反光偏光顯微鏡原理及應(yīng)用

2013-12-18 admin1

反光偏光顯微鏡也叫礦相顯微鏡。在一般大型顯微鏡光路中,只要加入兩偏振片即可,即在入射光路中加入一個起偏振片,在觀察鏡中加入一個檢偏振片,就可以實現(xiàn)偏振光照明。除了起偏振鏡和檢偏振鏡外,有時還加入一個靈敏色片,用來檢驗橢圓偏振光,并獲得色偏振(如圖6所示)。


  一、 起偏振鏡位置的調(diào)整

  起偏鏡一般安裝在可以轉(zhuǎn)動的圓框內(nèi),借助手柄轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的目的是為了使起偏振鏡出來的偏振光動面水平,以保證垂直照明器平面玻璃反射進入物鏡的偏振光強度最大,且仍為直線偏振光。

  調(diào)整方法,是將經(jīng)過拋光而未經(jīng)腐蝕的不銹鋼試樣(光性均質(zhì)體)放在載物臺上,除去檢偏振鏡,只裝起偏振鏡,從目鏡內(nèi)觀察聚焦后試樣磨面上反射光的強度,轉(zhuǎn)動起偏振鏡,反射光強度發(fā)生明暗變化,當反射光最強時,就是起偏振鏡振動軸的正確位置。


  二、檢偏振鏡位置的調(diào)整

  起偏振鏡位置調(diào)整好后,裝入檢偏振鏡,調(diào)節(jié)檢偏振鏡的位置,當在目鏡中觀察到最暗的消光現(xiàn)象時,就是檢偏振鏡與偏振鏡正交的位置。在實際觀察中,常將檢偏振鏡作一個小角度的偏轉(zhuǎn),以增加顯微組織的襯度。其偏轉(zhuǎn)的角度由刻度盤上的刻度指示出來。若將檢偏振鏡在正交位置轉(zhuǎn)動90°,則兩偏振鏡振動軸平行,這時和一般光線下照明的效果相同。

  許多金相顯微鏡在出廠時已經(jīng)把起偏振鏡或偏振鏡的振動軸的方向固定好,只要調(diào)節(jié)另一個偏振鏡的位置就可以了。


  三、 物臺中心位置的調(diào)整

  利用偏振光鑒別物相時,經(jīng)常需要將載物臺作360°旋轉(zhuǎn),為使觀察目標在載物臺旋圍時不離開視域,在使用前必須調(diào)節(jié)載物臺的機械中心與顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主軸重合。一般是通過載物臺上的對中螺釘進行調(diào)整。


  四、 偏振光照明下的色彩(色偏振)

  以上都是討論在單色偏振光照明下的情況,如果考慮到偏振光波長的影響,即用白色偏振光照明,會產(chǎn)生色彩。

  在金相顯微鏡中進行正交偏振光的觀察時,在光程中插入靈敏色片(目前多用λ=5760nm的全波片)后,各向異性的金屬不同晶粒會出現(xiàn)不同的顏色。觀察各向同性金屬時,不加入靈敏色片,也會有不同顏色,但色彩不豐富。加入全波片后,色彩變得鮮艷。

  轉(zhuǎn)動載物臺或靈敏色片,晶粒的顏色隨之變化,這主要是由于偏振光干涉的結(jié)果。

  偏光顯微鏡也和一般顯微鏡照明一樣,分為明場照明和暗場照明兩種照明方式。


  材料顯微組織的顯示

  1.各向異性材料組織的顯示

  根據(jù)偏振光的反射原理,在各向異性的金屬內(nèi)部由于各晶粒的位向不同,干涉后的偏振光的振動方向的偏轉(zhuǎn)角度不同,在正交的偏振光下則可以顯示出不同的亮度。具有同樣亮度的晶粒光軸一席話同接近,所以根據(jù)晶粒的明暗程度還可以判斷晶粒的位向。對各向異性的金屬磨面經(jīng)拋光后不腐蝕就可以看到明暗不同的晶粒,這一點對難腐蝕出清晰組織的材料來說,是十分有利的分析途徑。

  例如,球墨鑄鐵的組織中的石墨屬于六方點陣,是各向異性的物質(zhì),在同一石墨球中具有許多不同位向的石墨晶粒,這些石墨晶粒在偏振光下可顯示不同的亮度,從而分辨出石墨晶粒的方位、球狀和大小。如圖7(a)所示。在一般光照射下只能看到黑暗的石墨球,不能分辨石墨的晶粒。如圖7(b)所示。


  2.各向同性材料組織的顯示

  偏振光在各向同性材料表面發(fā)生反射,其振動方向一般不發(fā)生偏轉(zhuǎn),在正交的偏振鏡下可看到黑韶關(guān)的消光現(xiàn)象。但是金屬一般有很強的反射本領(lǐng),光線在試樣磨面上的反射強度與光線的入射角及波長有關(guān)。對平行于光的入射面和垂直于光的入射面的光線的反射也有差別。圖8表示了銅對光的反射強度與入射角的關(guān)系。其中R//與Δ;//代表了振動面與入射面平行的光的反射系數(shù)和相位差。代表了振動面與入射面垂直的反射系數(shù)和相位差。從圖中可以看出光線直射時(入射角等于0)兩個振動面上的光反射系數(shù)相等,相位差為0,光的振動方向不發(fā)生變化,即產(chǎn)生消光現(xiàn)象。當入射角從0°到90°變化時,反射系數(shù)發(fā)生變化,可以通過正交的偏振鏡而看到明暗不同的晶粒。


  利用上述可以對各向同性的材料進行深腐蝕,露出一定的原子排列面。例如鋁在深腐蝕后可露出原子最密排列的(111)面,這些晶面位向不同,故偏振光斜射時,入射角度不同,兩分量的相位差不同,因而能看到不同亮度的晶粒。圖9表示了各向同性材料表面反射光相位差隨入射角變化的情況。


非金屬夾雜物的鑒定

  1.夾雜物各向同性與各向異性的鑒別

  夾雜物按光學(xué)性質(zhì)可分為各向異同性和各幾異性兩大類,這兩類夾雜物可在偏振光下鑒別。表1給出了鋼中常見夾雜物的性能和特征。表2給出了在暗場及偏振光下系統(tǒng)鑒定夾雜物程序表。


  各向同性的夾雜物在正交偏振光下,看到黑暗的消光現(xiàn)象,在轉(zhuǎn)動載物臺一周(360°;)時,其亮度不發(fā)生變化。各向異性的夾雜物在正交偏振光下不發(fā)生消光現(xiàn)象,在轉(zhuǎn)動載物臺一周(360°)時會看到四次消光和四次最亮的現(xiàn)象。對某些弱各向異性的夾雜物,可使檢偏振鏡轉(zhuǎn)動一個小的角度θ;,在偏振鏡下完全正交下觀察。在轉(zhuǎn)動載物臺時,弱各向異性的夾雜物出現(xiàn)兩次消光和兩次最亮的現(xiàn)象。


  2.夾雜物的透明度及固有色彩的顯示

  在非金屬夾雜物中,不少是透明并帶有色彩的,但一般顯微鏡明場照明時,光線透過夾雜物并在與金屬基體的交界面處反射出來,夾雜物一般比較細小,其反射光與基體的反射光混淆在一起,因此,不能分辨出夾雜物的透明度及固有色彩。在正交的偏振光下,金屬基體為各向同性,反射光被正交的偏振鏡阻擋,呈黑暗的消光現(xiàn)象。而夾雜物處的反射光由于華僑入射的結(jié)果而能透過正交的偏振鏡,從而能夠顯示出夾雜物的本來面目。


  3.“黑十字”特征

  各向同性的球形透明夾雜物在正交偏振光下會呈現(xiàn)“黑十字”現(xiàn)象。這是由于透明夾雜物的規(guī)則外形所決定的。因為夾雜物為球狀,偏振光射到夾雜物與基體交界處被反射出來,相當于偏振光斜射到晶體表面,反射光出現(xiàn)相位差別改變了其振動方向,能夠通過正交的檢偏振鏡。而與偏振光的振動方向平行或垂直的兩個入射面不改變其振動方向,反射光則不能通過正交的檢偏振鏡,觀察到的是黑暗的消光現(xiàn)象,使透明的球形夾雜物出現(xiàn)“黑十字”特征。當球形夾雜物的外形遭到破壞后,“黑十字”特征也隨之消失。圖10為鋼中球形SiO2夾雜物。