材料科学基础实验的指南

实 验 一 金 相 显 微 镜 的 原 理 、 结 构 和 使 用一 、 实 验 目 的1. 了 解 金 相 显 微 镜 的 结 构 原 理 ， 熟 悉 各 种 零 件 的 性 能 和 功 用 。2. 掌握分辨率的概念与其影响因素。3. 学会正确操作金相显微镜。二 、 实 验原 理利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析。它是讨论金属材料微观结构最基本的一种实验技术，在金属材料讨论领域中占有很重要的地位。在现代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜。这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍。（一）显微镜的基本原理、构造与使用1. 显微镜的基本原理最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成。图1-1 为相显微镜成像的光学原理示意图。图中AB为被观察的物体，对着被观察物体的透镜O1叫物镜；对着人眼的透镜O2叫目镜。物镜使物体AB形成放大的倒立实像A'B'，目镜再将A'B'放大成仍然倒立的虚像A"B"。其位置正好在人眼的明视距离（约250mm ）处。在显微镜中所观察的就是这个虚像A"B"。(1) 显微镜的放大倍数放大倍数由下式确定：式中：M— 显微镜总放大倍数； M物 —物镜的放大倍数； M目 —目镜的放大倍数；f物 —物镜的焦距；f目 —目镜的焦距；L— 显微镜的光学镜筒长度；D— 明视距离（250mm ）。由上式可知：f物 、f目 越短或L 越长，则显微镜的放大倍数越大。(2) 物镜的鉴别率图 1.1 成像光学原理物镜的鉴别率是指物镜能清楚分辨试样两点间最小距离的能力。物镜鉴别率的数学公式为：式中：d— 物镜的鉴别率；λ—入射光源的波长；A— 物镜的数值孔径，它表示物镜的聚光能力。由公式可知，波长λ越短，数值孔径A 越大，则鉴别能力就越高（d 越小），在显微镜中就能看到更细微的部分。数值孔径A 可由下列公式求出：式中：η—物镜与物体之间介质的折射率；φ—物镜孔径角的一半，即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度。η越大或物镜孔径角越大，则数值孔径越大，由于φ总是小于90，所以在空气介质（η=1）中使用时，数值孔径A 一定小于1 ，这类物镜称干系物镜。当物镜上面滴有松柏油介质（η=1.52 ）时，A 值最高可达1.4 ，这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜，每个物镜都有一个设计额定的A 值，刻在物镜体上。(3) 显微镜的有效放大倍数由M=M 目·M 物知，显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合。如45倍的物镜乘以10倍的...