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金相显微镜的应用和原理

更新时间:2023-08-09   点击次数:734
  应用:金相显微镜可用来鉴别和分析各种金属和合金的组织结构,广泛应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定、原材料的检验或对材料处理后金相组织的研究分析、半导体检测、电路封装、精密模具、生物材料等检验与测量、包括大多数金属、矿石、陶瓷、许多聚合物、半导体(未加工的硅、晶片和集成电路)、矿渣、煤炭、塑料、油漆、纸张、木材、皮革、玻璃夹杂物和各种专门材料。
  原理:因为光不能通过金相标本,它必须被照射到表面上,并最终通过镜面反射或漫反射返回显微镜物镜,与穿过样本的透射照明相比,这种照明最常被称为垂直照明。
  金相显微镜反射光的光路从反射光的光源发出的照明光线开始。然后,该光通过聚光透镜进入垂直照明器,由孔径光圈和视场光阑控制。穿过垂直照明器后,光被以45度的角度倾斜的分束器(半反射镜或椭圆形状的第一面镜)反射通过物镜,以照亮样本。从标本表面反射的光再次进入物镜,并进入目镜筒,然后被引导至目镜或显微摄影端口。金相显微镜通常应用于工业领域,特别是在快速增长的半导体领域,因此代表了显微镜研究的最重要部分。需要注意的是,在金相显微镜中,物镜具有双重功能。对于向下到达样本的光波,物镜用作匹配的、校正良好的聚光镜。另外,对于被样本反射的光,物镜用作成像光学系统,其通常作用是将携带图像的光线投射到目镜上。当调整仪器以产生科勒照明时,反射光照明可实现最佳性能。如今,许多显微镜制造商提供先进的模型,允许用户交替或同时使用垂直和透射照明进行研究。
  金相反射照明器通常被描述为通用照明器,因为通过几个很少或不拆卸附加附件,显微镜可以很容易地从一种反射光显微镜模式切换到另一种模式。通常,反射器可以从光路上移除,以允许透射光观察。通用照明器可包括用于明场的部分反射平面玻璃表面(半反射镜),以及带有椭圆形中央透明开口的全镀银反射表面,用于暗场观察。最佳设计的垂直照明器包括用于收集和控制光线的聚光透镜、孔径光圈和预聚焦、可居中的视场光圈,以实现理想的科勒照明。
  在金相显微镜中,样品对入射光线的吸收和衍射通常会导致图像中容易辨别的变化,从黑色到各种灰度,或者如果样品是有色的,则会导致颜色变化。这种试样被称为振幅试样,可能不需要特殊的对比方法或处理来使其细节可见。其他标本在强度和/或颜色上的差异如此之小,以至于它们的特征细节在明场反射光显微镜下极难辨别和区分。后一种样品的行为与透射光工作中非常熟悉的相位样品非常相似,适用于暗场和反射光差分干涉对比应用。
  金相显微镜中反射光中的分辨力基于与透射光中相同的光波长和数值孔径之间的关系(阿贝方程)。当仪器调整为在科勒照明下工作时,反射光照明可实现光学性能。科勒照明的一个功能(除了提供均匀分散的照明外)是确保物镜能够提供出色的分辨率和良好的对比度。在许多情况下,金相显微镜也可以使用透射光操作,因为除了照明方式其他均没有变化。
  金相显微镜的物镜可以通过装饰性外筒上的M或类似标识来识别。它们在两个方面不同于透射光的物镜。金相物镜的透镜表面具有一些特征,该透镜表面很好地涂覆有防反射层,以防止照明器光被反射到目镜。这样的反射将叠加在图像上并具有干扰效果。第二个不同之处在于,这些物镜是为缺少盖玻片的样本设计的,并进行了光学校正。材料科学中的绝大多数样品(反射光显微镜使用最多)通常在没有封片的情况下观察。
  另外,金相显微镜和生物显微镜一样,有正置和和倒置之分,载物台上没有生物显微镜自带的样品夹,而是金属板或者玻璃板来放置样品,在倒置金相显微镜上(在基本结构上类似于生物学中常用的倒置显微镜),标本放置在台上,其感兴趣的表面朝下。这种设计的主要优点是,当样品太大而无法放入立式显微镜(如大型岩石样品和工业材料)时,可以很容易地检查样品。此外,只有样品面向物镜的一侧需要平坦。物镜安装在载物台下的鼻架上,其物镜朝上朝向标本,通过上下移动物镜转盘或整个载物台来实现聚焦。