基于同步辐射的结构三维动态演化技术研究及仪器系统研制

同步辐射X射线在高分辨检测材料三维结构方面有着独特的巨大优势，目前缺乏用于材料力学行为检测的仪器系统。本项目提出建立一套基于同步辐射平台的材料三维微结构动态演化观测与分析的测量系统。发展新的X射线成像技术和方法，提高图像的空间分辨率和衬度分辨率，改进投影图像采集与数据存储方式，实现快速地图像采集与存储，研制高精度的材料加载平台。在此基础上，集成加载系统、旋转系统和图像采集系统，形成完整的材料测试系统，实现材料内部三维微结构的高衬度、高分辨率动态演化精确测量，从而可有效地进行微结构参量的定量化提取和分析，为材料力学行为的定量化表征和分析提供有力的技术手段。

同步辐射X射线CT技术在高分辨检测材料三维结构方面有着独特的巨大优势，由于缺乏用于材料力学行为检测的仪器系统，本项目建立了一套基于同步辐射平台的材料三维微结构动态演化观测与分析的测量系统。研制了高精度的材料加载平台，最小位移步长达1纳米，载荷精度达0.03N。在此基础上，集成加载系统、旋转系统和图像采集系统，形成了完整的材料测试系统。发展了相位衬度成像方法、“FBP降噪方法”、“MBA图像增强算法”和“FBP-Radon重建算法”等多种成像方法和图像处理技术，提高了图像的空间分辨率和衬度分辨率，将实验图像分辨率与国外相关工作相比提高了近4倍（0.65 um提高至0.165 um），最新完成的纳米成像实验图像分辨率已达64nm。改进了投影图像采集与数据存储方式，针对毫秒级高速CT对重建算法提出的挑战，发展了“AFBP-TVM”算法将实验采集速度提高了6倍，实现了快速图像采集与存储。基于该系统，实现了材料内部三维微结构的高衬度、高分辨率动态演化精确测量，并进行微结构参量的定量化提取和分析，为材料力学行为的定量化表征和分析提供了有力的技术手段。