一种用于对材料的三维组织形貌进行重构的装置的制作方法

文档序号:13798019阅读:547来源:国知局

本实用新型属于材料表征技术领域,特别涉及一种用于对材料的三维组织形貌进行重构的装置。



背景技术:

材料的微观组织结构决定了材料的性能,对材料组织形貌的观察与表征是微观组织结构表征的重要一环,是评估材料性能的重要手段之一。一直以来,金相、扫描电镜,甚至透射电镜和原子力显微镜等,都是从二维层面上观察和分析材料的组织形貌。但是,组织形貌的有些信息是二维表征无法观察到的,譬如铸铁中石墨的三维连通性,铝合金中凝固析出相的空间网络特征等。随着各种材料研究的深入,其微观组织形貌的三维空间结构越来越受到材料研究者的关注。

通过萃取或者深腐蚀的方法,然后借助大景深观测手段,诸如体视显微镜或者扫描电镜手段,可初步观察材料微观组织形貌的空间结构,但受限于观察手段的景深,只能算比较初级的材料三维表征手段。此类方法很难避免对材料中各组成和相整体性的破坏,得到的结果也只能用于定性分析。X射线三维扫描(XRT)技术一般用来研究矿石结构、空洞、复合材料中第二相等,可进行非破坏性定量测试,近年来作为研究材料中组织形貌的三维空间结构的有效方法逐渐被材料学者开始使用。但此种方法也有缺陷,就是对原子序数比较接近的相难以区分,并且受分辨率和试样尺寸的限制较大。同步辐射和XRT类似,虽然分析结果更精确,但成本也非常高昂。聚焦离子束(FIB)切片加三维重构,虽然可以比较精确实现材料微观组织三维形态表征,但分析范围在微米级别,而且成本高昂。

连续金相切片加上后续三维重构,可以实现比较精确的材料微观组织三维形态表征,该方法需要金相显微镜和照相机,使用时,先对试样进行抛光,然后将其置于金相显微镜的物方,照相机拍照,然后再将试样拿去进行抛光,重复上述过程,即可完成。但这种方法耗时耗力,通常完成一次重构平均需要一周左右,而且跟操作者的熟练程度关系很大,效率低。而且在此过程中,抛光的厚度无法控制,导致精确度不高,直接影响三维形貌的准确性。



技术实现要素:

本实用新型要提供一种用于对材料的三维组织形貌进行重构的装置,以克服现有技术存在的耗时耗力和效率低的问题。

为解决现有技术存在的问题,本发明的技术方案是:一种用于对材料的三维组织形貌进行重构的装置,包括金相显微镜和照相机,其特征在于:还包括试样夹持组件和抛光组件,所述金相显微镜倒置设置,照相机为自动对焦照相机,试样加持组件包括可在水平方向转动的支撑杆和其端部活动设置的夹具,抛光组件包括可在水平方向转动的支撑架和其上水平设置的抛光盘;所述夹具上下开口,其横截面形状是非圆形,其内夹持有横截面是非圆形的试样,试样的上端面上设置有配重块,夹具横截面上至少一个径向尺寸小于配重块的横截面的径向尺寸,试样的下端面与抛光盘的盘面位于一个水平面上。

还包括试样转移系统。

所述配重块通过粘结或螺钉方式与试样连接。

所述支撑杆和支撑架的转动端可上下活动地设置于立柱上。

与现有技术相比,本实用新型的优点是:

1、适用范围广:能够进行金相制备的所有材料,包括金属和非金属材料。

2、本实用新型可以大大减小连续金相切片技术重构材料三维组织形貌过程中的人力和物力消耗。

3、在本实用新型中,抛光位置固定,可通过抛光时间固定抛光厚度,自动连续在同一位置获得金相照片。

4、采用固定配重保证抛光压力大小,通过时间精确控制每张金相照片的抛光厚度,根据材料不同,厚度偏差可以控制在0.1-0.5μm;试样只在高度方向一个维度上运动,平面位置偏差可以控制在5μm以内。首张金相照片合格后,剩余金相照片可连续自动高效率完成。

附图说明:

图1是本实用新型装置的结构示意图;

图中: 1-金相显微镜,2-照相机,3-支撑杆,4-夹具,5-支撑架,6-抛光盘,7-试样,8-配重块,9-立柱。

具体实施方式:

下面讲解和附图和实施例对本实用新型进行详细地说明:

参见图1,一种用于对材料的三维组织形貌进行重构的装置,包括金相显微镜和照相机,还包括试样夹持组件和抛光组件,所述金相显微镜倒置设置,照相机为自动对焦照相机,试样加持组件包括可在水平方向转动的支撑杆和其端部活动设置的夹具,抛光组件包括可在水平方向转动的支撑架和其上水平设置的抛光盘;所述夹具上下开口,其横截面形状是非圆形,其内夹持有横截面是非圆形的试样,试样的上端面上设置有配重块,夹具横截面上至少一个径向尺寸小于配重块的横截面的径向尺寸,试样的下端面与抛光盘的盘面位于一个水平面上。

还包括试样转移系统。

所述配重块通过粘结或螺钉方式与试样连接。

所述支撑杆和支撑架的转动端可上下活动地设置于立柱上。

本方案中,所说的试样转移系统只要能够夹持样品并完成上下移动的功能即可。

实施例1:一种高效重构材料三维组织形貌的重构方法,本实施例中,所用试样时铝合金材料,其具体操作如下:

一、根据筒形试样夹具形状加工试样,并与夹具形成间隙配合装配,试样的高度高于夹具的高度,试样可在筒形夹具内上下移动,但不能水平移动;

二、第一张金相照片采用手动抛光,然后将抛光好的试样与配重进行粘接或者螺钉固定,将试样装入筒形夹具,夹具与试样为间隙配合,这样在配重的压力作用下,试样的下端自由落于抛光盘的盘面上;

三、在抛光盘上抛光固定时间后,移开抛光盘,利用试样转移系统将试样下移至倒置金相显微镜上;

四、利用照相机拍摄金相照片;

五、利用试样转移系统上移试样,继续抛光,重复三、四步骤,直至获得足够数量的金相照片;

六、通过Avizo、ImagePro或者3D Slicer软件对序列二维显微金相进行三维重建,得到材料的显微结构三维重构图。

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