相衬显微镜的光学原理及相衬技术在材料科学研究中的应用分析?

相衬显微镜又叫相差显微镜。通常我们用金相显微镜观察试样的显微组织，是靠试样表面反射光的强弱(即黑白灰度的不同)来鉴别它。有的显微组织由于其反射率 和吸收率不同，而产生不同的灰度。反射率较大者，则组织较明亮;反射率较小者，组织比较灰暗。当试样上两相的反射系数相同，仅有因轻微浸蚀或各相硬度不同 而使抛光时形成微小凹凸，或者有塑性变形及第二类共格相变引起的表面浮凸，这时样品表面的反射光没有强度的差别，只有光程的微小差别。对此一般金相显微镜 明场就不易鉴别，当表面高低起伏极小时，更难辨别，而相衬技术成功地解决了这一问题。一般表面高低差在100~1500范围内均能用相衬显微镜来观察。

相衬原理是荷兰的物理学家泽尔尼克(Zernike)于1934年建立，并在实际应用中获得巨大成就，曾获得1953年度的物理学诺贝尔奖。相衬显微分析是最成功的应用之一。

相衬显微镜在材料科学研究中的应用

一般显微镜不易分辨的具有微小的高差显微组织，可以采用相衬方法观察。由于相衬方法能够把一个小的相位差转变为大的衬度差，因此用相衬方法观察的试样表面制备要特别仔细，不留划痕。

下面列举相衬显微镜实际应用的一些例子。

、相变浮凸的观察在材料热处理后相变中，其中马氏体、贝氏体的相变都有浮凸。这些相变浮凸用一般显微镜很难观察到。将试样抛光，真空下发生相变，不用腐蚀就可以在相衬显微镜下看到衬度不同的浮凸现象。

第二、过共析钢的球化退火组织的观察

过共析钢经球化退火后的组织为：铁素体基体上分布着大量渗碳体的颗粒。在显微组织显示时，经硝酸酒精溶液化学腐蚀，铁素体易腐蚀而溶解得快，渗碳体不易腐 蚀而凸起在铁素体基体上，由于铁素体和渗碳体对光的反射率差不多，在一般显微镜下都是白亮的，只看到黑暗的相界。有的地方腐蚀不够均匀，很难分辨。如图 15为在一般显微镜下观察的结果，图16是在正相衬照明条件下观察的结果，渗碳体为白亮的，铁素体为灰暗的，两相反差明显。可以非常清楚地看出球化的程 度，很容易根据灰度对渗碳体颗粒大小和分布进行定量分析。另外根据同样的原理，高速钢的淬火组织在正相衬照明下，由于碳化物高出基体而呈明亮色，很清晰地 看出碳化物的数量多少及分布情况。对于高凸于基体上的显微组织观察以正相衬为宜。

第三、铸造合金的枝晶偏析的观察

铸造合金因为由不同的合金元素组成，凝固温度不同。一般熔点高的较纯的相先凝固，呈树枝状生长，熔点低的合金量高的相后凝固，在先凝固的树枝间偏析。这种 组织在金相试样上，由于其耐腐蚀的程度不同而有高低差别之分，但在一般显微镜下由于反差小而不易分辨，在相衬照明下由于反差大则很容易看出偏析的状况。许 多时效合金在相衬显微镜下能清楚地显示时效后第二相析出的情况。

第四、滑移线的观察

金属在塑性变形过程中会发生滑移，滑移将出现滑移和滑移带。在一般显微镜下只能看到比较粗大的滑移带，如果用相衬法则可以看到细小的滑移带和滑移线。图 17为纯铝试样蠕变后滑移带在一般显微镜下观察的结果，图中箭头所指黑色系统就是滑移带图18为采用正相衬方法观察结果，滑移带呈白色条纹。