Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

光学材料学第2部分:图像分析

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

材料学是一种对固体材料的结构成分进行微观结构成像和分析的方法。定量图像分析方法,如X射线断层扫描,有助于描述不同的微观结构。

但是,这些通常涉及昂贵的仪器。基于光学显微镜的材料学是研究固体材料的一种经济实惠的替代方法。在之前的关于材料学的视频中,我们介绍了光学材料学的样品制备主题。

本视频将说明如何分析制备样品的图像,使用统计方法和固体材料的三维结构量化原理。

从光学材料学法中,根据孔隙度、粒密度和有效密度三个主要特征对图像进行分析。

让我们先来看看孔隙度。它被定义为原子未占用的材料体积的一小部分。材料中的这种空隙部分决定了其机械、电气和光学特性。它还会影响其渗透性。从统计上看,孔隙度由总图像区域规范化的空隙面积估计在样本的代表性二维切片上。通过分析同一样本的多个图像,可以得出样本的平均空隙面积。同样,通过栅格化图像,通过总探测点归一化的空线的平均点数或像素数给出样本的平均空点。

多晶材料的第二个特征是晶密度。以栅格化图像为例,通过量化具有测试线的颗粒交集数来估计。所有图像的平均交点数表示晶体颗粒的平均横向尺寸。对于高孔隙度材料,平均颗粒密度也可通过平均孔隙度找到。

第三个特征是有效密度。这考虑到材料中的孔隙体积和材料的全局密度。在这里,孔隙度可以由参数 A 或 P 定义。现在,我们将了解如何分析从光学材料学获得的图像上的这三个特征。

光学材料成像图像的定量分析需要样品制备的先决条件。请参阅视频材料学第一部分,通过四个步骤实现适当的样品制备协议:切割、安装、抛光和蚀刻。

现在让我们考虑一下环形电感器芯样品的准备样本。执行光学材料分析需要同一样品的多个图像。

使用数字分析软件,可以根据像素的亮度对像素进行分类并相应地进行计数。如果不可用,分析可以手动完成。识别空隙区域。在"菜单中的分析"下,选择"设置比例"并选择以像素为单位的距离。然后选择"图像、类型"和"8 位"将图像更改为灰度。在"进程"菜单中,选择"二进制"和"使二进制"以最大化图像的对比度。最后,从"分析"菜单中选择"分析粒子"以测量微米单位的空隙区域。

取空区的总和,按总图像区域进行规范化,以获得参数 A。然后,在图像上叠加网格。交点是测试点。计算测试点的数量。识别孔隙度区域并计算其中测试点的总数。按测试点总数进行规范化,以获得参数 P。

对所有图像重复计算以估计平均参数 P 和采样误差增量,其中西格玛是标准差,n 是图像数,X-I 是样本 I,U 是样本平均值。

在分析的第二步中,确定相邻颗粒之间的边界,然后在图像上叠加一组水平测试线。计算测试线和颗粒边界之间的交点数,并计算参数 I-L。

将线条旋转 90 度,重复此步骤。然后对所有图像重复一遍。计算水平方向和垂直方向的平均截距颗粒大小。最后可以估计颗粒大小。

最后,以 30 度和 60 度旋转线,并与以前的垂直和水平情况进行比较。观察颗粒形状和首选方向角度。这是样品各向异性水平的指示。

光学显微镜对固体材料微观结构进行定量分析,对各种应用都很有用。对矿物中颗粒大小和形状的研究有助于了解极端条件下的岩层。

因此,材料学分析证明是行星探索的有用方法。多晶样品可能显示其颗粒的各种方向。例如,在用于石油管道的合金中,方向分布函数直接影响这些合金的轴向和横向机械强度。

材料学通常用于验证用于建造石油管道的合金的质量。

您刚刚观看了乔夫的光学材料学介绍。现在,您应该了解用于研究固体微观结构的图像分析原理。您还应知道如何确定不同材料的孔隙度、颗粒大小和密度。

谢谢你的收看。

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter