Laboratorium z materiałoznawstwa |
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach |
|||
Temat: Budowa i zasada działania mikroskopu metalograficznego. |
||||
Chaba Mariusz Drogosz Robert |
Ocena: |
Grupa: 21/1 |
Data: 3.11.1997 |
Podpis: |
Mikroskop metalograficzny pracuje na zasadzie wykorzystania światła odbitego od powierzchni zgładu . W jego konstrukcji muszą być uwzględnione odpowiednie oświetlacze przekazujące światło ze źródła na powierzchni obserwowanego zgładu .
próbka
obiektyw
przesłony
kolektor
żarówka
płytka
szklana
do okularu
Schemat mikroskopu metalograficznego .
Jest typ odwrócony , w którym próbka znajduje się nad obiektywem, ale w powszechnym użyciu są również mikroskopy pracujące w układzie pionowym .Zasadniczymi częściami mikroskopu są: źródło światła wraz z oświetlaczem , obiektyw ,okular i kamera fotograficzna.
Mikroskop metalograficzny cechują następujące parametry użytkowe:
powiększenie całkowite ,
zdolność rozdzielcza,
głębia osrtości,
kontrast obrazu.
Powiększenie całkowite stanowi iloczyn powiększenia własnego obiektywu i okularu, z tym ,że obiektyw ma zdolność rozróżniania szczegółów w obserwowanym obiekcie, natomiast okular rozciąga tylko obraz utworzony przez obiektyw ,nie uwidoczniając nowych szczegółów.
Drugą ważną cechą mikroskopu jest jego zdolność rozdzielcza.Mianem zdolności rozdzielczej R określa się zdolność odróżnienia dwu punktów blisko położonych odległych o d. Im ta odległość jest mniejsza , tym większa jest zdolność rozdzielcza, tzn. zachodzi zależność odwrotna:
R=
Zespół czynników decydujących o wielkości odległości d ujmuje wzór Abbego:
w myśl którego wartość d jest proporcjonalna do długości fali l światła użytego do oświetleniapowierzchni szlifu , a odwrotnie proporcjonalna do aperatury , czyli rozwartości optycznej obiektywu :
A=n*sina
gdzie:
n - współcznnik załamania światła
a - połowa kąta rozwarcia utworzonego przez skrajne promienie wychodzące z określonego punktu próbki i objęte jeszcze przez soczewkę obiektywu.
Maksymalny kąt 2a=144o, a więc sinamax=0,95.Ponieważ w powietrzu n=1 , to A=sina.Przy znajomości Amax można wyliczyć maksymalną rozdzielczość. Najmniejszą długość fali posiada promieniowanie niebieskie l=0,4mm . Natomiast aperaturę numeryczną można zwiększyć zwiększając przez zastosowanie specjalnego obiektywu imersyjnego. Jest on przystosowany do obseracji próbki poprzez warstwę cieczy impersyjnej ( najczęściej olejku cedrowego mającego n=1,515 lub wody n=1,33 ) który umieszcza się między próbką i soczewką obiektywu . Ciecz imersyjna zwiększa jasność obrazu . Ponieważ Amax=1,66 to :
d==0,24 mm
Wartość ta stanowi granicę zdolności rozdzielczej możliwą do osiągnięcia w mikroskopach świetlnych .
Następną ważną cechą obiektywu jest jego głębia ostrości g , przez co rozumiemy zakres odległości w kierunku osi optycznej obiektywu , w którym obserwowane szczegóły są ostre:
g=mm
gdzie : p - powiększenie.
Istotną cechą mikroskopu jest kontrast uzyskiwanego obrazu . Zależy on w znacznym stopniu od sposobu oświetlenia powierzchni zgładu, a więc typu zastosowanego oświetlacza.
Jasne pole widzenia.
Najpowszechniej znanym istosowanym sposobem jest normalne, jasne ośfietlenie powirzchni, stosowane przy na tyle przy na tyle przymkniętych przysłonach , by całe pole widzenia pozostało jasno oświetlone , reszta zaś wiąski ograniczona , celem uniknięcia rozproszenia i poświaty, pogarszającej widzialność obrazu . W rezultacie takiego oświetlenia płaskie obszary powierzchni odbijają promienie wprost do obiektywu , zaś od fragmentów silnie zakrzywionych przez natrawienie , część promieni odbija się nie trafiając do obiektywu i te fragmenty obserwuje się jako ciemne.
Skośne oświetlenie.
Skośne oświetlenie ujawnia więcej szczegółów niż normalne bo osłabia natężenie światła odbitego od powierzchni płaskich kierując je częściowo poza obiektyw oraz dlatego , że powoduje powstawanie cieni , zwiększając kontrast szczegółów topografi szlifu metalograficznego . Im bardziej skośnie oświetla się szlif , tym większy osiąga się kontrast szczegółów , polepszając zdolność rozdzielczą około dwukrotnie.
Ciemne pole widzenia.
Ciemne oświetlenie to skrajny przypadek oświetlenia skośnego przy którym następuje odbicie od powierzchni płaskich całkowicie poza obiektyw , wskutek czego na ciemnym tle obszarów płaskich drobne szczegóły zakrzywione są widziane jako jasne, albowiem rozpraszając światło przy obbiciu , kierują część promieni odbitych do obiektywu.Ponieważ zazwyczaj realizuje się przez oświetlenie pierścieniem świetlnym o maksymalnej średnicy , konieczne jest otwarcie przesłony aparatury i przesłony pola widzenia , a wprowadzenie na drogę wiązki ,rownoległej krążkowej przesłony ciemnego pola ,wygaszającą środkową część wiązki .Pierścień świetlny skierowany pierścieniowymi zwierciadłami poprzez szczelinę na obwodzie obiektywu oświetla skośnie powierzchnię szlifu .
Kontrast interferencyjny .
W ogólnym zarysie zasada kontrastu interferencyjnego polega na oświetlaniu obiektywu dwoma promieniami pochodzącymi z jednej wiazki oraz na zróżnicowaniu ich na obiekcie o ułamek długości fal , wskutek czego w płaszczyźnie obrazu występuje efekt barwnej interferencji pomiędzy utworzonymi przez oba promienie obrazami obiektywu.
Oba promienie oddzielnie ,acz równocześnie oświetlają powierzchnię obiektywu na której następuje zróżnicowanie długości fal wskutek:
zróżnicowanie ich drogi na nierównościach powierzchni oułamek długości fali;
odmiennego oddziaływania poszczególnych fal i ziarn o różnyzh własnościach optycznych, na każdy z tych promieni , przy czym zmianom ulega przedewszystkim promień nadzwyczajny.
polaryzator
analizator
Schemat układu mikroskopu z zastosowaniem kontrastu interferencyjnego.
Mikroskop elektronowy .
Jest to urządzenie pracujące w zakresie fal elektro magnetycznych krótszych od światła widzialnego. Źródłem światła jest strumień elektronów prześwietlający replikę lub folię badanego materiału a widoczność obrazu osiąga się dzięki fluorescencji pod działaniem strumienia elektronów.Wiązka elektronów jest rozpędzona w polu elektrycznym od 50 do 1000kV. W tych warunkach długość fali de Brogliea jest rzędu 4 pm. Umożliwia to uzyskanie zdolności rozdzielczej dochodzącej do 0,5 nm. Zasada mikroskopu elektronoewego została wykorzystana w bardziej wyspecjalizowanych urządzeniach takich jak: mikroskop skaningowy w którym strumień elektronów ślizga się po powierzchni próbki i odtwarza jej obraz z zachowaniem dużej głębi ostrości.
obraz skaningowy działo elektronowe
soczewka
magnetyczna
10 kV soczewka
magnetyczna
próbka
]Schemat ideowy mikroskopu skaningowego .