X를 이용한 저밀도 세라믹 복합재의 폐쇄 기포 다공성의 정량적 추정

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 127(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

X-ray Microtomography는 각 단계가 일부 데이터 처리 수단을 통해 적절하게 분할된 경우 다중 위상 시스템의 위상 분율 분석을 위한 검증된 도구입니다. 저밀도 세라믹 상을 포함하는 재료의 다공성의 경우, 특히 작은 기공으로 인해 낮은 비닝이 필요한 경우 저밀도 상의 낮은 산란으로 인해 기공과 저밀도 상 간의 구별이 어려울 수 있습니다. 우리는 이러한 단점에도 불구하고 정확한 다공성 분석을 위한 새로운 결합 방법론을 제시합니다. (1) 비국소적 노이즈 제거 수단을 사용한 신호/잡음 강화, (2) 컨벌루션 신경망을 사용한 위상 분할, (3) 결과 3D 기공 메트릭의 정량 분석으로 구성된 3단계 프로세스가 제안되었습니다. 잡음 제거와 분할의 특별한 조합은 히스토그램 피팅과 관련된 모델 선택의 의지적 측면을 피하면서 일반적인 분할 알고리즘의 단편화에 대해 강력합니다. 우리는 2~9vol%의 다공성을 갖는 반응성 스파크 플라즈마 소결로 생성된 3상 SiC-TiC-다이아몬드 복합재에 적용되는 절차를 논의합니다.

세라믹의 다공성은 피할 수 없는 사실입니다. 의도적이든 불완전한 치밀화의 자연적 결과이든 다공성은 무엇보다도 기계적 특성, 열 전도성, 전기 전도성 감소와 직접적인 상관관계가 있습니다. 반대로, 많은 응용 분야는 음향/마이크로파 흡수1,2,3,4, 성장 표면으로서의 다공성3,5, 고온 초전도체의 다공성 매개 플럭스 피닝6,7 또는 단열재8,9와 같은 다공성 유발 특성에 직접적으로 의존합니다. . 기원에 관계없이 다공성 특성화는 어렵습니다. 기본 다공성 특성 분석은 일반적으로 광학 현미경이나 전자 현미경과 같은 접근 가능한 현미경 기술을 통해 수행됩니다. 그러나 비틀림, 모양, 이방성 및 일반적인 연결성과 같은 3D 효과는 광학/전자 현미경으로 관찰할 수 없으므로 정확한 정량화가 불가능합니다. Brunauer-Emmett-Teller(BET) 이론에 기초한 것과 같은 기체 흡착 방법이 훨씬 더 정확합니다. 그러나 국부적인 통찰력은 사라지고 폐쇄 셀 유형의 다공성은 BET 방법으로 제대로 특성화되지 않습니다.

XRM(X-Ray Microtomography)은 세라믹 다공성 분석에 점점 더 보편화되고 있습니다. 이러한 측면에서 XRM의 성공은 유리한 시야(수 통계), 현지화 및 모공 침투에 대한 무관심에 근거합니다. 감지 가능한 형상 크기에서 달성 가능한 동적 범위와 신호 대 잡음비(SNR)의 가변성으로 인해 문제가 발생합니다. 동적 범위의 경계는 검출기 크기(전하 결합 장치), 유효 픽셀 크기 및 대물렌즈 배율에 따라 결정됩니다. SNR은 비닝, 노출 시간 및 재료 밀도/두께에 따라 달라집니다. 저밀도 단계가 지배적인 다공성 미세 구조의 경우 SNR은 실행 가능한 분할 결과에 중요합니다. 임계값 또는 유역과 같은 기존 분할 전략은 잡음에 지나치게 민감할 수 있으며 SNR이 충분히 낮은 경우 수많은 거짓 긍정이 발생할 수 있습니다. 결과적으로 노이즈 감소는 모든 종류의 단층촬영에서 불량한 SNR의 영향을 완화하기 위해 취하는 일반적인 단계입니다. 그러나 모든 노이즈 감소 알고리즘은 이미지 "선명도" 또는 가장자리 보존에 결정적인 영향을 미치는 더 높은 공간 주파수를 (매우 다양한 정도로) 억제하는 경향이 있습니다. 의료 및 이미지 처리 커뮤니티에서 이는 속도, 가장자리 보존, 접근성(예: 매개변수 조정) 및 확장성을 나타내는 새로운 노이즈 감소 알고리즘을 추구하는 데 상당한 활동을 촉진했습니다. NLM(Non-local 수단)은 노이즈 제거 및 에지 보존 모두에 효과적인 필터 중 하나이며 이미 더 큰 단층 촬영 커뮤니티에서 널리 사용되고 있습니다15,16,17,18.