金相显微技术第2章光学金相显微镜从研究微观组织及其结构特点出发，尽管人们把光学金相显微镜和电子显微镜都归纳入金相学的研究范畴，但观察材料的组织形貌，主要是依靠光学显微镜技术。光学显微镜是在微米尺度上观察材料微观组织的普及方法，扫描电子显微镜与透射电子显微镜则把观察的尺度推进到亚微米以下的层次，甚至是纳米级。本章主要讲述光学金相显微镜的工作原理、功能、使用方法与维护。第2章光学金相显微镜2.1光学基本知识光的定义：光是指人眼可见部分的电磁波，称之为光波。光的特性：光波具有波动性和粒子性。同时具有反射与折射能力。常用光学元件：反射镜、棱镜以及透镜等。光源种类：光源可分为天然光源和人造光源，金相显微镜采用人造光源。第2章光学金相显微镜2.2光学系统的像差（透镜像差）透镜在成像过程中，由于受本身物理条件的限制，使影像变形、变色、模糊不清或发生畸变，这种像的缺陷称为像差。透镜像差的类型主要有球面像差、色像差、像域弯曲、慧形像差、色散、畸变等。其中影响成像质量的是前三种，在金相显微镜光学系统中的透镜，尽管在设计制造时，尽量减少像差，但多少依然存在。第2章光学金相显微镜球面像差（球差）由于透镜表面是球形，中心与边缘厚度不同，这样从某一点发出的单色光与透镜各部位接触角不同，经过透镜折射后，靠近中心部分光线折射角小，在离透镜较远的地方聚焦，边缘部分光线折射角大，在离透镜较近的位置聚焦，所以不能聚焦在一点，而是在透镜光轴上成一系列像，使成像模糊不清，这种现象称为球差，如图所示。球面像差示意图第2章光学金相显微镜透镜的曲率半径越小，球差越严重。主要靠凸透镜和凹透镜的组合来减少，也可以缩小显微镜的孔径光栏来减少。第2章光学金相显微镜色像差（色差）由于白色光是由不同波长的单色光组成的复色光，当白色光通过透镜时，不同波长的单色光的折色率不同。波长越短折射率越大，其焦点越近，波长越长，折射率越小，焦点越远，所以不同波长的光线，不能同时聚焦在一点，产生了一系列群像，这种缺陷称为色像差（色差）。色像差示意图第2章光学金相显微镜色像差消除办法是在光路中加一单色滤色片，使白色光变成某一波长的单一光线。第2章光学金相显微镜像域弯曲当平面物体与透镜平行时，所成的像不是平面像，而是凹形的弯曲平面像，这种缺陷称为像域弯曲。像域弯曲是各种像差的总和，它或多或少地总是存在于有透镜组成的光学元件中。以致难以在垂直放着的平胶片上得到全部清晰的成像。像域弯曲示意图第2章光学金相显微镜2.3光学金相显微镜的成像原理金相显微镜是利用光线的反射将不透明的物体放大后进行观察的，最简单的显微镜有两个透镜组成，因此，显微镜是经过两次成像的光学仪器。将物体进行第一次放大的透镜称为物镜，将物镜所成的像再经过第二次放大的透镜称为目镜，原理图如下：金相显微镜放大成像原理图第2章光学金相显微镜金相显微镜的放大倍数：设物镜的焦点为F1，目镜的焦点为F2，L为光学镜筒长度（物镜与目镜的距离），D=250mm为人的明视距离。当物体AB位于物镜的焦点F1以外，经物镜放大而成为倒立的实像A1B1，而A1B1正好落在目镜的焦点F2之内，经目镜放大后成为一个正立放大的虚像A2B2，则两次放大倍数各为：M物=A1B1/ABM目=A2B2/A1B1M总=M物xM目=A1B1/ABxA2B2/A1B1即：显微镜的总的放大倍数等于物镜的放大倍数乘于目镜的放大倍数。目前普通光学金相显微镜的最高有效放大倍数为1600~2000倍。第2章光学金相显微镜2.4金相显微镜的物镜2.4.1物镜的类型①按照色差分消色差物镜：校正了中央黄绿波区像差。平面消色差物镜：校正了中央黄绿波区像差和像域弯曲。复消色差物镜：校正了全部波区像差，用于高倍观察与摄影。平面复消色差物镜：校正了全部波区像差和像域弯曲，高倍摄影。②按照放大率分低倍物镜：放大率≤10x；数值孔径0.04~0.15。中倍物镜：放大率≥10x~25x；数值孔径0.25~0.4。高倍物镜：放大率≥25x~63x；数值孔径0.4~