Istota badań mikroskopowych:
Przeprowadza się w celu określenia rodzaju wielkości kształtu i rozmieszczenia składników strukturalnych w badanym materiale. Badanie przeprowadza się przez obserwację pod mikroskopem gładkich i płaskich pow. nazwanych szlifem nietrafionych i trawionych. Przeprowadza się na małych próbkach wyciętych z większego kawałka materiału. Próbka nie powinna ważyć więcej niż 1 kg.
Próbki do badań:
Kształt i wymiary próbki mają duży wpływ na jakość wykonania szlifu. Najodpowiedniejszy jest szlif o pow. 1-2 cm2 o kształcie kwadratowym lub okrągłym. Wysokość powinna wynosić 8-15 mm. Na pow. mniejszych od 1 cm2 trudno jest uzyskać płaski szlif a na pow. od 2 cm2 trudno uzyskać gładką pow. Jeśli próbki są małe to pow. szlifu i wysokość próbki powiększa się dodatkowym materiałem przez inkludowanie - zalanie próbki nisko topliwą substancją. Na płytkę szklaną lub metalową kładzie się oprawkę metalową np. rurka. Wewnątrz pierścienia ustawia się próbkę pow. szlifu na płytce a następnie zalewa się mat. łatwo topliwym. Do zalania używa się np. bakelit polistyren siarka i zywice jak np. epoksydowe. Obróbka szlifu zgrubna: pow. próbki na której ma być wykonany szlif wyrównuje się i nadaje się jej płaskość na obrabiarkach lub pilnikiem. Wady to: zgniatanie przypowierzchniowej warstwy co zniekształca strukturę. Szlifowanie na papierach ściernych: w celu uzyskania gładkiej pow. Papier ścierny umieszcza się na tarczach napędzanych mech. (zaleta to: szybkość wykonania szlifu, wada to: łatwość zagrzania próbki) lub na płytkach szklanych i szlifowanie wykonuje się ręcznie. Szlifowanie zaczyn się od papierów o największej ziarnistości. Następnie zmniejszamy ziarnistość (od 100 do 1200). Szlifuje się próbkę tylko w jednym kierunku do chwili aż znikną rysy o innych kierunkach. Polerowanie: po szlifowaniu szlif jest matowy z widocznymi drobnymi równoległymi ryskami. P. ręczne i mechaniczne: przed polerowaniem należy zwilżyć filc zawiesina wodną tlenku żelazowego lub glinowego. Tlenki te muszą być o określonej ziarnistości. do poler. stosuje się też pasty polerskie np. p.p. chromowa. W czasie poler. próbkę obracamy w płasz. szlifu. Poler powinno trwać krótko. Po zakończeniu szlif powinien być spłukany wodą i osuszony. Po wypolerowaniu pow. szlifu powinna byś gładka i bez rys (lustro). Poler. elektrolityczne: próbka jest zanurzona w odpowiednim elektrolizie i podłączona do prądu stałegojako anoda a katodą jest płytka np. z ołowiu, platyny, miedzi. Trawienie szlifów: szlif należy wytrawić w celu ujawnienia i umożliwienia obserwacji mikroskopowej składników strukturalnych. Traw. chemiczne: polega na chemicznym działaniu odczynnika dobranego do badanego materiału i wykrywanej struktury. Trawienie przeprowadza się przez zanurzenie próbki do odczynnika. Przy odczynnikach działających szybko (kwasy) odczynnik może być nakrapiany na pow. szlifu. Po trawieniu płuczemy i suszymy. Traw. elektrolitycznie: stosuje się gdy traw. chemiczne nie daje wyrażanego ujawnienia struktury. Traw. to polega na włożeniu szlifu do elektrolitu do którego podłączamy prąd stały o wartości 2-6V. skład elektrolitu dobieramy do rodzaju materiału. Traw. to może ujawnić węgliki w stalach stopowych.
Mikroskopy metalograficzne: Mikr. optyczne: powiększenie do ok. 2000 razy umożliwiają obserwację obiektu w świetle odbitym od jego pow.. Mikr. elektronowe: powiększenie kilkadziesiąt tysięcy razy. Oświetlacze: służą do otrzymywania jasnego lub ciemnego pola obserwacji. Oświetlacze do jasnego pola są: płytkowe, pryzmatyczne i lusterkowe. W skład oświetlaczy wchodzą: Kondensory: są nimi ukształtowane soczewki lub zestawy soczewek które zbierają dochodzące pod różnymi kątami promienie ze źródła światła w snop promieni równoległych. Przysłony: używane są 2 z których 1 to aperturowa a 2 to ogranicza pole widzenia. Mają za zadanie: regulować ilość światła wprowadzanego do mikr., usuwanie promieni ugiętych, umożliwianie wykorzystywanie tylko promieni równol., nadawanie strum. Świetlnemu odpowiedni kształt. Części rzutujące: pod odpowiednim kątem na pow. obserwowaną. Promienie świetlne są kierowane przez oświetlacz na pow. obiektu skąd mają byś odbite. W oświetlaczu płytkowym: elem. kierującym światło na szlif jest cienka płytka szklana nachylona pod kątem 45° ( zaletą jest równomierna oświetlenie obserwowanego miejsca). Ośw. pryzmatyczny: elem. kierującym promienie jest pryzmat (zalety: promienie padające na pryzmat są całkowicie odbite i oświetlają szlif (duża jasność obiektu), nie ma strat świetlnych i otrzymuje się jasny obraz struktury. Wady: niemożliwość uzyskania zupełnie prostopadłego oświetlenia, pryzmat zasłania część obiektywu)
Obiektywy i okulary: próbkę umieszcza się przy obiektywie (którego zadaniem jest rozróżnienie drobnych szczegółów struktury na szlifie i uzyskanie powiększenia obrazu tej struktury) a obserwujące oko przy okularze (który powiększa ten obraz). Zespoły soczewek w obiektywie i okularze są stosowane w celu usunięcia lub zmniejszenia wad takie jak: Aberacja sferyczna: wynika z kształtu soczewki, promienie padające na soczewkę wypukłą w okolicy jej obwodu zew. są silniej załamywane niż promienie przechodzące przez część środkową tworzy się jakby ciągły szereg ognisk soczewek (rozmazywanie obrazu). A. sferyczna usuwa się przez zestawienie soczewki wypukłej z wklęsłą. Aberacja chromatyczna: jest wynikiem rozszczepienia w soczewce światła białego na składowe monochromatyczne. Promienie o krótszej fali są silniej załamywane w soczewce. Aberacje tą usuwa się przez dobór soczewek wypukłej i wklęsłej oraz gatunków szkła.
Zdolność rozpoznawczą lub rozdzielcza obiektywu nazywa się najmniejszą odległością między 2 krawędziami badanego elementu, którą można przy pomocy danego obiektywu wyraźnie zaobserwować. Wielkość tę oznacza się literą γ i jest ona zależna od długości fali użytego światła λ oraz od tzw. numerycznej apertury A, która jest wielkością charakterystyczną dla danego obiektywu. Zdolność rozpoznawcza jest tym lepsza im jest: mniejsza dł. fali świetlnej, większy współczynnik załamania światła, większy kąt rozwarcia obiektywu.
Powiększenie mikroskopu: oblicz się przez pomnożenie powiększenia obiektywu przez powiększenie okularu: Vmikr. = Vob • Vok = 250 / f1 • f2
Rodzaje mikr. konstrukcja i wyposażenie: M. szkolny: przeznaczony do obserwacji wizualnej, jest niewielki i przenośny, ubogo wyposażony w optykę (2 obiektywy powiększające 5 i 10 razy oraz 3 okulary powiększające 5, 10, 15 ). Składa się z: podstawy, na której zawieszony jest tubus z obiektywem, okularem i oświetlaczem oraz stolik przedmiotowy. Obiektyw umieszczony jest w dole tubusa a okular na jego górnym końcu. Tubus ma kształt rury ustawionej pionowo. Żaróweczka oświetlacza jest na napięcie 6V. Oświetlacz w tych mikr. jest zwykle płytkowy. Tubus przesuwany jest w kierunku pionowym przy pomocy 2 śrób. Stolik przedmiotowy może być nieruchomy lub przesuwany ruchem krzyżowym.
Duże mikr. mają wbudowaną kamerę fotograficzną i posiadają większe wyposażenie w różne części optyczne i urządzenia pomocnicze. Są one odwrócone w stosunku do zwykłych gdyż stolik znajduje się nad tubusem. Rozróżnia się mikr. o zwartej budowie, pionowe, bardziej rozbudowane przestrzennie, poziome. Do mikr, zwartych należą: MiM - 6 i MeF. MiM -6: posiada on: 1 oświetlacz płytkowy (żarówka, kondensor, filtry kolorowe -umożliwiające stosowanie światła monochromatycznego, przysłona aperturowa - przesuwna co umożliwia skośne oświetlenie, przysłona ograniczająca pole widzenia, płytka przezroczysta, obiektyw, stolik, pryzmat- przesuwany (promienie przechodzą przez okular fotograficzny), okular do obserwacji wzrokowej, okular fotograficzny, przysłona fotograficzna, lustro -promienie odbite padają na matówkę lub płytę fotograficzną. MeF: podobny do MiM -6 lecz ma bogate wyposażenie. Można pracować przy świetle odbitym i przechodzącym. Ma 3 typy oświetlaczy a oprócz tego ma 2 oświetlacze do wykonywania zdjęć. Rolę pryzmatu otrzymało lusterko u kształcie języczka. Mikr. stereoskopowy: ma on podwójne obiektywy i okulary co daje obraz przestrzenny. Wykorzystywany do obserwacji szlifów szlifów celu wykrycia rysi pęknięć.