專利名稱：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，具體地說是一種高分辨率高溫金相組織分析 儀。20世紀是真空技術(shù)廣泛發(fā)展的時期，在真空的獲得，測量和保持等方面取得了巨 大的發(fā)展，為實驗室和工業(yè)實踐中應(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辟了廣闊的發(fā)展前途，逐漸形成了一門新的研究技術(shù)-高溫金相技 術(shù)。高溫金相技術(shù)的應(yīng)用，將會對金屬在加熱和冷卻時所發(fā)生的許多過程獲得新的認識，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)展的一個主要標志——高溫金相顯微鏡的發(fā)展，1863年英國 的H. C. Sorby首次用顯微鏡觀察經(jīng)拋光并腐刻的鋼鐵試片，從而揭開了金相學的序幕，而 1909年P(guān). Oberhoffer首次使用高溫金相顯微鏡則揭開了高溫金相學和高溫金相技術(shù)應(yīng)用 的序幕。目前國內(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法控制，雖然視窗19 與熱臺上封蓋18分別外接有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，但冷卻速度無法控制，試樣在高溫觀察時易 氧化。市場上尚未出現(xiàn)耐高溫長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， 加裝高溫熱臺，可以在高溫環(huán)境下，實時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，并通過預(yù)留接口自由增加其他測試功能。工作距離長，分 辨率可達1500倍。為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計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、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺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，其特征在于數(shù)碼攝像裝置的信號輸出端連接微機的圖像信號輸入端， 熱臺的外壁上分別設(shè)有冷卻水進水口、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，絕緣支架底部空隙處對應(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，組成熱臺加熱系統(tǒng)；熱電偶置于熱臺腔室內(nèi)，熱電偶一端連接熱 電偶接口，熱電偶另一端穿過孔后連接載物臺底部一側(cè)形成熱臺測溫系統(tǒng)；載物臺底部另 一側(cè)連接銅棒的一端，銅棒的另一端穿過孔后連接液氮冷卻口內(nèi)端，液氮冷卻口外端連接 液氮源組成熱臺急速冷卻系統(tǒng)；冷卻水進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水冷系統(tǒng)，真空接口的外端連接真空泵。
所述的冷卻水進水口與冷卻水出水口分別位于熱臺兩邊的對角位置。所述的金相顯微鏡采用長焦距物鏡。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點一、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控制熱臺電源的輸入功率，從而達到控制熱臺加熱速度與試樣溫 度的目的；采用智能質(zhì)量流量控制器控制冷卻水的流速，通過冷卻水流速的控制來達到控 制熱臺冷卻速度與維持熱臺恒定溫度的目的；使用智能質(zhì)量流量控制器可以更直觀的控制 熱臺內(nèi)部的溫度變化。二、本裝置的溫度范圍可達到-190°c 1200°C 本試驗裝置加裝了利用液氮實現(xiàn) 的熱臺急速冷卻系統(tǒng)，使試樣冷卻溫度可達-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)，對視窗進行冷卻，即使熱臺內(nèi)部溫度達到1200°C，物鏡鏡頭也不會 炸裂；三、本裝置可實時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、本裝置使用二級真空系統(tǒng)，熱臺內(nèi)部真空度可達10_3帕，真空度的提高可防止 高溫下金屬試樣的氧化，能夠更真實的觀察高溫下金屬試樣的組織變化；五、本裝置可擴展功能，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，還可檢測無機材料的流動性與潤濕性。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明專利中熱臺的示意圖。圖3為本發(fā)明專利中熱臺的剖面圖。指定圖1為摘要附圖。參見圖1-圖3，1為熱臺；2為長焦距物鏡；3為目鏡；4為微機，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為熱臺上封蓋；19為視 窗；20為耐高溫載物臺；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)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明對本技術(shù)領(lǐng)域的人來說還是比較 清楚的。實施例金相顯微鏡采用長焦距物鏡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，可以通過調(diào)節(jié)攝像頭的焦距對試 樣觀察的放大倍數(shù)進行調(diào)節(jié)，數(shù)碼攝像裝置8的信號輸出端連接微機4的圖像信號輸入端，微機內(nèi)嵌設(shè)有圖像分析系統(tǒng)，所述的圖像分析系統(tǒng)主要包括上海長方光學儀器有限公司 CF-2000系列金相組織分析軟件等組織分析軟件。熱臺1固定于金相顯微鏡的底座25上，熱臺1的外壁上后側(cè)的左右兩端分別設(shè)有 冷卻水進水口 9、液氮冷卻口 10，熱臺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20，絕緣支架23底部空隙處對應(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，組成熱臺加熱系統(tǒng)；
熱電偶22置于熱臺腔室內(nèi)，熱電偶22 —端連接熱電偶接口 13，熱電偶22另一端 穿過孔24后連接載物臺20底部一側(cè)形成熱臺測溫系統(tǒng)；載物臺20底部另一側(cè)連接銅棒16的一端，銅棒16的另一端穿過孔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急速冷卻系統(tǒng)；為了便于在熱臺內(nèi)的空間布局，所述的熱電偶和銅棒可設(shè)計成直角式；冷卻水進水口 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的進水口連接冷卻水源，并與熱臺側(cè)壁上的冷卻水出水口 14共同組成熱臺水冷系統(tǒng)， 冷卻水進水口 9與冷卻水出水口 14分別位于熱臺1兩邊的對角位置，真空接口 11的外端 采用角閥連接真空泵7，用來實現(xiàn)和維持熱臺的低真空，防止試樣在加熱過程中氧化。啟動圖像分析系統(tǒng)中的圖像監(jiān)控與記錄軟件，打開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20上，蓋上熱臺上封蓋18，保證熱臺內(nèi)部完全 密封；打開真空泵7開始抽真空，當熱臺內(nèi)部真空度為ICT3Pa時關(guān)閉真空泵7，調(diào)節(jié)長焦距 物鏡2進行對焦，當微機的顯示器上出現(xiàn)清晰圖像后，打開外接電源，通過CX100系列控制 記錄表5來控制電阻絲21的加熱功率，電阻絲再通過絕緣支架23對高溫載物臺20上的試 樣進行加熱；在加熱過程中，為實現(xiàn)高分辨率，減小物鏡與試樣的距離，可打開視窗19與溫 臺上封蓋18原有外接的獨立的水循環(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、高分辨率的長焦距物鏡2來增大物鏡的更換范圍；同時防止了 物鏡受試樣的熱輻射影響，使物鏡炸裂；而且可通過熱電偶接口與熱電偶組成的熱臺測溫 系統(tǒng)的內(nèi)部程序自動完成熱臺內(nèi)的溫度補償。通過微機內(nèi)圖像分析系統(tǒng)可實時分析試樣的組織變化，當溫度達到設(shè)定值時，可 以打開熱臺1內(nèi)部的熱臺水冷系統(tǒng)，即通過智能質(zhì)量流量控制儀6來控制熱臺的冷卻水的 流速，從而控制熱臺冷卻速度，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，調(diào)高長焦距物鏡2，松開連接真空接口 11的真空角閥，向熱臺1內(nèi)放 入空氣，待熱臺內(nèi)部氣壓升為大氣壓后，打開熱臺上封蓋18，重新裝樣即可。通過本發(fā)明中的預(yù)留接口 15可以添加不同的附加功能，如通過將預(yù)留接口 15連 接高溫金相顯微鏡的附屬功能裝置，來測量金屬的顯微硬度、金屬材料在高溫情況下的內(nèi) 應(yīng)力，還可檢測無機材料的流動性與潤濕性。高溫金相顯微鏡可實現(xiàn)高溫金相組織的實時觀察，但無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大的研究某些金屬及合金的高溫相不穩(wěn)定， 無法用快冷“凍結(jié)”下來，所以這些金屬組織只能在高溫下進行觀察。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，還可以對其再結(jié)晶過程的某些規(guī)律進行研允。(2)多相變過程的觀察，包括加熱時高溫相的形成，高溫下的相變過程。(3)高溫下承受負荷的金屬內(nèi)部組織研究，如高溫斷裂、高溫蠕變組織的研究。高 溫金相顯微鏡是研究高溫蠕變機理的有效工具。(4)金屬和合金在高溫、真空環(huán)境下力學性能的研究，對極端條件下金屬或合金的 壽命具有重要意義。這種檢測作為高溫金相顯微鏡新的發(fā)張方向，擴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、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺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，其特征在于數(shù)碼攝像裝置(8)的信號輸出端連接微機(4)的圖像信號輸入端，熱臺(1)的外壁上分別設(shè)有冷卻水進水口(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(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(20)，絕緣支架(23)底部空隙處對應(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，組成熱臺加熱系統(tǒng)；熱電偶(22)置于熱臺腔室內(nèi)，熱電偶(22)一端連接熱電偶接口(13)，熱電偶(22)另一端穿過孔(24)后連接載物臺(20)底部一側(cè)形成熱臺測溫系統(tǒng)；載物臺(20)底部另一側(cè)連接銅棒(16)的一端，銅棒(16)的另一端穿過孔(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急速冷卻系統(tǒng)；冷卻水進水口(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 水進水口(9)與冷卻水出水口(14)分別位于熱臺⑴兩邊的對角位置。
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、視窗的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、溫臺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，其特征在于數(shù)碼攝像裝置的信號輸出端連接微機的圖像信號輸入端，熱臺的外壁上分別設(shè)有冷卻水進水口、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；本裝置熱臺內(nèi)部真空度可達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G01N21/01GK101839846SQ20101016825
公開日2010年9月22日 申請日期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, 周細應(yīng) 申請人:上海工程技術(shù)大學