ќптическа€ микроскопи€. »стори€ развити€

»стори€ микроскопа - прибора дл€ получени€ увеличенного изображени€ объектов, не видимых невооруженным глазом. ћетоды световой микроскопии. ѕринцип действи€ и устройство металлографического микроскопа. ћетоды микроскопического исследовани€ металлов.

–убрика ‘изика и энергетика
¬ид реферат
язык русский
ƒата добавлени€ 10.06.2009
–азмер файла 3,3 M

ќтправить свою хорошую работу в базу знаний просто. »спользуйте форму, расположенную ниже

—туденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

‘≈ƒ≈–јЋ№Ќќ≈ ј√≈Ќ“—“¬ќ ѕќ ќЅ–ј«ќ¬јЌ»ё

—“ј–ќќ— ќЋ№— »… “≈’ЌќЋќ√»„≈— »… »Ќ—“»“”“ (‘»Ћ»јЋ)

‘≈ƒ≈–јЋ№Ќќ√ќ √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌќ√ќ ќЅ–ј∆ќ¬ј“≈Ћ№Ќќ√ќ ”„–≈∆ƒ≈Ќ»я ¬џ—Ў≈√ќ ѕ–ќ‘≈——»ќЌјЋ№Ќќ√ќ ќЅ–ј«ќ¬јЌ»я Ђ√ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌџ… “≈’ЌќЋќ√»„≈— »… ”Ќ»¬≈–—»“≈“

Ђћќ— ќ¬— »… »Ќ—“»“”“ —“јЋ» » —ѕЋј¬ќ¬ї

–еферат

по дисциплине: ћетоды контрол€ и анализа веществ

на тему:

Ђќптическа€ микроскопи€. »стори€ развити€ї

¬ыполнил:

ст. гр. ќћƒ-06-1д

 осинов ё.ё.

ѕроверила:

 апкова ≈.¬.

—тарый ќскол

2009

—одержание

¬ведение

»стори€ микроскопа

ћетоды световой микроскопии

ћетоды микроскопического исследовани€ металлов

ќсновные типы и конструктивные особенности металлографических микроскопов

¬ведение

Ќа прот€жении длительного времени человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнеде€тельности (например, при выпечке хлеба из кислого теста, приготовлении вина и уксуса), страдал, когда эти существа €вл€лись причинами болезней или портили запасы пищи, но не подозревал об их присутствии. Ќе подозревал потому, что не видел, а не видел потому, что размеры этих микро существ лежали много ниже того предела видимости, на который способен человеческий глаз. »звестно, что человек с нормальным зрением на оптимальном рассто€нии (25-30 см) может различить в виде точки предмет размером 0,07-0,08 мм. ћеньшие объекты человек заметить не может. Ёто определ€етс€ особенност€ми строени€ его органа зрени€.

ѕриблизительно в то же врем€, когда началось исследование космоса с помощью телескопов, были сделаны первые попытки раскрыть, с помощью линз тайны микромира. “ак, при археологических раскопках в ƒревнем ¬авилоне находили дво€ковыпуклые линзы -- самые простые оптические приборы. Ћинзы были изготовлены из отшлифованного горного хрустал€. ћожно считать, что с их изобретением человек сделал первый шаг на пути в микромир.

ѕростейший способ увеличить изображение небольшого предмета - это наблюдать его с помощью лупы. Ћупой называют собирающую линзу с малым фокусным рассто€нием (как правило, не более 10 см), вставленную в руко€тку.

—оздатель телескопа √алилей в 1610 году обнаружил, что в сильно раздвинутом состо€нии его зрительна€ труба позвол€ет сильно увеличить мелкие предметы. ≈го можно считать изобретателем микроскопа, состо€щего из положительной и отрицательной линз.

Ѕолее совершенным инструментом дл€ наблюдени€ микроскопических предметов €вл€етс€ простой микроскоп.  огда по€вились эти приборы, в точности неизвестно. ¬ самом начале XVII века несколько таких микроскопов изготовил очковый мастер «ахари€ янсен из ћиддельбурга.

¬ сочинении ј.  ирхера, вышедшем в 1646 году, содержитс€ описание простейшего микроскопа, названного им "блошиным стеклом". ќн состо€л из лупы, вделанной в медную основу, на которой укрепл€ли предметный столик, служивший дл€ помещени€ рассматриваемого объекта; внизу находилось плоское или вогнутое зеркало, отражающее солнечные лучи на предмет и таким образом освещающее его снизу. Ћупу передвигали посредством винта к предметному столику, пока изображение не становилось отчетливым и €сным.

ѕервые выдающиес€ открыти€ были сделаны как раз с помощью простого микроскопа. ¬ середине XVII века блест€щих успехов добилс€ голландский естествоиспытатель јнтони ¬ан Ћевенгук. ¬ течение многих лет Ћевенгук совершенствовалс€ в изготовлении крохотных (иногда меньше 1 мм в диаметре) дво€ковыпуклых линзочек, которые он изготавливал из маленького стекл€нного шарика, в свою очередь получавшегос€ в результате расплавлени€ стекл€нной палочки в пламени. «атем этот стекл€нный шарик подвергалс€ шлифовке на примитивном шлифовальном станке. Ќа прот€жении своей жизни Ћевенгук изготовил не менее 400 подобных микроскопов. ќдин из них, хран€щийс€ в университетском музее в ”трехте, дает более чем 300-кратное увеличение, что дл€ XVII века было огромным успехом.

¬ начале XVII века по€вились сложные микроскопы, составленные из двух линз. »зобретатель такого сложного микроскопа точно не известен, но многие факты говор€т о том, что им был голландец  орнелий ƒребель, живший в Ћондоне и находившийс€ на службе у английского корол€ »акова I. ¬ сложном микроскопе было два стекла: одно - объектив - обращенное к предмету, другое - окул€р - обращенное к глазу наблюдател€. ¬ первых микроскопах объективом служило дво€ковыпуклое стекло, дававшее действительное, увеличенное, но обратное изображение. Ёто изображение и рассматривалось при помощи окул€ра, который играл, таким образом, роль лупы, но только лупа эта служила дл€ увеличени€ не самого предмета, а его изображени€. ¬ 1663 году микроскоп ƒребел€ был усовершенствован английским физиком –обертом √уком, который ввел в него третью линзу, получившую название коллектива. Ётот тип микроскопа приобрел большую попул€рность, и большинство микроскопов конца XVII-первой половины VIII века строились по его схеме.

»стори€ микроскопа

ћикроскоп - прибор дл€ получени€ увеличенного изображени€ объектов или деталей их структуры, не видимых невооруженным глазом. √лаз способен различать детали объекта, отсто€щие друг от друга не менее чем на 0,08 мм; с помощью светового микроскопа можно видеть детали, рассто€ние между которыми составл€ет до 0,2 мкм; электронный микроскоп позвол€ет получить разрешение до 0,1-0,01 нм. —пособность систем из двух линз увеличивать изображение предметов была известна мастерам, изготовл€вшим очки. ќ таких свойствах полушаровидных и плосковыпуклых линз знали оптики-ремесленники Ќидерландов и —еверной »талии в XVI в. ≈сть сведени€, что приблизительно в 1590 г. прибор типа микроскопа был построен янсеном (Z. Jansen) в Ќидерландах.

—начала по€вились простые микроскопы, состо€щие из одного объектива, а затем были сконструированы более сложные, имеющие, кроме объектива, и окул€р.

Ѕыстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как √алилей (G. Galilei), совершенству€ сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609--1610), измен€€ рассто€ние между объективом и окул€ром.

ѕозднее, в 1624 г., добившись изготовлени€ более короткофокусных линз, √алилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.

¬ 1625 г. членом –имской Ђјкадемии зоркихї (ЂAkudemia dei linceiї) ». ‘абером был предложен термин Ђмикроскопї. ѕервые успехи, св€занные с применением микроскопа в научных биологических исследовани€х, были достигнуты √уком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.).

ј. Ћевенгук (A. van Leenwenhoek) с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строени€ костной ткани (1673--1677).

¬ 1668 г. ≈. ƒивини, присоединив к окул€ру полевую линзу, создал окул€р современного типа; в 1673 г. √авелий ввел микрометрический винт, а √ертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. “аким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые вход€т в состав современного биологического микроскопа.

¬ начале XVIII в. микроскопы по€вились в –оссии; здесь Ёйлер (Z. Euler) впервые разработал методы расчета оптических узлов микроскопа.

¬ XVIII и XIX вв. микроскопы продолжали совершенствоватьс€. ¬ 1827 г. јмичи (G.¬. Amici) впервые применил иммерсионный объектив.

¬ конце XVII -- начале XIX в. была предложена конструкци€ и дан расчет ахроматических объективов дл€ микроскопов, благодар€ чему их оптические качества значительно улучшились, а увеличение объектов, обеспечиваемое таким микроскопом, возросло с 500 до 1000 раз.

¬ 1850 г. английский оптик —орби (Ќ.—. Sorby) сконструировал первый микроскоп дл€ наблюдени€ объектов в пол€ризованном свете.

¬ 1872--1873 гг. јббе (≈. Abbe) разработал ставшую классической теорию образовани€ изображений несамосвет€щихс€ объектов в микроскопе. “руды английского оптика ƒж. —иркса (1893) положили начало интерференционной микроскопии.

¬ 1903 г. –. ∆игмонди (R. Zsigmondy) и «идентопф (Ќ. Siedentopf) создали ультрамикроскоп, в 1911 г. —ань€ком (ћ. Sagnac) был описан первый двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 г. «ернике (F. Zernicke) предложил использовать метод фазового контраста дл€ наблюдени€ в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов. ¬ середине XX в. был изобретен электронный микроскоп, в 1953 г. финским физиологом ¬ильской (A. Wilska) был изобретен аноптральный микроскоп.

Ѕольшой вклад в разработку проблем теоретической и прикладной оптики, усовершенствование оптических систем микроскопа и микроскопической техники внесли ћ.¬. Ћомоносов, ».ѕ.  улибин, Ћ.». ћандельштам, ƒ.—. –ождественский, ј.ј. Ћебедев, —.». ¬авилов, ¬.ѕ. Ћинник, ƒ.ƒ. ћаксутов и др.

ћетоды световой микроскопии

ѕринцип действи€ и устройство металлографического микроскопа. ƒл€ изучени€ микроструктуры металлов используют металлографические микроскопы (рис. 1.4). ѕодготовленный соответствующим образом шлиф / помещают перпендикул€рно оптической оси микроскопа в плоскости, совпадающей с передней главной фокальной плоскостью объектива 2. Ўлиф освещаетс€ проход€щим через объектив почти параллельным оптической оси пучком света, который формируетс€ посредством осветительной системы, состо€щей из источника (лампы) 3, коллекторной линзы 4, апертурной 5 и полевой 7 диафрагм, вспомогательных линз 6, 8 и полупрозрачной пластинки 9. —ветовые лучи, отражающиес€ от участков поверхности шлифа, приблизительно нормальных оптической оси микроскопа, попадают в объектив, а те лучи, которые отражаютс€ от неровностей поверхности, не попадают в его поле. Ќа конечном изображении поверхности цы зерен, которые при подготовке шлифа обычно вытравливаютс€ в канавки, или частицы выделений, включени€ и поры.

ќбъектив создает обратное действительное увеличенное изображение образца в передней фокальной плоскости окул€ра S1. ќкул€р дополнительно увеличивает это изображение и дает окончательное мнимое увеличенное изображение образца S2 на рассто€нии ~250 мм от глаз наблюдател€ 11.

ѕри фотографировании изображени€ или его наблюдении на экране вместо Ђглазныхї окул€ров используют специальные фотоокул€ры (или гомали), которые принимают световые лучи, идущие непосредственно из объектива, и создают действительное первичное изображение на фотопластинке или экране.

”величение микроскопа равно произведению соответствующих увеличений объектива и окул€ра. ќсновное увеличение обеспечиваетс€ объективом, оно может достигать 100. ”величение окул€ра обычно не превышает 20. ≈сли необходимо точно определить увеличение проецируемого изображени€, то в качестве объекта следует использовать пластинку с микрометрической шкалой (объект-микрометр), на которой нанесены через каждые 0,01 мм делени€ на общей длине 1 мм.

–азрешающа€ способность микроскопа характеризуетс€ минимальным рассто€нием d между двум€ соседними детал€ми структуры объекта, которые еще могут быть раздельно различимы. ќграничени€ разрешающей способности оптических приборов св€заны с дифракционными €влени€ми и аберраци€ми элементов оптических систем. ћаксимальна€ разрешающа€ способность микроскопа соответствует условию:

d = dл/2nsinб = л/2ј, (1)

где л -- длина волны света; п -- показатель преломлени€ среды между объектом и объективом (дл€ воздуха п=1); б -- углова€ апертура объектива, равна€ половине угла, под которым виден зрачок объектива из точки предмета, лежащей на оптической оси. ¬еличина ј = п sin б называетс€ числовой апертурой и €вл€етс€ важнейшей характеристикой объектива. „исловую апертуру объектива можно увеличить, заполн€€ пространство между объективом и объектом (шлифом) иммерсионным маслом (обычно кедровым) с n=1,52. ƒл€ этой цели используют специальные иммерсионные объективы.

ѕоскольку величина а практически не бывает больше ~72∞ и максимальное значение sinб ?0,95, максимальное значение числовой апертуры дл€ Ђсухогої объектива составл€ет ј = 1„0,95 = 0,95, а дл€ иммерсионного объектива ј = 1,52„0,95 = 1,44.

ƒл€ освещени€ объекта наиболее часто примен€ют белый свет, дл€ которого можно прин€ть л = 0,55 мкм. —огласно условию (1) максимальна€ разрешающа€ способность микроскопа равна: dШ0,55ч2ч1,44Ш0,2 мкм.

„тобы использовать разрешающую способность объектива, т. е. увидеть те детали структуры объекта, которые разрешаютс€ объективом, необходимо установить соответствующее увеличение микроскопа. ”величение микроскопа N называют полезным, если разрешаемые детали структуры можно наблюдать под углом зрени€ 2'--4'. ѕолезное увеличение находитс€ в пределах N?500Aч1000A (2).

”величение меньше 500ј не позвол€ет различить все детали структуры, изображение которых формируетс€ объективом при апертуре ј, а применение увеличений, превышающих 1000ј, нецелесообразно, поскольку оно не дает каких-либо новых деталей в изображении структуры, а лишь приводит к ухудшению качества изображени€.

ѕри исследовании структуры металла объектив выбирают, исход€ из необходимого полезного увеличени€ микроскопа, определ€емого из выражени€ N=200/d' где d' -- минимальный размер интересующих деталей структуры (например, частиц какой-либо фазы), мкм; 200 -- разрешаемое рассто€ние дл€ глаза наблюдател€, мкм.

«на€ величину N, можно определить соответствующую числовую апертуру по формуле (2) и выбрать объектив, а затем окул€р.

—ледует учитывать, что в практике металлографических исследований иногда приходитс€ в ущерб разрешающей способности заботитьс€ о повышении контрастности изображени€ и об увеличении глубины резкости, характеризуемой величиной вертикального смещени€ деталей микроструктуры, которое не приводит к потере фокусировки.

Ёта величина обратно пропорциональна числовой апертуре и общему увеличению микроскопа, т.е. при более рельефной поверхности образца целесообразно использовать объективы с малой апертурой.  онтрастность изображени€ растет до тех пор, пока общее увеличение микроскопа не превзойдет полезного увеличени€. ѕоэтому увеличение окул€ра не должно быть излишне высоким, так как это вызывает размытие изображени€ деталей структуры.

ќбъектив микроскопа состоит из нескольких линз, установленных коаксиально. —истема линз обеспечивает более или менее полное устранение дефектов изображени€ (аберраций), к которым относ€тс€ хроматическа€ и сферическа€ аберрации, астигматизм, кома, кривизна изображени€ и дисторси€.

’роматическа€ аберраци€ обусловлена тем, что при использовании немонохроматического света лучи с меньшей длиной волны преломл€ютс€ линзой сильнее, чем лучи с большей длиной волны; в результате возникают изображени€ разной величины, располагающиес€ в различных плоскост€х.

—ферическа€ аберраци€ св€зана с различным преломлением монохроматических лучей, проход€щих через различные участки линзы. ¬ случае световых пучков с довольно большим диаметром к сферической аберрации добавл€ютс€ дефекты асимметрии (кома), в результате которых изображение отдельных деталей образца, располагающихс€ на некотором рассто€нии от оси линзы, получаетс€ размытым. ¬следствие астигматизма при прохождении через линзу пучка лучей от свет€щегос€ точечного источника, расположенного вне оптической оси, образуютс€ две фокусные линии, наход€щиес€ в разных плоскост€х, а изображение точки в промежуточных плоскост€х имеет форму круглого или эллиптического п€тна рассе€ни€.

јберраци€, называема€ дисторсией, св€зана с различным увеличением деталей объекта, наход€щихс€ на разном рассто€нии от оптической оси, так что изображени€ пр€мых линий оказываютс€ искривленными и нарушаетс€ подобие в геометрической форме между предметом и его изображением. » наконец, возможно искривление изображени€, при котором точечные изображени€, возникающие от плоского объекта, перпендикул€рного оптической оси, лежат не на плоскости, а на искривленной поверхности.

¬ зависимости от степени исправлени€ аберраций и области спектра, в которой они работают, объективы металломикроскопов дел€тс€ на ахроматы, апохроматы, планахроматы и планапохроматы.

” ахроматических объективов исправлена сферическа€ аберраци€, кома и хроматическа€ аббераци€ дл€ двух цветов, наиболее важных дл€ визуального наблюдени€; кривизна изображени€ не исправлена. јпохроматические объективы отличаютс€ более высокой степенью исправлени€ сферической аберрации и комы, а также обспечивают более правильную цветопередачу. ¬ сочетании с компенсационными окул€рами эти объективы дают высокое качество изображени€ и особенно подход€т дл€ больших увеличений и микрофотографировани€. ѕланахроматы и планапохроматы скорректированы соответственно так же, как ахроматические и апохроматические объективы, и, кроме того, у них исправлена кривизна изображени€.

ќкул€ры микроскопов, как и объективы, характеризуютс€ собственным увеличением, а также степенью коррекции изображени€. —овременные металломикроскопы снабжаютс€ окул€рами с увеличени€ми от 5 до 20. ѕо роду и степени коррекции различают следующие основные типы окул€ров: 1) простые, или окул€ры √юйгенса, используемые обычно при визуальной работе с объективами-ахроматами с низкой или средней апертурой; 2) компенсационные окул€ры, специально рассчитанные на исправление остаточных хроматических аберраций объективов-апохроматов и примен€емые с этими объективами; 3) фотоокул€ры и гомали, которые предназначены дл€ микрофотографировани€ или проектировани€ изображени€ на экран.

ƒл€ четкого наблюдени€ микроструктуры важно создать определенные услови€ освещени€ шлифа.  онтрастность изображени€ возрастает с увеличением интенсивности освещени€. ѕоэтому с учетом сложного пути луча в микроскопе и значительных потерь света примен€емые источники света должны обладать достаточной мощностью при сравнительно малых габаритах. ƒл€ этих целей в современных металломикроскопах обычно используют кварцевые лампы с йодным циклом (галогенные лампы), а дл€ получени€ наибольшей интенсивности -- ксеноновые лампы высокого давлени€. ƒл€ уменьшени€ потерь интенсивности падающего света в некоторых микроскопах вместо полупрозрачной пластинки в ход лучей ввод€т призму.

”величение светопропускани€ и повышение контрастности изображени€ достигаютс€ также в результате применени€ просветленной оптики, обеспечивающей устранение рефлексов при отражении.

ћетоды микроскопического исследовани€ металлов

Ѕольшинство металлографических исследований провод€т с применением светлопольного (вертикального) освещени€ (см. рис. 1.4). ƒл€ дополнительного повышени€ контрастности примен€ют другие виды освещени€.

ћетод косого освещени€. ѕри этом методе в создании изображени€ участвуют преимущественно косые лучи, не параллельные оптической оси системы. ѕовышение контраста при косом освещении св€зано, во-первых, с увеличением роли дифрагированных на разных элементах структуры объекта лучей в формировании изображени€ и, во-вторых, с образованием теней от рельефа поверхности объекта. ѕоэтому косое освещение целесообразно примен€ть при достаточно резком рельефе поверхности шлифа, так как только при этом условии выступающие участки будут отбрасывать тень на остальную поверхность, котора€ дает меньшее отражение лучей.  осое освещение достигаетс€ обычно включением между объективом и полупрозрачной пластинкой призмы косого освещени€ или смещением, по отношению к оптической оси системы апертурной диафрагмы, вращением которой измен€етс€ плоскость падени€ света на объект.

ћетод темнопольного освещени€. ѕри темнопольном освещении в отличие от светлопольного свет не проходит через объектив. ѕройд€ через кольцевую диафрагму / (рис. 1.5), свет отражаетс€ от кольцевого зеркала 2, установленного на месте полупрозрачной пластинки, и попадает на зеркальную отражающую параболическую поверхность специального конденсора темного пол€ 5, который устанавливаетс€ на объектив или монтируетс€ в одной оправе с ним (эпиобъектив). “ака€ система создает косое освещение объекта, при котором освещающий пучок имеет большую апертуру, чем в случае светлопольного освещени€. “емнопольное изображение €вл€етс€ обратным по отношению к светлопольному

(углублени€ и выступы станов€тс€ светлыми на однородном темном фоне), поскольку в объектив попадают лучи, отраженные неровност€ми поверхности. Ётот тип освещени€ дает высококонтрастные изображени€, четко вы€вл€ет зернистую структуру металла, границы между отдельными фазами, натуральный цвет неметаллических включений и дефекты на отполированной поверхности микрошлифа (царапины, поры, трещины).

»сследование в пол€ризованном свете. ѕоскольку большинство металлов, а также металлических и неметаллических фаз €вл€ютс€ оптически анизотропными, в металлографических исследовани€х часто целесообразно использовать пол€ризованный свет. — этой целью перед коллекторной линзой помещают пол€ризатор (призму Ќикол€ или пол€роид). —оздающийс€ в пол€ризаторе плоскопол€ризованный свет после отражени€ от объекта проходит через анализатор, расположенный между объективом и окул€ром или над окул€ром. ≈сли объект оптически изотропен, то при соответствующем взаимном положении пол€ризатора и анализатора (Ђположение скрещени€ї) можно добитьс€ полного поглощени€ света. ќднако если кристаллиты одной или разных фаз оптически анизотропны, то при скрещенных пол€рофильтрах полного поглощени€ не происходит и отдельные кристаллы оказываютс€ светлыми, т. е. получаетс€ видимое контрастное изображение. Ёта преимущественна€ освещенность отдельных кристаллов объ€сн€етс€ эффектами эллиптической пол€ризации и вращением плоскости пол€ризации.

—труктурные составл€ющие, которые имеют кубическую решетку, изотропны, поэтому их легко отличить от других составл€ющих. — помощью пол€ризованного света на нетравленых образцах анизотропных материалов можно изучать их микроструктуру и определ€ть размер зерна. Ётот метод позвол€ет также наблюдать интерметаллические фазы в легированных стал€х. Ќо наиболее часто металлографическое исследование в пол€ризованном свете примен€ют дл€ идентификации неметаллических включений в стал€х, так как эти включени€ имеют характерные цвета или измен€ют цвет при вращении предметного столика микроскопа. ƒл€ облегчени€ идентификации имеютс€ специальные таблицы [11].

 онструкци€ металломикроскопа, приспособленного дл€ исследовани€ в пол€ризованном свете, предусматривает включение и выключение пол€рофильтров и вращение анализатора в пределах 0--90∞.

ƒл€ изучени€ структуры металлов и природы неметаллических включений в пол€ризованном свете требуетс€ высокое качество поверхности шлифа", отсутствие заметного рельефа и следов механической обработки.

ћетод фазового контраста.  онтрастность изображени€ рельефных структур может быть дополнительно повышена при использовании системы фазового контраста, имеющейс€ в некоторых металломикроскопах, или отдельной фазовоконтрастной приставки к микроскопу. Ќеровности поверхности шлифа создают разность фаз отраженных световых лучей, котора€ усиливаетс€ системой, состо€щей из кольцевой диафрагмы 1 и фазовой пластинки 2 {рис. 1.6).  ольцевую диафрагму устанавли вают так, что ее изображение располагаетс€ в задней фокальной плоскости объектива и совпадает с кольцом фазовой пластинки, толщина которого ина€, чем у остальной части пластинки. ¬ результате этого световые лучи, проход€щие через кольцо, сдвигаютс€ по фазе (обычно на 90∞) относительно лучей, дифрагированных поверхностью образца и проход€щих через пластинку за пределами кольца. ѕомимо этого, кольцо фазовой пластинки поглощает значительную часть проход€щего через него света, что обеспечивает оптимальный контраст и резкость изображени€. ƒл€ введени€ системы фазового контраста в оптическую систему микроскопа включаетс€ линза Ѕертрана, с помощью которой добиваютс€ совмещени€ изображени€ апертурной диафрагмы с кольцом фазовой пластинки.

S

–ис. —хема метода фазового контраста: L -- источник света; 5 -- объект

— помощью фазовоконтрастного метода удаетс€ обнаружить разность в уровн€х рельефа поверхности до ~50. Ётот метод особенно полезно использовать дл€ изучени€ границ зерен, двойников, линий скольжени€ и дисперсных выделений.

ћетод интерференционного контраста. Ќебольшие изменени€ микрорельефа поверхности можно обнаружить с помощью интерференционного микроскопа или микроинтерферометра. ѕоследний прибор позвол€ет, кроме того, количественно оценивать изучаемый рельеф, что особенно важно дл€ исследовани€ структурного механизма пластической деформации. »спользуют методы двухлучевой и многолучевой интерферометрии. ¬ первом случае (интерферометр Ћинника) свет от источника L расщепл€етс€ полупрозрачной пластинкой на два пучка (рис. 1.7). ќдин пучок, отраженный от

–ис. ѕринципиальна€ схема метода двухлучевой интерферометрии: ќк -- окул€р

пластинки , падает на исследуемую поверхность S1, а другой пучок, прошедший через пластинку T, освещает эталонную оптически плоскую поверхность зеркала S2. Ћучи, отраженные от поверхностей S1 и S2 проход€т через объективы 01 и 02 и образуют в плоскости S' накладывающиес€ одно на другое изображени€ поверхностей S1 и S2.

ѕри наличии разности хода двух пучков должно возникать чередование максимумов и минимумов освещенности. Ќаблюдаема€ интерференционна€ картина позвол€ет оценить глубину рельефа с точностью до 1/20 длины волны.

ѕри использовании многолучевой интерферометрии образец помещают на эталонную поверхность тщательно отполированной и посеребренной стекл€нной пластинки. ≈сли осуществить плотный контакт образца и пластинки и осветить их монохроматическим световым пучком, то образуютс€ очень тонкие интерференционные полосы. „увствительность и точность метода увеличиваютс€ в дес€тки раз и достигают 1/250 длины волны.

Ќеобходимо учитывать, что применение методов фазового и интерференционного контрастов требует особо тщательной подготовки микрошлифов. Ўлифы должны иметь высококачественную гладкую полированную (реже слабо протравленную) поверхность, на которой отсутствуют заметный рельеф и поверхностный наклеп. ƒл€ удалени€ деформированного поверхностного сло€, особенно в случае легко наклЄпывающихс€ сплавов, после механического полировани€ целесообразно примен€ть окончательное слабое электролитическое полирование.

¬ последних модел€х металлографических микроскопов вместо описанных методов фазового и интерференционного контраста используетс€ система дифференциального интерференционного контраста (система Ќомарского), позвол€юща€ получать цветные объемные изображени€ структурных составл€ющих, которые трудно вы€вить обычными методами, а также исследовать без травлени€ микрошлифы различных материалов.

ќсновные типы и конструктивные особенности металлографических микроскопов

¬ зависимости от назначени€ металлографические микроскопы имеют различные пределы увеличени€ и позвол€ют использовать те или иные виды освещени€, а также некоторые специальные методы металлографического исследовани€. ћикроскопы, предназначенные дл€ металлографического контрол€ металлопродукции в заводских услови€х, оценки качества приготовлени€ микрошлифов и других р€довых работ (рабочие микроскопы), обычно позвол€ют наблюдать и фотографировать структуры в светлом и темном пол€х и в пол€ризованном свете при увеличении до 1000--1500. —овременные исследовательские микроскопы рассчитаны на предельное (достигаемое в видимом свете) увеличение и, как правило, €вл€ютс€ универсальными, т. е. предусматривают возможность использовани€ всех перечисленных выше методов исследовани€.  роме того, металлографические микроскопы могут быть снабжены приспособлени€ми дл€ измерени€ микротвердости, приставками дл€ нагрева образца в вакууме и счетными устройствами дл€ использовани€ методов количественной металлографии.

ћикроскоп ћћ–-4 (рис. 1.8). –абочий металлографический микроскоп ћћ–-4 предназначен дл€ наблюдени€ и фотографировани€ микроструктуры металлов в светлом поле при пр€мом и косом освещении, темном поле, пол€ризованном свете и методом фазового контраста.

¬ комплекте оптики микроскопа ћћ–-4 объективы-планахроматы смонтированы на револьверной головке 36, обеспечивающей их быструю замену. Ќар€ду с компенсационными окул€рами с увеличением 10, установленными в бинокул€рной насадке 37, микроскоп снабжен панкратической системой линз, позвол€ющей измен€ть увеличение микроскопа в 2--3 раза вращением руко€тки 38 без дополнительной фокусировки. ќбщее увеличение микроскопа от 50 до 1500.

–ис. ќптическа€ схема (а) и общий вид (б) микроскопа ћћ– -4

1 -- источник света; 2 -- коллектор; 3 -- призма; 4 -- апертурна€ диафрагма; 5-- линза; 6 -- зеркало; 7 -- линза; 8 -- полупрозрачна€ пластинка; 9 -- полева€ диафрагма; 10 -- телеобъектив; // -- панкра-тический окул€р; 12 -- линзы оборачивающей системы; 13, 14--зеркала; 15 -- призма; 16 -- призмы бинокул€рной насадки; 17 -- кольцева€ диафрагма; 18 -- фазова€ пластинка; 19 -- линза Ѕертрана; 20 -- кольцева€ диафрагма темного пол€; 21 -- кольцевое зеркало; 22 -- пол€ризатор; 23 -- анализатор; 24 -- набор светофильтров; 25 -- зеркало; 26 -- экран; 27 -- линза; 28 -- гомаль; 29, 3# -- зеркало; 31 -- линза; 32 -- гомаль; 33 -- фотопластинка; 34 -- линза; 35 -- фотопленка; 36 -- револьверна€ головка; 37 -- бинокул€рна€ насадка; 38 -- руко€тка панкратического окул€ра; 39 -- экран; 40 -- руко€тка включени€ фазовой пластинки; 41 -- руко€тка переключени€ зеркал 13 и 25; 42 -- руко€тка микрометрической подачи; 43 -- руко€тка перемещени€ столика; 44 -- руко€тка включени€ пол€ризатора и анализатора; 45 -- руко€тка включени€ темнопольного освещени€

ќптическа€ схема микроскопа показана на рис. 1.8, а. —вет от источника 1 (лампы накаливани€ с йодным циклом типа  »ћ9-75) проходит через коллектор 2 и призмой 3 проецируетс€ в плоскость апертурной диафрагмы 4; далее линзой 5, зеркалом 6, линзой 7 и полупрозрачной пластинкой 8 изображение источника 1 и апертурной диафрагмы проецируетс€ в плоскость опорного торца под объектив. ѕолева€ диафрагма 9 помещаетс€ в фокальной плоскости второй осветительной линзы 7 и проецируетс€ ею в бесконечность, а после объектива -- в плоскость предмета. Ћучи, пройд€ объектив и отразившись от шлифа, вновь проход€т через объектив, пластинку 8 и телеобъективом 10 собираютс€ в промежуточной плоскости, €вл€ющейс€ плоскостью предмета дл€ панкратической системы 11. «атем лучи отражаютс€ от зеркал 13 и 14, проход€т через линзы оборачивающей системы 12 и призму 15 и поступают в бинокул€рную насадку 16.

ѕри наблюдении в темном поле вместо линзы 7 и пластинки 8 в ход лучей включаютс€ линза 20 (кольцева€ диафрагма) и кольцевое зеркало 21. ѕри работе в пол€ризованном свете в ход лучей одновременно ввод€тс€ пол€ризатор 22 и анализатор 23.

ѕри использовании метода фазового контраста в осветительную систему включаетс€ кольцева€ диафрагма 17, а в систему наблюдени€ -- фазова€ пластинка 18.

ѕри настройке системы фазового контраста между линзами оборачивающей системы включаетс€ линза Ѕертрана 19.

ѕри фотографировании в ход лучей вместо зеркала 13 вводитс€ зеркало 25; при наблюдении изображени€ на экране 26 зеркала 13 и 25 выключаютс€. »зображение проецируетс€ линзой 27 и гомалью 28 с помощью зеркал 29 и 30 на экран 26 или линзой 31 и гомалью 32 на фотопластинку 33 размерами 9X12 см или с помощью линзы 34 на пленку 35 фотоаппарата Ђ«оркий-4 ї.

√оризонтальный микроскоп ћ»ћ-8м. »сследовательский микроскоп ћ»ћ-8м дает увеличение до 1350 при визуальном наблюдении и до ~1700 при фотографировании, обеспечива€ высокую четкость изображени€. ¬ микроскопе примен€ют ахроматические и апохроматические объективы. ќбщий вид центральной части микроскопа ћ»ћ-8м и его оптическа€ схема показаны на рис. 1.9 и 1.10.

–ис. ћикроскоп ћ»ћ-8ћ (центральна€ часть):

1-- пол€ризатор; 2--апертурна€ диафрагма; 3-- осветительный тубус; 4 -- передвижна€ рамка с полевой и кольцевой диафрагмой; 5 -- столик микроскопа; 6 -- винты перемещени€ столика; 7 -- объектив; 8 -- руко€тка призмы косого освещени€; 9 -- руко€тка анализатора; 10 -- окул€р; 11 -- фототубус; 12 -- руко€тка перевода призмы визуального наблюдени€ дл€ фотографировани€; 13 -- руко€тка механизма грубой подачи; 14 -- барабанчик механизма микро-метренной подачи; 15 -- руко€тка зажимного винта; 16 -- винт перемещени€ апертурной диафрагмы

¬ насто€щее врем€ микроскоп ћ»ћ-8м заменен более совершенной моделью ћ»ћ-9. Ётот микроскоп с увеличением при визуальном наблюдении от 20 до ~ 1700 позвол€ет использовать все виды освещени€, включа€ фазовый и интерференционный контраст. ¬ нем автоматизированы раздвижка меха фотокамеры и отработка экспозиции при фотографировании, а также груба€ подача предметного столика.

ћикроскоп ћћ”-3 (рис. 1.11)   ”прощенна€ модель металломикроскопа с нижним расположением предметного столика. — его помощью можно осуществл€ть визуальное наблюдение в светлом и темном пол€х и пол€ризованном свете при увеличени€х 100, 300 и 500. ¬ микроскопе имеетс€ переходна€ втулка дл€ стандартных микрофотонасадок ћ‘Ќ-12 (с фотокамерой Ђ«оркий-4ї), ћ‘Ќ-8 (с пластиночной фотокамерой 9X12 см) или ћ‘Ќ-7 (с пластиночной фотокамерой 6,5X9 см)

1 -- источник света (лампа  -30, 170 ¬т); 2 -- коллектор; 3 -- теплопоглотитель (дл€ предохранени€ пол€ризатора); 4 -- откидна€ линза (дл€ работы в темном поле); 5 -- кольцева€ диафрагма; 6 -- светофильтры; 7 -- пол€ризатор; 8 -- гомаль или окул€р; 9--апертурна€ диафрагма; 10, 11 -- линза осветительного тубуса; 12 -- полева€ диафрагма; 13 -- линза осветительного тубуса; 14 -- призма косого освещени€; 15--полупрозрачна€ пластинка; 16 -- кольцевое зеркало; 17 -- объектив; 18 -- анализатор; 19 -- ахроматическа€ линза; 20 -- призма визуального тубуса; 21 -- призма фототубуса; 22 -- ахроматическа€ линза; 23 -- неподвижна€

Ќар€ду с отечественными микроскопами в исследовательских и заводских лаборатори€х широко примен€ютс€ микроскопы фирмы ЂKarl Zeiss, Jenaї (√ƒ–); особенно горизонтальный исследовательский микроскоп ЂЌео-фот-21ї (рис. 1.12). Ётот микроскоп снабжен высококачественными объективами -- планахроматами и планапохроматами, дает увеличение от 10 до 2000 и предусматривает различные виды освещени€, включа€ фазовый контраст, а также имеет приспособление дл€ измерени€ микротвердости. ћикроскоп снабжен встроенным устройством автоматического экспонировани€ дл€ крупноформатной камеры (съемка на пластинки 13X18 см и 9’ ’12 см).  роме того, возможна съемка с помощью малоформатной камеры на пленку 24X36 мм с использованием отдельного экспозиционного автоматического устройства. ƒополнительные удобства работы на микроскопе: быстрый переход с одного вида освещени€ на другой, быстра€ смена объективов с помощью механизма быстрого подъема предметного столика и возможность изменени€ кратности увеличени€ без смены окул€ров посредством специального переключател€. — помощью двух сменных опак-иллюминаторов можно осуществл€ть наблюдение и фотографирование в светлом и темном пол€х при увеличени€х от 10 до 50. ƒл€ облегчени€ металлографического контрол€ можно использовать дополнительное* устройство, позвол€ющее одновременно наблюдать исследуемый шлиф и эталонные снимки (например, соответствующие различному номеру зерна) при одинаковом увеличении и формате изображений.

»змерение микротвердости [11, 12]. ƒополнительные данные о природе и свойствах различных структурных составл€ющих сталей и сплавов получают путем измерени€ микротвердости. ƒл€ этой цели используют специальные приборы (обычно ѕћ“-3 и ѕћ“-5) или приспособлени€ к световым микроскопам. Ќаиболее распространенный метод измерени€ микротвердости основан на измерении линейной величины диагонали отпечатка d от вдавливани€ алмазной пирамиды с углом между гран€ми 136∞ под нагрузкой от 0,02--2Ќ. ¬ зависимости от твердости исследуемой фазы и величины нагрузки диагональ отпечатка может измен€тьс€ от нескольких до нескольких сот микрометров, что позвол€ет изучать структурные составл€ющие размером до ~ 10 мкм.

¬еличину нагрузки при измерении микротвердости выбирают, исход€ из размеров изучаемых структурных составл€ющих. ƒл€ правильного испытани€ необходимо, чтобы рас сто€ние между отпечатками и от кра€ отпечатка до границы зерна или частицы было не менее 2d, что ограничивает размер отпечатка (величину нагрузки). ќднако в том случае, если испытуема€ фаза находитс€ в матрице с близкими механическими свойствами, допускаетс€ больша€ величина отпечатка, так как следует учитывать, что с уменьшением нагрузки микротвердость обычно повышаетс€, особенно в интервале нагрузок ниже 0,2Ќ (это может существенно снизить точность измерений).

Ќа микротвердость металлов и сплавов могут в значительной мере вли€ть такие факторы, как подготовка поверхности образца, анизотропи€ свойств материала и микронеоднородность структуры, св€занна€, например, с ликвацией или неравномерной степенью деформации различных зерен. ƒл€ исключени€ вли€ни€ наклепа поверхностного сло€ шлифа, особенно в случае сравнительно м€гких материалов, следует примен€ть электролитическое полирование образцов.

јнизотропи€ механических свойств кристаллов может приводить к неодинаковой величине отпечатков на различно ориентированных по отношению к плоскости шлифа кристаллитах, к различию диагоналей одного и того же отпечатка и к неодинаковой степени изогнутости различных сторон отпечатка. ѕри количественном изучении отклонений отпечатков от правильной квадратной формы можно получить важную информацию об анизотропии пластической деформации кристаллов.

ѕрименение метода измерени€ микротвердости в металловедческих исследовани€х св€зано в основном с проблемами оценки свойств и идентификации отдельных фаз и структурных составл€ющих, имеющих малый объем. Ётот метод широко используют при исследовании поверхностных покрытий и слоев, а также вли€ни€ различной механической, термической или химико-термической обработки на поверхностные свойства материалов. ѕри изудиффузии, взаимодействи€ металлов с различными средами, ликвации и других процессов.


ѕодобные документы

  • “еоретические основы сканирующей зондовой микроскопии. —хемы сканирующих туннельных микроскопов. јтомно-силова€ и ближнепольна€ оптическа€ микроскопи€. »сследовани€ поверхности кремни€ с использованием сканирующего зондового микроскопа NanoEducator.

    дипломна€ работа [2,8 M], добавлен 16.08.2014

  • ѕон€тие и устройство микроскопа, истори€ его разработок и современные тенденции к совершенствованию, функции и задачи. ћикроскопи€ как изучение объектов с использованием микроскопа, ее разновидности и принципы, сферы практического применени€ на сегодн€.

    презентаци€ [8,6 M], добавлен 23.11.2012

  • —оздание атомного силового микроскопа, принцип действи€, преимущества и недостатки. ћетоды атомно-силовой микроскопии. “ехнические возможности атомного силового микроскопа. ѕрименение атомно-силовой микроскопии дл€ описани€ деформаций полимерных пленок.

    курсова€ работа [2,5 M], добавлен 14.11.2012

  • ќбщие сведени€ об атомно-силовой микроскопии, принцип работы кантилевера. –ежимы работы атомно-силового микроскопа: контактный, бесконтактный и полуконтактный. »спользование микроскопа дл€ изучени€ материалов и процессов с нанометровым разрешением.

    реферат [167,4 K], добавлен 09.04.2018

  • —канирующий туннельный микроскоп, применение. ѕринцип действи€ атомного силового микроскопа. »сследование биологических объектов Ц макромолекул (в том числе и молекул ƒЌ ), вирусов и других биологических структур методом атомно-силовой микроскопии.

    курсова€ работа [2,7 M], добавлен 28.04.2014

  • —остав, принципы работы и назначение растрового электронного микроскопа –ЁћЌ Ц 2 ”4.1. ќсобенности восстановлени€ рабочего вакуума в колонне растрового микроскопа. ‘ункционирование диффузионного и форвакуумного насосов, датчиков дл€ измерени€ вакуума.

    дипломна€ работа [4,1 M], добавлен 05.11.2009

  • ќсновы сканирующей электронной микроскопии. ћетодические особенности электронно-микроскопического исследовани€ металлических расплавов. ќсобенности микроскопов, предназначенных дл€ исследовани€ структуры поверхностных слоев металлических расплавов.

    реферат [1,5 M], добавлен 11.05.2013

  • »змерение размеров малых объектов. ћетод фазового контраста. ѕон€тие об электронной оптике. —оздание электронного микроскопа. ќпыты по дифракции электронов. »сследовани€ поверхностной геометрической структуры клеток, вирусов и других микрообъектов.

    презентаци€ [228,3 K], добавлен 12.05.2017

  •  онтроль рельсовой стали на флокеночувствительность: основные методы количественного рентгеновского фазового анализа. ќпределение параметров кристаллической решетки вещества рентгеновским методом. ”стройство и принцип действи€ электронного микроскопа.

    контрольна€ работа [94,8 K], добавлен 18.12.2010

  • —канирующие зондовые методы исследовани€ и атомного дизайна. ќсновные методы и приборы дл€ исследовани€ размеров зерен и их распределени€ в нанокристаллическом образце. √ранулометри€ и классификаци€ наночастиц. Ѕлижнепольна€ оптическа€ микроскопи€.

    реферат [1,1 M], добавлен 13.06.2010

–аботы в архивах красиво оформлены согласно требовани€м ¬”«ов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
–екомендуем скачать работу.