金相显微镜在显微组织观察中的应用

金相显微镜在显微组织观察中的应用

------大纲、实验指导书

大纲

实验学时：3 实验类型：综合

实验所属实验课程：光学分析实验教学模块

实验指导书名称：《材料光学技术实验》实验指导书

相关理论课程名称：材料科学与工程学导论、大学物理、金工实习

撰稿人：**** 日期：2011-7-28

一、目的与任务

了解、熟悉普通金相显微镜的操作、研究级显微镜的特点以及显微镜的基本成像原理。了解显微镜在金相研究中的作用、应用；熟悉测微目镜的使用原理及实际应用；明确不同倍率物镜在显微组织分析中的正常选取原则。掌握手绘记录一幅观察到的显微组织图像。了解显微镜技术的最新动向（介绍OLS4000激光共聚焦显微镜--根据具体情况增、删）。

二、内容、要求与安排方式

1、实验内容与要求

教师简要介绍显微镜的基本组成，操作技术，同学通过实际使用，熟悉普通金相显微镜的操作；了解高级显微镜的操作；养成良好的工作习惯。课后，依据参考资料，进一步了解金相显微镜的细致技术内容。

根据教师对于测微目镜、测微标尺的介绍，同学自己通过思考、操作，标定测微目镜中每个刻度在不同物镜条件下的实际尺度大小。

定量了解不同放大倍数组合下所观察的实际物理尺度的大小：比如，100×--1.8mm；500×

--0.4mm的圆形区域。

根据透镜的几何放大原理，同学们自己确定显微镜分辨能力的主要决定者是谁；同时，根据光的波动性质，解释显微镜最小分辨能力。

要求学生全面掌握金相显微镜的操作技术，并能够在今后的实验中熟练操作实验室所拥有的常规型号的显微镜（4X1型、CK40M型）。

了解孔径光阑、视场光阑的作用以及应用。

针对具体样品，说明明场下“显微镜成像”的基本原理。同时，进一步理解为什么要进行磨光、抛光、腐蚀的操作后，才可以进行显微组织的分析。

手绘记录金相组织：铅笔，直径30mm的圆；忠实于原有大小，避免人为放大；灰度表示不同区域。标注清楚，包括，材料，组成相或组成物，热处理规范，蚀刻剂，放大倍数（标尺叠放）。

2、实验安排方式

固定实验开设的具体时间。可以同时安排一组实验，每组15人左右，基本保证能够独立操作。

三、场地与设备

1、实验地点：材料学院中心实验室金相观察实验室，材料楼420，40m2；金相多媒体实验室，

材料楼421，70m2。

2、所用设备：金相显微镜（4X1）15台，CK40M型显微镜13台，PME型显微镜5台。

3、消耗性器材：显微镜灯泡。

四、考核与成绩评定

1、考核的内容

根据实验目的、实验内容进行相应的实际技术考核；完成实验报告。

2、成绩评定的方法

根据同学实验技术掌握的程度进行10分制的评判，作为最终平台课程总成绩的一部分。

（一般：5~6分；较好：7~8分；出色：9~10分）

五、实验大纲说明

实验中，同学易出现的问题有：不理解测微标尺的标定方法；对于物镜的选取缺少实践体会。

六、参考资料

[1] GB/T 13298-1991，金属显微组织检验方法[S]．

[2] 姚鸿年．金相研究方法[M]．北京：中国工业出版社，1963．

[3] 沈桂琴．光学金相技术[M]．北京：航空航天大学出版社，1992．

[4] 《彩色金相技术》编写组．彩色金相技术[M]．北京：国防工业出版社，1987．

[5] 国家机械工业委员会统编．金相检验技术基础（初级）[M]．北京：机械工业出版社，1988．

实验指导书

本次实验给大家提供的样品是铝合金镶嵌试样，这是之前的高年级同学在其他实践环节课程中留存下来的；后续实验，大家会自己动手完成一个类似的样品制备、组织显示。

首先接触的是低端的倒臵式金相显微镜，大家可以在听取介绍以及后续的实际操作过程中，与大家中学阶段可能使用过的生物显微镜做一个比较。实验的实际运作过程，会在420、421，两个实验室进行。

420实验室是低端的学生级显微镜（4X1）；421实验室，比较而言，更高端（CK40M、PME），这在使用过程中会有明显的感受。

在使用样品的时候，注意保护它。

大家会接触到三种型号的显微镜，4X1、CK40M、PME型。注意观察指导人员的操作演示，不要碰触不明所以的零部件。

大家完成基本操作的掌握，学会测微目镜的标定、使用，了解手绘的方法、技巧；明了观察什么、记录什么、规则是什么？。

显微镜的一般操作：

眼睛，首先是最初步的观察手段；而不是简单依靠仪器。这是同学在实验过程中最容易忽视的问题。

手工记录的规范：单独设计一张幅面的画图纸；课程中涉及的手工绘图都记录在同一张记录纸上；和实验报告一起上缴；附在报告的最后。这样，可以有素材更好地比较手工记录与照相记录的差别，可以分析特点（优势、不足；手工记录过程中，有更强的主观因素，也就是存在分析、理论的因素。）。手绘记录在CK40M上进行；本次实验，主要理解记录什么、如何记录，至于记录之后还需要在记录图片上如何标注，这在后续课程中会涉及到。

可以手工记录的样品：4种工艺的铝合金样品。

金相观察，其观测研究的材料组织结构的代表性尺度范围为10-9-10-2m数量级，主要反映和表征构成材料的相和组织组成物、晶粒（亦包括可能存在的亚晶）、非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大小、分布、取向、空间排布状态等[7]。

建议：

避免轻视简单的操作训练；简单的训练，可以作为基础复杂操作的基础阶段。即使的简单的操作，绝大多数同学，在考核的过程中，表现出来的基本上是：“手忙脚乱，丢三落四；知其然，不知其所以然；手、脑不一；出一身汗”。

理工科同学，会接触很多的不同技术层次的仪器、设备；技术崇拜，要不得；同学们接触精密仪器的时候，首先更应该感触到的是：人类智慧、才智的激扬。所以，了解显微镜发展的历史，是非常有益的（科技发展史）。泛泛地看看有关国家、行业的标准，是非常有益的。

显微镜观察的一个需要注意的特殊问题：最好是使用矫正视力，避免损害仪器、样品。比如，近视情况下，实际的工作距离会小于正常的工作距离，在高低倍物镜转换的过程中，会出现意外。（没有具体的数据，近视多少度，允许正常操作；超过多少会出现危险。)

关于不同式样的载物片的说明：有的载物片不适合大样品的放臵，比如，CK40M的，容易架高样品，造成高倍物镜刮蹭载物片的背面。

如何进行非常规观察？方法？将这一问题作为一个持续于专业学习过程中的小题目！！

通常，样品依靠载物台的带动转换视场；如果样品很大，还是可以手动变换；但是，不要在台面上蹭动，而是拿起来，从新定位再放下；细节部位，还是依靠载物台的移动寻找。

实验室总闸的位臵。

课后涉及的问题：

显微镜分辨力的决定部件、显微镜成像原理、孔径光栏的作用；高倍观察蚀刻浅、低倍观察蚀刻深些的原因（景深）。还可以了解一些工业设计、国内显微镜技术以及生产的问题。