【摘要】 原位CT（4D-CT）是一种结合显微CT与多场耦合环境的前沿表征技术，支持微米级分辨率的三维无损检测，可模拟高温（2000℃）、低温（-100℃）、力学载荷（85kN）等极端工况，动态追踪材料结构演化过程，广泛应用于材料科学、地质工程等领域，为实验室研究与实际应用搭建桥梁。

原位CT是一种适用领域非常广泛，可以观测材料内部结构动态演化过程的前沿表征手段，其丰富的三维数据结果可以进行深度量化研究，拓展研究深度和广度。

原位CT与常规的显微CT的成像原理一致，都是样品旋转一周同时发射X射线束，经探测器收集信号成像。原位环境是根据研究方案自主选择，因此只要是在旋转时、或在指定的环境下，样品的形态和内部结构不会发生变化，都可以做原位CT。

 

原位CT，或称 4D-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。

在检测时， 样品不再只是简单的置于载物台之上， 而是置于专用原位样品台中，在其周围亦安装有各种功能模块，从而在 CT 检测过程中模拟最高 2000℃、 最低-100℃、最高 85kN 的热力耦合环境、热压烧结、应力腐蚀等多种服役工况，帮助更完整准确地研究样品结构在实际环境的力学行为表现。

原位 CT 的结构示意图

 

1.无损表征，避免制样损伤

原位CT作为常规显微CT的升级技术， 对样品并没有更苛刻的要求，样品无需特殊处理即可进行检测，是一种成熟的无损表征手段。

2.微米级分辨率，三维可视化

原位 CT 虽然需要使用专用原位台，但并不影响 CT 系统本身的成像分辨率。换言之，复杂环境之中仍能获取实现微米级的三维成像结果。（具体分辨率视样品材质而定）

碳纤维的三维结构 CT 扫描结果

 

3.模拟多种工况，再现动态演化过程

原位 CT 能够模拟超高温、 超低温、 拉伸、 压缩、剪切、烧结、 腐蚀、充放电等各种工况环境，还原样品结构的动态演化过程，并且可以根据研究者的需求定制功能模块与夹具，研究的广度前所未有。

 

4.实验极端服役环境

目前原位CT已经可以实现高温2000℃、低温-100℃、载荷8.5t、烧结温度 1300℃ , 对于一些应用于极端服役环境的样品，这有效弥合了实验室研究和实际应用之间的差异。

 

5.提供真实应力应变曲线

原位 CT的检测过程中可以查看实时投影、温度曲线、载荷曲线，并且可以获取真实应力-应变曲线，为材料加工硬化行为研究、强度参数计算、塑性衡量、 性能的设计优化提供数据支持。

 

 

TC4 600℃高温拉伸原位CT试验

岩土 室温压缩原位试验

Ti/Al原位拉伸试验

Al粉（200μm粒径）450℃ 10MPa热压烧结试验