Микрошлиф освещается через объектив с помощью осветительной системы, включающей источник света, серию линз, светофильтров и диафрагм. Линзы предназначены для уменьшения рассеяния лучей и повышения четкости изображения. Диафрагмы ограничивают сечение светового пучка, а светофильтры, отбирая лучи определенного цвета, устанавливают нужную интенсивность освещения, что предотвращает утомление зрения исследователя. Особенно благоприятны желто-зеленые светофильтры (так как наше естественное зрение к ним наиболее чувствительно). Эти лучи уменьшают хроматическую аберрацию и повышают разрешающую способность объектива.
Большинство исследований на оптических микроскопах проводятся с помощью светлопольного освещения. Если есть необходимость дополнительного повышения контрастности, то применяют другие виды освещения: темнопольное, косое, поляризованное.
При косом освещении изображение создается в основном косыми лучами, не параллельными оптической оси системы. Повышение контраста при косом освещении достигается за счет усиления дифракции на разных элементах структуры, а также за счет теней от рельефа протравленной поверхности микрошлифа. Косое освещение достигается или включением специальной призмы между объективом и полупрозрачной пластинкой, или смещением апертурной диафрагмы по отношению к оптической оси.
При темнопольном освещении свет не проходит через
объектив. Метод темнопольного освещения дает высококонтрастные изображения, четко выявляет зернистую структуру, межфазные границы, неметаллические включения и, что очень важно, дает возможность контролировать дефекты на поверхности отполированного шлифа: поры, царапины, трещины и т.п.
Повышение контраста может быть достигнуто и за счет использования оптической анизотропии фазовых и структурных составляющих сплава, путем создания поляризованного света. Для этого перед коллекторной линзой помещают поляризатор - призму Николя или поляроид. Созданный в поляризаторе плоскополяризованный свет после отражения от микрошлифа проходит через анализатор, расположенный между объективом и окуляром (или над окуляром). Так как элементы микроструктуры оптически анизотропны, то при скрещенных поляризаторе и анализаторе (анализатор вращается в пределах 0-90°) полного поглощения света не происходит и получается видимое цветное контрастное изображение. Преимущественная освещенность отдельных элементов микроструктуры обусловлена эффектами эллиптической поляризации и вращением плоскости поляризации. Наиболее целесообразно применение поляризованного света при исследовании структуры двойников, неметаллических включений, идентификации фаз и других исследованиях: при этом требуется высокое качество поверхности шлифа.
Механическая система микроскопа
Механическая система микроскопа включает штатив, тубус, предметный столик с винтами его перемещения. Шлиф устанавливается на предметный столик по центру отверстия в сменной подкладке, через которую лучи света попадают на шлиф и, отражаясь от него, направляются на другие элементы оптической системы.
Для получения изображения шлиф, установленный на столике, наводят на фокус с помощью макрометрического винта,
который поднимает или опускает столик, обеспечивая приблизительную фокусировку. Точная фокусировка обеспечивается микровинтом, один оборот которого смещает объектив к шлифу на доли миллиметра.
Задание
1. Ознакомиться с задачами и возможностями оптического микроанализа.
2. Ознакомиться с приемами приготовления микрошлифов.
3. Ознакомиться с принципиальными схемами и устройством микроскопов МИМ-7.
4. Настроить микроскоп на рассмотрение структуры микрошлифов.
5. Определить максимальное полезное увеличение микроскопа.
6. Определить общее увеличение микроскопа при данной комбинации объектива и окуляра.
7. Просмотреть и зарисовать структуру технически чистого железа, мели, латуни, бронзы и др. сплавов в однофазном состоянии.
8. Объяснить, каким образом выявляется микроструктура (зерна, границы зерен и другие элементы).
9. Объяснить, почему микроструктура металла и выбранных двойных сплавов в однофазном состоянии принципиально не отличаются при просмотре в микроскопе.
Содержание отчета
1. Краткое изложение возможностей оптической микроскопии, целей и задач микроанализа металлов и сплавов.
2. Расчет максимального полезного увеличения.
3. Расчет общего увеличения микроскопа при данной комбинации объектива и окуляра.
4. Микроструктура предложенных шлифов, нарисованная в карандаше.
5.Описание исследований микрошлифов и ответ на вопрос,
почему микроструктуры металла и двойного сплава в однофазном состоянии в оптическом микроскопе одинаковы.
Контрольные вопросы
1. Каковы задачи и возможности оптической микроскопии?
2. В чем заключается методика приготовления микрошлифа?
3. С какой целью осуществляется химическое или электролитическое травление и полирование микрошлифов? Объясните механизм формирования контраста.
4. Из каких основных элементов состоит оптическая система микроскопа?
5. Расскажите об устройстве микроскопа МИМ-7.
6. Назовите дефекты оптики и способы их устранения или уменьшения.
7. Какие объективы и окуляры Вам известны?
8. Дайте определение разрешающей способности системы.
9. Изложите методику определения разрешающей способности, полезного и общего увеличения микроскопа.
10. Какие методы микроскопического исследования объектов Вам известны?
11. Изложите методы исследования в светлом и темном полях.
12. Изложите методы исследования в косом и поляризованном свете.
13. Как настроить микроскоп на исследование микроструктуры?