金相显微镜的原理、构造和使用

金相显微镜的原理、构造和使用金相显微镜是研究金属显微组织最常用最重要的工具。1、金相显微镜与生物显微镜的比较：金相显微镜观察的试样不透明，只能借助试样磨面的反射光来观察，需要特殊光源。生物显微镜观察的试样是透明的切片，采用自然光源。2、金相显微镜有光学系统、照明系统、机械系统三部分组成。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion金相显微镜中装有两组放大透镜：物镜和目镜。其放大原理如图所示：物体AB经物镜第一次放大的倍数M物=A’B’/AB=(△+f’1)/f1f’1、f1:物镜前焦距与后焦距;△:显微镜的光学镜筒长与△相比较，f’1很短，可忽略。M物≈△/f1一、金相显微镜的成象原理PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion’B’经目镜放大的倍数：M目=A”B”/A’B’≈D/f2f2：目镜的前焦距D：人眼明视距离,D≈250mmM=M物·M目=(△/f1)·(D/f2)当显微镜的机械镜筒长度的设计等于光学镜筒长时，M=M物·M目PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、物镜金相显微镜成象质量主要取决于所用物镜的优劣。物镜的质量与物镜特性指标及象差校正程度有关。二、显微镜的主要光学零件PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（1）物镜的性质物镜的数值孔径：它表征物镜的聚光能力，增强物镜的聚光能力可提高物镜的鉴别率。数值孔径通常以“N.A.”表示。N.A.=n·sinu式中：n——物镜与观察物之间介质的折射率；u——物镜的孔径半角。提高数值孔径的途径有：a.增大透镜的直径或减小物镜的焦距，以增大孔径半角u。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion增加物镜与观察物之间的折射率。如图2-2所示。一般高倍物镜常设计成油镜，最常用的介质是松柏油(n=1.515)，其最大数值孔径N.A.=1.40。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜具有将两个物点清晰分辨的最大能力,以两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数表示。d越小，表示物镜的鉴别率越高。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion=根据公式推导得出：PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion上式表明：物镜的数值孔径越大，入射光波长越短，物镜的鉴别率越高。蓝色光（波长为4400埃）比黄绿光（波长为5500埃）的鉴别率高25%。金相显微镜的鉴别率最高只能达到物镜的鉴别率。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion*垂直鉴别率：垂直鉴别率是指物镜对高低不平的物体能清晰成象的能力。一般金相试样经过腐蚀后，表面凹凸不平，为了获得清晰的映象，物镜必须有一定的垂直鉴别能力。根据理论推导，垂直鉴别率按下式计算：()2..2..71ANMANdLl+×=总PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion实际操作中缩小孔径光栏，可以提高物镜的垂直鉴别率，但会降低物镜的分辨率。使用高倍干系物镜或油浸物镜时，因其垂直鉴别率很小，所以显示组织时应腐蚀得较浅才合适。物镜的垂直鉴别率和放大倍数及数值孔径成反比，放大倍数愈高，数值孔径愈大，垂直鉴别率愈小。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（2）物镜的性能标志*物镜类型：*放大倍数*数值孔径*适用的机械镜筒长度*油浸物镜PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（3）物镜的类型*消色差及平面消色差物镜：这两种物镜球差与色差的校正仅为黄、绿两个波区，低倍放大时影响不大，使用时宜用黄绿光作为照明光源，或在入射光程中插入黄绿色滤光片。消色差物镜常与福根目镜或校正目镜相配合，用于低倍、中倍放大。平面消色差物镜对象场弯曲作了进一步校正，适用于金相显微摄影。*复消色差物镜及平面复消色差物镜：这两种物镜色差的矫正为可见光的全部波区，但存在部分放大率色差，需要与补偿型目镜配合使用。加入兰色或黄色滤色片效果更佳。是显微镜中最优良的一种物镜。*半复消色差物镜：此物镜介于消色差与复消色差物镜之间，其光学性质与复消色差物镜接近，价格低廉用来代替复消色差物镜，使用时与补偿型目镜配合。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、目镜目镜是用来观察由物镜所成的象的放大镜。其作用：观察时在明视距离处形成一个清晰放大的虚象；显微摄影时在承影屏上得到一个放大的实象；某些目镜还能矫正残余象差。目镜的分类：（1）福根目镜：此目镜未校正象差或仅做部分象差校正，放大倍数一般不超过15倍，与低、中倍消色差物镜配用。（2）雷斯登目镜：此目镜对象场弯曲及畸变有良好的校正，对球差有一定程度的校正，但放大率色差较严重，用于显微观察或摄影，还可单独作放大镜使用。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（3）补偿型目镜：此目镜过度校正放大率色差的特征，以补偿复消色差物镜或半复消色差物镜的残余色差。放大率较高。与复消色差物镜配用，但不能与消色差物镜配用，以免产生负向色差。（4）放大型目镜：此目镜专为摄影及近距离投射而设计的，只能作摄影投影。（5）测微目镜：（6）双筒目镜：PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion三、照明系统1、光源及其装置（1）光源的要求：*光强度大，并在一定范围内可任意调整。*光源的强度要均匀。*光源的发热程度不宜过高，以免损坏仪器的光学附件。*光源位置可以调整。（2）光源的种类*白炽灯*氙灯*卤素灯PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion四、金相显微镜的维护和使用（一）进行金相显微镜操作时应注意的问题：1.要了解和熟悉金相显微镜的操作规程。2.金相显微镜的粗调手轮和微调手轮是用来调节物镜与试样之间距离。使用时应先用粗动手轮调整物镜焦距后，再用微动手轮调准物象。3.不能用手接触物镜及目镜的透镜部分。显微镜应放置在清洁、干燥的环境中。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion如果物镜、目镜的透镜、滤色片及其它光学元件上有灰尘、油污时,应用专用的软毛刷或镜头纸轻轻的擦去灰尘。油浸物镜使用后及时用二甲苯清洗镜头。5.金相样品腐蚀后，一定要吹干后放到显微镜下观察。不能将腐蚀剂、水分带到显微镜上。6.显微镜的照明灯泡为6-8伏的低压灯泡，不能直接接在220伏电压上。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（二）金相显微镜的操作方法1.将干净的金相样品倒扣在显微镜载物台的圆孔处。2.通过物镜转换器选择合适的放大倍数。3.打开电源开关。4.用调焦手轮调出清楚的焦距，观察组织。5.使用完毕，关闭电源，将显微镜恢复使用前状态，经老师检查无误后方可离开实验室。6.使用时出现故障立即报告老师，不得私自处理。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion五、各类金相显微镜通常金相显微镜分为台式、立式和卧式显微镜三大类。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、台式金相显微镜台式金相显微镜具有体积小，重量轻，携带方便等优点，其构造如图所示。2、立式金相显微镜具有使用广泛，性能较多的特点。可做明视场、暗视场、偏光观察与摄影等。3、卧式金相显微镜对各种光学象差校正好，具有优良的观察和摄影质量。其结构如图所示。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion