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광학 재료학 파트 2: 이미지 분석

Overview

출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아

고체 물질의 현미경 구조의 이미징, 및 이미지구조 성분의 분석은 물질학으로 알려져 있다. 종종, 우리는 노출 된 2 차원 표면에 의해 입증 된 구조적 특징만을 사용하여 재료의 내부 3 차원 미세 구조를 정량화하고 싶습니다. X선 기반 지형 방법은 매장된 미세 구조(예: 의료 맥락에서 잘 알고 있는 CT 스캔)를 드러낼 수 있지만, 관련 계측의 비용으로 인해 이러한 기술에 대한 접근이 매우 제한적입니다. 광학 현미경 기반 물질촬영은 X선 단층 촬영에 훨씬 더 접근가능하고 일상적인 대안을 제공합니다.

재료학 시리즈의 1부에서는 샘플 준비의 기본 원칙을 다루었습니다. 2부에서는 미세구조적 특징을 정량적으로 측정하고 2차원 단면에서 재료 시료의 3차원 구조로 정보를 번역할 수 있는 통계적 방법을 포함하여 이미지 분석의 원리를 거칩니다.

Principles

물질의 내부 3차원 구조로부터의 형태학적 정보는 물질적 기술, 즉 신중하게 선택된 2차원 섹션의 통계적 분석을 광학 현미경 이미지에 적용하여 얻을 수 있다.

열린 공간(원자에 의해 점유되지 않음)인 물질의 부피의 분획인 재료의 다공성은 기계적, 전기적, 광학적 특성을 결정할 수 있으며 이를 통한 대량 수송(투과성)에 직접적인 영향을 미칩니다. 볼륨 분획으로서의 다공성은 대표적인 2차원 슬라이스에서 공극의 영역 분수 또는 점 분획과 통계적으로 동등한 것으로 표시될 수 있다.

Equation 1[1]

Equation 2[2]

여기서A는 전체 이미지영역에 의해 정규화된 보이드 영역의 영역이고,PP는 마찬가지로, 무효에 누워 있는 점의 수가 총 프로브 점으로 나눈다. 괄호는 여러 샘플에 대한 평균을 나타냅니다.

다결정 물질에서 결정 입자의 평균 측면 치수인 평균 입자 크기는, 미세 구조 적 이미지에 테스트 라인을 오버레이하여 결정할 수 있는 평균 요격 입자 크기, G를 측정하여 정량화될 수 있다.

Equation 3[3]

여기서 L은 테스트 라인(그림 2참조)과 단위 테스트 선 길이당 그레인 경계 사이의 교차개 수입니다. 높은 다공성 재료의 경우 G는 다음을 찾을 수 있습니다.

Equation 4[4]

마지막으로, 물질의 효과적인 밀도는 물질적 기술에 의해 측정된 다공성을 고려하여 계산할 수 있다. 이러한 유효 밀도는 재료내의 모공의 부피를 고려한 반면, '밀도'는 비다공성 영역(측정 방법에 따라 다공성 영역)만을 지칭할 수 있다. 재료의 이 효과적인 밀도는 다음을 사용하여 찾을 수 있습니다.

Equation 5[5]

공증은 p> 또는> 의해 얻을 수 있는 곳입니다.

  1. 재료 학속 제 1부에서 모든 절차를 완료합니다. 다음의 재현성은 동일한 샘플에서 여러 이미지를 분석하여평가할 수 있음을 상기시켜야 합니다.
  2. 디지털 분석 소프트웨어를 사용할 수 있는 경우, 픽셀은 밝기에 따라 분류되고 그에 따라 계산할 수 있는 경우 방정식 [1]을 사용하여a> < 따라 모공 볼륨을 추정할 수 있습니다. 그렇지 않으면 이 분석은 물론 손으로 수행 할 수 있습니다.
  3. 이제<P P> 사용하여 모공 볼륨을 추정합니다.
  4. 미세 구조 이미지에 그리드를 오버레이합니다. 그리드의 선의 교차점은 다음 단계의 테스트 포인트로 사용되어야 합니다. 대표 결과에 표시된 165포인트(그림1)가있습니다.
  5. 총 횟수 테스트 포인트와 다공성 영역에 포함된 테스트 포인트 수를 계산합니다(그림 1의어두운 영역).
  6. 각 이미지의 다공성 영역에 떨어지는 테스트 포인트의 일부를 계산합니다.
  7. Equation 6샘플의 다공성의 볼륨 분획인 이 점 분획의 평균 값을 결정합니다.
  8. 미세 구조 이미지에 테스트 라인 집합을 겹쳐서 테스트 선과 그레인 경계 사이의 교차개 수(이웃 곡물 사이의 경계)를 계산하여 곡물 크기를 측정합니다.
  9. 수평 방향에 대하여 0, 30, 60 및 90도에서 직선선이 사용된다(도2 a-d)는곡물의 형상에 어떤 잠재적인 이방성비(바람직한 방향)를 찾아내기 위해 사용된다.
  10. 테스트 라인과 단위 테스트 라인 길이당 그레인 경계 사이의 교차개 수를 기록합니다. 테스트 선이 수직 축과 평행하게 사용하여 절차를 반복합니다.
  11. 두 경우 모두 평균 가로채 곡 크기 G를 계산하고 값을 비교합니다.

1에서는 격자가 겹쳐진 다공성 재료의 단면을 볼 수 있습니다. 교차점을 사용하여 p> 결정할 수있습니다. 어두운 영역(모공)에 놓여 있는 교차점의 수는 Pp를 얻기 위한 교차점의 총 수로 나뉘며, 여러 이미지에서 Pp 값을 평균화하여p> 도착합니다.

Figure 1
그림 1: 중첩 된 격자가있는 물질적 이미지입니다. 그리드의 교차점은 분석에 사용됩니다.

Figure 2
그림 2: a) 0, b) 30, c) 60 및 d) 90도 방향에서 선을 사용하여 곡물 크기 측정. 곡물은 분명히 모양의 이영양성 (다른 방향으로 한 방향으로 더 길다). 이 이 편성은 곡물이 "찌그러진"되는 처리 중에 시료에 작용하는 부균일한 힘으로부터 발생합니다.

이미지 ID 다공성 영역의 테스트 포인트 합계 번호 테스트 포인트 PP P>
Avg. Δ*
P1 32 100 0.32 29 1.77
P2 29 100 0.29
P3 22 100 0.22
P4 37 100 0.37
P5 24 100 0.24
P6 30 100 0.30

표 1. 다공성 측정.

아이디 프로브 L(mm) 수평(방사형 또는 후프) 수직(축)
나는 나는L L> G 나는 나는L L> G
평균. Δ
평균. Δ*
SL1 0.9 16 17.7 18.1 0.68 0.05mm 3 3.33 3.7 0.31 0.27 mm
SL2 0.9 14 15.5 2 2.22
SL3 0.9 18 20 4 4.44
SL4 0.9 16 17.7 3 3.33
SL5 0.9 15 16.7 5 5.56
SL6 0.9 19 21.1 3 3.33

표 2. 직선 프로브를 사용하여 측정을 가로채.

*: Δ는 샘플링 오류입니다. 신뢰도 수준이 95%라고 가정하면 아래 방정식으로 샘플링 오류를 추정할 수 있습니다.

Equation 7

N: 샘플 수

xi: i th 샘플

μ: 샘플 평균

범위[μ-Δ, μ+δ]에 누워 있는 인구 평균의 확률은 95%입니다. 샘플링 오차는 두 평균 간의 차이가 중요한지 말하는 기준으로 사용할 수 있습니다(예: 수직 선 프로브와 수평 선 프로브로 추정되는 IL의 평균 차이).

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0:08

Overview

1:01

Principles of Image Analysis for Quantitative Materialography

3:07

Sample Preparation: Review

3:47

Pore Volume Measurement

5:28

Grain Size Measurement

6:26

Applications

7:18

Summary

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