块集成起来的新型表征手段。试验时，将样品置于专用原位台中，并在其周围安装各种功能模块，从而在CT检测过程中模拟热力耦合、热压烧结、应力腐蚀等多种服役工况，更完整准确地研究样品结构在实际环境的力学行为表现。

作为创新性4D无损检测技术，原位CT正深刻影响着材料工程、地质勘探、新能源开发等跨学科领域的研究进程。本文将系统阐述该原位CT的分类。

射线源分类体系

根据X射线源的特性差异，原位CT技术主要划分为同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）和实验室X射线断层扫描（Lab-CT）。

1.同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）

SR-CT利用同步辐射光束产生的高强度、高亮度、单色性和相干性的X射线对样品进行探测和成像。虽可实现高速高清成像，但其配套试验装置存在体积庞大、源物距（SOD）调节受限等问题，制约了实验室场景的普及应用。

上海光源SSRF第三代

 

2.实验室X射线断层扫描（Lab-CT）

Lab-CT采用锥形白光X射线束作为检测源，其配套装置采用模块化设计，具有源物距离（SOD）小、空间分辨率高等特点。该体系不仅满足独立实验需求，还可与SR-CT设备实现技术兼容。

极小的SOD

热力耦合原位装置

 

试验节奏分类体系

 

根据实验进程中的时序控制策略，原位CT技术可细分为准原位CT与时间分辨原位CT。

1.准原位CT

该模式采用分阶段扫描策略：在原位加载装置运行期间暂停实验进程（保持载荷状态），完成断层扫描后继续后续实验步骤，实现关键阶段的精准成像。

2.时间分辨原位CT

采用连续扫描方式，在全程不间断实验条件下完成三维动态成像，为材料演变提供完整的时空观测数据链。

 

技术创新与应用前景

针对准原位CT试验引发的“应力松弛”现象的争议，目前的研究已表明其与时间分辨原位所获得的图像数据具有高度一致性[1]。准原位技术凭借其分阶段高精度成像能力，已成为材料损伤可视化研究的主流解决方案。

中断和连续实验期间记录的两种材料的拉伸曲线对比[1]

 

与此同时，与此同时，随着Lab-CT技术的快速发展，相较于稀缺的SR-CT资源，其具备成本可控、数据获取高效、技术支持完善等优势，后续的服务也更细致，为研究提供了灵活性和便利性。

目前，通过高性能显微原位CT XPloreVista 2000 4D和热力耦合原位装置能够模拟高温拉伸、压缩、剪切、烧结、腐蚀多种复杂工况，可实现高温2000℃、低温-100℃、载荷8.5t、烧结温度1300℃等各类极端服役环境。为个性化材料表征提供精准可靠的技术支撑。


 
参考文献
[1] MAIRE E,CARMONA V,COURBON J,et al. Fast X-ray tomography and acoustic emission study of damage in metals during continuous tensile tests [J]. Acta materialia,2007,55:6806-6815.