我們使用Robot-Met.3D分析了陶瓷基預制件（CMC）中空隙，纖維體積百分比和纖維空間指向。Robot-Met.3D這種手段揭示了CMC的主要結構特徵，顯示出沒有開放型空隙，一些閉環型缺陷被觀察到。處理後的三維圖像揭示出空隙核心和纖維分布，以及各自的體積百分比。
材料背景
精確的纖維和核心微觀結構特徵在科研材料研究中扮演著重要角色，可用於分析連續纖維增強復合材料的物理性質。陶瓷基復合材料（Ceramicmatrixcomposite，CMC）具有極強的應用潛力，可用於下一代航空高速發動機或者提升汽油發動機的性能表現。開發一種可以更為直觀和易於理解CMC開放和閉環核心與纖維指向的分析手段，對於預測CMC性能表現具有重要研究意義。
Robo-Met.3D全自動連續拋磨成像三維3D微結構分析測試系統
Robo-Met.3D是全自動連續拋磨成像三維3D微結構分析測試系統，采集二維光學結構數據，用於三維重建和分析。一種Hi-Nicalon-S部分強化的預制件，使用BN纖維塗層和SiC包裹，由UES提供用於分析開放型和閉環型空隙。使用Robo-Met.3D系統自帶的光學顯微鏡進行光學自動連續成像；放大倍數為100X。合成空間分辨率為1.1μm（XY軸）。在Z軸方向，進行了毫米級別的分析（1056.5μm），共有切面124片，平均每片厚度8.5μm。每一切片中包含7×3拼接圖，單個圖片的尺寸為1000μm（XY軸）。
圖1二維處理後的原始成像圖
圖2三維重建圖（124切面）
成像處理
2D成像的圖片每層都是通過圖像拼接而成，然後通過Fiji和ImageJ軟體進行每層之間的關聯處理合成。三維分析通過Image-ProPremier3DV.9.2.2(MediaCybernetics,Inc.,Washington,USA).對於三維分析，如圖3&4，加載全部124切面的數據，並在全分辨XYZ方向進行處理。一個三維等值圖展現了纖維和空隙的分布情況，預制件中的滲透物狀態，無須過濾數據。一個成像數值區間用以限定判斷空隙和纖維相。基於強度數值和密度，空隙的範圍沙丁在0-119（包含滲透物），纖維相為120-255。對於定量，尺寸的特徵閾值設置為5μm（長寬高），體積參數可以輸出。通過Image-Pro軟體的內置模塊進行分段圖像的分析，可以分析核心和纖維的百分比。體積結果（~1%誤差）如表格所示。
圖3纖維相成像三維圖
圖4空隙核心相三維圖
每一核心根據尺寸大小被以特定的數值指數定義。CMC空隙度的計算方式：總核心體積除以樣品總體積。閉環型空隙占比約2.68vol%。發現多數的核心的直徑落於5-100微米（Feret直徑）。平均的Feret最大和最小直徑分別為21.9μm和7.3μm
在三維模式下纖維的指向和交織非常清晰直觀的可視化展示出。能夠觀察評估潛在包裹物以及不尋常的大纖維在體積中的穿透。圖5顯示的纖維相三維圖，描繪了那種的纖維指向可以被捕獲。最新的連續切面分析法已經應用到金屬纖維，分析結合效率和交織幾何結構，分析這些交織幾何結構的參數可以用來建立材料預測模型，精確的獲得材料性能信息。因此連續切面技術為CMC研究帶來了革命性分析手段。
圖5CMC預制件的纖維相三維圖
結論
通過以上分析，我們可以看出Robot-Met.3D的材料微觀結構分析應用，使得在CMC的研究中精確鑒別，分割和定量缺陷，如空隙，纖維含量和指向成為了可能。
