金相學主要是指借助光學(金相)顯微鏡和體視顯微鏡分析、研究和表征材料顯微組織、低倍組織和斷口組織的材料學科支系，包括材料顯微組織的顯像及其定性和定量表征，以及必要的樣品制備、準備和取樣方法。它主要反映和表征組成材料的相和組織成分和晶體(也包括可能的亞晶體)、總數(shù)、形狀、大小、分布、取向、空間排列狀態(tài)等都是非金屬夾雜物，甚至是某些晶體缺陷(如位錯)。

　　01

　　金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)

　　圖1是研究所的金相顯微鏡，主要由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三部分組成，其中光學系統(tǒng)由燈源、后視鏡、物鏡組、目鏡和多個聚光鏡組成;底座上的低壓燈泡(為了提高燈源的可靠性，常用的冷光燈是LED燈)，后視鏡、孔徑欄、視場欄和聚光鏡構(gòu)成照明系統(tǒng);樣品平臺、物鏡轉(zhuǎn)換器、眼鏡連接器、粗調(diào)和微調(diào)手輪、視場欄和孔徑欄組成機械系統(tǒng)。新型金相顯微鏡還具有瞬間超清捕捉和圖像處理的功能，金相顯微鏡的原理與普通顯微鏡相同。

　　02

　　金相顯微鏡折射光圖像的觀察方法

　　根據(jù)金相樣品的物理特性，金相顯微鏡一般有四種常見的觀察方法:明場、暗場、偏光和微分干預(yù)。近十年來，激光共聚焦的新方法出現(xiàn)了。根據(jù)現(xiàn)代儀器“模塊化、積木結(jié)構(gòu)”的設(shè)計理念，這四個功能不一定固化在每一個金相顯微鏡上，而是以明場為基本核心，可以像“積木”一樣將其他功能組合到顯微鏡上。如果最基本的功能是明場和暗場，插入偏鏡和偏鏡檢測后會增強正交偏光功能，然后插入渥拉斯頓棱鏡。(Wollanstonprism)還增加了微分干預(yù)功能。

　　1)明場(BrightField)

　　明場照明是金相研究中的主要觀察方法。入射線垂直或類似于垂直直射在樣品表面，使用樣品表面的反射光進入鏡面顯示。如果樣品是鏡面，在視場中是明亮的，樣品上的組織會在明亮的視場中映出色彩圖像，這就是所謂的“明場”照明。

　　明場效果

　　暗場DarkField

　　通過物鏡周圍的照明樣品，照明光源可以獲得樣品表面繞射光形成的圖像，而不會進入物鏡。如果樣品是鏡面，樣品上反射的光線仍然以很大的傾斜角向反射，不可能進入物鏡。視場是黑暗的。只有樣品凹凸不平的地方才會有光線反射進入物鏡，樣品上的組織會在黑暗的視場中襯托出亮白的圖像，就像夜空中的星星一樣，被稱為“黑暗場”照明。

　　暗場效果

　　偏光polarizationcontrastrast

　　利用偏光原理，觀察某些物質(zhì)所具有的偏光性。

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　　太陽光(或自然光)是指太陽光和電光，其光振動在各個方向均衡，均垂直于傳播方向。如果光振動僅限于垂直于傳播角度的平面的某個方向，則稱為偏振光。

　　②獲得偏振光有兩種常見的方法：

　　a.當光源輻射到其分界面時，偏振棱鏡的一些晶體會產(chǎn)生兩束折射光，稱為“雙折射”。一束光遵循折射定律稱為“普通光”，用O光表示;另一束不遵循折射定律稱為“非常光”，用e光表示。所謂偏振棱鏡，就是當光源通過這個棱鏡時，會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，尼科爾棱鏡很常見。

　　b.人造偏振片太陽光照射到人造偏振片時，使太陽光變成偏振光，目前顯微鏡普遍采用人造偏振片。

　　偏光效果

　　補償片加入后的偏光效果

　　4)微分干預(yù)(differentialinterferencecontrastDIC)

　　微分干預(yù)是利用偏光干預(yù)原理，通過聚光鏡將一束光從燈源傳入偏光鏡，產(chǎn)生一線偏振光。通過半透明反射鏡射入渥拉斯登棱鏡后，產(chǎn)生一個具有微角的普通光(O光)和一個非常光(E光)的交叉平面;然后通過物鏡射向樣品，反射后通過渥拉斯登棱鏡生成一束光，通過半透明反射鏡在偏光鏡上的O光與E光重疊產(chǎn)生相關(guān)光束，在目鏡焦平面上形成干預(yù)圖像。它可以觀察樣品表面的細微凹凸和裂紋，圖像呈現(xiàn)立體感，觀察效果更加真實。

　　微分干預(yù)效果

　　03

　　應(yīng)用金相顯微鏡

　　應(yīng)用

　　領(lǐng)域

　　案例

　　分析金屬樣品

　　?質(zhì)量控制

　　?失效分析

　　?新材料開發(fā)

　　?構(gòu)造成分鑒

　　定和量化

　　?晶粒大小與非

　　檢測金屬夾雜物

　　?腐蝕性損傷的分數(shù)

　　析

　　?氣孔和裂縫

　　檢驗

　　?測定孔隙率

　　機械工程學

　　?汽車制造業(yè)

　　?汽車行業(yè)

　　?航空，航天領(lǐng)域

　　?船工業(yè)

　　?金屬行業(yè)

　　?鑄造業(yè)

　　?上述行業(yè)和大學研究

　　究中心

　　在C-DIC下折射珍珠巖：在兩個正交光方向上區(qū)分圖像

　　材料分析

　　?質(zhì)量控制

　　?阻力檢測

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?材料科學研究所

　　?新材料機構(gòu)

　　?汽車行業(yè)

　　?航空航天領(lǐng)域

　　?船舶制造業(yè)

　　?精密儀器產(chǎn)業(yè)

　　復(fù)合型材料(碳化硅加強)，折射光，

　　高聚物分析

　　?質(zhì)量控制

　　?阻力檢測

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?塑膠加工業(yè)

　　?汽車領(lǐng)域

　　?航空，航天領(lǐng)域

　　?精密器材

　　?塑膠工業(yè)研究所

　　復(fù)合材料(涂塑料鋁)

　　偏光RedI,透射光

　　照片

　　礦物質(zhì)原料分析

　　?巖相測量和定量

　　分析

　　?材料及結(jié)構(gòu)分析

　　?氣孔分析

　　?礦物質(zhì)、地質(zhì)工業(yè)研究機械

　　構(gòu)

　　?采礦企業(yè)(天然氣與原氣

　　石油、石學、粘土/瓷土/石材

　　英國，經(jīng)濟地質(zhì)學)

　　在光明場下反射含有黃鐵的礦石

　　分析微型系統(tǒng)設(shè)備

　　和測試

　　分析微型系統(tǒng)設(shè)備

　　和測試

　　?缺陷分析

　　?純度測定(飛濺)

　　殘余物)

　　?生產(chǎn)控制

　　?干預(yù)的臺階很高

　　度測量

　　?研究、開發(fā)和生產(chǎn)微系統(tǒng)工程

　　支持安全氣袋傳感器(C-DIC),飛濺殘余物

　　支持安全氣袋傳感器，C-TIC

　　分析玻璃，陶瓷

　　?質(zhì)量控制(缺乏)

　　凹陷分析，粗糙度

　　測量)

　　?過程管理

　　?失效分析

　　?新材料研發(fā)

　　?玻璃制造商(例如.

　　SCHOTT,OSRAM,

　　Rodenstock)

　　?工程用瓷器制造商

　　?建筑物結(jié)構(gòu)機構(gòu)(例如：耐火

　　材料研究所，瓷器研究所)

　　CaF2表面經(jīng)激光加工，折射光，

　　2.C-DIC(缺陷檢測)和TIC(粗糙度)ê

　　太陽能電池分析

　　?觸點和觸點

　　質(zhì)量控制表面

　　?太陽能電池

　　缺陷分析(顯微裂紋

　　紋理、氣泡等)

　　?絕緣帶和條形

　　控制導(dǎo)體的質(zhì)量

　　?適用于太陽能

　　新的電池膜開發(fā)

　　“Scnbing”技術(shù)

　　?太陽能光伏電池涉及太陽能光伏電池