材料方法-第2章-金相显微

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1、第二章光学显微分析一、历史1590年由荷兰的杨森父子所首创。1610年前后，意大利的伽利略和德国的J.开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构17世纪中叶，英国的R.胡克和荷兰的A.van列文胡克都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。1665年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜,其中9台保存至今。19世纪70年代，德国人E.阿贝

2、奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括R.科赫、L.巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。1850年出现了偏光显微术，1893年出现了干涉显微术，1935年荷兰物理学家F.泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此在1953年被授予诺贝尔物理学奖金。二、各种各样的显微镜双目立体显微镜:将被观察的物体放大，形成正立的有立体感的像，工作距离长较大的视场常用于检验、装配和修理细小的精密零件以及电子线路的焊接等工作．金相显微镜：用以观察金属磨

3、片等非透明物体试样不透明，照明光束从上面照射非透明物体．单目与双目光学金相显微镜干涉显微镜：由显微镜和干涉仪组合而成，基于测量干涉条纹的弯曲量而测量表面的微观不平度及透明物体的折射率不均匀性等，干涉显微镜分反射型和透射型两种类型．偏光显微镜：1、载物台之下有一个下偏光镜、使入射的自然光变为偏振光。2、物镜上有一个正交于下偏光镜的上偏光镜。3、目镜下面有一个小的镜并附有锁光圈装置称勃氏(Bertrand)镜．上偏光镜与勃氏镜可以推进或拉出。荧光显微镜：荧光物质把入射的紫外线变为可见光，使荧光显微镜对可见光成像。可以

4、采用常规的物镜和目镜．X射线显微镜：1．波长短（10-8cm数量级），因而可以达到极高的分辨率．2．试样可以是透明的，也可以是不透明的，3．由于孔径角小，可以有很大的焦深，能采用比较厚的试样，易于实现立体摄影．4．X射线的吸收率与元素的原子序数有关，当存在晶状组织时，产生微衍射．X射线显微镜与微衍射及微吸收技术的结合，是研究生物和冶金的一个新的有力工具。1金相显微镜的光学放大原理光学显微镜的放大倍数可达到1600～2000倍。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，得到一个放大的倒

5、立实像A1B1（称为中间象）。若A1B1处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物象是经目镜再次放大了的虚象A1’B1’。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，应让虚象A1’B1’正好落在距人眼250mm处，以使观察到的物体影像最清晰。三、金相显微镜的基本原理2金相显微镜的主要性能指标放大倍数显微镜的放大倍数为物镜放大倍数M物和目镜放大倍数子M目的乘积，即：式中，f物—物镜的焦距，f目—目镜的焦距；L—显微镜的光学镜筒长度；D—明视距离（250mm）。f物和f目越短或L越

6、长，则显微镜的放大倍数越高。有的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微镜短些。显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放大倍数，放大倍数常用符号“×”表示，如100×，200×等。3、鉴别率能清晰地分辨试样上两点间最小距离d的能力d值越小，鉴别率越高。根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜成象后，我们看到并不是一个真正的点象，而是具有一定尺寸的白色圆斑，四周围绕着许多衍射环。当试样上两个相邻点的

7、距离极近时，成象后由于部分重迭而不能分清为两个点。只有当试样上两点距离达到某一d值时，才能将两点分辨清楚。显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长（λ）和物镜的数值孔径（A），而与目镜无关，其d值可由下式计算：在一般显微镜中，光源的波长可通过加滤色片来改变，例如：蓝光的波长（）比黄绿光（）短，所以鉴别率较黄绿光高25%。当光源的波长一定时，可通过改变物镜的数值孔径A来调节显微镜的鉴别率。式中，n—物镜与试样之间介质的折射率；—物镜孔径角的一半，即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成夹角。n越大或越大，则A越大，物镜的鉴别率

8、就越高。由于总是小于90度的。所以在空气介质(n=1）中使用时，A一定小于1，这类物镜称干系物镜。若在物镜与试样之间充满松柏油介质（n=1.52），则A值最高可达1.4，这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜（简称油镜头）。每个物镜都有一个额定A值，与放大倍数一起标刻在物镜头上。4、物镜的数值孔径图2—2物镜孔径角物镜的数值孔径表示物镜的聚光能力，如图2－2所示。数值孔径