金相學主要是指借助光學(金相)顯微鏡和體視顯微鏡對材料顯微組織、低倍組織和斷口組織進行分析、研究和表征的材料學科支系，包括材料顯微組織的圖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。它主要反映和表征材料的相和組織組成和晶體(也包括可能的亞晶體)、總數、形狀、大小、分布、取向、空間排列狀態(tài)等。非金屬夾雜物甚至某些晶體缺陷(如位錯)。

　　01

　　金相顯微鏡的結構

　　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)組成，由光源、后視鏡、物鏡組、目鏡組和多個聚光鏡組成;底座上的低壓燈泡(為了提高光源的可靠性，冷光燈是LED燈)，后視鏡、孔徑光柵欄、視場光柵欄和聚光鏡組成照明系統(tǒng);試樣臺、物鏡轉換器、接目鏡、粗調和微調手輪、視場光柵欄和孔徑光柵欄組成機械系統(tǒng)。新型金相顯微鏡還具有瞬時超清捕獲和圖像處理功能，金相顯微鏡的成像原理與一般顯微鏡基本相同。

　　02

　　觀察金相顯微鏡折射光圖像的方法

　　轉載自:《徠卡課堂|光學金相顯微鏡常見觀察方法》

　　鑒于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、偏光和微干預，近十年來出現了新的激光聚焦方法。根據現代儀器“模塊化、積木結構”的設計理念，這四種功能不一定固化在每個金相顯微鏡上，而是以明場為基本核心，其他功能可以像“積木”一樣結合到顯微鏡上。例如，最基本的明場和暗場功能，在插入起偏鏡和偏鏡后增強了正交偏光功能，然后插入渥拉斯頓棱鏡(Wollanstonprism)增加了微干預功能。

　　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，使用樣品表面反射光進入物鏡顯像。如果樣品是一面鏡子，它在視野中是明亮的，樣品上的組織將在明亮的視野中襯托出彩色圖像，這被稱為“明場”照明。

　　明場效果

　　2)暗場Dark

　　通過物鏡的外周照明樣品，照明光源可以獲得樣品表面繞射光形成的圖像，而無需進入物鏡。如果樣品是一面鏡子，樣品上反射的光仍然以很大的傾斜角反射，不可能進入物鏡。視場是黑色的。只有樣品的凹凸處才會有光反射進入物鏡，樣品上的組織會在黑暗的視場中襯托出明亮的白色圖像，就像夜空中的星星一樣，被稱為“暗場”照明。

　　暗場效果

　　偏光polariontion

　　利用偏光原理觀察某些物質的偏光性。

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　　太陽光(或自然光)是指太陽光和電燈，其光振動在各個方向平衡，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。

　?、讷@得偏振光的常用方法有兩種：

　　a.偏振棱鏡的一些晶體，當光源輻射到其分界面時，會產生兩束折射光，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，即當光源通過這個棱鏡時，會產生雙折射現象，常見的是尼科爾棱鏡。

　　b.當人造偏振器的太陽光照射到人造偏振器上時，它會使太陽光變成偏振器。目前，人造偏振器廣泛應用于顯微鏡中。

　　偏光效果

　　補償片加入后的偏光效果

　　4)微分干預(differentialinterferencecontrastDIC)

　　微分干預是利用偏光干預原理，光源通過聚光鏡進入偏鏡，產生一線偏振光，通過半透鏡進入渥拉斯登棱鏡，產生普通光(O光)和非常光(E光)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產生一束光，通過半透鏡在偏鏡上與E光重疊，在目鏡焦平面上形成干預圖像，可觀察樣品表面的細微凹凸和裂紋，圖像立體感，觀察效果更真實。

　　微分干預效果

　　03

　　金相顯微鏡的應用

　　應用

　　領域

　　案例

　　金屬樣品分析

　　?質量控制

　　?失效分析

　　?新材料開發(fā)

　　?構造成分鑒

　　定和量化

　　?晶粒大小與非

　　檢測金屬夾雜物

　　?腐蝕損傷分

　　析

　　?氣孔和裂紋

　　檢驗

　　?確定孔隙率

　　機械工程學

　　?汽車制造業(yè)

　　?汽車行業(yè)

　　?航空、航天領域

　　?船工業(yè)

　　?金屬行業(yè)

　　?鑄造業(yè)

　　?以上行業(yè)和大學的研究

　　究中心

　　折射光C-DIC下的珍珠巖：兩束正交光方向上的圖像區(qū)分

　　材料分析

　　?質量控制

　　?阻力檢測

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?材料科學研究所

　　?新材料機構

　　?汽車行業(yè)

　　?航空航天領域

　　?船舶制造業(yè)

　　?精密儀器行業(yè)

　　復合材料(碳加強碳化硅)，折射光，

　　高聚物分析

　　?質量控制

　　?阻力檢測

　　?失效分析

　　?鑒定

　　?塑料加工業(yè)

　　?汽車領域

　　?航空、航天領域

　　?精密器材

　　?塑料工業(yè)研究所

　　復合材料(涂塑料鋁)

　　偏光RedI,透射光

　　礦物原料分析

　　?巖相測量與定量

　　分析

　　?材料和結構分析

　　?氣孔分析

　　?礦物和地質工業(yè)的研究機器

　　構

　　?采礦企業(yè)(天然氣及原天然氣及原采礦企業(yè)(天然氣及原采礦企業(yè))

　　石油學，粘土/瓷土/石

　　英、經濟地質學)

　　反射光明場下含有黃鐵的礦石

　　對微系統(tǒng)器件的分析

　　和測試

　　對微系統(tǒng)器件的分析

　　和測試

　　?缺陷分析

　　?純度測定(飛濺

　　殘余物)

　　?生產控制

　　?干預的臺階很高

　　度測量

　　?微系統(tǒng)工程的研發(fā)和生產

　　1.支持安全氣袋傳感器(C-DIC),飛濺殘余物

　　2.支持安全氣袋傳感器，C-TIC

　　玻璃、陶瓷的分析

　　?質量控制(缺

　　下沉分析，粗糙度

　　測量)

　　?過程管理

　　?失效分析

　　?新材料研發(fā)

　　?玻璃制造商(如.

　　SCHOTT,OSRAM,

　　Rodenstock)

　　?工程瓷器制造商

　　?建筑結構機構(如:耐火:耐火(如:

　　材料研究所、瓷器研究所)

　　1.激光加工的CaF2表面折射光

　　2.C-DIC(缺陷檢測)和TIC(粗糙度數)ê

　　太陽能電池分析

　　?接觸點和接觸點

　　表面質量控制

　　?太陽能電池

　　缺陷分析(顯微裂

　　線條、氣泡等))

　　?絕緣帶和條形

　　導體的質量控制

　　?應用于太陽能

　　電池薄膜的新發(fā)展

　　“Scnbing”技術

　　?涉及太陽能光伏電池

　　探索的科研機構

　　?生產太陽能電池薄膜

　　晶晶硅和多晶硅的制造商

　　?太陽能電池生產用于太陽能電池薄

　　膜的“scnbing生產工具

　　廠商

　　反射光明場下的多晶硅太陽能電池

　　印刷電路板的分析