材料分析測(cè)試技術(shù)-0.ppt

1、,金相顯微鏡的構(gòu)造和使用,金相顯微鏡是進(jìn)行金屬顯微分析的主要工具。將專門制備的金屬試樣放在金相顯微鏡下進(jìn)行放大和觀察，可以研究金屬組織與其成分和性能之間的關(guān)系；確定各種金屬經(jīng)不同加工及熱處理后的顯微組織；鑒別金屬材料質(zhì)量的優(yōu)劣，如各種非金屬夾雜物在組織中的數(shù)量及分布情況，以及金屬晶粒度大小等。因此，利用金相顯微鏡來(lái)觀察金屬的內(nèi)部組織與缺陷是金屬材料研究中的一種基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 簡(jiǎn)單地講，金相顯微鏡是利用光線的反射將不透明物件放大后進(jìn)行觀察的。下面分別介紹金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造和使用方法。,二、 實(shí)驗(yàn)儀器,單目與雙目光學(xué)金相顯微鏡,3.1 金相顯微鏡的光學(xué)放大原理,金相顯微鏡是依靠光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2、放大作用的，其基本原理如圖21所示。光學(xué)系統(tǒng)主要包括物鏡、目鏡及一些輔助光學(xué)零件。對(duì)著被觀察物體A B的一組透鏡叫物鏡O1；對(duì)著眼睛的一組透鏡叫目鏡O2?，F(xiàn)代顯微鏡的物鏡和目鏡都是由復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)所組成。,圖2 1 金相顯微鏡的光學(xué)放大原理示意圖,光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)到16002000倍。當(dāng)被觀察物體AB置于物鏡前焦點(diǎn)略遠(yuǎn)處時(shí)，物體的反射光線穿過(guò)物鏡經(jīng)折射后，得到一個(gè)放大的倒立實(shí)像A1B1（稱為中間象）。若A1B1處于目鏡焦距之內(nèi)，則通過(guò)目鏡觀察到的物象是經(jīng)目鏡再次放大了的虛象A1B1。由于正常人眼觀察物體時(shí)最適宜的距離是250mm（稱為明視距離），因此在顯微鏡設(shè)計(jì)上，應(yīng)讓虛象A1B1正好

3、落在距人眼250mm處，以使觀察到的物體影像最清晰。,3 金相顯微鏡的基本原理,32 金相顯微鏡的主要性能指標(biāo),321 放大倍數(shù) 顯微鏡的放大倍數(shù)為物鏡放大倍數(shù)M物和目鏡放大倍數(shù)子M目的乘積，即：,式中，f物 物鏡的焦距，f目目鏡的焦距；L顯微鏡的光學(xué)鏡筒長(zhǎng)度；D 明視距離（250mm）。 f物和f目越短或L越長(zhǎng)，則顯微鏡的放大倍數(shù)越高。有的小型顯微鏡的放大倍數(shù)需再乘一個(gè)鏡筒系數(shù)，因?yàn)樗溺R筒長(zhǎng)度比一般顯微鏡短些。,顯微鏡的主要放大倍數(shù)一般是通過(guò)物鏡來(lái)保證，物鏡的最高放大倍數(shù)可達(dá)100倍，目鏡的放大倍數(shù)可達(dá)25倍。在物鏡和目鏡的鏡筒上，均標(biāo)注有放大倍數(shù)，放大倍數(shù)常用符號(hào)“”表示，如100，20

4、0等。,金相顯微鏡的鑒別率是指它能清晰地分辨試樣上兩點(diǎn)間最小距離d的能力。d值越小，鑒別率越高。根據(jù)光學(xué)衍射原理，試樣上的某一點(diǎn)通過(guò)物鏡成象后，我們看到并不是一個(gè)真正的點(diǎn)象，而是具有一定尺寸的白色圓斑，四周圍繞著許多衍射環(huán)。當(dāng)試樣上兩個(gè)相鄰點(diǎn)的距離極近時(shí)，成象后由于部分重迭而不能分清為兩個(gè)點(diǎn)。只有當(dāng)試樣上兩點(diǎn)距離達(dá)到某一d值時(shí)，才能將兩點(diǎn)分辨清楚。 顯微鏡的鑒別率取決于使用光線的波長(zhǎng)（）和物鏡的數(shù)值孔徑（A），而與目鏡無(wú)關(guān)，其d值可由下式計(jì)算：,322 鑒別率,在一般顯微鏡中，光源的波長(zhǎng)可通過(guò)加濾色片來(lái)改變，例如： 藍(lán)光的波長(zhǎng)（ ）比黃綠光（ ）短，所以鑒別率較黃綠光高25%。當(dāng)光源的波長(zhǎng)一定

5、時(shí)，可通過(guò)改變物鏡的數(shù)值孔徑A來(lái)調(diào)節(jié)顯微鏡的鑒別率。,式中，n物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率；物鏡孔徑角的一半，即通過(guò)物鏡邊緣的光線與物鏡軸線所成夾角。 n越大或 越大，則A越大，物鏡的鑒別率就越高。由于 總是小于90度的。所以在空氣介質(zhì) (n =1）中使用時(shí)，A一定小于1，這類物鏡稱干系物鏡。若在物鏡與試樣之間充滿松柏油介質(zhì)（n=1.52），則A值最高可達(dá)1.4，這就是顯微鏡在高倍觀察時(shí)用的油浸系物鏡（簡(jiǎn)稱油鏡頭）。每個(gè)物鏡都有一個(gè)額定A值，與放大倍數(shù)一起標(biāo)刻在物鏡頭上。,323 物鏡的數(shù)值孔徑,圖2 2 物鏡孔徑角,物鏡的數(shù)值孔徑表示物鏡的聚光能力，如圖22所示。數(shù)值孔徑大的物鏡聚光能力強(qiáng)，能

6、吸收更多的光線，使物象更清晰，數(shù)值孔徑A可由下式計(jì)算：,所以，顯微鏡的放大倍數(shù)M與物鏡的數(shù)值孔徑之間存在一 定關(guān)系，其范圍稱有效放大倍數(shù)范圍。在選用物鏡時(shí)，必須使 顯微鏡的放大倍數(shù)在該物鏡數(shù)值孔徑的500倍至1000倍之間。若 ，則未能充分發(fā)揮物鏡的鑒別率。若 ，則由于 物鏡鑒別率不足而形成“虛偽放大“，細(xì)微部分仍分辨不清。,3.2.4放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率之間的關(guān)系,單片透鏡在成象過(guò)程中，由于幾何條件的限制及其它因素的影響，常使影象變得模糊不清或發(fā)生變形現(xiàn)象，這種缺陷稱為象差。由于物鏡起主要放大作用，所以顯微鏡成象的質(zhì)量主要取決于物鏡，應(yīng)首先對(duì)物鏡象差進(jìn)行校正，普通透鏡成象的主要缺陷有球

7、面象差和色象差兩種。,3.2.5 透鏡成象的質(zhì)量,(1) 球面象差 如圖23所示，當(dāng)來(lái)自A點(diǎn)的單色光（即某一特定波長(zhǎng)的光線）通過(guò)透鏡后，由于透鏡表面呈球面形，折射光線不能交于一點(diǎn)，從而使放大后的影象變得模糊不清。 為降低球面象差，常采用由多片透鏡組成的透鏡組，即將凸透鏡和凹透鏡組合在一起（稱為復(fù)合透鏡）。由于這兩種透鏡的球面象差性質(zhì)相反，因此可以相互抵消。除此之外，在使用顯微鏡時(shí)，也可采取調(diào)節(jié)孔徑光欄的方法，適當(dāng)控制入射光束粗細(xì)，讓極細(xì)的一束光通過(guò)透鏡中心部位，這樣可將球面象差降至最低限度。,圖2 3 球面象差示意圖,(2) 色象差 如圖24所示，當(dāng)來(lái)自A點(diǎn)的白色光通過(guò)透鏡后，由于組成白色光的

8、七種單色光的波長(zhǎng)不同，其折射率也不同，使折射光線不能交于一點(diǎn)，紫光折射最強(qiáng)，紅光折射最弱，結(jié)果使成象模糊不清。 為消除色象差，一方面可用消色差物鏡和復(fù)消色差物鏡進(jìn)行校正。消色差物鏡常與普通目鏡配合，用于低倍和中倍觀察；復(fù)消色差物鏡與補(bǔ)償目鏡配合，用于高倍觀察。另一方面可通過(guò)加濾色片得到單色光，常用的濾色片有藍(lán)色、綠色和黃色等。,圖2 4 色象差示意圖,33 金相顯微鏡的構(gòu)造,金相顯微鏡的種類和型式很多，但最常見(jiàn)的型式有臺(tái)式、立式和臥式三大類。其構(gòu)造通常均由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成，有的顯微鏡還附帶照像裝置和暗場(chǎng)照明系統(tǒng)等?，F(xiàn)以國(guó)產(chǎn)XJB-1型金相顯微鏡為例進(jìn)行說(shuō)明；其主要結(jié)構(gòu)如圖25，2-6所示。,金相顯微鏡是一種精密光學(xué)儀器，在使用時(shí)要求細(xì)心和 謹(jǐn)慎，嚴(yán)格按照使用規(guī)程進(jìn)行操作。 將顯微鏡的光源插頭接在低壓（6V8V）變壓器上，接通電源。 根據(jù)放大倍數(shù)，選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上和目鏡筒內(nèi)，旋動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器，使物鏡進(jìn)入光路并定位（可感覺(jué)到定位器定位）。 將試樣放在樣品臺(tái)上中心，使觀察面朝下并用彈簧片壓住。 轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪先使鏡筒上升，同時(shí)用眼觀察，使物鏡盡可能接近試樣表面（但不得與之相碰），然后反向轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使鏡筒漸漸下降以調(diào)節(jié)焦距，當(dāng)視