金相显微镜应用领域的介绍及成像原理

2018/7/25 11:51:36

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金相显微镜的应用领域

黑色金属金相检验、有色金属金相检验、粉末冶金金相检验、材料表面处理后组织鉴别及评定。

选材：材料的显微组织与性能之间存在一定的对应关系，据此可选择合适的材料。
校核：原材料校核和工艺校核。
抽检：产品制造流程对半成品进行金相检验，确保产品的显微组织满足下道工序的加工要求。
工艺评定： 判断和鉴别产品工艺的合格。
在役评价： 为在役零件的安全性、可靠性及零件在役寿命提供依据。
失效分析： 发现工艺性和材料性缺陷，从而为失效原因的分析提供宏观和微观的分析依据。

金相显微镜的各成像原理

1、明视场、暗视场

明视场是显微镜观察样品最基本的一种观察方式，在显微镜视场区呈现明亮的背景。其基本原理为，当光源垂直或近似垂直的通过物镜照射到样品表面，经样品表面反射回物镜使其成像。

暗视场照明方式与明视场不同的地方在于，在显微镜视场区呈现暗背景，明视场的照射方式为垂直或垂直入射，而暗视场的照射方式为通过物镜以外的周围斜射照明样品，样品就会对照射光线起到散射或反射的作用，经过样品散射或反射的光线进入物镜使样品成像。暗视场观察，可将在明视场下不易观察的无色，细小的晶体或者颜色较为浅淡的细小纤维，在暗视场清楚观察。

2、偏振光、干涉

光是一种电磁波，而电磁波是一种横波，只有横波才有偏振现象。其定义为电矢量相对于传播方向以一固定方式震动的光。

光的偏振现象可以借助于实验装置进行检测。取两块相同的偏振片A、B，将自然光先通过第一块偏振片A，此时自然光也变成为偏振光，但因为人眼无法辨别所以就需要第二块偏振片B。将偏振片A固定，偏振片B放置于与A同一水平面，转动偏振片B，即可发现透射光的强度随着B的转动而出现周期性的变化，每转90°光强度会从最大逐渐减弱至最暗，接着再转动90°光强度会从最暗逐渐增强到最亮，故将偏振片A叫做起偏器，偏振片B叫做检偏器。

干涉即为两列相干波（光）在相互作用区叠加是产生的光强度加强或减弱现象。光的干涉主要分为双缝干涉和薄膜干涉。双缝干涉为两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏上相通形成稳定的干涉条纹。在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时,该点出现暗条纹为杨氏双缝干涉。薄膜干涉为让一束光经薄膜的两个表面反射后,形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉。在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度相等的地方。由于光波波长极短，所以薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹。

3、微分干涉衬度DIC

金相显微镜DIC利用的是偏振光原理，透射式DIC显微镜主要有四个特殊的光学组件：起偏振镜、DIC棱镜Ⅰ、DIC棱镜Ⅱ和检偏振镜。起偏振镜直接装在聚光系统的前面，使光线发生线性偏振。在聚光器中安装DIC棱镜，此棱镜可将一束光分解成偏振方向不同的两束光（x和y），二者成一小夹角。聚光器将两束光调整成与显微镜光轴平行的方向。最初两束光相位一致，在穿过标本相邻的区域后，由于标本的厚度和折射率不同，引起两束光发生了光程差。在物镜的后焦面处安装了DIC棱镜Ⅱ，它把两束光波合并成一束。这时两束光的偏振面（x和y）仍然存在。最后光束穿过第二个偏振装置，即检偏振镜。在光束形成目镜DIC影像之前，检偏振镜与偏光器的方向成直角。检偏振镜将两束垂直的光波组合成具有相同偏振面的两束光，从而使二者发生干涉。x和y波的光程差决定着透光的多少。光程差值为0时，没有光穿过检偏振镜；光程差值等于波长一半时，穿过的光达到最大值。于是在灰色的背景上，标本结构呈现出亮暗差。为了使影像的反差达到最佳状态，可通过调节DIC棱镜Ⅱ的纵行微调来改变光程差，光程差可改变影像的亮度。调节DIC棱镜Ⅱ可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，这便造成了标本的人为三维立体感。

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