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金相显微镜
一．金相显微镜的应用领域
金相显微镜主要是用于观察金属内部组织结构的重要光学仪器，是铸造原成品材料分析和机械加工来料检验以及成品组织缺陷分析的主要实验仪器。金相显微镜适用的领域十分广泛。比如倒置金相显微镜还可以用于观察零件表面喷涂后的裂纹，污杂；正置反射金相显微镜可以广泛应用于电子、化工和仪器仪表行业观察不透明的物质。如金属陶瓷、集成电路、电子芯片、印刷电路板、液晶板、太阳能硅片绒面、纤维、镀涂层以及其它非金属材料等，对一些表面状况进行研究分析等工作。反射金相显微镜也适合医药、农林、公安、学校、科研等部门作观察分析用。
二．金相显微镜
普通光学金相显微镜主要由三个系统构成、即光学系统、光路系统及其他光学附件、照明系统和机械系统。
（一） 光学系统
光学系统的主要构件是物镜和目镜，其任务是完成金相组织的放大，并获得清晰的图 象。
1.物镜 物镜是显微镜最主要的的部件，它是由许多种类的玻璃制成的不同形状的透镜组所构成的。位于物镜最前端的平凸透镜称为前透镜，其用途是放大，在它以下的其他透镜均是校正透镜，用以校正前透镜所引起的各种光学缺陷（如色差、像差、场曲等） 物镜按其所接触的介质可分为干系（介质是空气）、湿系或油浸系（其介质是高折射率的液体）。油浸系物镜的金属壳上一般都以OIL表示出来。 物镜按其光学性能又可分为消色差（ACH）、平面消色差(PL)、复消色差(APO)、半复消色差物镜和供特殊用途的显微镜硬度物镜、相衬物镜、球面及非球面反射物镜等。这些物镜是微了尽可能消除物镜的各种光学缺陷或适应在特殊条件下工作时使用。
2.目镜 目镜主要是用来对物镜已放大的图像进行再次放大。目镜分为普通目镜、校正目镜和投影目镜、测微目镜等。
普通目镜是由两块平凸透镜组成的。在两个透镜中间、目透镜的前交叉点处安置一个光圈，其母的是为了限制显微镜的视场即限制边缘的光线。
校正目镜（或补偿目镜）它具有色“过正”的特性（过度的校正色差），以补偿物镜的残余色差，它还能补偿（校正）由物镜引起的光学缺陷。该目镜只与复消色差和半复消色差物镜配合使用。
投影目镜专门供照相时使用，用来消除物镜造成的场曲。 测微目镜
测微目镜的透镜组合并无特殊之处，仅是在目镜中加入了一片有刻度的玻璃薄片。用于 金相组织定量测量，或显微硬度压痕的长度测量。根据测量目的可将刻度设计为直线，十字 交叉线，方格网，同心圆或其他几何图形。
（二） 光路系统及其他光学附件 1.光阑
在金相显微镜的光路系统中，一般装有两个光栏，以进一步改善映象质量。靠近光源的 一个叫孔径光阑，后一个叫视域光阑。某些小型台式显微镜仅有一个孔径光阑。这两个光阑 的调节，对最后的映象质量关系极大。
孔径光阑的作用是控制入射光束的大小，对某些象差的大小有重要影响：缩小孔径光阑
可减小球差和轴外象差，加大景深和衬度，使映象清晰。但却会使物镜的分辨能力降低。理 论上合适的孔径光阑大小应以光束刚刚充满物镜后透镜为准。实际观察时无法检查后透镜光 线充满的情形，按经验可取下目镜直接观察筒内灯丝映象面积占整个筒面积的1/2~3/4 时，为适宜的孔径光阑。
视域光阑于光程中所处的位置为：经光学系统造象于金相磨面上。因此，调节光阑大小 可改变视域的大小，但并不影响物镜的鉴别率。视域光阑愈小，映象衬度愈佳。故为了增加 衬度可将视域光阑缩小到最低限度，即观察时调至与目镜内视域同样大小。在摄影时则调节 至画面尺寸为限。 2.滤色片
滤色片的作用是吸收光源发出的白色光中波长不合需要的部分，只让一定波长的光线通 过，从而得到一定波长的光线。因而，滤色片是金相显微摄影（黑白）时一个有力的辅助工 具，用以得到优良的金相照片。 使用滤色片的目的主要有：
（1） 增加映象衬度或提高某种彩色组织的微细部分的鉴别能力。 （2）校正残余象差
由于消色差物镜象差的校正仅在黄绿波区比较完善，故使用时应配用黄绿色滤色片，其 它色彩的滤色片均显著暴露消色差物镜的缺点，降低映象质量。
复消色差物镜对各波区象差校正极佳，故可不用滤色片。或根据衬度需要选择而不受象 差校正的限制。
（3）得到较短的单色光以提高鉴别率。
我们知道光源波长愈短，物镜的鉴别率愈高，如采用蓝光将比黄绿光具有更高的鉴别能力。
（三） 照明系统
金相显微镜必须依靠附加光源方可进行工作，这一点与生物显微镜不同。照明系统的任 务是根据不同的研究目的调整、改变采光方法，并完成光线行程的转换。该系统的主要部件 是光源与垂直照明器。
一般金相显微镜采用灯光照明，借棱镜或其它反射方法使光线投在金相磨面上，靠金属 自身的反射能力，部分光线被反射而进入物镜，经放大成象最终被我们所观察。下面讨论照 明系统主要部件及作用。
显微镜自身的工作特点决定了对光源的特别要求：
（1）光强度大，并在一定范围内可任意调整。因为不同的组织衬度，不同的放大率，需 有不同的照明强度。因此，最好选用可调式光源。当光源不带调压装置时，可利用滤光片调 整光强度，或利用光栏调节光通量。
（2）光源的强度要均匀。可借助聚光镜、毛玻璃等置于光路的适当位置，以获得均匀的 光束。
（3）光源的发热程度不宜过高，以免损伤仪器的光学附件。为此，于强光源前可安置吸 热、散热装置。
（4）光源位置（高低前后、左右）可以调整。
金相显微镜中最普遍应用的是白炽灯，工作电压6~12V，功率多为15W~30W。
光源由于集光透镜位置不同，使光程中集光情况不同，因而得到不同的照明效果。金相 显微镜中光源常用的使用方法为临介照明、科勒照明，散光照明和平行光照明。下面只介绍科勒照明：
科勒照明是由科勒1893年发展的，是目前广泛应用的照明方式。
这种照明方式对光源的要求没有临界照明那样严格，其特点是：光源的一次象借助于灯 聚光器聚焦在孔径光栏处，孔径光栏同光源的一次象一起聚焦在接近物镜的后焦平面上。此
外，灯聚光器聚焦在视场光栏上，视场光栏同灯聚光器的一次象一起聚焦在试样表面上。这 就意味着光源不需要包含一个均匀的发射光的表面，提供了一个很均匀的照明场，因此卷曲 的钨丝灯亦可得到均匀地照明。
垂直照明器与光路行程：
金相显微镜的光源一般位于镜体的侧面，与主光轴成正交。因此，需要一个“垂直照明 器”起光路垂直换向作用。垂直照明器的种类有平面玻璃、全反射棱镜、暗场用环形反射 镜
由于观察目的不同，金相显微镜对试样的采光方式要求亦不相同。据此，可分明视场照 明和暗视场照明。
明视场照明是金相研究中的主要采光方法。垂直照明器将来自光源的光线转向、并照射在金相试样表面上。由试样表面反射的光线复又经物镜、目镜成象。如果试样表面光滑如镜，那么显微镜中观察到明亮的一片；而反光能力差的相或产生漫散射的地区将变得灰暗。 在高倍观察时，宜采用平面玻璃作垂直照明器。此时，光线可充满物镜的孔径角，使物 镜的分辨能力得到最好的发挥。但由于光线透过平面玻璃损失较大，故映象衬度稍差；在低 倍放大时，宜采用全反射棱镜作垂直照明器。虽然此时物镜内只有一半充满光线，降低了物 镜的数值孔径，致使分辨能力减小。但成象的衬度较高，且富有立体感。
暗视场与明视场显微镜的区别在于：明视场中经垂直照明器转向后的入射光束通过物镜 直射到目的物上，而暗视场则是使入射光束绕过物镜斜射于目的物上。这样的光束是靠环形 光阑及环形反射镜获得的。 （四）机械系统
显微镜的机械系统主要有底座，载物台，镜筒、调节螺丝及照相部件等。其作用分述如 下：
（1）底座起支撑整个镜体的作用。
（2）载物台用于放置金相样品。一般备有在水平面内能作前后、左右移动的螺丝及刻 度，以改变观察部位；或有的载物台可在360°水平范围内旋转。
（3）镜筒是物镜、垂直照明器、目镜及光路系统其它元件的联接筒。
（4）调节螺丝供调节镜筒升降之用。有粗调螺丝、微调螺丝，以完成显微映象的聚焦 调节。
（五）金相显微镜的安装与调节
1.将机身（机座）从仪器包装箱内取出置于平整无振动的工作台面上，取下机身顶端连接处黑色防尘盖，卸下机头底部白色防尘盖，将三目观察头卡于机座上连接处，锁紧螺钉。取出灯箱，连接端卡于同轴照明器上，固紧螺钉。将载物板置于载物台面上。 2.安装物镜、目镜：
取下物镜转换器上的防尘盖，拿好物镜（手指切勿碰到物镜镜片）旋紧于物镜转换器上，将物镜镜头置于光路中。取下目镜防尘盖，将目镜沿着目镜观察筒让其自由下滑到底端。 3.安装各种光学附件（插入滤色片、起偏振片）透反射正置显微镜将聚光镜安装于载舞台下面聚光镜座上，锁紧螺钉。调节聚光镜升降手轮到合适位置。调节聚光镜对中螺钉校正聚光镜光路中心。 4.灯丝调节
取下10X物镜，将一张白纸置于载物台面上，前后移动灯箱上灯丝调节旋钮使灯丝像清晰，若灯丝像不清晰可升降聚光镜使灯丝像清晰，置于圆形光斑中心，照明比较充分均匀。旋上10X物镜。以上步骤做完可放样品调节焦距观察了。
三．显微镜的操作与维护
金相显微镜属精密的光学仪器，操作者必须充分了解其结构特点、性能及使用方法，并 严守操作规程。
（一）显微镜应放置在干燥通风，少尘埃及不发生腐蚀气氛的室内。室内相对湿度应小于 70%，要注意适时通风。但同时仪器不宜长期受阳光直射。室内温度过低显微镜机械部分的 润滑油脂容易冻结，使操作困难，在冬季无暖气设备的室内可用空调或电炉维持室内温度。 （二）显微镜用毕后，应取下镜头收藏在置有干燥剂的容器中，并注意经常更换干燥剂； 在显微镜物镜、目镜装置处放上防护罩，以防尘埃进入镜体；最后用罩子将整个显微镜体盖 好，仪器周围或内腔最好放置防霉剂，如甲醛. B--萘酚、麝香草酚等慢性挥发药品。
（三）操作时双手及样品要干净，绝不允许将浸蚀剂未干的试样在显微镜下观察，以免腐 蚀物镜等光学元件。
（四） 操作时应精力集中，接通电源时应通过变压器，装卸或更换镜头时必须轻、稳、
细
心。
（五）聚焦调整时，应先转动粗调螺丝，使物镜尽量接近试样（目测），然后边从目镜中 观察，边调节粗调螺丝，使物镜渐渐离开样品直到看到显微组织映象时，再使用微调螺丝调 至映象清晰为止。
（六）油浸物镜用毕后应立即擦净。方法是：首先用镜头纸将镜头表面残留的油擦去，再 浸润少许（1滴）二甲苯溶液或丙酮擦拭。最后用干净镜头纸（或绸布）擦干净，擦干的目 的是防止溶液将镜头内粘合树胶脱溶，损坏物镜。
（七）显微镜的光学元件严禁用手或手帕等擦摸，必须先用专用的橡皮球吹去表面尘埃， 再用干净的驼毛刷或镜头纸轻轻擦净。
四．金相显微镜的放大倍数
显微镜是由两块透镜（物镜和目镜）组成，并借物镜、目镜两次放大，使物体得到极高放大倍数。显微镜光学放大倍数：
总放大倍数=物镜放大倍数x目镜放大倍数
金相显微镜的光学放大倍数一般为50x～2000x,连接电脑系统参考放大倍数为100x～2600x.
CCD摄像器拍摄图像的放大倍数计算方法（系统数字放大）：
有二种方式可以知道显微镜通过摄像装置连接电脑后在显示器上的放大倍数。
第一种：拿一把透明的尺子，放在显微镜下，在显示器上成像后，用尺寸量显示器上尺子每小格（或者N小格）的长度，然后除以每小格（或者N小格）的实际大小，就是它的放大倍数。
例如：尺子的每小格为1mm，在显示器上显示的尺寸为10mm，那么它的放大倍数就是10倍。 第二种方法：
显示器上放大倍数=电脑显示器尺寸（单位英寸）X25.4mm÷CCD靶面×物镜倍数×适配倍数（摄像接口）×显微镜系统放大倍数
例如：用17英寸显示器，4X物镜，0.5X适配器，1X的系统放大倍数 放大倍数就是：17×25.4÷6×4×0.5×1≈288倍 CCD靶面对角线尺寸大小 1/3英寸为6mm 1/2英寸为8mm 2/3英寸为11mm 1/4英寸为4mm
金相显微镜一般有5X、10X、20X、40X、50X、60X、80X、100X这几种物镜 目镜放大倍数一般为5X、10X、12.5X、16X、20X