Металлографический микроскоп

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 9Следующая ⇒

Металломикроскопы широко применяются вметаллографических лабораториях для исследования микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных материалов. Исследуемые образцы-шлифы предварительно обрабатываются (шлифуются, полируются, травятся). В результате этого появляются зерна структуры поверхности металла, что позволяет судить о качестве материала. Такие микроскопы работают в отраженном свете. Имеется много конструкций металломикроскопов, рассмотрим одну из них – МИМ-7.

На рис. 5.1. показан общий вид металлографического микроскопа МИМ-7. Он состоит из следующих основных систем: оптической, осветительной с фотографической аппаратурой и механической.

Оптическая система микроскопа МИМ-7 включает объектив и окуляр, от которых зависит увеличение микроскопа, и ряд вспомогательных элементов: призмы, зеркала, линзы, диафрагмы. Они смонтированы в корпусе и необходимы для того, чтобы сложный, рассеянный луч белого цвета превратить в прямолинейный и сфокусировать его в одной точке. Объектив, представляющий собой сочетание линз, дает реальное увеличенное, но обратное изображение микроструктуры. Окуляр состоит из нескольких линз и предназначен для увеличения изображения, полученного объективом, и преобразования его из обратного в прямое.

Рис. 5.1. Общий вид микроскопа МИМ-7. 1 – основание микроскопа; 2 – корпус; 3 – фотокамера; 4 – винт микрометрической (точной) подачи объектива; 5 – визуальный тубус; 6 – рукоятка диафрагмы: 7 – иллюминатор; 8 – предметный столик; 9 – рукоятка перемещения столика; 10 – образец; 11 – осветитель; 12 – стопорное устройство осветителя; 13 – рукоятка смены светофильтров; 14 – винт грубой подачи столика: 15 – рамка с матовым стеклом; 16 – анализатор; 17 – корпус центральной части

Окуляр и объектив металлографического микроскопа имеют собственные увеличения. Четкость изображения достигается при правильном подборе (комбинации) объектива и окуляра.

В осветительную систему микроскопа входят источник света, серия линз, светофильтров и диафрагм. Источником света является электрическая лампа (17 В), включаемая в сеть через понижающий трансформатор.

На рис. 5.2 приведена оптическая схема микроскопа МИМ-7. Световые лучи от источника света 1 проходят через собирательную линзу (коллектор) 2, отражаются от зеркала 3, проходят через светофильтр 4, апертурную диафрагму 5, линзу 6, фотозатвор 7, полевую диафрагму 8 и, претерпев полное внутреннее преломление в поворотной призме 9, попадают на полупрозрачную плоско-параллельную пластинку 11. Часть светового потока проходит через нее и рассеивается в микроскопе, а часть лучей отражается вверх от пластинки, проходит через объектив 12 и через отверстие в предметном столике попадает на шлиф 13. Отраженные от шлифа лучи проходят через объектив 12, через прозрачную плоско-параллельную пластинку 11 и, отразившись от зеркала 14, через окуляр 15 попадают в глаз человека. В случае фотографирования зеркало 14 выдвигается в сторону вместе с окулярным тубусом, и лучи света проходят через фотоокуляр 16, отражаются от зеркала 17 и попадают на матовое стекло фотокамеры 18 или на фотопластинку в кассете, вставленной вместо матового стекла.

Рис. 5.2. Оптическая схема микроскопа МИМ-7

Механическая система включает устройства для макро- и микрофокусировки. Макрофокусировка осуществляется с помощью винта 14, ручки которого располагаются слева и справа на боковых поверхностях корпуса микроскопа, и стопора с рукояткой (слева). Микрофокусировка производится винтом 4, расположенным справа, ниже макровинта. Перемещение предметного столика в горизонтальных направлениях для просмотра всей поверхности шлифа производится двумя винтами, расположенными на его боковой поверхности. Около этих винтов, на столике, нанесены шкалы отсчета с ценой деления 1 мм.

Порядок работы на металлографическом микроскопе МИМ-7 следующий: сначала подбирают объектив и окуляр для необходимого увеличения и устанавливают их в гнездо объектива и окулярный тубус. На предметный столик помещают образец, обращенный исследуемой поверхностью к объективу. Включают микроскоп в электросеть, устанавливают с помощью блока питания необходимый накал лампы освещения.

Отпустив рукоятку стопора, плавным вращением макровинта опускают столик, проводят фокусирование до появления в окуляре структуры поверхности. Держа правой рукой макровинт, левой стопорят его. Точное фокусирование проводят вращением микровинта. Перемещая предметный столик в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, с помощью винтов просматривают всю поверхность шлифа, выбирая характерные ее участки. Микроструктура анализируется и зарисовывается (фотографируется).

5.3. Увеличение и разрешающая способность
микроскопа

Одной из важнейших характеристик любой оптической системы, в том числе и микроскопа, является увеличение ( ). В общем случае оно может быть вычислено по формуле:

. (5.1)

где – увеличение окуляра; – увеличение объектива; – оптическая длина тубуса; – фокусные расстояния окуляра и объектива, 250 мм – расстояние наилучшего видения.

Расстояние наилучшего видения – это такое расстояние между глазом и предметом исследования, при котором мышцы, меняющие кривизну хрусталика, испытывают наименьшее напряжение (для нормального глаза около 250 мм).

Следует иметь в виду, что оптическую длину тубуса часто не удается измерить точно, особенно при фотографировании, и это вносит определенные погрешности в определение увеличения по формуле (5.1). Для определения истинного масштаба изображения пользуются специальными тарированными шкалами, которые называются объект-микрометрами. Несмотря на то, что имеется возможность неограниченного повышения масштаба увеличения изображения, формируемого в световом микроскопе, начиная с определенного предельного значения, дальнейшее повышение масштаба увеличения не позволяет различить с помощью указанного прибора наиболее мелкие детали объекта, что не может быть объяснено геометрической оптикой. Если же распространение света рассматривать как волновой процесс, то существование такого предела легко объяснимо. Впервые это объяснение было дано ученым-оптиком Эрнстом Аббе, который ввел понятие разрешающей способности линзы – наименьшего расстояния между двумя точками объекта, при котором они воспринимаются раздельно, не сливаясь в одно пятно ( ). По формуле Аббе:

(5.2)

где – разрешающая способность; = 0, 6 ÷ 0, 8 – постоянная; – длина волны излучения, используемого для освещения объекта; – числовая апертура объектива, ; где – коэффициент преломления; – половина угла, вершина которого лежит на объекте и который опирается на диаметр объектива или той ее части, через которую проходят световые лучи, участвующие в формировании изображения. Из формулы (5.2) следует, что мельчайшая структура может быть правильно отображена с помощью микроскопа только в том случае, когда она содержит детали размерами не меньше . Числовая апертура и фокусное расстояние обычно отмечены на объективе.

Из выражения для предела разрешающей способности следует, что имеются только два пути ее улучшения: можно либо уменьшить длину волны используемого излучения, либо повышать числовую апертуру . В световом микроскопе мы ограничены разрешающей способностью порядка 200 нм, так как наименьшая длина волны видимого света составляет примерно нм и наибольшая числовая апертура достигает примерно 1, 4. В действительности это расстояние оказывается еще большим из-за аббераций 2-го порядка (хроматическая и сферическая абберации, стигматизм, дисторсия и кома). Для нахождения соответствующего излучения, с более короткой длиной волны, необходимо выйти за пределы электромагнитного спектра и вступить в область частиц (электронов и др.).

5.4. Определение размеров объекта с помощью
объект-микрометра и окулярной сетки

Объект-микрометр (рис. 5.3) предназначен для определения увеличения и линейного поля зрения микроскопов, микропроекторов, а также цены деления окуляр-микрометра, окулярных шкал и сеток.

Объект-микрометр представляет собой металлическую пластину с отверстием в центре, где размещена стеклянная вставка. В центре вставки выгравирована линейка длиной 1 мм, разделенная на 100 частей. Показание одного деления соответствует 10 мкм (0, 01 мм).

Устройство может использоваться при микроскопии как в проходящем (модель ОМ-П), так и в отраженном свете (модель ОМ-О).

Рис. 5.3. Объект-микрометр

1. Для определения цены деления шкалы окуляра можно воспользоваться следующими рекомендациями:

· включить микроскоп;

· убедиться, что в микроскоп вставлен окуляр со шкалой;

· объект-микрометр поместить на предметный столик микроскопа и вращением ручек грубой и плавной настройки получить резкое изображение его шкалы;

· совместить изображение шкалы объект-микрометра с изображением шкалы окуляра (рис. 5.4), что достигается перемещением предметного столика микроскопа и поворотом всего окуляра в окулярном тубусе.

Рис. 5.4. Определение цены деления шкалы окуляра

· после совмещения шкал подсчитать число делений объект-микрометра, укладывающихся в некоторое число делений шкалы окуляра при полном совпадении крайних выбранных рисок;

· цена деления окулярной шкалы определяется по формуле:

, (5.3)

где , – число совпавших делений объект-микрометра и окуляра; 0, 01 мм – цена деления объект микрометра.

2. Измерение линейных размеров объекта (например, тонкой проволоки) или фрагментов микроструктуры производится в следующей последовательности:

· с помощью микрометрических винтов координатного перемещения предметного столика, наблюдая в окуляр, подвести предмет под окулярную шкалу;

· отсчитать число делений окулярной шкалы , укладывающихся на объекте;

· умножив число делений на цену деления (формула 5.3), найти размеры исследуемого объекта.

3. Реальные размеры исследуемых объектов гораздо больше размеров окулярной шкалы. В этих случаях размеры исследуемого объекта возможно определить с помощью окулярного винтового микрометра.

Окулярный винтовой микрометр представляет собой специальную насадку к обычному микроскопу (рис. 5.5), которая располагается на верхнем конце тубуса микроскопа вместо окуляра.

Рис. 5.5. Окулярный винтовой микрометр МОВ-1-15^x

Оптическая часть окулярно-винтового микрометра состоит из линзы-окуляра, двух стеклянных пластин, расположенных одна под другой: на верхней неподвижной пластине нанесена шкала с ценой деления 1 мм (пределы измерения – от 0 до 8 мм), а на другой подвижной пластине нанесено перекрестие и две риски, параллельные делениям верхней шкалы окулярного микрометра; совместно обе пластины дают изображение, представленное на рис. 5.6. Стеклянная пластинка с перекрестием и двумя рисками перемещается с помощью микрометрического винта относительно неподвижной шкалы с делениями. На барабане винта нанесено 100 делений. При совмещении одного полного оборота винта перекрестие и сдвоенные риски перемещаются на одно полное деление неподвижной шкалы. Поэтому поворот барабана на одно его малое деление соответствует перемещению на расстояние, равное одной сотой части деления неподвижной шкалы, т. е. на 0, 01 мм. Таким образом, неподвижная шкала в поле зрения служит для отсчета целых, а шкала барабана – для отсчета сотых долей миллиметров перемещения перекрестия окулярного микрометра.

Рис. 5.6. Схема снятия показаний с окулярного винтового микрометра

Полный отсчет для определения положения перекрестия (сдвоенных рисок) складывается из отсчета по неподвижной шкале и по барабану винта. Отсчет по неподвижной шкале определяется положением рисок: следует подсчитать, на сколько целых делений шкалы переместились сдвоенные риски от нуля. Например, для рис. 5.6 число целых делений равно 3. Отсчет сотых долей по барабану микрометрического винта определяется тем, какое деление барабана находится против линии, расположенной на неподвижном патрубке винта. Для рис. 5.6 число сотых долей равно 42. Полный отсчет по окулярному микрометру для случая, изображенного на рис. 5.6 равен (3 + 0, 42) = 3, 42.

Для измерения размеров исследуемого объекта необходимо, наблюдая в окуляр и вращая барабан микрометра по часовой стрелке, подвести центр перекрестия на край изображения объекта; по шкалам микрометра сделать первый отсчет. Таким же образом совместить центр перекрестия с изображением второго края объекта и сделать второй отсчет по шкалам микрометра. Вычислить разность отсчетов, которая определит величину изображения объекта. Чтобы определить величину самого объекта, необходимо полученную разность разделить на линейное увеличение объектива.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 Следующая ⇒