1、1實驗一實驗一 金相顯微鏡的原理、構金相顯微鏡的原理、構造及使用造及使用2一、實驗目的一、實驗目的1.了解金相顯微鏡的基本原理和構造2.掌握金相顯微鏡的使用方法3.掌握金相顯微鏡的維護3二、概述 顯微分析是金屬材料科學的一個很重要的研究方法，它可以觀察及研究金屬中用宏觀分析方法無法觀察到的組織細節及缺陷。而金相顯微鏡則是進行顯微分析的主要儀器。下面介紹金相顯微鏡的原理、構造。先看一下它的結構：4A AB BD DAABBAABB顯微鏡的成像原理圖 物體AB位于物鏡的前焦點外但很靠近焦點的位置上，經過物鏡形成一個倒立的放大實像AB，這個像位于目鏡的物方焦距內但很靠近焦點的位置上，作為目鏡的物體。

2、目鏡將物鏡放大的實像再放大成虛像AB，其位于觀察者的明視距離處（距人眼250mm），供人眼觀察。5金相顯微鏡的類型很多，有臺式的、臥式的等，但無論是哪種類型，它們都是由光學系統、照明系統、機械系統和附件等部分構成。下面一一介紹：6（1）顯微鏡的光學系統 顯微鏡的光學系統主要由物鏡和目鏡組成，由物體來的光線通過物鏡和目鏡進行放大成像。 物鏡是顯微鏡最主要的光學部件。物鏡的好壞直接影響顯微鏡放大后的影像質量。位于物鏡最前端的是平面透鏡。稱為前透鏡，起放大作用，在它以后的其他透鏡都是校正透鏡，用以校正前透鏡所引起的各種像差。 7 顯微鏡物鏡的球面像差大多已進行了必要的校正，但對色像差和像域彎曲的校正

3、，不同的物鏡區別也很大。色像差校正到紅、綠兩波區的稱為消色差物鏡；校正到紅、綠、紫波區的稱為復消色差物鏡；如果再對視場邊緣的彎曲進行校正的則稱為平場消色差物鏡。8 放大率。它是指物鏡獨立放大實物倍數的能力，它取決于物鏡前透鏡的焦距。焦距越短，放大倍數越高。數值孔徑。它表示物鏡的聚光能力。數值孔徑大的物鏡聚光能力強，從實物射入物鏡的光線多，成像就鮮明，數值孔徑常用NA表示，其大小為NAsin，式中為孔徑角的一半，為介質的折射率。 鑒別率。它是指物鏡分清細微組織的能力。它是物鏡最重要的特征。 9 物鏡所能清晰分辨出的物體相鄰兩點最小距離，根據理論推導可由下式求得： ANd2式中：代表入射光源的波長

4、； N*A代表數值孔徑。10 物鏡的類型、放大倍數、數值孔徑等常以文字符號刻在物鏡的外殼上。如：物鏡上刻有、或/0等符號，其中表示放大倍數為45倍，0.65表示數值孔徑，或/0，表示此物鏡按無限鏡筒長度設計的。我們實驗中常用物鏡為45/0.63、10/0.25、40/0.65、100（油鏡）。112、目鏡目鏡的主要作用是將物鏡放大的實像再次放大。當顯微觀察時，人眼能在明視距離處看到經目鏡再次放大的虛像。目鏡的構造比物鏡簡單的多，僅由為數不多的幾片透鏡組成，由于通過目鏡的光束近于平行，目鏡的像差并不嚴重，孔徑角也小，所以目鏡的鑒別能力低，放大倍數也不高。目鏡的類型、規格等也常以文字符號標注在目鏡

5、的外殼上，實驗中常用的目鏡為10、12.5、15、10（帶有刻度尺的）等幾種，其所示的數字即為目鏡的放大倍數。12顯微鏡放大倍數的標定 經過物鏡和目鏡的兩次放大，那么人眼觀察到的像的放大倍數M即為物鏡的放大倍數M1與目鏡的放大倍數M2的乘積。由于在成像的過程中，物鏡處在前一級放大，那么物鏡不能鑒別的組織中的細微部分，目鏡也是鑒別不到的。在此種情況下，單純提高目鏡的放大倍數并不能提高成像質量。對于每一物鏡，只有合理選擇與之配合的目鏡，才能得到清晰的像。13觀察時，人在明視距離處的鑒別率為0.150.3毫米。要使物體上細微部分也能被人眼觀察到，必須將它放大到M=0.15/d0.3/d倍，即觀察時的

6、放大范圍為：NANAdMNANAdM*6.0*23.03.0*3.0215.015.0最小最大14若取入射光的平均波長為0.55微米，則顯微鏡的放大有效范圍近似為倍倍，根據物鏡的數值孔徑就可以按上述范圍選配目鏡和確定總的有效放大倍數。15（2）顯微鏡的照明系統金相顯微鏡與生物顯微鏡不同，它是利用反射光將不透明的物體進行放大成像的。金屬試樣不透明，需要有照明裝置。將光線投射在試樣表面，借金屬表面本身的反射能力，使部分光線被反射而進入物鏡，從而形成一個倒立的實像，隨后在目鏡中形成一個虛像。16顯微鏡的照明系統光源濾色片孔徑光欄視場光欄照明器照明系統的光軸調整17(1)光源一般顯微鏡多采用低壓鎢絲燈

7、泡作光源，由降壓變壓器供給5V、6V、8V低電壓。按照光源，目前實驗室使用的顯微鏡有二種：一種是自身帶有變壓器的，另一種為外置式變壓器的，使用第二種時，應將顯微鏡的電源插頭插在變壓器上，防止顯微鏡電源燒壞。這是值得同學注意的地方。18（2）濾色片一般顯微鏡都附有黃、綠、藍三種或更多顏色的濾色片，它的作用是使光源發出的白光變為單色光。不同類型的物鏡使用不同的濾色片，濾色片可以改變相的襯度，便于組織鑒別。19（3）孔徑光欄孔徑光欄位于聚光透鏡之后，用以調節光源射入的光束粗細。一般顯微鏡的孔徑光欄是可以連續調節的。20 當孔徑光欄縮小時，進入物鏡的光束變細，光線不通過物鏡透鏡組的邊緣，球面像差大大降

8、低。但是光束變細，使物鏡的孔徑角縮小，會使實際使用的數值孔徑下降，分辨率降低。當孔徑光欄擴大時，入射光束越粗，物鏡的孔徑角增大，可以使光線充滿物鏡的后透鏡。這時數值孔徑可以達到額定值（即物鏡外殼上的值），分辨率也隨之提高，但是由于球面像差的增加以及鏡筒內部反射與炫光的增加，成像質量將降低。因此孔徑光欄對成像質量影響很大，使用時必須做適當的調節，不能過大或過小，其合適程度應以光束充滿物鏡后透鏡為準，并根據成像的清晰程度來判斷。更換物鏡后，孔徑光欄必須做適當調節。需注意的是不應用它來調節視場的亮度。21（4）視場光欄視場光欄位于孔徑光欄之后，調節視場光欄可以改變顯微鏡視場的大小，而并不影響物鏡的分

9、辨率。適當調節視場光欄還可以減少鏡筒內的反射及炫光，提高成像的襯度和質量。但是要注意，視場光欄縮得太小，會使觀察范圍太窄，一般應調節到與目鏡視場大小相同。22（5）照明器金相顯微鏡的照明系統中都配有垂直照明器。目的是調節照明光束垂直轉向。通常照明器在兩光束的交接點裝一450斜角的平面玻璃反射鏡，來使光束垂直轉向。這種平面玻璃既的能反射光線，也能透過光線，但這種由45斜角的平面玻璃組成的照明器光線散失大，最大可損失90的光線。23（6）照明系統的光軸調整為了保證光線均勻地照射在試樣表面以及得到亮度均勻地映像，要求照明光束或成像放大光束與目鏡、物鏡主光軸同心，平面玻璃的傾角恰好450。檢查時，可將

10、試樣聚焦后，縮小孔徑光欄，取下目鏡，看鏡筒中的亮斑是否在中心，如果不在，可調節光欄位置或轉動平面玻璃，使鏡筒中的亮斑移向中心。24（3）顯微鏡的機械系統金相顯微鏡的機械系統是由各種機構組成的，它將光學系統和照明系統聯成一體，共同發揮作用。一般顯微鏡的機械系統是由支撐裝置和鏡體部件組成。支撐裝置包括底座、鏡架、載物臺、微動裝置等，鏡體部件包括物鏡轉換器、物鏡和目鏡。251載物臺；2鏡臂；3物鏡轉換器；4微動座；5粗動調焦手輪；6微動調焦手輪；7照明裝置；8底座；9平臺托架；10碗頭組；11視場光欄；12孔徑光欄 4型金相顯微鏡實物圖 26（4）顯微鏡的附件顯微鏡的附件主要包括顯微攝影裝置，偏光、

11、暗場裝置等等，這些附件我們在做攝影實驗、鋼中非金屬夾雜物的實驗中再做具體介紹。27（一）小型金相顯微鏡的使用操作（一）小型金相顯微鏡的使用操作4型金相顯微鏡的光路與結構4型金相顯微鏡的光學系統 28 一手握住燈座，一手轉動壓有直紋的偏心圈，使二者紅色標點相對應，此時即可抽出燈座，更換燈泡或檢查燈泡外表是否清潔，安裝是否妥當，然后將燈座再插入底座內，4型金相顯微鏡用6V15W低壓鎢絲燈泡。燈泡電線與電源變壓器次級相聯，將變壓器與電源相接，開亮燈泡。 選用適當的載物臺，將試樣放在載物臺上。按檢驗需要，選擇物鏡和目鏡，并把它們分別裝在物鏡轉換器上和目鏡筒內。29縮小視場光欄，利用調節螺釘，使視場光欄

12、中心與目鏡視場中心大致重合，然后再打開視場光欄，使其恰好消失于目鏡視場之外。調節孔徑光欄使其直徑在10mm左右，在其玻璃面放置一磨沙濾色片或一繪圖紙，移動或轉動燈座以調節燈泡位置，使孔徑光欄獲得最明亮均勻的照明，此時轉動偏心圈將燈座固定。根據觀察要求和物鏡特性，調節孔徑光欄大小。調節粗動調焦手輪，先使物鏡與試樣距離約12mm。然后從目鏡中觀察，當鏡筒中調節的亮度最大或出現模糊像時，再用微動調焦手輪仔細調焦，直到物像清晰位置。30(三)金相顯微鏡的維護保養金相顯微鏡是精密光學儀器，使用者必須熟悉儀器，準確操作并注意維護保養，只有這樣才能保持儀器精度，避免損壞，顯微鏡的維護保養主要包括以下幾個方面

13、：防止機械損傷防塵防霉、防銹311、防止機械損傷（1）顯微鏡最怕強烈振動，一受沖擊，透鏡和微調裝置就容易損壞。附件及鏡頭拆裝，必須小心，防止碰撞和墜落。（2）搬動顯微鏡必須用雙手，一手扶住鏡架，一手扶住底座，不使可動部分擔負整個顯微鏡的重量。（3）顯微鏡部件不要隨意拆開分解，尤其是物鏡，其中透鏡位置稍有變動就會使物鏡失去應有性能而不能使用。（4）載物臺使用時不應防止過重的物體，以防止升降機構損壞。322.防塵（1）顯微鏡使用后應進行擦拭而保持清潔狀態，在擦拭時不得用手或手帕，而必須用鏡頭紙或細綢去擦拭，塵埃用駝毛刷掃除。（2）防止鏡筒內落入灰塵，安裝物鏡和目鏡時應將鏡頭外側灰塵擦凈，物鏡和目鏡從顯微鏡上拆卸后必須在物鏡螺孔內旋入物鏡螺孔蓋，在目鏡管上套上管罩。（3）物鏡拆卸后及時放入物鏡盒內，不用的目鏡應用鏡頭紙包好。（4）鏡筒及鏡頭內的灰塵，用鼓氣球的空氣吹去，而不是用嘴吹氣。（5）顯微鏡使用完畢后應及時罩蓋起來。333.防霉、防銹（1）顯微鏡室內應清潔干凈，避免腐蝕性化學品帶入室內。長期不用，光學零件應放入干燥器內。（2）樣品放在載物臺上時要求干凈、無油污和腐蝕劑，嚴禁在室內侵蝕試樣。（3）物鏡、目鏡、聚光鏡等鏡面不準用手去觸摸，以免留下指紋和油污，影響鏡面