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同步辐射材料力学实验站

同步辐射材料力学实验站. 依托合肥国家同步辐射实验室（ NSRL ）和北京同步辐射装置 (BSRF) ，建成国内第一个同步辐射实验站。综合运用 X 射线显微扫描、 X 射线透射成像和 X 射线 CT 方法，研究材料内部细观结构及在载荷作用下的损伤演化过程。. 同步辐射材料检测方法与特点. 方法： 显微扫描 透射成像 SR-CT 特点： 不透明材料内部检测 分辨率高 无损原位测量. 合肥国家同步辐射实验室（ NSRL,USTC ）. 光束线控制器. 图象记录控制器. 旋转加载及图象记录系统. 后续图象采集及处理系统. 实验站主要仪器.

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同步辐射材料力学实验站

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Presentation Transcript

  1. 同步辐射材料力学实验站 依托合肥国家同步辐射实验室（NSRL）和北京同步辐射装置(BSRF)，建成国内第一个同步辐射实验站。综合运用X射线显微扫描、X射线透射成像和X射线CT方法，研究材料内部细观结构及在载荷作用下的损伤演化过程。

  2. 同步辐射材料检测方法与特点 方法： • 显微扫描 • 透射成像 • SR-CT 特点： • 不透明材料内部检测 • 分辨率高 • 无损原位测量

  3. 合肥国家同步辐射实验室（NSRL,USTC）

  4. 光束线控制器 图象记录控制器 旋转加载及图象记录系统 后续图象采集及处理系统 实验站主要仪器

  5. 同步辐射显微扫描技术

  6. 同步辐射显微扫描技术 采用同步辐射X射线显微扫描术，对硅片（微力传感器的一部分）内部损伤进行扫描探测。此图为光子通量图，由图可见，在一条大裂纹的平行前方，出现了大小不同的空洞，且有串接形成裂纹的趋势。扫描面积50×50um2，分辨率为2um。

  7. 42m 6m 20.037m 13.981m BW PC SR 3m w SE LA SL1 SL2 BS PW e- OW PP PP S1 OW PC ES 2D-S CON GCR TOPD XTVS ECR DR PC S2 LD XFCD The layout of the topography station at BSTR. SR – Synchrotron radiation light; W – wiggler; SE – separator; SL1 – slit1; SL2 – slit2; BW – Be windows; OW – observation; PW – passage of waterpipes; LA – laser alignment device; BS – beam stopper; PP – power plate; PC – passage of cables; ES – emergency stop; S1,2 – search 1,2; XFCD – fluorescence control desk; TOPD – topography control desk; GCR – general control rack; XTVS – X-ray TV system; ECR – environment chamber control rack; DR – dark room; LD – loading device; 2D-S – 2 dimensional scanning stage; 2D-S CON – controller; 2D-S FILM 同步辐射透射成像技术(BSRF)

  8. 同步辐射透射成像技术(BSRF) 超导带材Bi-2223/Ag（单芯）在室温下其内部结构及损伤演化过程动画显示

  9. 1 4 5 2 3 6 同步辐射透射成像技术(BSRF) • Bi-2223在液氮温度77K下的内部结构及损伤演化过程

  10. 材料失去超导性 （电机步数） 同步辐射透射成像技术(BSRF) • Bi-2223的载荷－位移曲线 当材料处于弹性段时，BSCCO超导芯的裂纹较少，进入塑性区后，裂纹显著增加, 临界电流Jc急剧下降（与加电实验对比），材料失去超导性。反映在内部结构上,即当BSCCO超导芯的裂纹显著增加并形成贯穿性裂纹时,破坏了导电通道，阻断了电流流动。

  11. 1 4 2 3 5 6 同步辐射透射成像技术(BSRF) • Bi-2223（单芯）在室温下其内部结构及损伤演化过程

  12. 同步辐射透射成像技术(BSRF) • Bi-2223（多芯）在室温下其内部结构及损伤演化过程

  13. P X射线 图象采 集系统 P 试件 光刻胶 光刻胶 显微镜 CCD FRONT END BE WINDOWS MIRROR BOX EXPOSURE CHAMBER EXPOSURE SHUTTER DIFFERENTIAL PUMP SYSTEM LASER ALIGNMENT SLITS TITANIUM PUMP VATND63 VALVE VATND63 VALVE 50 L/S ION PUMP 50 L/S ION PUMP • L/S TURBO ION PUMP 光刻光束线 Drawing of lithography beamline 图象读出 Read out of figure 图象记录 Recording of figure 同步辐射透射成像技术(NSRL)

  14. 2 3 1 5 6 4 2 2 1 4 1 3 ( c ) ( b ) ( a ) 硼纤维界面及纤芯损伤演化 Damage evolution at interface and core in Boron fiber 45mm 45mm 45mm 同步辐射透射成像技术(NSRL) • 环氧基复合材料内硼纤维界面及纤芯损伤演化图

  15. 1 2 1 9mm 9mm 9mm 1 3 ( a ) ( b ) 第一次加载后界面1、3处损伤演化 Damage evolution at interface 1 and 3 after first loading 加载前原始损伤 Initial damage before loading 同步辐射透射成像技术(NSRL) • 环氧基复合材料内硼纤维界面及纤芯损伤演化图

  16. ( a ) ( b ) ( c ) 第二次加载后界面损伤演化 Damage evolution at interface after second loading 9mm 9mm 9mm 3 1 3 2 1 5 6 同步辐射透射成像技术(NSRL) • 环氧基复合材料内硼纤维界面及纤芯损伤演化图

  17. 4mm 9mm 9mm ( a ) ( b ) 界面3处损伤状态 Damage shape at interface 3 纤芯处的损伤演化 Damage evolution at core 同步辐射透射成像技术(NSRL) • 环氧基复合材料内硼纤维界面及纤芯损伤演化图

  18. 加载前 50mm 第一次加载 第二次加载 同步辐射透射成像技术(NSRL) • Al/SiCP复合材料内部损伤演化图 平整部分经抛光处理，加载后损伤首先在未经表面处理的部分出现，且沿着抛光处理和未处理的界面上出现了细小的空洞，见第一次加载图。进一步加载后，空洞进一步扩展并串接成裂纹，材料在此处形成断裂破坏。

  19. 1 2 同步辐射SR-CT • 带缺口的Al/Cf复合材料棒材内部结构CT重建

  20. 1 2 3 同步辐射SR-CT • 硼纤维内部结构CT重建

  21. 已完成的科研项目 • 用同步辐射的细观力学测试技术研究(93.1～96.12 ，基金委重点项目，25万) • 非均质材料细观损伤破坏过程、强度理论与强韧化力学机制(97.1～2000.12 ，中科院95重大项目部分内容，40万) • 金属基复合材料损伤的同步辐射实验研究(95.1～96.12，中科院青年基金，1.5万) • 用同步辐射进行复合材料细观力学研究（96.1～98.12，教育部博士点基金，4.5万）

  22. 正在进行的科研项目 • 极低温条件下材料力学行为研究和宏细观分析(98.1～2001.12，基金委重点项目部分内容，75万) • 复合材料三维结构及损伤演化的同步辐射研究（2000.1～2002.12，基金委14万） • 材料内部细观结构及损伤演化的同步辐射研究（2000.1～2001.12，教育部博士点基金，4.6万） • 结构陶瓷烧结的实时观测和本构模型研究（2001.1～2003.12，基金委项目部分内容，18万）

  23. SYNCHROTRON RADIATION INMESOMECHANICAL EXPERIMENTS THANK YOU

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