Mikroskop metalograficzny

Instrukcja pomiarowa

Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

Laboratorium Pomiarów Optycznych

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest:
• zapoznanie się z budową i zasadą działania mikroskopu metalograficznego;

• określenie wartości działki elementarnej okularu dla czterech różnych obiektywów, w tym

jednego pracującego w ciemnym polu;

• obserwacja powierzchni próbek w świetle spolaryzowanym.

WSTĘP

Mikroskop metalograficzny jest przeznaczony do badania powierzchni metali, ich

stopów oraz kryształów. Obserwacje próbek przeprowadza się w świetle odbitym, zarówno
w jasnym jak i ciemnym polu. Powierzchnie próbek, które powodują depolaryzację światła
poprzez odbicie można oglądać w świetle spolaryzowanym.

Podstawowymi podzespołami mikroskopu są: wymienne obiektywy Ob, oraz zestaw

okularów Ok, nasadka binoularowa, tubus wraz z mechanizmem zgrubnego oraz dokładnego
ogniskowania i z wymiennymi zwierciadłami (półprzepuszczalnym do pracy w jasnym polu
i z centralnym otworem do pracy w ciemnym polu), statyw, stolik obrotowo-przesuwny,
oświetlacz z wymiennymi przysłonami (irysową do pracy w polu jasnym i centralną do pracy
w polu ciemnym), regulowany zasilacz oraz zestaw filtrów polaryzacyjnych.

Jeśli chodzi o oświetlacze mikroskopowe, to istnieją dwa typu oświetlaczy:

• oświetlacz Köhlera, w którym źródło światła jest odwzorowywane w źrenicy wejściowej

obiektywu mikroskopu;

• oświetlacz krytyczny, w którym źródło światła jest odwzorowywane na przedmiocie.

Oświetlacze mogą współpracować z mikroskopem na cztery różne sposoby (rys. 1)
umożliwiając obserwacje przedmiotów w polu:
• jasnym w świetle przechodzącym, kiedy światło przechodząc przez przeźroczysty

przedmiot trafia do obiektywu mikroskopu;

• ciemnym w świetle przechodzącym, kiedy światło przechodząc przez całkowicie

przeźroczysty i anizotropowy przedmiot nie trafia do obiektywu, jednak jeśli
w przedmiocie znajdują się niejednorodności powodujące rozproszenie lub ugięcie
promieni świetlnych wtedy światło może trafić do obiektywu ujawniając defekty
w obrębie przedmiotu;

• jasnym świetle odbitym (rys. 2), kiedy półprzepuszczalne zwierciadło Z odchyla światło

z oświetlacza w kierunku obiektywu Ob i po przejściu przez niego oświetla przedmiot S;

Mikroskop metalograficzny

2

źródło światła L za pośrednictwem kondensora Kn i soczewki So jest odwzorowywane
w płaszczyźnie przysłony aperturowej Pa obiektywu, natomiast przedmiot pokrywa się
z obrazem przysłony kondensora (typ oświetlacza wykorzystany w mikroskopie
metalograficznym);

• ciemnym świetle odbitym (rys. 3), kiedy wiązka światła ze źródła L po przejściu przez

kondensor Kn oraz przysłonę centralną P jest uformowana w cylinder i pada na
zwierciadło Zo z centralnym otworem, które kieruje je na paraboliczne zwierciadło M
odwzorowujące źródło światła na powierzchni obserwowanego przedmiotu S;
w przypadku gładkiego przedmiotu światło wraca dokładnie tą samą drogą do
oświetlacza, jeśli jednak na powierchni przedmiotu znajdują się jakieś drobne elementy
rozpraszające światło np. rysy, wówczas rozproszone na nich światło przechodząc przez
soczewkę obiektywu oraz otwór w zwierciadle umożliwia ich obserwację poprzez okular
(jako błyszczące rysy na ciemnym tle); ten typ oświetacza jest również wykorzystywany
w mikroskopie metalograficznym.

OPIS WYKONANIA ĆWICZENIA

Pomiary w jasnym polu

1. W obszar wiązki światła wprowadzić przysłonę irysową oraz półprzepuszczalne

zwierciadło (uchwyt przy tubusie jest wsunięty).

2. Do tubusu wstawić rewolwerowy uchwyt z obiektywami. Wybrać obiektyw

o najmniejszym powiększeniu (f=25 mm. A=0.25).

3. Włączyć zasilacz.
4. Ustawić okular na ostre widzenie podziałki.
5. Płytkę z odbiciową mikroskalą umocować na stoliku i znaleźć jej ostry obraz na tle

podziałki okularu tak, aby nie było zjawiska paralaksy (wykorzystać pokrętło
mikroprzesuwu).

6. Zliczyć, ile działek Nt testu mikroskali wzorcowej przypada na 25, 50, 75 i 100 działek

No okularu.

7. Obliczyć stałą podziałki okularu:

01

.

0

⋅

=

No

Nt

d

[mm].

8. Pomiary powtórzyć dla pozostałych obiektywów (f=16 mm, A=0.3; f=6.3mm, A=0.65).
9. Obliczyć błąd pomiaru

Pomiary w ciemnym polu

1. Przesunąć w górę tubus.
2. Wysunąć uchwyt rewolwerowy i na jego miejsce wstawić obiektyw przeznaczony do

pracy w ciemnym polu (f=6.3 mm, A=0.65).

3. W obszar wiązki światła wprowadzić przysłonę centralną oraz zwierciadło z otworem

(uchwyt przy tubusie jest wysunięty).

4. Opuszczając powoli tubus tak, aby nie uszkodzić mikroskali znaleźć obraz podziałki.
5. Podobnie jak w polu jasnym wyznaczyć stałą podziałki okularu oraz określić błąd

pomiaru.

Obserwacja próbek w świetle spolaryzowanym
1. Obserwację próbek z dwójłomnymi krystalitami przeprowadzamy w polu jasnym (punkt

1-4).

Mikroskop metalograficzny

3

2. N a stoliku ustawić próbkę wskazaną przez prowadzącego i znaleźć obraz jej powierzchni.
3. Do układu mikroskopu, w gniazdo na wyjściu oświetlacza, wstawić polaryzator a do

gniazda umiejscowionego w tubusie przed nasadką binokularową wstawić analizator.

4. Poprzez zmianę kąta ustawienia polaryzatora znaleźć obraz powierzchni próbki

z wyraźnie zaznaczonymi krystalitami.

5. Korzystając z przeskalowanego okularu z podziałką określić wielkość ziaren krystalitów.

Ćwiczenie można wzbogacić o obserwację struktury powierzchni ludzkiego włosa. Preparat
na płaskim podłożu można wykonać samodzielnie przy użyciu przyrządu znajdującego się
w zestawie mikroskopu. Do umocowania włosa należy wykorzystać dwie małe kulki
plasteliny.

rys. 1. Schematyczne przedstawienie możliwych sposobów współpracy oświetlacza z mikroskopem

Mikroskop metalograficzny

4

Legenda:
L – źródło światła
Kn – kondensor
So – soczewka
Pa – przysłona aperturowa
Ob. – obiektyw
S – przedmiot

rys. 2. Schemat mikroskopu do obserwacji w jasnym polu w świetle odbitym

Mikroskop metalograficzny

5

Legenda:
L – źródło światła
Kn – kondensor
M – zwierciadło paraboliczne
Zo – zwierciadło z otworem
S – próbka
Ob. – obiektyw
P – przysłona centralna

rys. 3. Schemat mikroskopu do obserwacji w ciemnym polu w świetle odbitym