[发明专利]一种陶瓷基复合材料的细观结构表征方法

说明书

一种陶瓷基复合材料的细观结构表征方法，通过采用基于图像的细观组分表征方法，可以一次性高精度表征材料孔隙、纤维、基体和界面的体积分数。同时可以获得孔隙、纤维和基体和界面在材料内部的分布情况，形状参数等，可以更方便的建立材料细观特征与材料力学性能之间的关系。此方法适用于多种类别的图像，包括扫描电子显微镜、电子显微镜或者X射线计算机断层扫描获得的图像，如果提高图像分辨精度，可以进一步分别计算界面和基体的体积含量，且整个操作流程简单，涉及的参数较好确定。

技术领域

本发明属于陶瓷基纤维束复合材料细观结构表征领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料的细观结构表征方法。

背景技术

对于陶瓷基纤维束复合材料，材料的截面积以及纤维、孔隙体积含量等参数对于材料力学性能的表征具有重要的意义。它是编织陶瓷基复合材料中承载的基本单元，由一束SiC纤维束经过与编织陶瓷基复合材料相同的制造工艺获得的。

当前，计算材料的截面积时，可以首先通过比重瓶法测量材料的密度，并通过单位长度的质量，从而得出材料的截面积。并再次通过相同方法，获得纤维的截面积，从而分别获得纤维、基体和孔隙的体积分数。然而排水法在实际操作过程中，由于材料本身较小且操作流程复杂，使得排水法的结果准确率不高。

随着图像处理技术以及无损检测设备的进步，获得上述参数有了更加方便的计算方式。XCT(X-ray Computed Tomography)扫描凭借其不破坏物体但可以观察到内部结构的特点，应用广泛。它可以扫描陶瓷基复合材料复杂预制体并产生一系列包含材料内部结构信息连续切片。然而，陶瓷基纤维束复合材料由于边缘形状无规则且仅占整张切片的一小部分，使得边缘提取困难，进一步造成内部孔隙分布和各组分体积比无法表征。

综上，有必要对XCT切片的图像处理技术识别进行研究，达到计算材料的截面积以及组分体积分数、形状参数等目的，同时，简化操作流程以及提高准确度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种陶瓷基复合材料的细观结构表征方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种陶瓷基复合材料的细观结构表征方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对陶瓷基复合材料进行XCT扫描，导出垂直于材料轴向的一系列含有距离标尺的原始切片；

步骤二：根据标尺计算出切片中每个像素的面积Every_Pixel_Area；

步骤三：确定并裁剪出材料所在的矩形区域，记录裁剪框的长宽，获得裁剪后的图像；

步骤四：确定图像基体和纤维、孔隙的像素值分布范围，将孔隙像素值均设为0，基体和纤维像素值设为预设值Matrix_Fiber_Value，获得图像Crop_Image_1；

步骤五：使用Canny边缘计算方法，获得仅包含材料边缘的二值图像与边缘矩阵Edge，将所求得的边缘的像素值表示在裁剪后的图像上进行对比；

步骤六：使用8连通区域对图像区域进行标记，结合闭运算操作使得标记区域数量为1，并使用像素值Value对该区域进行填充，记录该区域所包含的像素总数All_Sectional_Pixel，获得图像BW3；

步骤七：使用每个像素的面积Every_Pixel_Area与像素总数All_Sectional_Pixel相乘得出材料的横截面积Area_Mini；

步骤八：循环检测满足图像Crop_Image_1内像素值为0与图像BW3内像素值为1的坐标，记录为Location_Hole矩阵；