光學(xué)顯微分析

授課內(nèi)容三顯微分析技術(shù)第七章光學(xué)顯微分析前言

光學(xué)顯微分析的發(fā)展

15世紀(jì)中葉：放大鏡（單式顯微鏡）

1590年荷蘭HansandZachariasJanssen：復(fù)式顯微鏡

17世紀(jì)中葉R.Hooke：設(shè)計第一臺性能較好的顯微鏡

ChristiaanHuygens：惠更斯目鏡

19世紀(jì)德國ErnstAbbe闡明光學(xué)顯微鏡成像原理，光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)達(dá)0.2微米理論極限

羅伯特·虎克制造的顯微鏡（1665）羅伯特·虎克觀察到的細(xì)胞1665列文虎克和他的顯微鏡（約1680）列文虎克觀察到的“小動物”光學(xué)顯微鏡分類——幾何光學(xué)顯微鏡

生物顯微鏡、落射光顯微鏡、倒置顯微鏡、金相顯微鏡、暗視野顯微鏡等。

——物理光學(xué)顯微鏡

相差顯微鏡、偏光顯微鏡、干涉顯微鏡、相差偏振光顯微鏡、相差干涉顯微鏡、相差熒光顯微鏡等。

——信息轉(zhuǎn)換顯微鏡

熒光顯微鏡、顯微分光光度計、圖像分析顯微鏡、聲學(xué)顯微鏡、照相顯微鏡、電視顯微鏡等。

——特種光學(xué)顯微鏡

高溫顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡等。光學(xué)顯微鏡透射光顯微鏡相位差顯微鏡反射光顯微鏡解剖顯微鏡一、晶體光學(xué)基礎(chǔ)光的波動性光的波粒二象性波動學(xué)說解釋晶體光學(xué)橫波與縱波電磁波譜可見光：3900-7700?？v波橫波電磁波譜光學(xué)顯微分析使用波段：可見光波段390~770nm可見光譜3900～4460～4640～5000～5780～5920～6200～7700|紫|蘭|青|綠|黃|橙|紅|2.自然光和偏振光

——自然光：垂直于光的傳播方向振動，在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)的任意方向振動。

——偏振光：垂直于光的傳播方向振動，且只在垂直于的傳播方向的平面內(nèi)的某一方向振動。3.光的折射光的折射定律光的折射特點(diǎn)：（1）介質(zhì)中光傳播的速度愈大，則該介質(zhì)的折射率愈小；（Vi/Vr=Nr/Ni）。（2）光在真空中的傳播速度最大，n>1（3）同一介質(zhì)的折射率因所用光波波長而異（折射率色散）對于同一介質(zhì)，光波的波長與折射率成反比。（4）晶體的折射率色散能力晶體在兩種波長光波中的折射率差值越大，色散能力越強(qiáng)，液體的色散能力較固體強(qiáng)。4.光在晶體中的傳播光性均質(zhì)體與非均質(zhì)體

——光性均質(zhì)體

(各向同性介質(zhì))

光波在均質(zhì)體中傳播時，其傳播速度不因振動方向而發(fā)生改變。例如：等軸晶系礦物。

——光性非均質(zhì)體(各向異性介質(zhì))

光波在非均質(zhì)體中傳播時，其傳播速度隨振動方向不同而發(fā)生變化。例如：中級晶族和低級晶族。

一軸晶和二軸晶。

這種一束自然光穿過各向異性的晶體（如方解石晶體）時分成兩束偏振光的現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。例如：白紙上涂一個黑點(diǎn)，將方解石放在紙上，可觀察到兩個黑點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)方解石，一個黑點(diǎn)不動，另一個黑點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。

雙折射現(xiàn)象光率體：表示光波在晶體中傳播時，光波振動方向與相應(yīng)折射率值之間的關(guān)系的一種光性指示體。設(shè)想自晶體中心起，沿光波的各個振動方向，按比例截取相應(yīng)的折射率值，把各個線段的端點(diǎn)聯(lián)系起來，便構(gòu)成光率體。做法：二、光率體2.1均質(zhì)光率體光波在均質(zhì)體中傳播時，光波在任何方向振動，傳播速度不變，相應(yīng)的折射率都相等。均質(zhì)光率體：均質(zhì)光率體是一個圓球體。通過光率體中心的任意切面都是圓切面。圓的半徑表示折射率（N）。高級晶族如等軸晶系（又名立方晶系）。光軸：當(dāng)光波沿非均質(zhì)體的某些特殊方向傳播時，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝犹攸c(diǎn)和振動方向。這個特殊方向稱為光軸。中級晶族：1個光軸

如三方、四方、六方晶系低級晶族：2個光軸

如斜方、單斜、三斜晶系2.2光性非均質(zhì)體3、折射率色散

折射率色散：同一種介質(zhì)的折射率大小視所用光波的波長而異對于同一介質(zhì)，光波的波長與折射率成反比。晶體的折射率色散能力，是指晶體在兩種波長中測定的N值之差，差值越大，色散能力越強(qiáng)，差值越小，色散能力越弱。如螢石色散能力弱，N紫－N紅＝0.00686。金剛石色散能力強(qiáng)，N紫－N紅＝0.05741不同狀態(tài)的介質(zhì)，色散能力也有差異，液體色散能力較固體強(qiáng)為了不受色散影響，測折射率在單色光進(jìn)行，通常利用黃光測折射率。4.光的吸收光的吸收主要是光的波動能轉(zhuǎn)化為熱能等其它形式能的結(jié)果。5.光的反射光在精拋光平面上可獲得單向反射，反射光的強(qiáng)度取決于表面的本性和反射介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。反射力：物質(zhì)對投射在它的表面或磨光面上光線的反射能力稱為反射力。表示反射力大小的數(shù)值稱反射率。

R=(Ir/Ii)×100％反射色：物質(zhì)表面選擇反射色光而產(chǎn)生的顏色，又稱表色。物質(zhì)對七種色光等量反射，無反射色；反射色是鑒定不透明物質(zhì)的重要特征。內(nèi)反射作用：折射到礦物內(nèi)部的光線被反射出來，稱為礦物的內(nèi)反射作用。內(nèi)反射色：由于內(nèi)反射作用而產(chǎn)生的顏色，又稱為礦物的體色。物質(zhì)顏色，反射色，內(nèi)反射色不同：顏色：肉眼下所見到的顏色，它是物質(zhì)對白光中七種色波選擇性吸收的結(jié)果。反射色是指物質(zhì)的光滑表面或磨光面上，因選擇性反射作用所造成的顏色，又成為表色。內(nèi)反射色：物質(zhì)內(nèi)部反射作用所形成的顏色。又稱為礦物的體色。物質(zhì)顏色，反射色，內(nèi)反射色之間的關(guān)系：1.反射率R＞40％的礦物，無內(nèi)反射，顏色與反射色一致，主要取決于表色；2.反射率R＝30％－40％的礦物，少數(shù)具有內(nèi)反色，礦物顏色多數(shù)決定于表色。3.反射率R＝20％－30％的礦物，具有一定的透明度，可以反射一部分光線，又可透射一部分光線，且普遍具有內(nèi)反射，其顏色與內(nèi)反射一致，與反射色為互補(bǔ)色。4.反射率R<20％的礦物，大多數(shù)為透明物質(zhì)，顏色與內(nèi)反色一致。全反射

光從光疏介質(zhì)光密介質(zhì)，入射角會小于折射角，當(dāng)折射角等于90度時，光線不再進(jìn)入第二介質(zhì)，而是全部從界面上反射回來，這種現(xiàn)象叫全反射此時的入射角稱為臨界角?？梢杂孟率奖硎荆?/p>

只要知道了兩種介質(zhì)的N值的大小，即可得出臨界角的大小。

6.光在晶體中的傳播根據(jù)光在晶體中不同的傳播特點(diǎn)，可以把透明物質(zhì)分為光性均質(zhì)體和光性非均質(zhì)體1.光性均質(zhì)體光波在各向同性的介質(zhì)中傳播時，其傳播速度不因振動方向而發(fā)生改變，即折射率只有一個。2.光性非均質(zhì)體光波在各向異性的介質(zhì)中傳播時，其傳播速度隨著振動方向不同而發(fā)生改變，即折射率不只有一個。光射入非均質(zhì)體，除特殊方向外，都要發(fā)生雙折射現(xiàn)象，分解成振動方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏光。二、光學(xué)顯微分析方法

2.1偏光顯微鏡

鏡臂、鏡筒、鏡座、反光鏡、下偏光鏡、鎖光圈、聚光鏡、載物臺、物鏡、目鏡、上偏光鏡、勃氏鏡、粗調(diào)螺絲、細(xì)調(diào)螺絲、附件等

偏光顯微鏡的構(gòu)造1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調(diào)手輪，6、鏡臂，7、鏡座，8、上偏光鏡，9、試板孔，10、物鏡，11、載物臺，12、聚光鏡，13、鎖光圈，14、下偏光鏡，15、反光鏡

物鏡的分辨率

光孔角

數(shù)值孔徑

N.A=nsinθ

物鏡分辨率

放大倍數(shù)越高，數(shù)值孔徑越大。數(shù)值孔徑越大，分辨率越高。3.單偏光鏡下晶體光學(xué)性質(zhì)

單偏光鏡組成（使用下偏光鏡）

單偏光鏡下晶體光學(xué)性質(zhì)

晶體形態(tài)、大小、含量、顏色、多色性、解理、輪廓、糙面、貝克線、突起、閃突起等（1）晶形：晶體形態(tài)：偏光顯微鏡中見到的并不是整個立體形態(tài)，而僅僅是晶體的某一切片。

晶體自形程度：即晶體棱邊的規(guī)則程度。自形晶、半自形晶、它形晶

（2）解理：晶體沿一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)。裂開的面稱解理面

極完全解理、完全解理、不完全解理（3）顏色和多色性

多色性:使晶體顏色發(fā)生變化的現(xiàn)象。均質(zhì)體晶體的顏色和濃度不因光波的振動方向而發(fā)生改變；部分非均質(zhì)體晶體的顏色和濃度隨方向改變。

Ng=深綠色，Nm=綠色，Np=淺黃綠色（普通角閃石）

No=深藍(lán)色，Ne=淺紫色

（電氣石）

（4）輪廓、貝克線、糙面、突起及閃突起輪廓與貝克線貝克線成因

提升鏡筒，貝克線移向折射率大的方向4.正交偏光鏡下晶體光學(xué)性質(zhì)正交偏光鏡組成

（使用上、下偏光鏡）正交偏光鏡下晶體光學(xué)性質(zhì)

消光現(xiàn)象、干涉色、光率體軸名、雙折射率、消光類型、延性符號、雙晶

5.反光顯微鏡

研究不透明晶體（薄片厚度在0．03mm時）的光學(xué)性質(zhì)。

5.1.反光顯微鏡的構(gòu)造垂直照明器：反射器，前偏光鏡，孔徑光闌，視場光闌等組成。反射器作用：將入射光向上或向下反射。玻片反射器和棱鏡反射器。5.2.反光顯微鏡的調(diào)節(jié)和使用調(diào)節(jié)：物鏡中心的校正，偏光系統(tǒng)的校正和垂直照明系統(tǒng)的校正。應(yīng)用：觀察光片表面相的形貌、尺寸、顏色、分布。制片方法簡單。5.3反光顯微鏡的應(yīng)用5.4特殊光學(xué)顯微分析方法明場照相術(shù)最常用的方法。暗場照相術(shù)三、金相試樣的制備

（1）取樣的部位——(a)失效零件

1.金相試樣的切取

取樣的部位應(yīng)具有代表性

截取的方法鋸、車、銑、刨等

試樣的尺寸一般ф15～20×10～20mm

軸上對比取樣

長裂紋處取樣

淬火裂紋取樣

其制備過程包括：取樣、鑲嵌、磨制、拋光和浸蝕。(b)熱處理后的零件

環(huán)圈類零件取樣

軸類零件取樣

齒輪類取樣

(c)從鑄、鍛件上取樣

從鑄件上取樣

鍛件縱截面檢查項(xiàng)目1表面折疊2碳化物分布3橫向裂紋4變形晶粒5夾雜物6帶狀組織

鍛件縱截面檢查項(xiàng)目1夾雜物分布2組織及晶粒大小3表面氧化脫碳4心部表面缺陷

(d)供應(yīng)態(tài)軋制材料

鋼中非金屬夾雜物取樣部位示意圖

鋼棒（左）、鋼管（右）脫碳層取樣部位示意圖

（2）試樣截取方法硬度低于30HRC可用鋸、車、銑、刨等方法截取

硬度大于30HRC可用水冷式砂輪切片機(jī)、鉬絲切割機(jī)等方法截取2.金相試樣的鑲嵌

XQ-2型金相試樣鑲嵌機(jī)

金相試樣機(jī)械鑲嵌方法

3.金相試樣的磨制

（1）粗磨——在砂輪機(jī)上用砂輪磨制

正確錯誤（2）細(xì)磨——一般在3～6種金相砂紙上進(jìn)行手工磨制過程中手腕動作

單向磨制操作

合格不合格

磨面質(zhì)量

塑料蓋塑料罩磨光盤電動機(jī)水管

M-2型金相試樣預(yù)磨機(jī)

4.金相試樣的拋光其目的是消除細(xì)磨時的微細(xì)磨痕，使磨面呈光亮無疵的鏡面，拋光質(zhì)量將直接影響到金相檢驗(yàn)的結(jié)果。

P-2型拋光機(jī)主要由電動機(jī)1、塑料盤2、拋光盤3、拋光織物4、套緊圈5、拋光罩6、電動機(jī)開關(guān)盒7和底座或支架、工作臺面及拋光盤蓋等組成。其轉(zhuǎn)速為1340r/min。

機(jī)械拋光拋光方法電解拋光

化學(xué)拋光

拋光操作過程及其應(yīng)注意的事項(xiàng)：

a)添加拋光液狀態(tài)

b)初期拋光狀態(tài)C)拋光過程中向中心加水

d)拋光時的試樣轉(zhuǎn)動e)拋光末期精拋狀態(tài)

拋光操作過程及其應(yīng)注意的事項(xiàng)：

甩尾現(xiàn)象

沾污現(xiàn)象

拋光缺陷拋光后用水清洗熱風(fēng)機(jī)吹干

電解拋光設(shè)備及其原理:

5.金相試樣顯微