金相顯微鏡不同視場功能的原理與應用

       金相顯微鏡具有明場、暗場、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，常規應用*泛的就是明場，大部分金相檢驗檢測都可以通過明場模式拍攝。然而，暗場、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現的。

圖1 明場原理示意圖

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，能真實地顯示各種組織，但缺乏立體感。

圖2 暗場原理示意圖

入射光經反射鏡組件后形成環形光束，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，則會看到一片黑暗，凹凸不平的組織會造成光線漫反射，才會顯示明亮的映像。

圖3 偏光視場原理示意圖

在入射光路和觀察鏡筒內各加入一個偏光鏡，當兩偏光鏡處于正交位置時，各向同性的金屬呈現消失現象，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 微分干涉視場原理示意圖

在偏光構件基礎上增加Normarski棱鏡，利用試樣表面微小高度差，通過光的干涉作用，提高組織細節之間的襯度，使成像具有浮雕感，且對制樣要求低，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下產生不同成像現象來展示不同視場的特點。將球墨鑄鐵樣品進行拋光，無需腐蝕，即可獲得在不同視場下的觀察結果，如圖5至圖8所示。明場下可見石墨球與基體組織表面平坦，未見明顯劃痕（圖5）。而同一畫面在暗場下可見細小劃痕，同時石墨球內部結構清晰（圖6）。在正交偏光視場下，可以看到石墨球典型的“黑十字"現象（圖7）.在偏光的基礎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出了浮雕感（圖8）

圖5 明場

球狀石墨（拋光態）

 圖6 暗場

石墨球內部結構清晰

（拋光態）

圖7 偏光（正交）

典型“黑十字"現象

（拋光態）

圖8 圓微分干涉

出現浮雕感（拋光態）

再看一組典型組織在刻蝕態時分別呈現哪些不同的形貌特征（微分干涉視場下為拋光態）。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下的成像結果。可直觀的看出不同功能視場的成像區別。

圖9 明場

鐵素體+珠光體，組織清晰

  圖10 暗場

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）

 總的來說，明場適合應用于觀察刻蝕組織，大部分可刻蝕的金相組織均可由明場成像。而暗場可以鑒別極細的磨痕，同時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下觀察呈淡藍色，而在暗場觀察時可以看到其真實的紅寶石色彩。偏光也可以鑒別非金屬夾雜物；此外，對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，使用偏光視場時則不同取向的晶粒清晰可見；同時，經受大量塑性變形的金屬，也可通過偏光視場測定其擇優取向。基于可見不同取向晶粒的這一特點也可以擴展一下偏光的應用，例如面對新材料進行分析時，在偏光視場下也可簡單判斷是否有未刻蝕出的相。微分干涉視場在偏光視場的基礎上增加了明顯的浮雕狀，具有更明顯的襯度，有利于自動定量工作以及補充更多細節，其最大的特點是無需刻蝕；此外，增加λ-片可進行彩色金相拍攝，在定量分析中提高準確率。

 總之，金相顯微鏡的不同功能之間是相輔相成的，理解了不同視場形成的原理，可根據樣品自身的特點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節。

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