專(zhuān)利名稱(chēng)：高分辨率高溫金相組織分析儀的制作方法
高分辨率高溫金相組織分析儀 本發(fā)明涉及金相顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種高分辨率高溫金相組織分析 儀。20世紀(jì)是真空技術(shù)廣泛發(fā)展的時(shí)期，在真空的獲得，測(cè)量和保持等方面取得了巨 大的發(fā)展，為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用真空技術(shù)奠下了可靠的基礎(chǔ)，而真空技術(shù)為研究金 屬在高溫下的行為開(kāi)辟了廣闊的發(fā)展前途，逐漸形成了一門(mén)新的研究技術(shù)-高溫金相技 術(shù)。高溫金相技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)對(duì)金屬在加熱和冷卻時(shí)所發(fā)生的許多過(guò)程獲得新的認(rèn)識(shí)，高 溫金相技術(shù)的主要設(shè)備為高溫金相顯微鏡。高溫金相技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要標(biāo)志——高溫金相顯微鏡的發(fā)展，1863年英國(guó) 的H. C. Sorby首次用顯微鏡觀察經(jīng)拋光并腐刻的鋼鐵試片，從而揭開(kāi)了金相學(xué)的序幕，而 1909年P(guān). Oberhoffer首次使用高溫金相顯微鏡則揭開(kāi)了高溫金相學(xué)和高溫金相技術(shù)應(yīng)用 的序幕。目前國(guó)內(nèi)金相顯微鏡為便于記錄觀察，已在目鏡上方安設(shè)攝像裝置，但這種金相 顯微鏡多為室溫觀察，功能較單一，多數(shù)高溫金相顯微鏡加熱溫度無(wú)法控制，雖然視窗19 與熱臺(tái)上封蓋18分別外接有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，但冷卻速度無(wú)法控制，試樣在高溫觀察時(shí)易 氧化。市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)耐高溫長(zhǎng)焦距高分辨率金相顯微鏡。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在不改變金相顯微鏡光路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 加裝高溫?zé)崤_(tái)，可以在高溫環(huán)境下，實(shí)時(shí)觀察金相試樣的組織變化，加熱溫度從-190°C 1200°C，溫度可控，冷卻速度可控，并通過(guò)預(yù)留接口自由增加其他測(cè)試功能。工作距離長(zhǎng)，分 辨率可達(dá)1500倍。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種高分辨率高溫金相組織分析儀，包括裝有數(shù)碼攝像裝 置的金相顯微鏡、熱臺(tái)、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺(tái)上封蓋的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)嵌有圖 像分析系統(tǒng)的微機(jī)，其特征在于數(shù)碼攝像裝置的信號(hào)輸出端連接微機(jī)的圖像信號(hào)輸入端， 熱臺(tái)的外壁上分別設(shè)有冷卻水進(jìn)水口、液氮冷卻口、真空接口、加熱電源接口、熱電偶接口、 冷卻水出水口、預(yù)留功能接口 ；熱臺(tái)的腔室內(nèi)設(shè)有陶瓷杯，陶瓷杯內(nèi)的底部設(shè)有絕緣支架， 絕緣支架頂部設(shè)有載物臺(tái)，絕緣支架底部空隙處對(duì)應(yīng)的陶瓷杯底部設(shè)一孔，絕緣支架外纏 繞電阻絲，電阻絲一端采用接線柱連接加熱電源接口內(nèi)端，加熱電源接口外端采用CX100 系列控制記錄表連接電源，組成熱臺(tái)加熱系統(tǒng)；熱電偶置于熱臺(tái)腔室內(nèi)，熱電偶一端連接熱 電偶接口，熱電偶另一端穿過(guò)孔后連接載物臺(tái)底部一側(cè)形成熱臺(tái)測(cè)溫系統(tǒng)；載物臺(tái)底部另 一側(cè)連接銅棒的一端，銅棒的另一端穿過(guò)孔后連接液氮冷卻口內(nèi)端，液氮冷卻口外端連接 液氮源組成熱臺(tái)急速冷卻系統(tǒng)；冷卻水進(jìn)水口的外端采用智能質(zhì)量流量控制儀連接冷卻水 源，并與冷卻水出水口共同組成熱臺(tái)水冷系統(tǒng)，真空接口的外端連接真空泵。
所述的冷卻水進(jìn)水口與冷卻水出水口分別位于熱臺(tái)兩邊的對(duì)角位置。所述的金相顯微鏡采用長(zhǎng)焦距物鏡。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)一、本裝置的冷卻速度與加熱速度可以數(shù)值表現(xiàn)，能夠更直觀更方便的控制采用 CX100系列控制記錄表5控制熱臺(tái)電源的輸入功率，從而達(dá)到控制熱臺(tái)加熱速度與試樣溫 度的目的；采用智能質(zhì)量流量控制器控制冷卻水的流速，通過(guò)冷卻水流速的控制來(lái)達(dá)到控 制熱臺(tái)冷卻速度與維持熱臺(tái)恒定溫度的目的；使用智能質(zhì)量流量控制器可以更直觀的控制 熱臺(tái)內(nèi)部的溫度變化。二、本裝置的溫度范圍可達(dá)到-190°c 1200°C 本試驗(yàn)裝置加裝了利用液氮實(shí)現(xiàn) 的熱臺(tái)急速冷卻系統(tǒng)，使試樣冷卻溫度可達(dá)-190°C，再由于內(nèi)部空心的上封蓋18外部原本 連接的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)視窗進(jìn)行冷卻，即使熱臺(tái)內(nèi)部溫度達(dá)到1200°C，物鏡鏡頭也不會(huì) 炸裂；三、本裝置可實(shí)時(shí)觀察金屬與非金屬在加熱與冷卻環(huán)境下的組織變化，使用范圍 廣；四、本裝置使用二級(jí)真空系統(tǒng)，熱臺(tái)內(nèi)部真空度可達(dá)10_3帕，真空度的提高可防止 高溫下金屬試樣的氧化，能夠更真實(shí)的觀察高溫下金屬試樣的組織變化；五、本裝置可擴(kuò)展功能，極大的增加了高溫金相顯微鏡的應(yīng)用范圍。例如通過(guò)預(yù)留 功能口預(yù)留功能接口 15可連接高溫金相顯微鏡的附屬裝置，可以測(cè)量金屬的顯微硬度，金 屬材料在高溫情況下的內(nèi)應(yīng)力，還可檢測(cè)無(wú)機(jī)材料的流動(dòng)性與潤(rùn)濕性。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明專(zhuān)利中熱臺(tái)的示意圖。圖3為本發(fā)明專(zhuān)利中熱臺(tái)的剖面圖。指定圖1為摘要附圖。參見(jiàn)圖1-圖3，1為熱臺(tái)；2為長(zhǎng)焦距物鏡；3為目鏡；4為微機(jī)，內(nèi)嵌圖像分析系 統(tǒng)；5為CX100系列控制記錄表；6為智能質(zhì)量流量控制儀；7為真空泵；8為攝像裝置；9為 冷卻水進(jìn)水口 ； 10為液氮冷卻口 ； 11為真空接口 ； 12為加熱電源接口 ； 13為熱電偶接口 ； 14 為冷卻水出水口 ；15為預(yù)留功能接口 ；16為銅棒；17為陶瓷杯；18為熱臺(tái)上封蓋；19為視 窗；20為耐高溫載物臺(tái)；21為加熱電源；22為熱電偶；23為絕緣支架；24為孔，設(shè)于陶瓷杯 底部；25為底座。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)還是比較 清楚的。實(shí)施例金相顯微鏡采用長(zhǎng)焦距物鏡2，金相顯微鏡設(shè)有數(shù)碼攝像裝置8，數(shù)碼攝像裝置8 的攝像頭與鏡筒相連，并且組成垂直于試樣平面的光路，可以通過(guò)調(diào)節(jié)攝像頭的焦距對(duì)試 樣觀察的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，數(shù)碼攝像裝置8的信號(hào)輸出端連接微機(jī)4的圖像信號(hào)輸入端，微機(jī)內(nèi)嵌設(shè)有圖像分析系統(tǒng)，所述的圖像分析系統(tǒng)主要包括上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司 CF-2000系列金相組織分析軟件等組織分析軟件。熱臺(tái)1固定于金相顯微鏡的底座25上，熱臺(tái)1的外壁上后側(cè)的左右兩端分別設(shè)有 冷卻水進(jìn)水口 9、液氮冷卻口 10，熱臺(tái)1的外壁上前側(cè)的左右兩端分別設(shè)有預(yù)留功能接口 15、冷卻水出水口 14，，熱臺(tái)1的外壁的右側(cè)按前后順序依次設(shè)有真空接口 11、加熱電源接 口 12、熱電偶接口 13 ；上述各接口的排布位置可根據(jù)需要設(shè)定。熱臺(tái)1的腔室內(nèi)設(shè)有陶瓷杯17，陶瓷杯17內(nèi)的底部設(shè)有絕緣支架23，絕緣支架23 頂部固設(shè)載物臺(tái)20，絕緣支架23底部空隙處對(duì)應(yīng)的陶瓷杯底部設(shè)孔24，絕緣支架23外纏 繞電阻絲21，電阻絲21—端采用接線柱連接加熱電源接口 12內(nèi)端，加熱電源接口 12外端 采用CX100系列控制記錄表5連接電源，組成熱臺(tái)加熱系統(tǒng)；
熱電偶22置于熱臺(tái)腔室內(nèi)，熱電偶22 —端連接熱電偶接口 13，熱電偶22另一端 穿過(guò)孔24后連接載物臺(tái)20底部一側(cè)形成熱臺(tái)測(cè)溫系統(tǒng)；載物臺(tái)20底部另一側(cè)連接銅棒16的一端，銅棒16的另一端穿過(guò)孔24后連接液 氮冷卻口 10內(nèi)端，液氮冷卻口 10外端連接液氮源組成熱臺(tái)急速冷卻系統(tǒng)；為了便于在熱臺(tái)內(nèi)的空間布局，所述的熱電偶和銅棒可設(shè)計(jì)成直角式；冷卻水進(jìn)水口 9的外端連接智能質(zhì)量流量控制儀6的出水口，智能質(zhì)量流量控制 儀6的進(jìn)水口連接冷卻水源，并與熱臺(tái)側(cè)壁上的冷卻水出水口 14共同組成熱臺(tái)水冷系統(tǒng)， 冷卻水進(jìn)水口 9與冷卻水出水口 14分別位于熱臺(tái)1兩邊的對(duì)角位置，真空接口 11的外端 采用角閥連接真空泵7，用來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持熱臺(tái)的低真空，防止試樣在加熱過(guò)程中氧化。啟動(dòng)圖像分析系統(tǒng)中的圖像監(jiān)控與記錄軟件，打開(kāi)顯微鏡的光源與攝像裝置8，調(diào) 節(jié)好光路，將磨好的試樣放在耐高溫載物臺(tái)20上，蓋上熱臺(tái)上封蓋18，保證熱臺(tái)內(nèi)部完全 密封；打開(kāi)真空泵7開(kāi)始抽真空，當(dāng)熱臺(tái)內(nèi)部真空度為ICT3Pa時(shí)關(guān)閉真空泵7，調(diào)節(jié)長(zhǎng)焦距 物鏡2進(jìn)行對(duì)焦，當(dāng)微機(jī)的顯示器上出現(xiàn)清晰圖像后，打開(kāi)外接電源，通過(guò)CX100系列控制 記錄表5來(lái)控制電阻絲21的加熱功率，電阻絲再通過(guò)絕緣支架23對(duì)高溫載物臺(tái)20上的試 樣進(jìn)行加熱；在加熱過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)高分辨率，減小物鏡與試樣的距離，可打開(kāi)視窗19與溫 臺(tái)上封蓋18原有外接的獨(dú)立的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，降低視窗的溫度，保持視窗的溫度變化范 圍小，配合選用工作距離短、高分辨率的長(zhǎng)焦距物鏡2來(lái)增大物鏡的更換范圍；同時(shí)防止了 物鏡受試樣的熱輻射影響，使物鏡炸裂；而且可通過(guò)熱電偶接口與熱電偶組成的熱臺(tái)測(cè)溫 系統(tǒng)的內(nèi)部程序自動(dòng)完成熱臺(tái)內(nèi)的溫度補(bǔ)償。通過(guò)微機(jī)內(nèi)圖像分析系統(tǒng)可實(shí)時(shí)分析試樣的組織變化，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，可 以打開(kāi)熱臺(tái)1內(nèi)部的熱臺(tái)水冷系統(tǒng)，即通過(guò)智能質(zhì)量流量控制儀6來(lái)控制熱臺(tái)的冷卻水的 流速，從而控制熱臺(tái)冷卻速度，觀察試樣在不同冷卻速度下組織的變化情況。另外，也可將熱臺(tái)1內(nèi)的銅棒16—端延伸出液氮接口 10直接浸入液氮中，可觀察 試樣在急速冷卻條件下的組織變化。更換試樣時(shí)，調(diào)高長(zhǎng)焦距物鏡2，松開(kāi)連接真空接口 11的真空角閥，向熱臺(tái)1內(nèi)放 入空氣，待熱臺(tái)內(nèi)部氣壓升為大氣壓后，打開(kāi)熱臺(tái)上封蓋18，重新裝樣即可。通過(guò)本發(fā)明中的預(yù)留接口 15可以添加不同的附加功能，如通過(guò)將預(yù)留接口 15連 接高溫金相顯微鏡的附屬功能裝置，來(lái)測(cè)量金屬的顯微硬度、金屬材料在高溫情況下的內(nèi) 應(yīng)力，還可檢測(cè)無(wú)機(jī)材料的流動(dòng)性與潤(rùn)濕性。高溫金相顯微鏡可實(shí)現(xiàn)高溫金相組織的實(shí)時(shí)觀察，但無(wú)法顯示金相組織的晶格變化。若將X射線衍射應(yīng)用到高溫金相顯微鏡中，則能夠檢測(cè)出金相組織在高溫或低溫環(huán)境下的變化。本發(fā)明的高分辨率高溫金相組織分析儀可適用于以下情況(1)高溫金相組織的觀察和晶粒長(zhǎng)大的研究某些金屬及合金的高溫相不穩(wěn)定， 無(wú)法用快冷“凍結(jié)”下來(lái)，所以這些金屬組織只能在高溫下進(jìn)行觀察。例如奧氏體組織的觀 察，利用高溫金相顯微鏡不僅可以觀察奧氏體，還可以對(duì)其再結(jié)晶過(guò)程的某些規(guī)律進(jìn)行研允。(2)多相變過(guò)程的觀察，包括加熱時(shí)高溫相的形成，高溫下的相變過(guò)程。(3)高溫下承受負(fù)荷的金屬內(nèi)部組織研究，如高溫?cái)嗔?、高溫蠕變組織的研究。高 溫金相顯微鏡是研究高溫蠕變機(jī)理的有效工具。(4)金屬和合金在高溫、真空環(huán)境下力學(xué)性能的研究，對(duì)極端條件下金屬或合金的 壽命具有重要意義。這種檢測(cè)作為高溫金相顯微鏡新的發(fā)張方向，擴(kuò)大了高溫金相顯微鏡 的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
一種高分辨率高溫金相組織分析儀，包括裝有數(shù)碼攝像裝置的金相顯微鏡、熱臺(tái)、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺(tái)上封蓋的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)嵌有圖像分析系統(tǒng)的微機(jī)，其特征在于數(shù)碼攝像裝置(8)的信號(hào)輸出端連接微機(jī)(4)的圖像信號(hào)輸入端，熱臺(tái)(1)的外壁上分別設(shè)有冷卻水進(jìn)水口(9)、液氮冷卻口(10)、真空接口(11)、加熱電源接口(12)、熱電偶接口(13)、冷卻水出水口(14)、預(yù)留功能接口(15)；熱臺(tái)(1)的腔室內(nèi)設(shè)有陶瓷杯(17)，陶瓷杯(17)內(nèi)的底部設(shè)有絕緣支架(23)，絕緣支架(23)頂部設(shè)有載物臺(tái)(20)，絕緣支架(23)底部空隙處對(duì)應(yīng)的陶瓷杯底部設(shè)一孔(24)，絕緣支架(23)外纏繞電阻絲(21)，電阻絲(21)一端采用接線柱連接加熱電源接口(12)內(nèi)端，加熱電源接口(12)外端采用CX100系列控制記錄表(5)連接電源，組成熱臺(tái)加熱系統(tǒng)；熱電偶(22)置于熱臺(tái)腔室內(nèi)，熱電偶(22)一端連接熱電偶接口(13)，熱電偶(22)另一端穿過(guò)孔(24)后連接載物臺(tái)(20)底部一側(cè)形成熱臺(tái)測(cè)溫系統(tǒng)；載物臺(tái)(20)底部另一側(cè)連接銅棒(16)的一端，銅棒(16)的另一端穿過(guò)孔(24)后連接液氮冷卻口(10)內(nèi)端，液氮冷卻口(10)外端連接液氮源組成熱臺(tái)急速冷卻系統(tǒng)；冷卻水進(jìn)水口(9)的外端采用智能質(zhì)量流量控制儀(6)連接冷卻水源，并與冷卻水出水口(14)共同組成熱臺(tái)水冷系統(tǒng)，真空接口(11)的外端連接真空泵(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高分辨率高溫金相組織分析儀，其特征在于所述的冷卻 水進(jìn)水口(9)與冷卻水出水口(14)分別位于熱臺(tái)⑴兩邊的對(duì)角位置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高分辨率高溫金相組織分析儀，其特征在于所述的金相 顯微鏡采用長(zhǎng)焦距物鏡(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金相顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種高分辨率高溫金相組織分析儀，包括裝有數(shù)碼攝像裝置的金相顯微鏡、熱臺(tái)、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺(tái)上封蓋的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)嵌有圖像分析系統(tǒng)的微機(jī)，其特征在于數(shù)碼攝像裝置的信號(hào)輸出端連接微機(jī)的圖像信號(hào)輸入端，熱臺(tái)的外壁上分別設(shè)有冷卻水進(jìn)水口、液氮冷卻口、真空接口、加熱電源接口、熱電偶接口、冷卻水出水口、預(yù)留功能接口。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，冷卻速度與加熱速度可以數(shù)值表現(xiàn)，能夠更直觀更方便的控制，可智能控制冷卻水的流速；本裝置熱臺(tái)內(nèi)部真空度可達(dá)10-3帕，可防止高溫下金屬試樣的氧化；本裝置預(yù)留功能口接口，極大的增加了高溫金相顯微鏡的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)G01N21/01GK101839846SQ20101016825
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者于佃榮, 劉延輝, 周細(xì)應(yīng) 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)