什么是金相显微镜?它有什么作用?

什么是金相显微镜?它有什么作用?

金相显微镜是材料科学领域的重要工具，主要用于分析和表征材料的显微组织、低倍组织和断口组织等。通过光学系统、照明系统和机械系统的精密配合，金相显微镜能够清晰地展示材料内部的微观结构，为材料研究和质量控制提供重要依据。本文将详细介绍金相显微镜的构造及其反射光图像的观察模式。

金相学主要指借助光学(金相)显微镜和体视显微镜等对材料显微组织、低倍组织和断口组织等进行分析研究和表征的材料学科分支，既包含材料显微组织的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的样品制备、准备和取样方法。其主要反映和表征构成材料的相和组织组成物、晶粒(亦包括可能存在的亚晶)、非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷(例如位错)的数量、形貌、大小、分布、取向、空间排布状态等。

金相显微镜的构造

金相显微镜主要由光学系统、照明系统和机械系统三部分组成。其中，光学系统由光源、反光镜、物镜组、目镜和多组聚光镜组组成；照明系统包括底座上的低压灯泡（现多采用冷光源即LED灯）、反光镜、孔径光栏、视场光栏和聚光镜；机械系统则包含试样台、物镜转换器、接目镜、粗调和微调手轮、视场光栏和孔径光栏。新型的金相显微镜还具备瞬时高清抓拍和图像处理功能，其成像原理与一般显微镜大致相同。

金相显微镜的反射光图像的观察模式

针对金相样品的物理特性，金相显微镜一般有明场、暗场、偏光、微分干涉这四种常见的观察方法，近十年新的又出现了激光共聚焦的方法。按照现代仪器“模块化设计，积木式结构”的设计思想，这四种功能并不一定固化在每一台金相显微镜上，而是以明场作为基本核心，可以将其他功能象“搭积木”一样组合到该显微镜上。如最基本的有明场和暗场功能，插入了起偏镜和检偏镜后就增加了正交偏光功能，再插入渥拉斯顿棱镜(Wollanston prism)就又增加了微分干涉功能。

1. 明场(Bright Field)

明场照明是金相研究中主要的观察方法。入射线垂直地或近似垂直地照射在试样表面，利用试样表面反射光线进入物镜成像。如果试样是一个镜面，在视场内是明亮的一片，试样上的组织将呈色影像衬映在明亮的视场内，叫做“明场”照明。

2. 暗场 Dark Field

通过物镜的外周照明试样，照明光线不入射到物镜内，就可以得到试样表面绕射光而形成的像。如果试样是一个镜面，由试样上反射的光线仍以极大的倾斜角向反方向反射，不可能进入物镜，在视场内是漆黑一片，只有试样凹凸之处才能有光线反射进入物镜，试样上的组织将以亮白影像映衬在漆黑的视场内，如同星星在夜空，叫做“暗场”照明。

3. 偏光 polarization contrast

利用偏光原理，对某些物质所具有的偏光性进行观察。

• 自然光与偏振光

自然光(或天然光)是指太阳光、电灯光，它的光振动是各个方向均衡的，都垂直于传播方向，若光振动局限在垂直于传播方向的平面内的某一个方向上，则称为偏振光。

• 偏振光的获得常用方法有两种：

a.偏振棱镜某些晶体，当光线射到它的分界面上时，会产生两束折射光，这种现象称为“双折射”。一束光遵循折射定律叫“寻常光”，用O光表示;另一束不遵循折射定律叫“非常光”，用e光表示。所谓偏振棱镜，即光线通过此棱镜时，会产生双折射现象，常用的为尼科尔棱镜。

b.人造偏振片自然光射到人造偏振片时，使自然光变成偏振光，目前显微镜普遍采用人造偏振片。

4. 微分干涉(differential interference contrast DIC)

微分干涉是利用偏光干涉原理，光源发出一束光线经聚光镜射入起偏镜，形成一线偏振光，经半透反射镜射入渥拉斯登棱镜后，产生一个具有微小夹角的寻常光(O光)和非常光(e光)的相交平面;再通过物镜射向试样，反射后再经渥拉斯登棱镜合成一束光，通过半透反射镜在检偏镜上O光与e光重合产生相干光束，在目镜焦平面上形成干涉图像，它可观察试样表面的微小凹凸和裂纹，且影像呈立体感，观察效果更逼真。