实验 金相显微镜的原理、构造及使用 [ 实验目的 ] 1、了解金相显微镜的基本构造及工作原理。 2、掌握金相显微镜的使用方法。 [ 实验内容 ] 1、观察显微镜的构造，了解各部件的作用。 2、装好显微镜的物镜、目镜，调好光阑进行观察。 3、用不同的放大倍数观察同一试样并画出所观察的组织示意图。 [ 实验报告要求 ] 1、写出实验目的及所用设备。 2、写出实验步骤。 3、画出所观察到的显微组织示意图，并对实验现象做多元化的分析。 [ 实验原理 ] 用于研究金属显微组织最常用的光学显微镜是金相显微镜， 它是一种反射式 显微镜。 1. 显微镜的成相原理 显微镜的基本放大原理如图 1--1 所 示。起放大作用主要由焦距很短的物镜和 焦距较长的目镜来完成。为减少像差， 显微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成的 复杂的光学系统，其中物镜的构造尤其复 杂。为便于说明，图中的物镜和目镜都 简化为单透镜。物体 AB 位于物镜的前焦 点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形 成一个倒立放大的实像 AB ，这个像位于 目镜的物方焦距内但很靠近焦点的位置 上，作为目镜的物体。目镜将物镜放大的 实像再放大成虚像 AB ，位于观察者的明 视距离 （距人眼 250mm ）处，供眼睛观察。 在视网膜上形成的是实像 AB 。 图 1— 1 显微镜的成像原理图 2. 显微镜的照明系统 金相显微镜的光源一般会用钨丝灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。 2.1 钨丝灯 一般中小型显微镜照明部分采用 6— 8 伏钨丝灯泡做光源。其原理是光线通 过物镜射至试样表面， 然后靠金属本身反射能力， 由试样表面反射， 再通过物镜 进行放大，这种灯适合于金相显微组织的观察。 2.2 氙灯 其特点是光强高，输出稳定，寿命较长，此外，它具有类似日光性质的连续 光谱，可用于彩色照相。是金相显微组织观察的最新光源之一。 氙灯容易爆炸， 因此，在使用时要格外的注意安全。 使用时间最多不允许超出规 定时间的 125%，最好能够降低启动次数可以显著延长氙灯的常规使用的寿命。 2.3 其他照明系统 目前金相显微镜中供观察用的低压钨丝灯已逐渐为卤素灯所取代， 卤素灯的 灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。 其他的还有碳弧灯， 它是利用两支暴露在空气 中而相互靠近的碳棒， 通电后产生强烈的电弧发出亮度很高的光， 但由此产生的 电弧跳动，导致光源不稳定，特别不利于照明，这是它的缺点。 3. 显微镜的光程调节部分 光程中主要调节部分是光阑。 在金相显微镜光源系统中常放置着两个孔径可 变的光阑，分别为孔径光阑和视场光阑。总的目的是为了更好的提高最后映像的质量。 3.1 孔径光阑 主要调节入射光线粗细，具体调节将根据直接观察映像清晰度判定。 3.2 视场光阑 主要是为减少镜筒内的反射光和炫光， 来提升映像的衬度， 因此，常将视 场光阑缩小到最低限度。 除光阑外，还常常在孔径光阑后加滤光片，以提高映像质量。 4. 显微镜的物镜及目镜 物镜是靠近观察物体的一组透镜。 物镜是显微镜中主要零件。 物镜的主要特 性参数有：放大率、数值孔径、鉴别能力。 4.1 放大率 物镜放大率取决于物镜的焦距，它与光学镜筒的长度有关，焦距越短，放 大倍数越高。所以，物镜放大率除直接用放大倍数表示外，也可以用焦距表示。 常用的物镜的放大率有 8x、45x （或40x ）、100x 三种。 4.2 数值孔径 数值孔径表示物镜收集光线的能力。物镜对试样上各点的反射光收集的越 多，成像质量就越好。它取决于物镜的角孔径大小和介质的折光系数。 4.3 分辨率 显微镜的分辨率用它能清晰分辨试样上两点间的最小距离 d 表示。分辨率是 物镜对于试样最细微组织形式清晰可辨映像的能力。 物镜的作用是使物体放大成 实像， 目镜的作用是使这个实像再次放大； 这就是说目镜只能放大物镜已分辨的 细节，物镜未能分辨的细节，决不会通过目镜放大而变的可分辨。因此，显微镜 的分辨率主要根据物镜的分辨率。物镜分辨率的表达式如下： d A 2N 由式中看出，物镜鉴别能力 d 与光源波长成正比，波长越短， d 越小，因而 鉴别能力越高。放大率和数值孔径常常刻在物镜的外壳上。 4.4 目镜 是靠近人眼的一组透镜，目镜的作用在于将经过物镜放大的实像再次放大。 目镜放大倍数通常为 5x 、7。5x、10x、15x、20x 数种。 5. 常用金相显微镜介绍 图 1—2 XJ-16 金相显微镜结构示意图 图 1— 3 XJ-16 金相显微镜 的光路图 金相显微镜种类较多，国内广泛使用的是 4X 型和 XJ-16 型。这两种显微镜 均为倒立式 ，样品台位于显微镜的上方，可在水平方向上做二维运动，显微镜 的物镜为消色差物镜，放大率有 10X，45X或（40），100X （油浸系）三种。目镜 有 5X，10X，15X，三种。 显微镜光源为 6-8 伏的钨丝灯，这种显微镜孔径光阑和视场光阑连续可调， 并附带照相设备，可照 120 底片的金相照片。除此以外，显微镜还包括底座、载 物台、粗调手轮、微调手轮、物镜座等机械部分。 6. 大型金相显微镜 XJG-05 型大型卧式金相显微 镜： 显微镜与摄影部分靠连接筒 连成一个整体，这种显微镜连接有 较 大 暗 盒 ， 底 片 尺 寸 为 82 。 5mmX120mm ，带有 100mm 刻度的 毛玻璃，用于测量摄影的放大倍 率；带中心线的毛玻璃用于摄影调 焦；带中心叉线的透明承影板，用 于暗场和偏光的摄影调焦；带有八 级晶粒的毛玻璃，用于晶粒度的比 较。镜体上还设有 135 相机接口， 可接入 135 相机进行拍摄。 图 1—4 XJG-05 型卧式金相显微镜 XJG-05 型大型卧式金相显微镜还设有适合作照相光源的氙灯照明， 氙灯是金 相显微镜的最新光源之一，具有光强高，体积小，输出稳定的特点，弥补了一般 光源光强较弱的不足。 7. 显微镜使用需要注意的几点 7.1 初次使用显微镜， 首先应了解显微镜的基础原理及各部件的作用， 详细了 解操作规程。 7.2 显微镜的目镜和物镜是显微镜的主要光学部分， 装卸时应格外小心。 不得 用手触摸透镜，对于透镜上的灰尘、油脂、污垢，不能用手或手绢去檫，以免在 镜头上留下划痕及脏物而应用软毛刷或镜头纸檫拭。 7.3 作显微观察用的样品要干净，不得残留有酒精和腐蚀剂。以免腐蚀镜头。 7.4 调焦时，应先粗调，后微调。为了尽最大可能避免试样与物镜碰撞，应先使物镜靠近 试样（但不能接触） ，然后一面从目镜中观察，一面用双手调焦，使物镜慢慢离 开试样，直到看清楚为止。 显微镜使用完毕后， 应将载物台降到最低点， 这样可避免粗调和细调螺丝因 长期受载而发生变形，增加磨损。 7.5 显微镜对潮湿、高温、灰尘、腐蚀气体、震动等因素十分敏感，因此放置 显微镜的 房间应该清洁、干燥、通风、并远离震源。 [ 思考题 ] 1、光学金相显微镜主要由哪几大主要部分所组成？各部分又由哪几个零件组成？ 2、什么是显微镜的有效放大倍数？ 3、显微镜光源有哪几种？各有什么特点？ 4 、显微镜在使用和维护中，需要注意哪些事项？ 实验报告： 1、实验目的 ：扼要说明研究对象，实验意义及作用。 2、实验原理： （1）简要说明实验所依据的理论：包括定律、公式等。 (2 ) 画出显微镜光学原理图。 3、实验设备及方法： 写出设备名称、型号、性能，以及实验方法介绍和操作程 序。
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