光学金相显微镜的结构与使用

光学金相显微镜的结构与使用

江西理工大学应科院材料教研室钟涛生主讲当前第1页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月光学金相显微镜的结构与使用

1、原理概述2、金相显微镜的构造与使用3、金相显微镜的保养与维护4、实验部分当前第2页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月１、原理概述

金相分析是人们通过金相显微镜来研究金属和合金显微组织大小、形态、分布、数量和性质的一种实验方法。

显微组织是指如晶粒、包含物、夹杂物以及相变产物等特征组织。利用这种方法来考查如合金元素、成分变化及其与显微组织变化的关系；冷热加工过程对组织引入的变化规律；应用金相检验还可对产品进行质量控制和产品检验以及失效分析等。当前第3页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月1.1金相显微镜的成象原理简介

显微镜放大的光学系统由两级组成。第一级是物镜，细节AB通过物镜得到放大的倒立实角A1B1。为了充分发挥物镜的能力，一般设计时是让被观察物体处于很接近于焦点处，因此计算其放大倍数时可以用物镜的焦距f。当前第4页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月物镜放大倍数：经物镜放大后A1B1的细节虽已为被区分开，但其尺度仍很小，仍不能为人眼所鉴别，因此，还需第二次放。第二级放大是通过目镜来完成。当经第一级放大的倒立实象处于目镜的主焦点以内时，人眼可通过目镜观察到二次放大的A3B3的正立虚象

当前第5页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月目镜的放大倍数：式中：f目—目镜的焦距；250—人眼的明视距离(mm)/；M目—目镜的放大倍数。

图1-2目镜放大成象原理图当前第6页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月

被观察物体的细节经物镜放大后的实象落到目镜主焦点以内后，人眼观察可看到经两次放大后的虚象。A3B3虚象就是经物镜和目镜两次放大后的组合物象。显微镜总的放大倍数：图1-3显微镜成象原理图当前第7页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月1.2透镜的象差

物镜是显微镜中最重要的光学器件。现代物镜多是由多块透镜组合成的复合透镜构成。物镜的放大倍数主要决定于物镜前透镜的尺寸及曲率。前透镜以后的一系列透镜称为“后透镜”，后透镜主要是为了校正透镜的象差，以达到提高成象质量的目的。透镜的象差包括球面象差、象域弯曲和多色象差当前第8页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月

球面象差产生的原因是由于球面单片透镜的中心与边缘厚薄不同，即使是单色光通过时也将产生不同的折射，通过透镜后不焦集于一点，轴上象点被一个弥散的光斑所代替。

当前第9页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月直立物体通过透镜后得到弯曲的映象，称为象域弯曲。其形成原因是由远轴细光束倾斜射入透镜造成的

当前第10页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月

多色象差是指白色光通过透镜后，由于折射引起光的分解（色散）所造成的一系列彩色群象现象。其中又分为纵向色差和横向色差。当前第11页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月1.3物镜和目镜

1.3.1、物镜A、物镜的类型：当前第12页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月B、物镜的性质

a.放大倍数：是指物镜在线长度上放大实物倍数的能力指标。有两种标示放大倍数的方法。一种是直接在物镜上刻度出如8X、10X、45X等；另一种是在物镜上刻度出该物镜的焦距f，焦距越短，放大倍数越高。

L为机械镜筒长：机械镜筒长度是指从显微镜目镜接口处到显微镜上物镜上物镜接口处之直线距离。每一物镜上都用数字标明了机械镜筒长度，

当前第13页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月b、分辨率

分辨率：指显微镜对观察物体能分辨清楚的两点之间的最小距离d。d=λ/(2n·sinφ)c、数值孔径

数值孔径：数值孔径是反映物镜的集光能力。当前第14页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月集光能力与进入物镜之光线锥所张开的角度—孔径角有重要关系。显微镜对于试样上细微部分的鉴别能力，主要决定于孔径角的大小，孔径角越大从试样上反射进入物镜的光线就越多，鉴别能力就高，呈象鲜明。在物镜上可以看到标有0.30或0.65或0.95等数值，这就是“数值孔径”的数值。数值孔径通常以符号“N.A”或“A”表示。

当前第15页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月N·A=n·sinφn—物镜与观察物之间的介质折射率；φ—物镜孔径角的半角，φ亦可称角孔径。从上式中可以看出，n和φ越大，N·A值也越大。增大N·A方法：①增大透镜直径，使φ增大会使球面象差和色象差增大，因此，在显微物镜中一般不采用。②缩短焦距，使φ增大③增大介质折光率n物镜与试样之间滴入一种折射率大又能透光的介质油（常用松柏油）浸油透镜。当前第16页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月1.3.2、目镜

经过物镜放大的象往往尺度还很小，细节还不能为人眼所分辨。目镜能起到再放大的作用，使在显微观察时，在明视距离处能看到一个清晰放大的虚象。目镜上通常表明了它的放大倍数，eg.WF10,WF12.5。当前第17页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月2、金相显微镜的构造与使用

2.1金相显微镜的分类按功能分：教学型、生产型、科研型。按结构型式分为：台式、立式、卧式。此外还有紫外、红外、高温、低温、偏光、相衬、干涉等各种特殊用途的金相显微镜。金相显微镜均主要由光学系统、照明系统、机械系统、附件装置(包括摄影或其它如显微硬度等装置)组成。当前第18页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月2.2金相显微镜的结构

孔径光阑的调节可以改变成象光束的大小和控制进入光学系统的光通亮。

视场光阑的大小对显微镜的分辨能力没有影响，适当缩小可减少筒内的杂散光，增加图相衬度。

当前第19页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月2.3光学显微镜的光路原理图图２-24×型金相显微镜的光举系统1—灯炮2—聚光镜组(一)3—聚光组(二)4—半反射镜5—辅助透镜(一)6—物镜组7—反光镜8—孔径光阑9—视场光阑10—辅助透镜11—棱镜12—棱镜13—场镜14—接目镜当前第20页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月2.4显微镜的照明系统

照明系统包括：光源、垂直照明器、光阑和滤光片。金相显微镜的照明分为明场照明和暗场照明，而明场照明又分为平面玻璃反射与棱镜反射两种。

a、明场照明：是光源光束经垂直照明器反射经物镜垂直的射到试样表面，由试样反射的光线又垂直进入物镜，经过物镜、目镜放大成像。特点：入射光和反射光均经过物镜，在显微镜下观察试样表面凸处是亮的，凹处是暗的。当前第21页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月b、暗场照明：来自光源的平行光线，为环形光阑阻挡光束中心部分而成为空心光束，经垂直照明器空心光束沿着物镜外壳投射到反射聚光镜的弧形反射镜面上，靠它反射的光线聚焦到试样表面上，这种入射光倾角极大，在试样光亮镜面处，反射光仍以极大角度反射出去而不能进入物镜。特点：在目镜中看，是一片漆黑，相反，在凹陷部分呈现明亮。当前第22页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月光栏分为孔径光阑和视场光阑。孔径光栏主要是用来调节入射光束的大小，调节光路中光的强弱程度，它的大小对成像质量有很大影响，缩小孔径光栏可以使像清晰，但会降低分辨率。视场光栏主要用来调节观察视野的大小，以减少镜筒内部的反光和眩光，提高相质。当前第23页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月滤光片：滤光片的作用是：选择所需波长的光线。通常选用黄绿滤光片吸收其他光线，使成像最清晰。当前第24页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月3、金相显微镜的保养与维护

金相显微镜是一种精密光学仪器，正确的使用、维护和保养，有助于保证金相分析的质量和延长仪器的使用寿命。①注意个人卫生，严禁用湿手操作或将带水和酒精等的试样放在显微镜载物台上。②装卸或调换镜头或其它部件时，动作要稳而轻。特别是换物镜时，必须将镜头放稳后才能放手。③调焦时，一边用肉眼观察镜内视场，一边转动粗调螺丝，将物镜调至接近试样表面，直到视场中出现试样组织轮廓时，再换用细调螺丝调节直至组织清晰为止。然后调节孔径光栏和视场光栏，使成象最清晰。④严禁用手、手帕、衣服、纸等擦物镜和目镜。必须用镜头纸轻轻擦拭，严禁用嘴吹镜头上的灰尘。⑤如果镜头上有油等污渍，用镜头纸沾上二甲苯轻轻擦洗，严禁用酒精、汽油擦洗。⑥使用完毕，应立即关掉电源，用粗调螺丝将物镜调节远离载物台上的样品，然后取下样品。盖好防尘罩。⑦严禁随意拆卸任何零件。当前第25页\共有27页\编于星期二\23点应科院材料教研室钟涛生制作，2006年11月４、实验部分4.1实验目的1.了解金相显微镜的成象原理及基本结构。2.学习和初步掌握金相显微镜的使用方法。4.2实验任务与步骤1．结合显微镜实体，认真了解显微镜的光学成象原理。2．仔细了解显微镜的结构——光源、光阑、垂直照明器、暗场和偏光装置；