金相顯微鏡不同視場(chǎng)功能的原理與應(yīng)用

       金相顯微鏡具有明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏光以及微分干涉等不同的觀察模式。在金相組織觀察過程中，常規(guī)應(yīng)用*泛的就是明場(chǎng)，大部分金相檢驗(yàn)檢測(cè)都可以通過明場(chǎng)模式拍攝。然而，暗場(chǎng)、偏光以及微分干涉在材料分析中具有其*作用的。

首先通過原理看一下不同功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

圖1 明場(chǎng)原理示意圖

分光鏡為平面玻璃，光柱垂直照射到樣品的表面，造像清晰平坦，能真實(shí)地顯示各種組織，但缺乏立體感。

圖2 暗場(chǎng)原理示意圖

入射光經(jīng)反射鏡組件后形成環(huán)形光束，照射到曲面反射鏡上，以極大的傾角反射到試樣表面。試樣表面如果是平面，則會(huì)看到一片黑暗，凹凸不平的組織會(huì)造成光線漫反射，才會(huì)顯示明亮的映像。

圖3 偏光視場(chǎng)原理示意圖

在入射光路和觀察鏡筒內(nèi)各加入一個(gè)偏光鏡，當(dāng)兩偏光鏡處于正交位置時(shí)，各向同性的金屬呈現(xiàn)消失現(xiàn)象，各向異性的金屬使反射光變成橢圓偏振光，顯示不同的明暗襯度。

圖4 微分干涉視場(chǎng)原理示意圖

在偏光構(gòu)件基礎(chǔ)上增加Normarski棱鏡，利用試樣表面微小高度差，通過光的干涉作用，提高組織細(xì)節(jié)之間的襯度，使成像具有浮雕感，且對(duì)制樣要求低，某些樣品僅需拋光，無需腐蝕。

   

       在了解了不同觀察模式的原理后，我們可以通過球墨鑄鐵中球狀石墨在不同視場(chǎng)下產(chǎn)生不同成像現(xiàn)象來展示不同視場(chǎng)的特點(diǎn)。將球墨鑄鐵樣品進(jìn)行拋光，無需腐蝕，即可獲得在不同視場(chǎng)下的觀察結(jié)果，如圖5至圖8所示。明場(chǎng)下可見石墨球與基體組織表面平坦，未見明顯劃痕（圖5）。而同一畫面在暗場(chǎng)下可見細(xì)小劃痕，同時(shí)石墨球內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰（圖6）。在正交偏光視場(chǎng)下，可以看到石墨球典型的“黑十字"現(xiàn)象（圖7）.在偏光的基礎(chǔ)上增加微分干涉可以看到石墨球以及基體中不同取向的晶粒都呈現(xiàn)出了浮雕感（圖8）

圖5 明場(chǎng)

球狀石墨（拋光態(tài)）

 圖6 暗場(chǎng)

石墨球內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰

（拋光態(tài)）

圖7 偏光（正交）

典型“黑十字"現(xiàn)象

（拋光態(tài)）

圖8 圓微分干涉

出現(xiàn)浮雕感（拋光態(tài)）

再看一組典型組織在刻蝕態(tài)時(shí)分別呈現(xiàn)哪些不同的形貌特征（微分干涉視場(chǎng)下為拋光態(tài)）。圖9至圖12所示照片分別為鐵素體+珠光體組織的同一畫面在不同視場(chǎng)下的成像結(jié)果。可直觀的看出不同功能視場(chǎng)的成像區(qū)別。

圖9 明場(chǎng)

鐵素體+珠光體，組織清晰

  圖10 暗場(chǎng)

晶界明亮

圖11 正交偏光

F（暗灰色）+P（黃白色）

圖12 微分干涉

晶粒具有浮雕感（拋光態(tài)）

 總的來說，明場(chǎng)適合應(yīng)用于觀察刻蝕組織，大部分可刻蝕的金相組織均可由明場(chǎng)成像。而暗場(chǎng)可以鑒別極細(xì)的磨痕，同時(shí)也能夠鑒別非金屬夾雜的色彩，例如氧化銅在白光照明明場(chǎng)下觀察呈淡藍(lán)色，而在暗場(chǎng)觀察時(shí)可以看到其真實(shí)的紅寶石色彩。偏光也可以鑒別非金屬夾雜物；此外，對(duì)于一些金屬及合金較難刻蝕出組織或晶粒，如一些變形鋁合金，使用偏光視場(chǎng)時(shí)則不同取向的晶粒清晰可見；同時(shí)，經(jīng)受大量塑性變形的金屬，也可通過偏光視場(chǎng)測(cè)定其擇優(yōu)取向。基于可見不同取向晶粒的這一特點(diǎn)也可以擴(kuò)展一下偏光的應(yīng)用，例如面對(duì)新材料進(jìn)行分析時(shí)，在偏光視場(chǎng)下也可簡(jiǎn)單判斷是否有未刻蝕出的相。微分干涉視場(chǎng)在偏光視場(chǎng)的基礎(chǔ)上增加了明顯的浮雕狀，具有更明顯的襯度，有利于自動(dòng)定量工作以及補(bǔ)充更多細(xì)節(jié)，其最大的特點(diǎn)是無需刻蝕；此外，增加λ-片可進(jìn)行彩色金相拍攝，在定量分析中提高準(zhǔn)確率。

 總之，金相顯微鏡的不同功能之間是相輔相成的，理解了不同視場(chǎng)形成的原理，可根據(jù)樣品自身的特點(diǎn)以及觀察的目的需求，選擇適合的觀察模式或功能是更好的完成金相分析工作的重要環(huán)節(jié)。

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