光學(xué)金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)與使用

光學(xué)金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)與使用

江西理工大學(xué)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生主講當(dāng)前第1頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月光學(xué)金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)與使用

1、原理概述2、金相顯微鏡的構(gòu)造與使用3、金相顯微鏡的保養(yǎng)與維護(hù)4、實(shí)驗(yàn)部分當(dāng)前第2頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月１、原理概述

金相分析是人們通過金相顯微鏡來研究金屬和合金顯微組織大小、形態(tài)、分布、數(shù)量和性質(zhì)的一種實(shí)驗(yàn)方法。

顯微組織是指如晶粒、包含物、夾雜物以及相變產(chǎn)物等特征組織。利用這種方法來考查如合金元素、成分變化及其與顯微組織變化的關(guān)系；冷熱加工過程對(duì)組織引入的變化規(guī)律；應(yīng)用金相檢驗(yàn)還可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)以及失效分析等。當(dāng)前第3頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月1.1金相顯微鏡的成象原理簡介

顯微鏡放大的光學(xué)系統(tǒng)由兩級(jí)組成。第一級(jí)是物鏡，細(xì)節(jié)AB通過物鏡得到放大的倒立實(shí)角A1B1。為了充分發(fā)揮物鏡的能力，一般設(shè)計(jì)時(shí)是讓被觀察物體處于很接近于焦點(diǎn)處，因此計(jì)算其放大倍數(shù)時(shí)可以用物鏡的焦距f。當(dāng)前第4頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月物鏡放大倍數(shù)：經(jīng)物鏡放大后A1B1的細(xì)節(jié)雖已為被區(qū)分開，但其尺度仍很小，仍不能為人眼所鑒別，因此，還需第二次放。第二級(jí)放大是通過目鏡來完成。當(dāng)經(jīng)第一級(jí)放大的倒立實(shí)象處于目鏡的主焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)，人眼可通過目鏡觀察到二次放大的A3B3的正立虛象

當(dāng)前第5頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月目鏡的放大倍數(shù)：式中：f目—目鏡的焦距；250—人眼的明視距離(mm)/；M目—目鏡的放大倍數(shù)。

圖1-2目鏡放大成象原理圖當(dāng)前第6頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月

被觀察物體的細(xì)節(jié)經(jīng)物鏡放大后的實(shí)象落到目鏡主焦點(diǎn)以內(nèi)后，人眼觀察可看到經(jīng)兩次放大后的虛象。A3B3虛象就是經(jīng)物鏡和目鏡兩次放大后的組合物象。顯微鏡總的放大倍數(shù)：圖1-3顯微鏡成象原理圖當(dāng)前第7頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月1.2透鏡的象差

物鏡是顯微鏡中最重要的光學(xué)器件?，F(xiàn)代物鏡多是由多塊透鏡組合成的復(fù)合透鏡構(gòu)成。物鏡的放大倍數(shù)主要決定于物鏡前透鏡的尺寸及曲率。前透鏡以后的一系列透鏡稱為“后透鏡”，后透鏡主要是為了校正透鏡的象差，以達(dá)到提高成象質(zhì)量的目的。透鏡的象差包括球面象差、象域彎曲和多色象差當(dāng)前第8頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月

球面象差產(chǎn)生的原因是由于球面單片透鏡的中心與邊緣厚薄不同，即使是單色光通過時(shí)也將產(chǎn)生不同的折射，通過透鏡后不焦集于一點(diǎn)，軸上象點(diǎn)被一個(gè)彌散的光斑所代替。

當(dāng)前第9頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月直立物體通過透鏡后得到彎曲的映象，稱為象域彎曲。其形成原因是由遠(yuǎn)軸細(xì)光束傾斜射入透鏡造成的

當(dāng)前第10頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月

多色象差是指白色光通過透鏡后，由于折射引起光的分解（色散）所造成的一系列彩色群象現(xiàn)象。其中又分為縱向色差和橫向色差。當(dāng)前第11頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月1.3物鏡和目鏡

1.3.1、物鏡A、物鏡的類型：當(dāng)前第12頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月B、物鏡的性質(zhì)

a.放大倍數(shù)：是指物鏡在線長度上放大實(shí)物倍數(shù)的能力指標(biāo)。有兩種標(biāo)示放大倍數(shù)的方法。一種是直接在物鏡上刻度出如8X、10X、45X等；另一種是在物鏡上刻度出該物鏡的焦距f，焦距越短，放大倍數(shù)越高。

L為機(jī)械鏡筒長：機(jī)械鏡筒長度是指從顯微鏡目鏡接口處到顯微鏡上物鏡上物鏡接口處之直線距離。每一物鏡上都用數(shù)字標(biāo)明了機(jī)械鏡筒長度，

當(dāng)前第13頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月b、分辨率

分辨率：指顯微鏡對(duì)觀察物體能分辨清楚的兩點(diǎn)之間的最小距離d。d=λ/(2n·sinφ)c、數(shù)值孔徑

數(shù)值孔徑：數(shù)值孔徑是反映物鏡的集光能力。當(dāng)前第14頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月集光能力與進(jìn)入物鏡之光線錐所張開的角度—孔徑角有重要關(guān)系。顯微鏡對(duì)于試樣上細(xì)微部分的鑒別能力，主要決定于孔徑角的大小，孔徑角越大從試樣上反射進(jìn)入物鏡的光線就越多，鑒別能力就高，呈象鮮明。在物鏡上可以看到標(biāo)有0.30或0.65或0.95等數(shù)值，這就是“數(shù)值孔徑”的數(shù)值。數(shù)值孔徑通常以符號(hào)“N.A”或“A”表示。

當(dāng)前第15頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月N·A=n·sinφn—物鏡與觀察物之間的介質(zhì)折射率；φ—物鏡孔徑角的半角，φ亦可稱角孔徑。從上式中可以看出，n和φ越大，N·A值也越大。增大N·A方法：①增大透鏡直徑，使φ增大會(huì)使球面象差和色象差增大，因此，在顯微物鏡中一般不采用。②縮短焦距，使φ增大③增大介質(zhì)折光率n物鏡與試樣之間滴入一種折射率大又能透光的介質(zhì)油（常用松柏油）浸油透鏡。當(dāng)前第16頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月1.3.2、目鏡

經(jīng)過物鏡放大的象往往尺度還很小，細(xì)節(jié)還不能為人眼所分辨。目鏡能起到再放大的作用，使在顯微觀察時(shí)，在明視距離處能看到一個(gè)清晰放大的虛象。目鏡上通常表明了它的放大倍數(shù)，eg.WF10,WF12.5。當(dāng)前第17頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月2、金相顯微鏡的構(gòu)造與使用

2.1金相顯微鏡的分類按功能分：教學(xué)型、生產(chǎn)型、科研型。按結(jié)構(gòu)型式分為：臺(tái)式、立式、臥式。此外還有紫外、紅外、高溫、低溫、偏光、相襯、干涉等各種特殊用途的金相顯微鏡。金相顯微鏡均主要由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、附件裝置(包括攝影或其它如顯微硬度等裝置)組成。當(dāng)前第18頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月2.2金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)

孔徑光闌的調(diào)節(jié)可以改變成象光束的大小和控制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光通亮。

視場光闌的大小對(duì)顯微鏡的分辨能力沒有影響，適當(dāng)縮小可減少筒內(nèi)的雜散光，增加圖相襯度。

當(dāng)前第19頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月2.3光學(xué)顯微鏡的光路原理圖圖２-24×型金相顯微鏡的光舉系統(tǒng)1—燈炮2—聚光鏡組(一)3—聚光組(二)4—半反射鏡5—輔助透鏡(一)6—物鏡組7—反光鏡8—孔徑光闌9—視場光闌10—輔助透鏡11—棱鏡12—棱鏡13—場鏡14—接目鏡當(dāng)前第20頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月2.4顯微鏡的照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)包括：光源、垂直照明器、光闌和濾光片。金相顯微鏡的照明分為明場照明和暗場照明，而明場照明又分為平面玻璃反射與棱鏡反射兩種。

a、明場照明：是光源光束經(jīng)垂直照明器反射經(jīng)物鏡垂直的射到試樣表面，由試樣反射的光線又垂直進(jìn)入物鏡，經(jīng)過物鏡、目鏡放大成像。特點(diǎn)：入射光和反射光均經(jīng)過物鏡，在顯微鏡下觀察試樣表面凸處是亮的，凹處是暗的。當(dāng)前第21頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月b、暗場照明：來自光源的平行光線，為環(huán)形光闌阻擋光束中心部分而成為空心光束，經(jīng)垂直照明器空心光束沿著物鏡外殼投射到反射聚光鏡的弧形反射鏡面上，靠它反射的光線聚焦到試樣表面上，這種入射光傾角極大，在試樣光亮鏡面處，反射光仍以極大角度反射出去而不能進(jìn)入物鏡。特點(diǎn)：在目鏡中看，是一片漆黑，相反，在凹陷部分呈現(xiàn)明亮。當(dāng)前第22頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月光欄分為孔徑光闌和視場光闌?？讖焦鈾谥饕怯脕碚{(diào)節(jié)入射光束的大小，調(diào)節(jié)光路中光的強(qiáng)弱程度，它的大小對(duì)成像質(zhì)量有很大影響，縮小孔徑光欄可以使像清晰，但會(huì)降低分辨率。視場光欄主要用來調(diào)節(jié)觀察視野的大小，以減少鏡筒內(nèi)部的反光和眩光，提高相質(zhì)。當(dāng)前第23頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月濾光片：濾光片的作用是：選擇所需波長的光線。通常選用黃綠濾光片吸收其他光線，使成像最清晰。當(dāng)前第24頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月3、金相顯微鏡的保養(yǎng)與維護(hù)

金相顯微鏡是一種精密光學(xué)儀器，正確的使用、維護(hù)和保養(yǎng)，有助于保證金相分析的質(zhì)量和延長儀器的使用壽命。①注意個(gè)人衛(wèi)生，嚴(yán)禁用濕手操作或?qū)途凭鹊脑嚇臃旁陲@微鏡載物臺(tái)上。②裝卸或調(diào)換鏡頭或其它部件時(shí)，動(dòng)作要穩(wěn)而輕。特別是換物鏡時(shí)，必須將鏡頭放穩(wěn)后才能放手。③調(diào)焦時(shí)，一邊用肉眼觀察鏡內(nèi)視場，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)螺絲，將物鏡調(diào)至接近試樣表面，直到視場中出現(xiàn)試樣組織輪廓時(shí)，再換用細(xì)調(diào)螺絲調(diào)節(jié)直至組織清晰為止。然后調(diào)節(jié)孔徑光欄和視場光欄，使成象最清晰。④嚴(yán)禁用手、手帕、衣服、紙等擦物鏡和目鏡。必須用鏡頭紙輕輕擦拭，嚴(yán)禁用嘴吹鏡頭上的灰塵。⑤如果鏡頭上有油等污漬，用鏡頭紙沾上二甲苯輕輕擦洗，嚴(yán)禁用酒精、汽油擦洗。⑥使用完畢，應(yīng)立即關(guān)掉電源，用粗調(diào)螺絲將物鏡調(diào)節(jié)遠(yuǎn)離載物臺(tái)上的樣品，然后取下樣品。蓋好防塵罩。⑦嚴(yán)禁隨意拆卸任何零件。當(dāng)前第25頁\共有27頁\編于星期二\23點(diǎn)應(yīng)科院材料教研室鐘濤生制作，2006年11月４、實(shí)驗(yàn)部分4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解金相顯微鏡的成象原理及基本結(jié)構(gòu)。2.學(xué)習(xí)和初步掌握金相顯微鏡的使用方法。4.2實(shí)驗(yàn)任務(wù)與步驟1．結(jié)合顯微鏡實(shí)體，認(rèn)真了解顯微鏡的光學(xué)成象原理。2．仔細(xì)了解顯微鏡的結(jié)構(gòu)——光源、光闌、垂直照明器、暗場和偏光裝置；