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金相显微镜使用方法

 金相分析在材料研究领域占有十分重要的地位,是研究材料内部组织的主要手段之一。金相显微分析法就是利用金相显微镜来观察为之分析而专门制备的金相样品,通过放大几十倍到上千倍来研究材料组织的方法。现代金相显微分析的主要仪器为:光学显微镜和电子显微镜两大类。这里仅介绍常用的光学金相显微镜及金相样品制备的一些基础知识.

金相分析在材料研究领域占有十分重要的地位,是研究材料内部组织的主要手段之一。金相显微分析法就是利用金相显微镜来观察为之分析而专门制备的金相样品,通过放大几十倍到上千倍来研究材料组织的方法。现代金相显微分析的主要仪器为:光学显微镜和电子显微镜两大类。这里仅介绍常用的光学金相显微镜及金相样品制备的一些基础知识.

1.金相显微镜的成像原理,
  显微镜的成象放大部分主要由两组透镜组成。靠近观察物体的透镜叫物镜,而靠近眼睛的透镜叫目镜。通过物镜和目镜的两次放大,就能将物体放大到较高的倍数,见图1,显微镜的放大光学原理图。物体AB置于物镜前,离其焦点略远处,物体的反射光线穿过物镜折射后,得到了一个放大的实象A1B1,若此象处于目镜的焦距之内,通过目镜观察到的图象是目镜放大了的虚象A2B2
  2.显微镜的放大倍数
  物镜的放大倍数M=A1B1/AB≈LF1
  目镜的放大倍数=A2B2/A1B1≈DF2
  两式相乘:M×M=A1B1/AB×A2B2/A1B1=A2B2/AB
  =LF1×DF2=L×250F1×F2=M
  式中:L—为光学镜筒长度(即物镜后焦点到目镜前焦点的距离)
  F1—物镜的焦距。F2—目镜的焦距
  D—明视距离(人眼的正常明视距离为250mm
  即显微镜总的放大倍数等于物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积。一般金相显微镜的放大倍数最高可达16002000倍。
  由此可看出:因为L光学镜筒长度为定值,可见物镜的放大倍数越大,其焦距越短。在显微镜设计时,目镜的焦点位置与物镜放大所成的实象位置接近,并使目镜所成的最终倒立虚象在距眼睛250毫米处成象,这样使所成的图象看得很清楚。
  显微镜的主要放大倍数一般通过物镜来保证,物镜的最高放大倍数可达100倍,目镜的最高放大倍数可达25倍。放大倍数分别标注在物镜和目镜各自的镜筒上。在用金相显微镜观察组织时,应根据组织的粗细情况,选择适当的放大倍数,以使组织细节部分能观察清楚为准,不要只追求过高的放大倍数,因为放大倍数与透镜的焦距有关,放大倍数越大,焦距越小,会带来许多缺陷。
  3.透镜象差:
  透镜象差就是透镜在成象过程中,由于本身几何光学条件的限制,图象会产生变形及模糊不清的现象。透镜象差有多种,其中对图象影响最大的是球面象差、色象差和象域弯曲三种。
  显微镜成象系统的主要部件为物镜和目镜,它们都是由多片透镜按设计要求组合而成,而物镜的质量优劣对显微镜的成象质量有很大影响。虽然在显微镜的物镜、目镜及光路系统等设计制造过程中,已将象差减少到很小的范围,但依然存在。
  (1)球面象差:
  1)产生原因:球面象差是由于透镜的表面呈球曲形,来自一点的单色光线,通过透镜折射以后,中心和边缘的光线不能交于一点,靠近中心部分的光线折射角度小,在离透镜较远的位置聚焦,而靠近边缘处的光线偏折角度大,在离透镜较近的位置聚焦。所以形成了沿光轴分布的一系列的象,使图象模糊不清。这种象差称球面象差,见图2所示。
  2)校正方法:
  a采用多片透镜组成透镜组,即将凸透镜与凹透镜组合形成复合透镜,产生性质相反的球面象差来减少。
  b通过加光栏的办法,缩小透镜的成象范围。因球面象差与光通过透镜的面积大小有关。
  在金相显微镜中,球面象差可通过改变孔径光栏的大小来减小。孔径光栏越大,通过透镜边缘的光线越多,球面象差越严重。而缩小光栏,限制边缘光线的射入,可减少球面象差。但光栏太小,显微镜的分辨能力降低,也使图象模糊。因此,应将孔径光栏调节到合适的大小。
  (2)色象差:
  1)产生原因:色象差的产生是由于白光是由多种不同波长的单色光组成,当白光通过透镜时,波长愈短的光,其折射率愈大,其焦点愈近。而波长越长,折射率越小,其焦点愈远,这样一来使不同波长的光线,形成的象不能在同一点聚焦,使图象模糊所引起的象差,即色象差。见图3所示。
  2)校正方法:可采用单色光源或加滤色片或使用复合透镜组来减少。
  (3)象域弯曲:
  1)产生原因:垂直于光轴的平面,通过透镜所形成的象,不是平面而是凹形的弯曲象面。称象域弯曲。见图4所示。
  2)校正办法:象域弯曲的产生,是由于各种象差综合作用的结果。一般的物镜或多或少地存在着象域弯曲,只有校正极佳的物镜才能达到趋于平坦的象域。 

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