金相學(xué)主要是指借助光學(xué)(金相)顯微鏡和體視顯微鏡對(duì)材料顯微組織、低倍組織和斷口組織進(jìn)行分析、研究和表征的材料學(xué)科支系，包括材料顯微組織的圖像及其定性和定量表征，以及必要的樣品制備、準(zhǔn)備和取樣方法。它主要反映和表征材料的相和組織組成和晶體(也包括可能的亞晶體)、總數(shù)、形狀、大小、分布、取向、空間排列狀態(tài)等。非金屬夾雜物甚至某些晶體缺陷(如位錯(cuò))。

　　01

　　金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)

　　圖1是研究所的金相顯微鏡，主要由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成，由光源、后視鏡、物鏡組、目鏡組和多個(gè)聚光鏡組成;底座上的低壓燈泡(為了提高光源的可靠性，冷光燈是LED燈)，后視鏡、孔徑光柵欄、視場(chǎng)光柵欄和聚光鏡組成照明系統(tǒng);試樣臺(tái)、物鏡轉(zhuǎn)換器、接目鏡、粗調(diào)和微調(diào)手輪、視場(chǎng)光柵欄和孔徑光柵欄組成機(jī)械系統(tǒng)。新型金相顯微鏡還具有瞬時(shí)超清捕獲和圖像處理功能，金相顯微鏡的成像原理與一般顯微鏡基本相同。

　　02

　　觀察金相顯微鏡折射光圖像的方法

　　轉(zhuǎn)載自:《徠卡課堂|光學(xué)金相顯微鏡常見觀察方法》

　　鑒于金相樣品的物理特性，金相顯微鏡一般有四種常見的觀察方法：明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏光和微干預(yù)，近十年來(lái)出現(xiàn)了新的激光聚焦方法。根據(jù)現(xiàn)代儀器“模塊化、積木結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)理念，這四種功能不一定固化在每個(gè)金相顯微鏡上，而是以明場(chǎng)為基本核心，其他功能可以像“積木”一樣結(jié)合到顯微鏡上。例如，最基本的明場(chǎng)和暗場(chǎng)功能，在插入起偏鏡和偏鏡后增強(qiáng)了正交偏光功能，然后插入渥拉斯頓棱鏡(Wollanstonprism)增加了微干預(yù)功能。

　　1)明場(chǎng)(BrightField)

　　明場(chǎng)照明是金相研究中的主要觀察方法。入射線垂直或類似于垂直直射在樣品表面，使用樣品表面反射光進(jìn)入物鏡顯像。如果樣品是一面鏡子，它在視野中是明亮的，樣品上的組織將在明亮的視野中襯托出彩色圖像，這被稱為“明場(chǎng)”照明。

　　明場(chǎng)效果

　　2)暗場(chǎng)Dark

　　通過(guò)物鏡的外周照明樣品，照明光源可以獲得樣品表面繞射光形成的圖像，而無(wú)需進(jìn)入物鏡。如果樣品是一面鏡子，樣品上反射的光仍然以很大的傾斜角反射，不可能進(jìn)入物鏡。視場(chǎng)是黑色的。只有樣品的凹凸處才會(huì)有光反射進(jìn)入物鏡，樣品上的組織會(huì)在黑暗的視場(chǎng)中襯托出明亮的白色圖像，就像夜空中的星星一樣，被稱為“暗場(chǎng)”照明。

　　暗場(chǎng)效果

　　偏光polariontion

　　利用偏光原理觀察某些物質(zhì)的偏光性。

　?、偬?yáng)光和偏振光

　　太陽(yáng)光(或自然光)是指太陽(yáng)光和電燈，其光振動(dòng)在各個(gè)方向平衡，垂直于傳播方向。如果光振動(dòng)僅限于垂直于傳播角度的平面的某個(gè)方向，則稱為偏振光。

　?、讷@得偏振光的常用方法有兩種：

　　a.偏振棱鏡的一些晶體，當(dāng)光源輻射到其分界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩束折射光，稱為“雙折射”。一束光遵循折射定律，稱為“普通光”，用O光表示;另一束不遵循折射定律，稱為“非常光”，用E光表示。所謂偏振棱鏡，即當(dāng)光源通過(guò)這個(gè)棱鏡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，常見的是尼科爾棱鏡。

　　b.當(dāng)人造偏振器的太陽(yáng)光照射到人造偏振器上時(shí)，它會(huì)使太陽(yáng)光變成偏振器。目前，人造偏振器廣泛應(yīng)用于顯微鏡中。

　　偏光效果

　　補(bǔ)償片加入后的偏光效果

　　4)微分干預(yù)(differentialinterferencecontrastDIC)

　　微分干預(yù)是利用偏光干預(yù)原理，光源通過(guò)聚光鏡進(jìn)入偏鏡，產(chǎn)生一線偏振光，通過(guò)半透鏡進(jìn)入渥拉斯登棱鏡，產(chǎn)生普通光(O光)和非常光(E光)交叉平面;然后通過(guò)物鏡射向樣品，反射后通過(guò)渥拉斯登棱鏡產(chǎn)生一束光，通過(guò)半透鏡在偏鏡上與E光重疊，在目鏡焦平面上形成干預(yù)圖像，可觀察樣品表面的細(xì)微凹凸和裂紋，圖像立體感，觀察效果更真實(shí)。

　　微分干預(yù)效果

　　03

　　金相顯微鏡的應(yīng)用

　　應(yīng)用

　　領(lǐng)域

　　案例

　　金屬樣品分析

　　?質(zhì)量控制

　　?失效分析

　　?新材料開發(fā)

　　?構(gòu)造成分鑒

　　定和量化

　　?晶粒大小與非

　　檢測(cè)金屬夾雜物

　　?腐蝕損傷分

　　析

　　?氣孔和裂紋

　　檢驗(yàn)

　　?確定孔隙率

　　機(jī)械工程學(xué)

　　?汽車制造業(yè)

　　?汽車行業(yè)

　　?航空、航天領(lǐng)域

　　?船工業(yè)

　　?金屬行業(yè)

　　?鑄造業(yè)

　　?以上行業(yè)和大學(xué)的研究

　　究中心

　　折射光C-DIC下的珍珠巖：兩束正交光方向上的圖像區(qū)分

　　材料分析

　　?質(zhì)量控制

　　?阻力檢測(cè)

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?材料科學(xué)研究所

　　?新材料機(jī)構(gòu)

　　?汽車行業(yè)

　　?航空航天領(lǐng)域

　　?船舶制造業(yè)

　　?精密儀器行業(yè)

　　復(fù)合材料(碳加強(qiáng)碳化硅)，折射光，

　　高聚物分析

　　?質(zhì)量控制

　　?阻力檢測(cè)

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?塑料加工業(yè)

　　?汽車領(lǐng)域

　　?航空、航天領(lǐng)域

　　?精密器材

　　?塑料工業(yè)研究所

　　復(fù)合材料(涂塑料鋁)

　　偏光RedI,透射光

　　礦物原料分析

　　?巖相測(cè)量與定量

　　分析

　　?材料和結(jié)構(gòu)分析

　　?氣孔分析

　　?礦物和地質(zhì)工業(yè)的研究機(jī)器

　　構(gòu)

　　?采礦企業(yè)(天然氣及原天然氣及原采礦企業(yè)(天然氣及原采礦企業(yè))

　　石油學(xué)，粘土/瓷土/石

　　英、經(jīng)濟(jì)地質(zhì)學(xué))

　　反射光明場(chǎng)下含有黃鐵的礦石

　　對(duì)微系統(tǒng)器件的分析

　　和測(cè)試

　　對(duì)微系統(tǒng)器件的分析

　　和測(cè)試

　　?缺陷分析

　　?純度測(cè)定(飛濺

　　殘余物)

　　?生產(chǎn)控制

　　?干預(yù)的臺(tái)階很高

　　度測(cè)量

　　?微系統(tǒng)工程的研發(fā)和生產(chǎn)

　　1.支持安全氣袋傳感器(C-DIC),飛濺殘余物

　　2.支持安全氣袋傳感器，C-TIC

　　玻璃、陶瓷的分析

　　?質(zhì)量控制(缺

　　下沉分析，粗糙度

　　測(cè)量)

　　?過(guò)程管理

　　?失效分析

　　?新材料研發(fā)

　　?玻璃制造商(如.

　　SCHOTT,OSRAM,

　　Rodenstock)

　　?工程瓷器制造商

　　?建筑結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)(如:耐火:耐火(如:

　　材料研究所、瓷器研究所)

　　1.激光加工的CaF2表面折射光

　　2.C-DIC(缺陷檢測(cè))和TIC(粗糙度數(shù))ê

　　太陽(yáng)能電池分析

　　?接觸點(diǎn)和接觸點(diǎn)

　　表面質(zhì)量控制

　　?太陽(yáng)能電池

　　缺陷分析(顯微裂

　　線條、氣泡等))

　　?絕緣帶和條形

　　導(dǎo)體的質(zhì)量控制

　　?應(yīng)用于太陽(yáng)能

　　電池薄膜的新發(fā)展

　　“Scnbing”技術(shù)

　　?涉及太陽(yáng)能光伏電池

　　探索的科研機(jī)構(gòu)

　　?生產(chǎn)太陽(yáng)能電池薄膜

　　晶晶硅和多晶硅的制造商

　　?太陽(yáng)能電池生產(chǎn)用于太陽(yáng)能電池薄

　　膜的“scnbing生產(chǎn)工具

　　廠商

　　反射光明場(chǎng)下的多晶硅太陽(yáng)能電池

　　印刷電路板的分析