金相显微分析基础知识.doc

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机械工程材料
实验指导书
西安交通大学
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A2
B2
B
A
A1
B1
A
B
F2
F1

物镜
目镜
L
D
图1 显微镜放大光学原理
AB—物体 A1B1—物镜放大图象
A2B2—目镜放大图象
F1—物镜的焦距。 F2—目镜的焦距
L—为光学镜筒长度（即物镜后焦点与目镜前焦点之间的距离）
D—明视距离（人眼的正常明视距离为250mm）
２．显微镜的放大倍数
物镜的放大倍数M物=A1B1/AB≈L╱F1
目镜的放大倍数=A2B2/A1B1≈D╱F2
两式相乘：M物×M目=A1B1/AB×A2B2/A1B1=A2B2/AB
=L╱F1×D╱F2=L×250╱F1×F2=M总
式中：L—为光学镜筒长度（即物镜后焦点到目镜前焦点的距离）
F1—物镜的焦距。 F2—目镜的焦距
D—明视距离（人眼的正常明视距离为250mm）
即显微镜总的放大倍数等于物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积。一般金相显微镜的放大倍数最高可达1600到2000倍。
由此可看出：因为L光学镜筒长度为定值，可见物镜的放大倍数越大，其焦距越短。在显微镜设计时，目镜的焦点位置与物镜放大所成的实象位置接近，并使目镜所成的最终倒立虚象在距眼睛250毫米处成象，这样使所成的图象看得很清楚。
显微镜的主要放大倍数一般通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的最高放大倍数可达25倍。放大倍数分别标注在物镜和目镜各自的镜筒上。在用金相显微镜观察组织时，应根据组织的粗细情况，选择适当的放大倍数，以使组织细节部分能观察清楚为准，不要只追求过高的放大倍数，因为放大倍数与透镜的焦距有关，放大倍数越大，焦距越小，会带来许多缺陷。
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3．透镜象差：
透镜象差就是透镜在成象过程中，由于本身几何光学条件的限制，图象会产生变形及模糊不清的现象。透镜象差有多种，其中对图象影响最大的是球面象差、色象差和象域弯曲三种。
显微镜成象系统的主要部件为物镜和目镜，它们都是由多片透镜按设计要求组合而成，而物镜的质量优劣对显微镜的成象质量有很大影响。虽然在显微镜的物镜、目镜及光路系统等设计制造过程中，已将象差减少到很小的范围，但依然存在。
（1）球面象差：
1）产生原因：球面象差是由于透镜的表面呈球曲形，来自一点的单色光线，通过透镜折射以后，中心和边缘的光线不能交于一点，靠近中心部分的光线折射角度小，在离透镜较远的位置聚焦，而靠近边缘处的光线偏折角度大，在离透镜较近的位置聚焦。所以形成了沿光轴分布的一系列的象，使图象模糊不清。这种象差称球面象差，见图2所示。
图2 球面象差示意图
A
2）校正方法：
a 采用多片透镜组成透镜组，即将凸透镜与凹透镜组合形成复合透镜，产生性质相反的球面象差来减少。
b 通过加光栏的办法，缩小透镜的成象范围。因球面象差与光通过透镜的面积大小有关。
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在金相显微镜中，球面象差可通过改变孔径光栏的大小来减小。孔径光栏越大，通过透镜边缘的光线越多，球面象差越严重。而缩小光栏，限制边缘光线的射入，可减少球面象差。但光栏太小，显微镜的分辨能力降低，也使图象模糊。因此，应将孔径光栏调节到合适的大小。
（2）色象差：
1）产生原因：色象差的产生是由于白光是由多种不同波长的单色光组成，当白光通过透镜时，波长愈短的光，其折射率愈大，其焦点愈近。而波长越长，折射率越小， 其焦点愈远，这样一来使不同波长的光线，形成的象不能在同一点聚焦，使图象模糊所引起的象差，即色象差。见图3所示。
2）校正方法：可采用单色光源或加滤色片或使用复合透镜组来减少。
图3 色象差示意图
A
（3）象域弯曲：
1）产生原因：垂直于光轴的平面，通过透镜所形成的象，不是平面而是凹形的弯曲象面。称象域弯曲。见图4所示。
2）校正办法：象域弯曲的产生，是由于各种