普通金相显微镜的结构、使用和维护

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1、.第四章金相显微镜金相显微镜是用来鉴别和分析各种金属和合金的显微组织的一种光学仪器。金属和合金的组织是决定材料使用性能及力学性能主要因素，对金属或合金组织的分析和鉴别不仅是制定材料工艺的依据,而且可以预测、判定其性能。对合金组织的分析常用方法是金相分析法。因此，了解金相显微镜的原理和构造，充分掌握其性能、熟悉它的使用方法，则是材料科学工作者的基本技能之一。第一节金相相微镜的结构及工作原理金相显微镜是用金属试样对光线的反射作用，经过透镜（物镜、目镜）放大来显示金属显微组织。尽管类型很多，但其结构大体可以分为光学系统、照明系统、机构系统三个部分；此外还有照相装置，

2、显微硬度等。一、光学系统1、金相显微镜的成像原理金相显微镜的光学系统主要由物镜、目镜和一些棱镜组成，其作用是将物体形象经物镜和目镜两次放大；使物体映象得到高的放大倍数。物体AB物在显微镜物镜ob的前焦点Fob以外少许，从物体AB反射出的光线经过物镜而在物镜的上方得到一个放大的倒立实像A'，B'，这个实像A'B'刚好落在目镜的焦点Fok以内，再经过目镜放大后，人眼在目镜上方观察时便可看到一个经过再次放大的虚像A"B"。我们在显微镜中观察到的像是经过物镜和目镜两次放大的结果，它的总放大倍数M应为物镜放大倍数与目镜放大倍数之积：Δ——光学镜筒长度，对于一定的显微镜为

3、常数。Δ为物镜后焦点与目镜前焦点之间的距离。L——明视距离，正常人眼看物体最清晰距离为250mm。机械镜筒长度为显微镜的物镜座面到目镜筒顶的距离。显微镜的放大倍数是由本身结构Δf1和Δf2所决定，由公式可知，f1，f2愈小,放大倍率愈大。2、主要构件的性能和功用金相显微镜中的主要光学零件包括物镜、目镜、光栏、滤色片等。1）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样正透镜，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，所以物镜的质

4、量决定着金相显微镜的质量。物镜按其光学性能可分为消色差物镜，平面消色差物镜、复消色差物镜，平面复消色差物镜等，按其所接触的介质又可分为干系物镜和油系物镜两种。衡量一个物镜的性能有四点：①数值孔径与鉴别率主要性能指标在物镜上有标志说明40X/0.65——表示物镜40倍，数值径为0.65160/0——表示机械镜筒长度为160mm的金相用物镜，“0”表示盖波片为厚度=0（即没有盖波片）。高倍物镜通常为油浸系，油镜头用“油”（或Oil，Öl，Hi）或外壳涂一黑圈来表示。数值孔径表示物镜的聚光能力，通常用N·A表示，其大小由物镜与试样间介质的折射系数n与物镜孔径角θ决定

5、，可用下式表示：数值孔径N·A=n·Sinθ物镜的设计中指定空气为介质称为干物镜。在使用中以某种液体（常用的如松节油）作为介质者称为油物镜。目前，物镜的孔径最大为144°，即θ最大为72°，空气中的折射系数n=1，故干物镜的最大数孔径为N·A=0.95，如我们前面看到的40X/0.65，则是因2θ=81°，∴θ=40°30′，即N·A=n·Sinθ=1×Sin40°30′=0.65通常N·A＜1的属于干物镜，N·A＞1的属于油物镜。由画面我们可以看出，在干物镜下光线R大于θ角，由试样反射后通过介质空气远离物镜，如果在物镜与试样间滴入松节油，由试样上反射的光线将

6、造近轴线方向折入油内，而R则通过物镜边缘，使落在物镜上的光线增多，从而使聚光的能力增强，从而提高物镜的鉴别能力。显微镜的鉴别率主要决定于物镜的鉴别率，是显微镜也是物镜最重要的特性。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愈小，表示物镜的鉴别率愈高。..对于鉴别率不同的两个物镜，虽然都可以配成相同的放大倍数，但观察到的效果不同。如对试样细微组织中相邻的两点，用鉴别率高的物镜可以把它们分辨开，而用鉴别率低的物镜，看到的只是一片轮廓，分不清相邻的两个点。②垂直鉴别力又称为景深，是物镜对于高低不平的物体能清晰

7、造像的能力。在金相分析中金相试样被浸蚀以后不再是一个极平的平面，要使各组织成物都能清晰地同时映现，必须要有一定的垂直鉴别能力。物镜的垂直鉴别能力与它的数值孔径，放大倍数成反比，数值孔径愈大，垂直鉴别能力越低，这个关系并不能由已知的任何方法进行改善。在没有其他因素的影响下，鉴别率（d）与入射光源波长和数值孔径（N·A）之间近似的有如下关系：式中，λ为照明用入射光的波长，由此我们可以看出，d与λ成正比，与数值孔径成反比。波长愈短d也愈小，因此使用黄、绿、兰等滤色片，不仅可以消除一些色差，还可以提高显微镜物鉴别率。③放大倍数和有效放大倍数：如前所述，人眼在250mm

8、处的鉴别率为0.15～0.30mm，要