一种高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法。装置包括高温滴定单元、高温腔单元、样品台倾斜单元；高温滴定单元包括玻璃注射器、加热套；高温腔单元包括上盖、中腔、下盖，上盖设置有中心开孔的陶瓷加热棒，中腔设置有玻璃观察窗及防氧化气体进出口，上盖、中腔、下盖之间采用密封圈I、密封垫圈II进行密封；样品台倾斜单元包括可倾斜样品台、样平台升降装置。本发明专利技术可实现大气环境与测试环境的分离，满足易氧化液体、固体样品测试需求，所设计的测试装置、测试系统及测试方法可实现在高温环境下样品与基板的接触角及表面张力的测定。表面张力的测定。表面张力的测定。

A high temperature contact angle and surface tension testing device, testing system and testing method

【技术实现步骤摘要】
一种高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及接触角及表面张力测试
，具体而言，尤其涉及一种高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]液体的润湿性是材料研究领域的重要内容，在研究液体与固体表面润湿性时，接触角经常作为润湿程度的量度。接触角指的是气、液、固三相交点处所作的气
‑
液界面的切线穿过液体与固
‑
液交界线之间的夹角。表面张力作为液体润湿能力的重要热物性参数，通常指气液界面张力，具有较低表面张力的液体更易润湿固体表面。
[0003]不同温度下接触角及表面张力的测定对材料性能研究和应用具有重要意义。对于易氧化样品在高温环境下接触角以及表面张力的测定存在测试过程中氧化、测试装置体积大，配套设备多，价格昂贵的问题。中国专利CN105910430A公开了一种高温悬滴法接触角测定装置，其采用高温熔融炉和高温电炉上下布置，装置体积大，只能测定静态接触角，液滴下落过程可能造成液滴飞溅。中国专利CN1265201C公开了一种在线测量高温熔体接触角、表面张力的装置，该装置不适用于易氧化样品的测试，也不能进行动态接触角及表面张力的测量。中国专利CN109443251A公开了一种高温固体材料高温接触角的测量装置和测量方法，该装置不能对常温下为液体的样品进行测定，同样也不能进行动态接触角及表面张力的测量。
[0004]因此，开发一种小型的、可与普通接触角测量仪适配的、无氧化的高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法对于研究易氧化样品在不同温度下的润湿性具有重要意义。

技术实现思路

[0005]根据上述提出现有技术中存在的样品测试中出现的氧化及高温接触角测试装置体积大、价格昂贵，只能测试静态接触角，高温表面张力测试装置匮乏的技术问题，而提供一种高温接触角及表面张力测试装置、测试系统及测试方法。本专利技术主要基于高温接触角及表面张力测试装置的测试系统，实现在高温环境下对样品与基板的接触角及表面张力的测定，进一步实现不同温度下样品与基板的动态接触角测试，分析样品与基板的润湿性更加可靠。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种高温接触角及表面张力测试装置，包括：
[0008]高温腔单元，包括上盖、中腔和下盖，中腔的上下部分别与上盖和下盖间采用密封垫圈I、密封垫圈II进行密封连接，其内部具有容纳腔室；
[0009]样品台倾斜单元，安装在所述容纳腔室内，包括样品台以及与样品台相连的可倾斜样品台装置和样品台升降装置，所述样品台上设置有第一加热结构，所述第一加热结构用于加热样品台，所述可倾斜样品台装置和样品台升降装置均安装在下盖上，所述可倾斜
样品台装置用于实现样品台的倾斜，所述样品台升降装置用于实现样品台的升降；
[0010]高温滴定单元，安装在上盖并插入所述容纳腔室内，位于样品台倾斜单元上方，其上设有抽取并储存测试样品的结构以及用于加热测试样品的第二加热结构，所述高温滴定单元用于将加热后的测试样品滴定至加热后的样品台上。
[0011]进一步地，所述高温滴定单元还包括注射器，所述注射器内抽入有测试样品，底部设置有针头；所述第二加热结构包括加热套和陶瓷加热棒，所述加热套套设在注射器的外部，用于对注射器内的测试样品进行加热，所述陶瓷加热棒安装在上盖底部，其内部开有中心孔，针头插入该中心孔中，通过陶瓷加热棒实现对针头的加热；所述陶瓷加热棒外壁至少设有一根热电偶，用于对陶瓷加热棒外壁进行测温；所述上盖顶部设置有高温腔上盖出线口I，用于引出陶瓷加热棒导线及热电偶线；
[0012]所述注射器采用玻璃材质；所述加热套根据加热温度不同，选用硅橡胶加热套或陶瓷加热套；
[0013]所述加热套温度范围为20℃～500℃；所述陶瓷加热棒温度范围为20℃～700℃。
[0014]进一步地，所述中腔的每个侧面上均设置玻璃观察窗，用于对腔内进行观察以及成像；所述中腔的一侧设置有与容纳腔室内部相连通的防氧化气体进口和防氧化气体出口，所述防氧化气体进口通过气管与置于外部的防氧化气体储气瓶相连，经防氧化气体储气瓶和防氧化气体进口向腔内通入防氧化气体，维持腔内无氧环境；所述防氧化气体包括氮气、氩气、氦气；
[0015]所述下盖为双层结构，其上层结构处设置有安装第一直线伸缩杆与第二直线伸缩杆固定端的结构，用于固定所述可倾斜样品台装置和样品台升降装置，下层结构的侧面设置有高温腔下盖出线口II，用于引出控制导线。
[0016]进一步地，所述可倾斜样品台装置包括样品台底板、第一直线伸缩杆和滑块导轨机构，所述滑块导轨机构由滑块与导轨组成，所述样品台底板置于样品台下方，其一侧通过铰链与样品台转动连接，所述样品台的底部设有隔热层，所述隔热层上设有至少一条导轨，导轨上安装有滑块，滑块与第一直线伸缩杆的伸缩端通过铰链连接，第一直线伸缩杆的固定端通过铰链固定在下盖上，通过第一直线伸缩杆的伸缩运动带动滑块在导轨上移动，实现样品台在一定角度的倾斜；
[0017]所述样品台升降装置由第二直线伸缩杆和升降台底板组成，所述升降台底板与所述样品台底板通过螺栓连接，所述第二直线伸缩杆的伸缩端与升降台底板的底部固定连接，第二直线伸缩杆的固定端通过铰链固定在下盖上；
[0018]所述第一直线伸缩杆和所述第二直线伸缩杆的控制方式采用步进电机、液压或气压方式。
[0019]进一步地，所述样品台侧面处开设多个通孔，所述第一加热结构为置于多个通孔内的多个加热棒；所述样品台上至少设置有一根热电偶，用于测定当前样品台的温度；
[0020]所述样品台的倾斜度可调角度范围为0
°
～65
°
；
[0021]所述样品台的倾斜角度以及升降高度均可通过编程控制。
[0022]进一步地，所述热电偶包括K型、T型、N型、E型、R型、S型、J型热电偶。
[0023]进一步地，所述高温腔单元外壳由薄钢板经折边焊接而成，腔体由耐火材料与保温材料的复合材料制成，其中腔体内衬为耐火材料，所述耐火材料为氧化铝多晶纤维材料
或碳化硅材料，腔体内衬与腔体外壳之间设置保温层，所述保温层为耐火纤维或膨胀珍珠岩制品。
[0024]本专利技术还提供了一种高温接触角及表面张力测试系统，包括上述所述的高温接触角及表面张力测试装置，以及配套的控温系统、CCD摄像机、冷光LED轮廓背景光源和计算机，CCD摄像机与计算机相连，CCD摄像机将捕捉到的图像实时显示到计算机屏幕上。
[0025]本专利技术还提供了一种高温接触角及表面张力测试方法，通过所述的高温接触角及表面张力测试系统进行测量，用于测定不同温度下易氧化样品的表面张力及与不同基板的接触角，包括如下步骤：
[0026]步骤一、首先将高温接触角及表面张力测试装置的上盖及高温滴定单元放置于手套箱中准备填料；其中，对于易氧化的液体测试样品可直接使用注射器进行抽吸装样，对于易氧化的固体测试样品先进行熔化后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温接触角及表面张力测试装置，其特征在于，包括：高温腔单元，包括上盖(2)、中腔(4)和下盖(5)，中腔(4)的上下部分别与上盖(2)和下盖(5)间采用密封垫圈I(22)、密封垫圈II(51)进行密封连接，其内部具有容纳腔室；样品台倾斜单元(3)，安装在所述容纳腔室内，包括样品台(31)以及与样品台(31)相连的可倾斜样品台装置和样品台升降装置，所述样品台(31)上设置有第一加热结构，所述第一加热结构用于加热样品台(31)，所述可倾斜样品台装置和样品台升降装置均安装在下盖(5)上，所述可倾斜样品台装置用于实现样品台(31)的倾斜，所述样品台升降装置用于实现样品台(31)的升降；高温滴定单元(1)，安装在上盖(2)上并插入所述容纳腔室内，位于样品台倾斜单元(3)上方，其上设有抽取并储存测试样品的结构以及用于加热测试样品的第二加热结构，所述高温滴定单元(1)用于将加热后的测试样品滴定至加热后的样品台(31)上。2.根据权利要求1所述的高温接触角及表面张力测试装置，其特征在于，所述高温滴定单元(1)还包括注射器(11)，所述注射器(11)内抽入有测试样品，底部设置有针头(13)；所述第二加热结构包括加热套(12)和陶瓷加热棒(21)，所述加热套(12)套设在注射器(11)的外部，用于对注射器(11)内的测试样品进行加热，所述陶瓷加热棒(21)安装在上盖(2)底部，其内部开有中心孔，针头(13)插入该中心孔中，通过陶瓷加热棒(21)实现对针头(13)的加热；所述陶瓷加热棒(21)外壁至少设有一根热电偶，用于对陶瓷加热棒(21)外壁进行测温；所述上盖(2)顶部设置有高温腔上盖出线口I(23)，用于引出陶瓷加热棒(21)导线及热电偶线；所述注射器(11)采用玻璃材质；所述加热套(12)根据加热温度不同，选用硅橡胶加热套(12)或陶瓷加热套(12)；所述加热套(12)温度范围为20℃～500℃；所述陶瓷加热棒(21)温度范围为20℃～700℃。3.根据权利要求1所述的高温接触角及表面张力测试装置，其特征在于，所述中腔(4)的每个侧面上均设置玻璃观察窗(41)，用于对腔内进行观察以及成像；所述中腔(4)的一侧设置有与容纳腔室内部相连通的防氧化气体进口(42)和防氧化气体出口(43)，所述防氧化气体进口(42)通过气管与防氧化气体储气瓶相连，经防氧化气体储气瓶和防氧化气体进口(42)向腔内通入防氧化气体，维持腔内无氧环境；所述防氧化气体包括氮气、氩气、氦气；所述下盖(5)为双层结构，其上层结构处固定有所述可倾斜样品台装置和样品台升降装置，下层结构的侧面设置有高温腔下盖出线口II(52)，用于引出控制导线。4.根据权利要求1所述的高温接触角及表面张力测试装置，其特征在于，所述可倾斜样品台装置包括样品台底板(33)、第一直线伸缩杆(38)和滑块导轨机构，所述滑块导轨机构由滑块(37)与导轨(36)组成，所述样品台底板(33)置于样品台(31)下方，其一侧通过铰链与样品台(31)转动连接，所述样品台(31)的底部设有隔热层(32)，所述隔热层(32)上设有至少一条导轨(36)，导轨(36)上安装有滑块(37)，滑块(37)与第一直线伸缩杆(38)的伸缩端通过铰链连接，第一直线伸缩杆(38)的固定端通过铰链固定在下盖(5)上，通过第一直线伸缩杆(38)的伸缩运动带动滑块(37)在导轨(36)上移动，实现样品台(31)在一定角度的倾斜；所述样品台升降装置由第二直线伸缩杆(39)和升降台底板(34)组成，所述升降台底板
(34)与所述样品台底板(33)通过螺栓连接，所述第二直线伸缩杆(39)的伸缩端与升降台底板(34)的底部固定连接，第二直线伸缩杆(39)的固定端通过铰链固定在下盖(5)上；所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪玉龙，冯艳民，杨鑫，李亚东，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：