一种用于观察涂料表面微观结构随温度变化的装置
技术领域
本发明涉及一种用于显微镜观察涂层材料表面微观结构随温度变化的装置,电子显微镜配件技术领域。
背景技术
涂层在防腐、防护、保温、材料科学等领域中具有重要地位。通过显微镜热台观察涂层在高温下烧结时微观形貌变化过程是预测涂层性能、了解涂层防护机理的一种重要方法之一。目前的显微镜热台大多无法在超过1100°C的超高温下实时观察涂层材料表面微观结构变化的装置比较少，且它们大部分结构复杂，成本昂贵。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的用于观察涂料表面微观结构随温度变化的装置。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明用于观察涂料表面微观结构随温度变化的装置包括热台、显微镜和温度控制仪，所述热台包括密闭的壳体，所述壳体置于显微镜的载物台上，温度控制仪置于壳体外；壳体的内表面设有保温层，壳体上设有取物孔，所述取物孔设有密闭件，壳体的顶部开设有观测孔，观测孔处设有透明的隔温片；壳体内安装有加热载片，加热载片设有测温槽，加热载片的测温槽内置有热电偶的热端，热电偶的冷端、加热载片分别与温度控制仪电连接；显微镜通过观测孔能够观测到加热载片上涂覆的涂层。
进一步地，本发明还包括摄像机，所述摄像机安装于显微镜上以拍摄显微镜所观察到的涂层表面的微观结构的图像。
进一步地，本发明还包括计算机，所述计算机与摄像机连接。
进一步地，本发明所述加热载片包括陶瓷片，陶瓷片的上表面能够用于涂覆涂层，所述测温槽设于陶瓷片的下表面且位于涂层的下方，陶瓷片内置有加热丝，加热丝的两端分别与温度控制仪电连接。
进一步地，本发明所述壳体和保温层设有换气孔。
进一步地，本发明在所述壳体的底部安装有调平底座。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明可以观察涂层材料表面微观结构随温度变化，通过温度控制仪控制加热载片的温度，可以实现对加热载片表面温度在室温至1500℃温度范围以内变化，而现有技术通常至多升温至1100℃。尤其当加热载片使用安装有加热丝的陶瓷片时，可以实现良好的温度控制。（2）热台内的加热载片可使用陶瓷片等价格便宜的器件，可反复利用，并且不需要额外载物装置，直接将涂料涂覆于加热载片的表面即可。（3）测量时，将涂料直接涂覆于加热载片的表面，通过显微镜即可观察超高温下涂层的微观结构随温度的变化。当显微镜使用长焦距高温物镜时，可以在陶瓷片的温度达到1500℃时仍能长时间进行观察。（4）显微镜带有高清摄像头可对涂层的微观结构随温度变化的过程进行实时的高清录制。（5）本发明整体结构简单，操作方便，成本低廉。
附图说明
图1为本发明装置的一种结构示意图；
图2为热台的一种实施方式的局部剖视图；
图3为加热载片的一种实施方式的结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为加热载片的局部剖视图；
图中，1.温度控制仪；2.热台；3.显微镜；4.摄像头；5.计算机；6.导线；201.调平底座；202.壳体；203.保温层；204.加热载片；205.孔盖；206.隔温片；207.观测孔；208.取物孔；209.热电偶；210.换气孔；2041.加热丝；2042.陶瓷片；2043.涂层；2044.测温槽；20421.安装区；20422.涂覆区；301.载物台。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明用于观察涂料表面微观结构随温度变化的装置主要包括温度控制仪1、热台2和显微镜3。其中，热台2包括密闭的壳体202，壳体202置于显微镜3的载物台301上，温度控制仪1置于壳体202外。
如图2所示，壳体202的内表面设有保温层203，壳体202内安装有加热载片204，壳体202的顶部开设有观测孔207，观测孔207处密封安装一个透明的隔温片206，由此，使用显微镜3可透过透明的隔温片206观察到加热载片204的表面上涂覆的涂层2043，此外，将隔温片206密封安装于观测孔207处具有隔热效果，可防止壳体202内的热量向外扩散。壳体202上设有取物孔208，加热载片204可经由取物孔208放进或取出。使用密闭件可将取物孔208封闭，以使壳体202保持密闭，防止壳体202内的热量向外扩散。在密闭件的内侧设有保温层，可更好地避免壳体202内的热量向外流失。密闭件可以使用如孔盖205、孔塞等适合的部件。取物孔208可开设在壳体202的任何适于取、放加热载片204的位置。例如，可如图2所示，将取物孔208开设于壳体202的顶部，此时，观测孔207可直接开设在密闭件（例如孔盖205）上。
壳体202的空腔内安装有加热载片204，安装时，加热载片204宜保持水平且位置固定以便于显微镜3更好地进行观察。作为本发明的优选实施方式，如图2所示，在壳体202的底部安装调平底座201能够方便地将加热载片204调节到水平状态，从而使涂层2043在水平状态下被观察。
使用热电偶209可探测加热载片204的温度。其中，将热电偶209的热端置于加热载片204的测温槽2044内，热电偶209的冷端、加热载片204分别与温度控制仪1电连接。作为本发明的一种优选实施方式，测温槽2044设于加热载片204的下表面并位于涂层的下方。在图3至图5所示的示例中，加热载片204包括陶瓷片2042，陶瓷片2042可分为安装区20421和涂覆区20422。其中，安装区20421插入到保温层203内，从而将陶瓷片2042固定于保温层203上；涂覆区20422的上表面可用于涂覆涂层2043。更优选地，涂层2043位于观测孔207的正下方，以便显微镜可以对涂层2043进行最佳的观察。优选地，测温槽2044设于涂覆区20422的下表面且位于涂层2043的正下方。测温槽2044的直径宜小些，可更有效地避免产生误差。陶瓷片2042内置有加热丝2041，加热丝2041的两端分别与温度控制仪1电连接，从而对陶瓷片2042和陶瓷片2042上的涂层2043进行加热。
作为本发明的一种实施方式，热电偶209可穿过壳体202的侧壁，将热电偶209的热端位于壳体202内并置于加热载片204的测温槽2044内，热电偶209的冷端置于壳体202外，且热电偶209的冷端通过导线6与温度控制仪1电连接。作为本发明的另一种实施方式，如图2所示，可将整个热电偶209置于壳体202的空腔内，其冷端通过穿过壳体202的侧壁的导线6与温度控制仪1进行电连接。热电偶209将探测到的加热载片204的温度传输给温度控制仪1，如此可利用温度控制仪1控制加热载片204的温度，并实时监控加热载片204上的涂层2043的温度变化。使用本发明装置时，温度控制仪1可控制加热载片204的测温槽2044的温度在室温至1500℃的范围内变化。当显微镜3使用长焦距高温物镜时，可以在加热载片204的温度达到1500℃时仍能长时间进行观察。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示，在显微镜3上安装摄像机，可实现对显微镜3观察到的涂层表面的微观结构的变化图像进行实时、连续的拍摄和录制。
作为本发明的另一种优选实施方式，如图1所示，可将摄像机与计算机5连接，将摄像机的摄像头4所拍摄的图像实时传递给计算机5进行处理和显示。
作为本发明的另一种优选实施方式，壳体202和保温层203设有换气孔210，由此可使壳体202内的空腔与壳体202的外部环境的气压保持一致。
以下以具体的实例说明本发明装置的使用方法。首先，将取物孔208的孔盖205打开，将加热载片204取出，对加热载片204进行表面处理（如喷砂等），去除其表面杂物。将涂料均匀涂覆在陶瓷片2042的涂覆区20422上而形成涂层2043，然后重新将加热载片204的安装区20421插入到保温层203内，从而将陶瓷片2042固定于保温层203上，并使加热载片204处于水平状态，在确认涂层2043位于观测孔207的正下方后关闭孔盖205。调节调平底座201，进一步确保加热载片204处于水平状态，使涂层2043在水平状态下被观察。此外，可利用调平底座201调节显微镜3的物镜与陶瓷片2042的距离，确保摄像机的摄像头4能够采集到清晰的图像。调试完显微镜3的物镜之后，不再对其进行移动。设置温度控制仪1的升温速率和最高目标温度，检查计算机5的显示器上的图像信号，确保图像清晰后，本发明装置开始工作。
