工程材料表征技术-课件 第二章 光学金相显微术

2.1.1光学金相显微镜检测原理放大原理-----放大镜

放大镜是最简单的一种光学仪器，

它实际上是一块凸透镜，利用它可以将物体放大。放大原理-----金相显微镜金相显微镜不象放大镜那样由单个透镜组成，而是由两级特定透镜所组成。靠近被观察物体的透镜叫做物镜，而靠近眼睛的透镜叫做目镜。借助物镜与目镜的两次放大，就能将物体放大到很高的倍数（~2000倍）。

放大倍数金相显微镜的放大倍数物镜的放大倍数目镜的放大倍数=X成像原理显微镜成像原理如图所示。其组成主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。成像原理当被观察物体AB置于物镜前焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射后，得到一个放大的实像AB’(称为中间像)。若AB处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物镜是经目镜再次放大的虚像A'B”。成像过程显微组织小光线不可看成直线传播衍射光线部分相干}复杂的衍射相干过程小知识由于正常人眼观察物体时最适宜的距离是250mm(称为明视距离)，因此在显微镜设计上，应让虚像正好落在距人眼250mm处，以使观察到的物体影像最清晰。Thankyou2.1.2光学金相显微镜的组成主讲人：叶拓结构图解显微镜结构光学系统照明系统机械系统照相装置光学系统光学零件目镜物镜光栏滤色片物镜物镜是显微镜中最主要也是最贵重的光学零件，它是由几片同类的透镜所组成的复合透镜组。位于物镜前端是一块平凸的透镜，起放大作用，位于前端透镜之后有一块正透镜，用于校正前端透镜引起的光学缺陷。物镜的好坏直接影响放大的影像的质量目镜作用：目镜是用来将物镜放大的实象进行再放大按用途分类：目镜补偿目镜普通目镜测微目镜摄影目镜光栏和滤色片光栏{孔径光栏现场光栏控制通过物镜的入射光束的粗细改变视场的大小，减少镜筒内部的反射与炫光以提高影象的衬度滤色片吸收由光源发出的白光中波长不合需要的那部分光，只让一定波长的光线通过，从而得到一定滤长的光线作用作用照明系统金相显微镜必须依靠附加光源方可进行工作。照明系统的任务是根据不同的研究目的调整，改变采光方法，并完成光线行程的转换照明系统光源垂直的照明器光源要求光强度大强度要均匀位置(高低、前后、左右)可以调整发热程度不宜过度种类钨丝灯氙灯{机械系统

机械系统

{底座载物台镜筒调节手轮起支撑整个镜体的作用用于放置金相样品是物镜、垂直照明器、目镜及光路系统其它元件的联接筒供调节镜筒升降之用Thankyou显微镜发展史第一台显微镜：列文虎克显微镜复式显微镜后续发展现代显微镜新突破金相显微镜金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。德国蔡司金相显微镜金相显微镜结构金相显微镜作用和用途作用：主要是通过对组织形貌的检查来分析钢材的组织与其化学成分的关系；可以确定各类钢材通过不一样的加工和热处理后的显微组织；以此来判断钢材的质量的好坏。用途：主要用于测量金属表机金相组织的测试，用途比较广泛，对企业，冶金等部门起着实验，研究不可缺少的重要作用。偏向显微镜偏光显微镜是研究晶体光学性质的重要仪器，同时又是其他晶体光学研究法(油浸法、弗氏台法等)的基础。偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可做单偏光观察，正交偏光观察，锥光观察。将普通光改变为偏振光进行镜检的方法，以鉴别某一物质是单折射（各向同行）或双折射性（各向异性）。偏向显微镜展示图偏光显微镜用途1、生物领域：在生物体中，不同的纤维蛋白结构显示出明显的各向异性，使用偏光显微镜可得到这些纤维中分子排列的详细情况。如胶原蛋白、细胞分裂时的纺缍丝等2、各种生物和非生物材料鉴定以及医学分析：如淀粉性质鉴定、药品成分鉴定、纤维、液晶、DNA晶体等如结石、尿酸晶体检测、关节炎等3、地矿分析：除了常见的生物医学方面的应用之外，偏光显微镜还可用于对各种矿物及结晶体的偏光检测，被广泛应用于石油、采矿及半导体行业。LED照明及专用滤镜更是能够在质量控制及工业分析中进行应用干涉显微镜采用通过样品内和样品外的相干光束产生干涉的方法，把相位差(或光程差)转换为振幅（光强度）变化的显微镜，根据干涉图形可分辨出样品中的结构，并可测定样品中一定区域内的相位差或光程差。由于分开光束的方法不同，有不同类型的干涉显微镜，以及用于测定非均匀样品的积分显微镜干涉仪。干涉显微镜主要用于测定活的或未固定的相互分散的细胞或组织的厚度或折射率。干涉显微镜图展干涉显微镜原理与应用特点：相差显微镜具有两个其他显微镜所不具有的功能:将直射的光(视野中背景光)与经物体衍射的光分开；将大约一半的波长从相位中除去，使之不能发生相互作用，从而引起强度的变化。什么时候用到干涉显微镜？1.观察未经染色的标本和活细胞。2.试样表面粗糙度的测定3.材料塑性变形和相变浮凸的测量金相显微镜金属试样的表面形貌金属试样的微观组织3．制样成本低，制样时间短。

试样制备1.制备的试样能反映出被检材料的真实结构；2、选取截取的区域要有很好的代表性，能反应出材料的组织特征；试样表面不能因制样不当产生的塑性变形，甚至是损伤。有些试样的表面和组织都可能会随着停留而发生变化。

取样镶嵌磨制腐蚀锯条切割电火花切割图注意：任何切割方式都要采用相应的冷却措施。

机械镶嵌热压镶嵌法树脂镶嵌将试样固定在简易的机械装置中需要用镶嵌机来完成。镶嵌适合于镶嵌形状规则的试样。有些试样，温度可能会导致材料的组织发生变化。冷镶法在不需要加热的条件下进行镶样。砂纸固定-研磨试样（水流冷却）研磨抛光主要采用预磨机磨制研磨时顺着圆盘转动的方向研磨试样。砂纸固定-研磨试样（水流冷却）研磨机械抛光抛光采用预磨机磨制1、适当旋转试样2、抛光时间不宜过长3、磨面应光亮无痕

电解抛光化学抛光依靠化学试剂适于抗腐蚀性能强、难于用化学腐蚀法腐蚀的材料。

化学腐蚀法电解腐蚀法将抛光好的样品在化学腐蚀剂中腐蚀一定时间，从而显示出其试样的组织形貌。腐蚀一旦浸蚀过度，试样需要重新抛光。电化学腐蚀光学金相显微镜的使用方法将光源插头接上电源变压器，然后将变压器接上户内220V电源即可使用。步骤一：每次更换灯泡时，必须将灯座反复调校。灯泡插上灯座后，在孔径光栏上面放上滤色玻璃，然后将灯座转动及前后调节，以使光源均匀明亮地照射于滤色玻璃上，将灯座的偏心环转动一个角度，以便将灯座紧固于底盘内。灯座及偏心环上有红点樗，如卸出时，只要将红点相对即可。步骤二:观察前原则上要装上各个物镜。在装上或除下物镜时，须把载物台升起，以免碰触透镜。如选用某种放大倍率，可参照总倍率表来选择目镜和物镜。步骤三：试样放上载物台时，使被观察表面复置在载物台当中，如果是小试样，可用弹簧压片把它压紧。步骤四：用低倍物镜观察调焦时，注意避免镜头与试样撞击,先用粗调节手轮调节至初见物像，再改用细调节手轮调节至物像十分清楚为止。当使用高倍物镜观察，必须先注意极限标线，务必使支架上的标线保持在齿轮箱外面二标线的中间当转动粗动手轮时，要小心地将载物台缓缓下降，当目镜视野里刚出现了物像轮廓后，改用微动手轮作正确调焦至物像最清晰为止。步骤五：使用油浸系物镜前，将载物台升起，用一支光滑洁净小棒蘸上一滴杉木油，滴在物镜的前透镜上要避免小棒碰压透镜及不宜滴上过多的油，否则会弄伤或弄脏透镜。步骤六为配合各种不同数值孔径的物镜，设置了大小可调的孔径光栏和视场光栏。当使用某一数值孔径的物镜时，先对试样正确调焦，之后，可调节视场光栏。转动孔径光栏套圈，使物像达到清晰明亮，轮廓分明。在光栏上刻有分度，表示孔径尺寸。步骤七：观察完毕，移去样品，扭转转换器，使镜头V字型偏于两旁，反光镜要竖立，降下镜筒，擦抹干净，并套上镜套。若使用的是带有光源的显微镜，需要调节亮度旋钮将光亮度调至最暗，再关闭电源按钮，以防止下次开机时瞬间过强电流烧坏光源灯。注意事项：第一步要打开金相显微镜的电源，具体就是将显微镜的光源插头接到变压器上。并调整灯箱亮度，放置样品，从低倍物镜开始调节焦距，呈现出明亮真彩图像。拍照方法：第二步，打开电脑桌面上的软件，通过摄像头与捕捉BAHENS金相显微镜观察的图像。通过金相分析软件对样品找出需要的效果，拍照保存后，使用金相分析软件进行分析。截图方法：2.2光学金相显微镜形貌分析主讲人：叶拓————铁碳合金组织观测铁碳合金的平衡组织定义：指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下（比如退火状态）所得到的组织。可以根据Fe—Fe3C相图来分析其在平衡状态下的显微组织Fe—Fe3C相图室温组成相{铁素体渗碳体含碳量铁素体渗碳体相对数量析出条件分布状况}有所不同组织形态不同各种铁碳合金在室温下的显微组织四种基本组织铁素体：是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体，在显微镜下呈现

明亮的等轴晶粒渗碳体：是铁与碳形成的金属间化合物，渗碳体任呈亮白色珠光体：是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物莱氏体：在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物铁碳合金分类铁碳合金含碳量及组织特点不同{钢工业纯铁铸铁亚共析钢共晶白口铁亚共晶白口铁过共析钢共析钢过共晶白口铁各类铁碳合金的平衡组织图45钢工业纯铁T12钢T8钢各类铁碳合金的平衡组织图各类铁碳合金的平衡组织图亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁Thankyou显微镜发展的历史征程探索微观世界早期的开路先锋科研先锋日益增加的多样性位相衬度的发明电子时代空间立体显微技术走向未来探索微观世界1847年，卡尔·蔡司听取从前他老师、植物学家和细胞理论奠基人之一的MattiasJacobSchkeiden先生(1804～1881)的建议开始生产制造简单但很精确的显微镜.当时获取显微镜镜头非常麻烦,认识到需要在坚实的科学基础之上制造显微镜是卡尔·蔡司的基本功绩之一.早期的开路先锋Abbe先生于1860年年底在蔡司公司完成光学系统计算，成果具有开创性，同样奠定了显微图像理论——阿贝成像原理基础。ErnstAbbe先生便有能力计算显微镜数据、避免重要的数据错误。根据他掌握的知识：光学镜头的质量限制显微镜应用。年轻化学家OttoSchott先生（1851年至1935年）发明出一种适用于制造光学镜头的新玻璃同样证明了该事实。科研先锋光学理论基础知识不仅保证蔡司公司在技术上明显优于竞争对手，而且在自然科学和医学领域中具有开创性突破。RobertKoch先生于1880年发现肺结核和霍乱病原体并因此获得1905年诺贝尔医学奖。日益增加的多样性19世纪末，显微镜已不再只是科学研究中的重要工具，它同样发展成为医疗、卫生和材料检验日常工作中的常规仪器设备。1884年第一家成立于英国伦敦的分公司标志着蔡司公司全球扩张的开始。位相衬度的发明Zernike先生在1930年利用反射式衍射光栅进行工作时发现：可观测到单独光束的相位位置。为在显微镜中能够利用该效应，他与蔡司公司合作开发出第一台相衬显微镜：1936年诞生第一台样机。利用该种相衬显微镜可以观察活体细胞，不会因染色使细胞受损。电子时代1940年开始，蔡司公司与ARG公司合作进入电子显微镜领域。电子显微镜研发中遇到的挑战是：电子透镜错误比光学玻璃透镜难解决。1949年，蔡司公司推出第一台EM8静态校正透射型电子显微镜TEM，同样奠定蔡司公司研发生产电子显微镜的基石。1956年后，陆续推出的EM9型电子显微镜是世界上第一台具有自动曝光控制的电磁式透射电子显微镜TEM。空间立体显微技术1982年，蔡司公司推出LSM共聚焦激光扫描显微镜，利用振荡激光束和电子图像处理进行物体扫描，成为市场中金