[发明专利]一种内外连续跨尺度量测方法及装置

说明书

本发明涉及一种内外连续跨尺度量测方法及装置，属于实验仪器制造技术领域。所述的方法包括：通过旋转X射线断层扫描仪获取样品的内部立体结构，通过碎屑分离装置自动分离强度试验过程中的碎屑，碎屑通过管道进入微型扫描电镜进行测试。所述的装置由中心强度试验模块、旋转式断面扫描模块、扫描电镜模块、支撑模块和控制模块组成。本发明可对同一物体在短时间内从微观到宏观，从内部结构到表面结构，进行全方位的扫描。

技术领域：

本发明涉及实验仪器制造技术领域，更具体地，涉及一种内外连续跨尺度量测方法及装置。

背景技术：

随着对于同一物体研究程度的不断深入，人们对于观测物体内部结构的量测目前可以通过X射线断层扫描达到纳米级别，同时对于其表面形状的研究，不仅局限于普通的光学拍摄，还发展至能够深入研究表面原子分布的扫描电镜，然而目前并未有一种装置可实现既进行表面结构宏观和微观观测，又对于样品内部结构进行观测。

扫描电子显微镜通常用以观察纳米级别以上的材料表面结构，主要为被测样品本身的化学物理性质，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等，一般针对的样品对象尺寸较小，而X射线断层扫描则可以通过螺旋式扫描，观测到材料立体的内部结构，因此，将两者结合，可对同一物体从微观到宏观，从内部结构到表面结构全方位的扫描。而目前对于强度试验过程中已有将CT应用到三轴试验仪器的案例，但只是试验前对于样品内部结构的扫描重构。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种内外连续跨尺度量测方法及装置，本发明可以在同一个装置内完成对于同一样品强度试验前后内部结构和表面结构跨尺度的量测。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案和结构是：

提供一种内外连续跨尺度量测方法及装置，包括如下步骤：

步骤1：在进行强度试验前，利用X射线断层扫描仪在旋转式环形轨道上，对观测物体进行360度的环形扫描，得到样品的内部立体结构信息，所述信息包括岩石内部的孔隙特征。X射线断层扫描技术属于现有技术，在此不再详细描述；

步骤2：进行强度试验，包括常规的压缩试验，获取力学信息，也可利用液体或者示踪元素进行驱替试验，获取岩石内部孔隙度；

步骤3：将强度试验过程中分离出来的碎屑自动筛选出符合电镜扫描试验尺寸的样品，通过管道直接进入微型扫描电镜，获取材料表面结构信息，所述信息包括被测样品本身的物理化学性质，如组成、晶体和电子结构等。

本发明对应上述方法提供一种内外连续跨尺度量测装置，由中心强度试验模块、旋转式断面扫描模块、扫描电镜模块、支撑模块和控制模块组成。中心强度试验模块位于旋转式断面扫描模块的中心位置，扫描电镜模块在旋转式断面扫描模块下方。中心强度试验模块由透明压力室、加载系统和碎屑分离装置组成，旋转式断面扫描模块由X射线断层扫描仪和旋转式环形轨道组成，X射线断层扫描仪安装在旋转式环形轨道上，可对观测物体进行360度的环形扫描，得到观测物体的内部结构；扫描电镜模块由微型扫描电镜和样品处理装置组成，微型扫描电镜与样品处理装置通过管道连接，样品处理装置通过管道与中心强度试验模块中的碎屑分离装置连接，透明压力室底部在岩石样品强度试验压缩破坏后可打开，试验过程产生的碎屑掉入碎屑分离装置，由碎屑分离装置筛选出尺寸较小的碎屑，碎屑通过管道进入样品处理装置，进行常规的电镜扫描样品前处理，随后，通过管道进入微型扫描电镜。支撑模块由支撑柱和底座组成，起到支撑作用。控制模块为协调旋转式断面扫描模块、中心强度试验模块和扫描电镜模块的工作顺序以及对应的数据收集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种内外连续跨尺度量测方法及装置，通过旋转X射线断层扫描仪获取样品的内部立体结构，通过碎屑分离装置自动分离强度试验过程中的碎屑，碎屑通过管道进入微型扫描电镜进行测试，本发明可对同一物体在短时间内从微观到宏观，从内部结构到表面结构进行全方位的扫描。