非常有用固體物理實驗方法課第3章_光學(xué)顯微分析

1、3.1 3.1 概述概述1625年，人門第一次把一個放大用的工具命名為顯微鏡，直到1655年才開始用在科學(xué)上。 1665） 1665 列文虎克和他的顯微鏡（約1680）18世紀單筒顯微鏡 18世紀雙筒顯微鏡19世紀雙筒顯微鏡光學(xué)顯微鏡3、 透鏡的像差光的折射特點：（1）介質(zhì)中光傳播的速度越大，則該介質(zhì)的折射率越??； （2）光在真空中的傳播速度最大。（3）同一介質(zhì)的折射率因所用光波波長而異（折射率色散） 對于同一介質(zhì)，光波的波長與折射率成反比。 abABNIirII21sinsinnriri 光在傳播過程中，如果遇到障礙物，其傳播方向會發(fā)生變化，能繞過障礙物的邊緣而繼續(xù)前進而發(fā)生衍射現(xiàn)象。SS1

2、S2S1S2S1S2能分辨能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨 瑞利判據(jù)（瑞利判據(jù)（ReyleighReyleighs criterions criterion）：）：S1S2I對玻璃透鏡，取最大孔徑半角a = 7075，在物方介質(zhì)為油的情況下，n 1.5，則其數(shù)值孔徑n sina =1.25 1.35，上式可簡化為 如果兩個物點靠近，相應(yīng)的兩個Airy斑也逐漸重疊當斑中心間距等于Airy 斑半徑時，強度峰谷值相差19，人眼可以分辨。210r可見光的波長范圍是390nm-760nm,nmr2000sin61. 00nr 單色像差（球差、像場彎曲、像散）色差P象P透鏡物P光軸球差球差RsMRr

3、ssRs越小，透鏡的分辨率越高透鏡物P光軸色差色差紫紅LDMMMff目物目物AB物鏡AB目鏡ABDLf目LAB物鏡目鏡A1B1B3A3f2D修改圖機械和支架系統(tǒng)濾光片組成光學(xué)放大系統(tǒng)照明系統(tǒng)物鏡光源聚光鏡目鏡光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)：1. 照明燈照明燈2. 聚光器聚光器3. 載物臺和切片夾載物臺和切片夾4. 推進器推進器5. 物鏡物鏡6. 粗細螺旋粗細螺旋7. 目鏡目鏡8. 照相機等接口照相機等接口 物鏡是光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)中決定其分辨率（分辨本領(lǐng)）的最關(guān)鍵部件。色差校正使可見光中紅光和藍光聚焦于一點，而黃綠光則聚焦于另一點。能夠消除光譜中紅光和藍光所形成的色差。這種物鏡與目鏡配用

4、時可達到消色差物鏡所要求的光學(xué)性能。 等。light source）聚光鏡（聚光鏡（condensercondenser） 光源射出的光線通過聚光器匯聚成光錐照射標本，增強明度和造成適宜的光錐角度，提高物鏡的分辨力。聚光器由聚光鏡和虹彩光圈組成。調(diào)節(jié)聚光鏡的高度和虹彩光圈的大小，可得到適當?shù)墓庹蘸颓逦膱D像。 濾光片（濾光片（filterfilter） 選用適當?shù)臑V光片，可以提高分辨力，增加影像的反差和清晰度。濾光片有紫、青、藍、綠、黃、橙、紅等各種顏色的，分別透過不同波長的可見光，可根據(jù)標本本身的顏色，在聚光器下加相應(yīng)的濾光片。 取樣取樣 鑲樣鑲樣 磨光磨光 拋光拋光 顯示顯示磨 制 究竟選

5、用何種方法，則視零件的大小、性質(zhì)、究竟選用何種方法，則視零件的大小、性質(zhì)、材質(zhì)和熱處理工藝等具體條件而定，但截取的試樣材質(zhì)和熱處理工藝等具體條件而定，但截取的試樣必須保證觀察面的組織不受到影響。必須保證觀察面的組織不受到影響。截取金相試樣的方法很多，方法和種類如圖所示。截取金相試樣的方法很多，方法和種類如圖所示。金相試樣切割機金相試樣切割機1 1、取樣、取樣試樣截取方法氣割機械法線切割砂輪切割鋸機床打斷車床銑床 刨床2 2、鑲樣、鑲樣小試樣的夾持方法小試樣的夾持方法（a）薄片試樣；）薄片試樣； （b）塊狀試樣）塊狀試樣 一般情況下，如果試樣大小合適，則不需要鑲樣，但試樣尺寸過小或形狀極不規(guī)則者

6、，如帶、絲、片、管，制備試樣十分困難，就必須把試樣鑲嵌起來。 熱鑲樣機熱鑲樣機熱鑲嵌熱鑲嵌-鑲嵌材料有熱固性塑料(如電木粉)、熱塑性塑料(如聚氯乙烯) 。電木粉不透明，有各種顏色，比較硬，試樣不易倒角，但耐腐蝕性能比較差；聚氯乙烯為半透明或透明的，耐腐蝕性能好，但較軟。鑲樣均需用專門的鑲樣機加壓加熱成型。冷鑲嵌冷鑲嵌-對溫度及壓力極敏感的材料(如淬火馬氏體與易發(fā)生塑性變形的軟金屬)，以及微裂紋的試樣。環(huán)氧樹脂、牙托粉鑲嵌法對粉末金屬，陶瓷多孔性試樣特別適用。3 3、磨光、磨光 手工磨光是把砂紙平置于玻璃板上，然后將試手工磨光是把砂紙平置于玻璃板上，然后將試樣用手輕壓在砂紙上作同前平推、提起、拉

7、回，再樣用手輕壓在砂紙上作同前平推、提起、拉回，再向前平推三個基本動作，直到這一道磨光工序符合向前平推三個基本動作，直到這一道磨光工序符合要求為止。要求為止。 （2）細磨的目的是消除粗磨時留下的較深的磨痕，為下一步拋光打好基礎(chǔ)。 （1）粗磨的目的是整平試樣，并磨成合適的形狀,通常在砂論機上進行。 試樣經(jīng)過切削磨光后變形層厚度變化示意圖金相砂紙的規(guī)格金相砂紙的規(guī)格水磨砂紙的編號、粒度號與粒度尺寸水磨砂紙的編號、粒度號與粒度尺寸4、拋光、拋光機械拋光是當前應(yīng)用最廣的拋光方法，它是在專門的金相試樣拋光機上進行的。細磨后的試樣經(jīng)沖洗（避免粗磨粒帶入拋光工序）后，將其磨面輕輕地置于拋光盤上進行拋光。 拋

8、光用的織物可用粘結(jié)劑粘在拋拋光用的織物可用粘結(jié)劑粘在拋光盤表面，也可用套圈箍緊在拋光盤光盤表面，也可用套圈箍緊在拋光盤上?？椢锏淖饔檬潜４鎾伖鈩┖湍Σ辽??？椢锏淖饔檬潜４鎾伖鈩┖湍Σ聊ッ媸怪饬痢Ｄッ媸怪饬?。 拋光粉有不同粒度，分成拋光粉有不同粒度，分成W7、W5、W3直到直到W0.25等。等。W7表示最表示最粗磨粒直徑為粗磨粒直徑為7m；如此類推。；如此類推。拋光機拋光機拋光的目的是要盡快把磨光留下的細微磨痕成為光亮無痕的鏡面。金相試樣的拋光基本分為：機械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光三類。 電解拋光裝置與電解光原理 (a) 電解拋光裝置 （b）電解拋光原理4、顯示、顯示常用的組織的顯示方法：電

9、解侵蝕-一般針對兩相（或合金）的侵蝕?；瘜W(xué)侵蝕-一般針對純金屬或均勻單相合金的侵蝕。 試樣機械拋光后，在顯微鏡下，只能看到光亮的磨面及夾雜物等。要對試樣的組織進行顯微分析，還必須讓試樣經(jīng)過腐蝕。 純金屬及單相合金化學(xué)腐蝕示意圖由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來， 金屬材料常用的腐蝕劑金屬材料常用的腐蝕劑cE EH H光波是橫波，光波是橫波，E E、HH、v v三者都是垂直的。可引起人的視三者都是垂直的?？梢鹑说囊曈X的只有覺的只有 E E 矢量，矢量，故稱故稱E E 矢量矢量為為光矢量。光矢量。播播傳傳方方向向振振動動面面面面向向播播動動振振方方

10、傳傳線偏振光的獲得線偏振光的獲得線偏振光線偏振光1 1、用偏振片獲得線偏振光、用偏振片獲得線偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片2、用雙折射法獲得偏振光、用雙折射法獲得偏振光O O光（尋常光）光（尋常光）遵守折射定律遵守折射定律e e光（非常光）光（非常光）不遵守折射定律不遵守折射定律ACBoeDeo原理：原理：把自然光分成尋常把自然光分成尋常光和非尋常光，然后利用全光和非尋常光，然后利用全反射把尋常光反射到棱鏡側(cè)反射把尋常光反射到棱鏡側(cè)壁上，只讓非尋常光通過，壁上，只讓非尋常光通過，從而獲得一束振動方向固定從而獲得一束振動方向固定的線偏振光。的線偏振光。904868光軸光軸加拿大膠加拿大膠658.1on468.1en55.1n光e光o對于對于o光光nno產(chǎn)生全反射產(chǎn)生全反射對于對于e光光nne可以透過，則獲得偏振光?？梢酝高^，則獲得偏振光。尼克爾棱鏡比較貴尼克爾棱鏡比較貴, ,多用于高級光學(xué)實驗。多用于高級光學(xué)實驗。加工后將兩塊方解石用加工后將兩塊方解石用加拿大膠粘合起來，加拿大膠粘合起來，布儒斯特角布儒斯特角線偏振光線偏振光3、用反射和折射法獲得偏振光、用反射和折射法獲得偏振光2i0290 iibbbininincossinsin222112nntgib布儒斯特定律布儒斯特定律2n1i1n2nbi1n1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調(diào)