一、什么是金相顯微鏡

金相顯微鏡是一種反射光顯微鏡，用于研究金屬及合金內(nèi)部組織的一種顯微鏡，主要是對(duì)金屬及合金因化學(xué)成分、冷凝、壓延、焊接、熱處理等所引起的內(nèi)部組織改變及其對(duì)物理、化學(xué)和力學(xué)性能的影響作出研究。隨著新材料新領(lǐng)域的不斷出現(xiàn)，目前金相顯微鏡的研究范圍已經(jīng)不僅限于金屬與合金。

二、金相顯微鏡的原理

因?yàn)楣獠荒芡ㄟ^金相標(biāo)本，它必須被照射到表面上，并最終通過鏡面反射或漫反射返回顯微鏡物鏡，與穿過樣本的透射照明相比，這種照明最常被稱為垂直照明。

金相顯微鏡反射光的光路從反射光的光源發(fā)出的照明光線開始。然后，該光通過聚光透鏡進(jìn)入垂直照明器，由孔徑光圈和視場(chǎng)光闌控制。穿過垂直照明器后，光被以45度的角度傾斜的分束器（半反射鏡或橢圓形狀的第一面鏡）反射通過物鏡，以照亮樣本。從標(biāo)本表面反射的光再次進(jìn)入物鏡，并進(jìn)入目鏡筒，然后被引導(dǎo)至目鏡或顯微攝影端口。金相顯微鏡通常應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是在快速增長(zhǎng)的半導(dǎo)體領(lǐng)域，因此代表了顯微鏡研究的最重要部分。需要注意的是，在金相顯微鏡中，物鏡具有雙重功能。對(duì)于向下到達(dá)樣本的光波，物鏡用作匹配的、校正良好的聚光鏡。另外，對(duì)于被樣本反射的光，物鏡用作成像光學(xué)系統(tǒng)，其通常作用是將攜帶圖像的光線投射到目鏡上。當(dāng)調(diào)整儀器以產(chǎn)生科勒照明時(shí)，反射光照明可實(shí)現(xiàn)最佳性能。如今，許多顯微鏡制造商提供先進(jìn)的模型，允許用戶交替或同時(shí)使用垂直和透射照明進(jìn)行研究。

金相反射照明器通常被描述為通用照明器，因?yàn)橥ㄟ^幾個(gè)很少或不拆卸附加附件，顯微鏡可以很容易地從一種反射光顯微鏡模式切換到另一種模式。通常，反射器可以完全從光路上移除，以允許透射光觀察。通用照明器可包括用于明場(chǎng)的部分反射平面玻璃表面（半反射鏡），以及帶有橢圓形中央透明開口的全鍍銀反射表面，用于暗場(chǎng)觀察。最佳設(shè)計(jì)的垂直照明器包括用于收集和控制光線的聚光透鏡、孔徑光圈和預(yù)聚焦、可居中的視場(chǎng)光圈，以實(shí)現(xiàn)理想的科勒照明。

在金相顯微鏡中，樣品對(duì)入射光線的吸收和衍射通常會(huì)導(dǎo)致圖像中容易辨別的變化，從黑色到各種灰度，或者如果樣品是有色的，則會(huì)導(dǎo)致顏色變化。這種試樣被稱為振幅試樣，可能不需要特殊的對(duì)比方法或處理來使其細(xì)節(jié)可見。其他標(biāo)本在強(qiáng)度和/或顏色上的差異如此之小，以至于它們的特征細(xì)節(jié)在明場(chǎng)反射光顯微鏡下極難辨別和區(qū)分。后一種樣品的行為與透射光工作中非常熟悉的相位樣品非常相似，適用于暗場(chǎng)和反射光差分干涉對(duì)比應(yīng)用

金相顯微鏡中反射光中的分辨力基于與透射光中相同的光波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑之間的關(guān)系（阿貝方程）。當(dāng)儀器調(diào)整為在科勒照明下工作時(shí)，反射光照明可實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能?？评照彰鞯囊粋€(gè)功能（除了提供均勻分散的照明外）是確保物鏡能夠提供出色的分辨率和良好的對(duì)比度。在許多情況下，金相顯微鏡也可以使用透射光操作，因?yàn)槌苏彰鞣绞狡渌鶝]有變化。

金相顯微鏡的物鏡可以通過裝飾性外筒上的M或類似標(biāo)識(shí)來識(shí)別。它們?cè)趦蓚€(gè)方面不同于透射光的物鏡。金相物鏡的透鏡表面具有一些特征，該透鏡表面很好地涂覆有防反射層，以防止照明器光被反射到目鏡。這樣的反射將疊加在圖像上并具有干擾效果。第二個(gè)不同之處在于，這些物鏡是為缺少蓋玻片的樣本設(shè)計(jì)的，并進(jìn)行了光學(xué)校正。材料科學(xué)中的絕大多數(shù)樣品（反射光顯微鏡使用最多）通常在沒有封片的情況下觀察

另外，金相顯微鏡和生物顯微鏡一樣，有正置和和倒置之分，載物臺(tái)上沒有生物顯微鏡自帶的樣品夾，而是金屬板或者玻璃板來放置樣品，在倒置金相顯微鏡上（在基本結(jié)構(gòu)上類似于生物學(xué)中常用的倒置顯微鏡），標(biāo)本放置在臺(tái)上，其感興趣的表面朝下。這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)樣品太大而無法放入立式顯微鏡（如大型巖石樣品和工業(yè)材料）時(shí)，可以很容易地檢查樣品。此外，只有樣品面向物鏡的一側(cè)需要完全平坦。物鏡安裝在載物臺(tái)下的鼻架上，其物鏡朝上朝向標(biāo)本，通過上下移動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)盤或整個(gè)載物臺(tái)來實(shí)現(xiàn)聚焦。

三、金相顯微鏡的應(yīng)用

金相顯微鏡可用來鑒別和分析各種金屬和合金的組織結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在工廠或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行鑄件質(zhì)量的鑒定、原材料的檢驗(yàn)或?qū)Σ牧咸幚砗蠼鹣嘟M織的研究分析、半導(dǎo)體檢測(cè)、電路封裝、精密模具、生物材料等檢驗(yàn)與測(cè)量、包括大多數(shù)金屬、礦石、陶瓷、許多聚合物、半導(dǎo)體（未加工的硅、晶片和集成電路）、礦渣、煤炭、塑料、油漆、紙張、木材、皮革、玻璃夾雜物和各種專門材料。

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