Изучение металлографического микроскопа
МИМ-7
Цель работы:ознакомиться с устройством, принципом действия и приобрести практические навыки работы на металлографическом
микроскопе МИМ-7.
Приборы и материалы:металлографические микроскопы
МИМ-7,образцы для изучения.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
По расположению основных узлов различают вертикальные и горизонтальные металлографические микроскопы. Наиболее часто в лабораториях ВУЗов используется вертикальный металлографиче-
cкий микроскоп МИМ-7.
Устройство металлографического микроскопа МИМ-7
Рисунок 1 – Общий вид микроскопа МИМ-7
а) – вид спереди: 1 – основание микроскопа; 2 – корпус; 3 – фотокамера;
4 – рукоятка подачи объектива; 5 – визуальный тубус; 6 – рукоятка диафрагмы темного поля; 7 – иллюминатор; 8 – предметный стол; 9 – винты перемещения стола; 10 – клеммы; 11 – осветитель; 12 – рукоятка стопорного устройства осветителя; 13 – рукоятка диска с набором светофильтров; 14 – рукоятка грубой подачи стола; 15 – матовая пластинка в рамке; 16 – анализатор; 17 – корпус центральной части.
б) – вид сзади: 1 – стопорная рукоятка грубой подачи; 2 – рукоятка окуляра; 3 – центровочные винты полевой диафрагмы; 4 – рукоятка полевой диафрагмы; 5 – фотоокуляр; 6 – рамка с дополнительными линзами; 7 – оправа осветительной линзы; 8 – кольцо апертурной диафрагмы; 9 – винт смещения апертурной диафрагмы; 10 – стопорный винт; 11 – осветитель; 12 – центровочные винты; 13 – кожух центропризмы
Основные системы микроскопа: оптическая, осветительная с фотографической аппаратурой и механическая.
Оптическая система микроскопа включает объектив и окуляр, от которых зависит увеличение микроскопа и ряд вспомогательных элементов (призмы, зеркала, линзы и пр.).
Объектив, представляющий собой сложное сочетание линз, дает действительное увеличение обратного изображения микроструктуры микрошлифа.
Окуляр состоит из нескольких линз и предназначен для увеличения изображения, полученного объективом и преобразования его из обратного в прямое. В таблице 1 содержатся характеристики объек-
тивов для микроскопа МИМ-7 и создаваемые им увеличения.
Таблица 1 – Увеличение микроскопа МИМ-7
| Обозначение объектива | окуляры | ||||||
| на матовом стекле | при визуальном наблюдении | ||||||
| 7x | 10x | 15x | 7x | 10x | 15x | 20x | |
| =23,2 А=0,17 | (70) | (60) | |||||
| =13,9 А=0,30 | (115) | (100) | |||||
| =8,2 А=0,37 | |||||||
| =6,2 А=0,65 | (260) | (250) | (650) | ||||
| =2,77 А=1,25 | (1440) | ||||||
| =2,8 А=1,00 | (1350) | (1440) |
Примечание: увеличения, поставленные в скобки применять не рекомендуется
В осветительную систему микроскопа входят: источник света, серия линз, светофильтров и диафрагм. Источником света является электрическая лампа (17 B), включаемая в сеть через понижающий трансформатор.
Часть света, излучаемого лампой 1 (рис. 2), проходит через коллектор 2 на зеркало 3, далее через светофильтр 4, апертурную диафрагму 5, линзу 6, полевую диафрагму 8, пентапризму 9, линзу 10 поступает на пластину 11. Пластинка 11 полупрозрачная, пропускает около 2/3 светового потока и лишь около 1/3 его отражает на объектив 12, который фокусирует лучи на поверхности микрошлифа 13. Отраженные от объекта лучи проходят через объектив 12, плоскопараллельную пластинку 11, ахроматическую линзу 14, зеркало 18, окуляр 19 и попадают в глаз наблюдателя. Для фотографирования окуляром 19 и зеркалом 18 выдвигают тубус и лучи проходят через один из трех фотоокуляров 15 на зеркало 16 и фотопластинку или матовое стекло 17. Экспонирование осуществляют с помощью фотозатвора 7. Полевая диафрагма 8 служит для ограничения наблюдаемого объекта.
При работе в темном поле вместо линзы 10 устанавливается линза 22 и включается диафрагма 23. Пройдя линзу 22, свет идет параллельным пучком, т.к. на пути луча стоит диафрагма 23, то на зеркало 25 падает пучок лучей в виде светового кольца. Отразившись от зеркала 25, лучи падают на внутреннюю зеркальную поверхность параболического зеркала 24 (ЭПИобъектива). Отразившись от параболического зеркала, лучи концентрируются на предмете.
Качественное изображение микроструктуры обеспечивается, когда общее увеличение оптической системы не превышает её полезного увеличения, которое для видимого света в данной системе равно 500...1000 апертур взятого объектива. Качество изображения зависит и от степени коррекции ошибок изображений (геометрической или хроматической аберрации).
Рисунок 2 – Оптическая схема хода лучей в микроскопе МИМ-7
(при работе в светлом поле):
1 – лампа; 2 – коллектор; 3, 16, 18, 25 – зеркала; 4 – светофильтры (синий, желто-зеленый, оранжевый, зеленый); 5 – апертурная диафрагма; 6, 10, 22 – линза; 7 – фотозатвор; 8 – полевая диафрагма; 9 – пентопризма; 11 – отражательная пластинка; 12 – объектив; 13 – плоскость предмета; 14 – ахроматическая линза; 15 – фотоокуляр; 17 – матовая пластинка; 19 – окуляр; 20 – вкладной анализатор; 21 – поляризатор; 23 – диафрагма; 24 – параболическое зеркало
Общее увеличение микроскопа (V0) равно произведению увеличений объектива (Vоб) иокуляра (Vок):
,
где l – оптическая длина тубуса, м.;
Fоб – фокусное расстояние объектива, м.;
Fок – фокусное расстояние окуляра, м.
Разрешающая способность оптической системы микроскопа (RС, м-1) – это величина, обратная минимальному расстоянию между двумя точками, когда они еще видны раздельно
,
где dmin – минимальное расстояние между двумя точками, когда они еще видны раздельно, м.;
n – коэффициент преломления между объектом и фронтальной линзой объектива;
a – половина отвесного угла фронтальной линзы объектива;
l – длина волны света, м.;
А – числовая апертура.
Чем меньше абсолютное значение a, тем выше RC системы, достигающая максимума при А = 1,5 и l = 6 ×10-7м.:
RСmах = 2×1,5 / (6×10 -7) = 5×10 8 (м -1).
Микрошлифы обычно просматривают в воздушной среде (n = 1). Поместив между объективом и фронтальной линзой объектива среду c большим показателем преломления (например, каплю кедрового масла, n =1,52), можно достичь максимального увеличения и разрешающей способности.
Максимальное полезное увеличение микроскопа (VП) – это увеличение, при котором выявляются детали структуры:
VП = RCmax / RCГ ,
где RCГ – максимальная разрешающая способность человеческого глаза, м -1:
RCГ=1/dГ .
В рассматриваемом случае VП = 5×10 8 / (3×10 4) = 1500.