實驗一 金相顯微鏡

1、實驗一實驗一 金相顯微鏡的原理、構(gòu)金相顯微鏡的原理、構(gòu)造及使用造及使用一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?.了解金相顯微鏡的基本原理和構(gòu)造2.掌握金相顯微鏡的使用方法3.掌握金相顯微鏡的維護(hù)二、概述 顯微分析是金屬材料科學(xué)的一個很重要的研究方法，它可以觀察及研究金屬中用宏觀分析方法無法觀察到的組織細(xì)節(jié)及缺陷。而金相顯微鏡則是進(jìn)行顯微分析的主要儀器。下面介紹金相顯微鏡的原理、構(gòu)造。先看一下它的結(jié)構(gòu)：A AB BD DAABBAAB B 顯微鏡的成像原理圖 物體AB位于物鏡的前焦點外但很靠近焦點的位置上，經(jīng)過物鏡形成一個倒立的放大實像AB，這個像位于目鏡的物方焦距內(nèi)但很靠近焦點的位置上，作為目鏡的物體。目鏡

2、將物鏡放大的實像再放大成虛像AB，其位于觀察者的明視距離處（距人眼250mm），供人眼觀察。金相顯微鏡的類型很多，有臺式的、臥式的等，但無論是哪種類型，它們都是由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和附件等部分構(gòu)成。下面一一介紹：（1）顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng) 顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主要由物鏡和目鏡組成，由物體來的光線通過物鏡和目鏡進(jìn)行放大成像。 物鏡是顯微鏡最主要的光學(xué)部件。物鏡的好壞直接影響顯微鏡放大后的影像質(zhì)量。位于物鏡最前端的是平面透鏡。稱為前透鏡，起放大作用，在它以后的其他透鏡都是校正透鏡，用以校正前透鏡所引起的各種像差。 顯微鏡物鏡的球面像差大多已進(jìn)行了必要的校正，但對色像差和像域彎曲的校正，不同的物鏡

3、區(qū)別也很大。色像差校正到紅、綠兩波區(qū)的稱為消色差物鏡；校正到紅、綠、紫波區(qū)的稱為復(fù)消色差物鏡；如果再對視場邊緣的彎曲進(jìn)行校正的則稱為平場消色差物鏡。 A. 放大率。它是指物鏡獨立放大實物倍數(shù)的能力，它取決于物鏡前透鏡的焦距。焦距越短，放大倍數(shù)越高。B. 數(shù)值孔徑。它表示物鏡的聚光能力。數(shù)值孔徑大的物鏡聚光能力強(qiáng)，從實物射入物鏡的光線多，成像就鮮明，數(shù)值孔徑常用NA表示，其大小為NAsin，式中為孔徑角的一半，為介質(zhì)的折射率。C. 鑒別率。它是指物鏡分清細(xì)微組織的能力。它是物鏡最重要的特征。 物鏡所能清晰分辨出的物體相鄰兩點最小距離，根據(jù)理論推導(dǎo)可由下式求得： ANd2式中：代表入射光源的波長；

4、 N*A代表數(shù)值孔徑。 物鏡的類型、放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑等常以文字符號刻在物鏡的外殼上。如：物鏡上刻有、或/0等符號，其中表示放大倍數(shù)為45倍，0.65表示數(shù)值孔徑，或/0，表示此物鏡按無限鏡筒長度設(shè)計的。我們實驗中常用物鏡為45/0.63、10/0.25、40/0.65、100（油鏡）。2、目鏡目鏡的主要作用是將物鏡放大的實像再次放大。當(dāng)顯微觀察時，人眼能在明視距離處看到經(jīng)目鏡再次放大的虛像。目鏡的構(gòu)造比物鏡簡單的多，僅由為數(shù)不多的幾片透鏡組成，由于通過目鏡的光束近于平行，目鏡的像差并不嚴(yán)重，孔徑角也小，所以目鏡的鑒別能力低，放大倍數(shù)也不高。目鏡的類型、規(guī)格等也常以文字符號標(biāo)注在目鏡的外殼上，

5、實驗中常用的目鏡為10、12.5、15、10（帶有刻度尺的）等幾種，其所示的數(shù)字即為目鏡的放大倍數(shù)。顯微鏡放大倍數(shù)的標(biāo)定 經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大，那么人眼觀察到的像的放大倍數(shù)M即為物鏡的放大倍數(shù)M1與目鏡的放大倍數(shù)M2的乘積。由于在成像的過程中，物鏡處在前一級放大，那么物鏡不能鑒別的組織中的細(xì)微部分，目鏡也是鑒別不到的。在此種情況下，單純提高目鏡的放大倍數(shù)并不能提高成像質(zhì)量。對于每一物鏡，只有合理選擇與之配合的目鏡，才能得到清晰的像。觀察時，人在明視距離處的鑒別率為0.150.3毫米。要使物體上細(xì)微部分也能被人眼觀察到，必須將它放大到M=0.15/d0.3/d倍，即觀察時的放大范圍為：NAN

6、AdMNANAdM*6.0*23.03.0*3.0215.015.0最小最大若取入射光的平均波長為0.55微米，則顯微鏡的放大有效范圍近似為倍倍，根據(jù)物鏡的數(shù)值孔徑就可以按上述范圍選配目鏡和確定總的有效放大倍數(shù)。（2）顯微鏡的照明系統(tǒng)金相顯微鏡與生物顯微鏡不同，它是利用反射光將不透明的物體進(jìn)行放大成像的。金屬試樣不透明，需要有照明裝置。將光線投射在試樣表面，借金屬表面本身的反射能力，使部分光線被反射而進(jìn)入物鏡，從而形成一個倒立的實像，隨后在目鏡中形成一個虛像。顯微鏡的照明系統(tǒng)1.光源2.濾色片3.孔徑光欄4.視場光欄5.照明器6.照明系統(tǒng)的光軸調(diào)整(1)光源一般顯微鏡多采用低壓鎢絲燈泡作光源，

7、由降壓變壓器供給5V、6V、8V低電壓。按照光源，目前實驗室使用的顯微鏡有二種：一種是自身帶有變壓器的，另一種為外置式變壓器的，使用第二種時，應(yīng)將顯微鏡的電源插頭插在變壓器上，防止顯微鏡電源燒壞。這是值得同學(xué)注意的地方。（2）濾色片一般顯微鏡都附有黃、綠、藍(lán)三種或更多顏色的濾色片，它的作用是使光源發(fā)出的白光變?yōu)閱紊狻２煌愋偷奈镧R使用不同的濾色片，濾色片可以改變相的襯度，便于組織鑒別。（3）孔徑光欄孔徑光欄位于聚光透鏡之后，用以調(diào)節(jié)光源射入的光束粗細(xì)。一般顯微鏡的孔徑光欄是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的。 當(dāng)孔徑光欄縮小時，進(jìn)入物鏡的光束變細(xì)，光線不通過物鏡透鏡組的邊緣，球面像差大大降低。但是光束變細(xì)，使物

8、鏡的孔徑角縮小，會使實際使用的數(shù)值孔徑下降，分辨率降低。當(dāng)孔徑光欄擴(kuò)大時，入射光束越粗，物鏡的孔徑角增大，可以使光線充滿物鏡的后透鏡。這時數(shù)值孔徑可以達(dá)到額定值（即物鏡外殼上的值），分辨率也隨之提高，但是由于球面像差的增加以及鏡筒內(nèi)部反射與炫光的增加，成像質(zhì)量將降低。因此孔徑光欄對成像質(zhì)量影響很大，使用時必須做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，不能過大或過小，其合適程度應(yīng)以光束充滿物鏡后透鏡為準(zhǔn)，并根據(jù)成像的清晰程度來判斷。更換物鏡后，孔徑光欄必須做適當(dāng)調(diào)節(jié)。需注意的是不應(yīng)用它來調(diào)節(jié)視場的亮度。（4）視場光欄視場光欄位于孔徑光欄之后，調(diào)節(jié)視場光欄可以改變顯微鏡視場的大小，而并不影響物鏡的分辨率。適當(dāng)調(diào)節(jié)視場光欄還可

9、以減少鏡筒內(nèi)的反射及炫光，提高成像的襯度和質(zhì)量。但是要注意，視場光欄縮得太小，會使觀察范圍太窄，一般應(yīng)調(diào)節(jié)到與目鏡視場大小相同。（5）照明器金相顯微鏡的照明系統(tǒng)中都配有垂直照明器。目的是調(diào)節(jié)照明光束垂直轉(zhuǎn)向。通常照明器在兩光束的交接點裝一450斜角的平面玻璃反射鏡，來使光束垂直轉(zhuǎn)向。這種平面玻璃既的能反射光線，也能透過光線，但這種由45斜角的平面玻璃組成的照明器光線散失大，最大可損失90的光線。（6）照明系統(tǒng)的光軸調(diào)整為了保證光線均勻地照射在試樣表面以及得到亮度均勻地映像，要求照明光束或成像放大光束與目鏡、物鏡主光軸同心，平面玻璃的傾角恰好450。檢查時，可將試樣聚焦后，縮小孔徑光欄，取下目鏡

10、，看鏡筒中的亮斑是否在中心，如果不在，可調(diào)節(jié)光欄位置或轉(zhuǎn)動平面玻璃，使鏡筒中的亮斑移向中心。（3）顯微鏡的機(jī)械系統(tǒng)金相顯微鏡的機(jī)械系統(tǒng)是由各種機(jī)構(gòu)組成的，它將光學(xué)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)聯(lián)成一體，共同發(fā)揮作用。一般顯微鏡的機(jī)械系統(tǒng)是由支撐裝置和鏡體部件組成。支撐裝置包括底座、鏡架、載物臺、微動裝置等，鏡體部件包括物鏡轉(zhuǎn)換器、物鏡和目鏡。1載物臺；2鏡臂；3物鏡轉(zhuǎn)換器；4微動座；5粗動調(diào)焦手輪；6微動調(diào)焦手輪；7照明裝置；8底座；9平臺托架；10碗頭組；11視場光欄；12孔徑光欄 4型金相顯微鏡實物圖 （4）顯微鏡的附件顯微鏡的附件主要包括顯微攝影裝置，偏光、暗場裝置等等，這些附件我們在做攝影實驗、鋼中非

11、金屬夾雜物的實驗中再做具體介紹。（一）小型金相顯微鏡的使用操作（一）小型金相顯微鏡的使用操作4型金相顯微鏡的光路與結(jié)構(gòu)4型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng) 1. 一手握住燈座，一手轉(zhuǎn)動壓有直紋的偏心圈，使二者紅色標(biāo)點相對應(yīng)，此時即可抽出燈座，更換燈泡或檢查燈泡外表是否清潔，安裝是否妥當(dāng)，然后將燈座再插入底座內(nèi)，4型金相顯微鏡用6V15W低壓鎢絲燈泡。2. 燈泡電線與電源變壓器次級相聯(lián)，將變壓器與電源相接，開亮燈泡。3. 選用適當(dāng)?shù)妮d物臺，將試樣放在載物臺上。4. 按檢驗需要，選擇物鏡和目鏡，并把它們分別裝在物鏡轉(zhuǎn)換器上和目鏡筒內(nèi)。5. 縮小視場光欄，利用調(diào)節(jié)螺釘，使視場光欄中心與目鏡視場中心大致重合，然后

12、再打開視場光欄，使其恰好消失于目鏡視場之外。6. 調(diào)節(jié)孔徑光欄使其直徑在10mm左右，在其玻璃面放置一磨沙濾色片或一繪圖紙，移動或轉(zhuǎn)動燈座以調(diào)節(jié)燈泡位置，使孔徑光欄獲得最明亮均勻的照明，此時轉(zhuǎn)動偏心圈將燈座固定。7. 根據(jù)觀察要求和物鏡特性，調(diào)節(jié)孔徑光欄大小。8. 調(diào)節(jié)粗動調(diào)焦手輪，先使物鏡與試樣距離約12mm。然后從目鏡中觀察，當(dāng)鏡筒中調(diào)節(jié)的亮度最大或出現(xiàn)模糊像時，再用微動調(diào)焦手輪仔細(xì)調(diào)焦，直到物像清晰位置。(三)金相顯微鏡的維護(hù)保養(yǎng)金相顯微鏡是精密光學(xué)儀器，使用者必須熟悉儀器，準(zhǔn)確操作并注意維護(hù)保養(yǎng)，只有這樣才能保持儀器精度，避免損壞，顯微鏡的維護(hù)保養(yǎng)主要包括以下幾個方面：1.防止機(jī)械損傷

13、2.防塵3.防霉、防銹1、防止機(jī)械損傷（1）顯微鏡最怕強(qiáng)烈振動，一受沖擊，透鏡和微調(diào)裝置就容易損壞。附件及鏡頭拆裝，必須小心，防止碰撞和墜落。（2）搬動顯微鏡必須用雙手，一手扶住鏡架，一手扶住底座，不使可動部分擔(dān)負(fù)整個顯微鏡的重量。（3）顯微鏡部件不要隨意拆開分解，尤其是物鏡，其中透鏡位置稍有變動就會使物鏡失去應(yīng)有性能而不能使用。（4）載物臺使用時不應(yīng)防止過重的物體，以防止升降機(jī)構(gòu)損壞。2.防塵（1）顯微鏡使用后應(yīng)進(jìn)行擦拭而保持清潔狀態(tài)，在擦拭時不得用手或手帕，而必須用鏡頭紙或細(xì)綢去擦拭，塵埃用駝毛刷掃除。（2）防止鏡筒內(nèi)落入灰塵，安裝物鏡和目鏡時應(yīng)將鏡頭外側(cè)灰塵擦凈，物鏡和目鏡從顯微鏡上拆卸后必須在物鏡螺孔內(nèi)旋入物鏡螺孔蓋，在目鏡管上套上管罩。（3）物鏡拆卸后及時放入物鏡盒內(nèi)，不用的目鏡應(yīng)用鏡頭紙包好。（4）鏡筒及鏡頭內(nèi)的灰塵，用鼓氣球的空氣吹去，而不是用嘴吹氣。（5）顯微鏡使用完畢后應(yīng)及時罩蓋起來。3.防霉、防銹（1）顯微鏡室內(nèi)應(yīng)清潔干凈，避免腐蝕性化學(xué)品帶入室內(nèi)。長期不用，光學(xué)零件應(yīng)放入干燥器內(nèi)。（2）樣品放在載物臺上時要求干凈、無油污和腐蝕劑，嚴(yán)禁在室內(nèi)侵蝕試樣。（3）物鏡、目鏡、聚光鏡等鏡面不準(zhǔn)用手去觸摸，以免留下指紋和油污，影響鏡面