Металлографиялық микроскоптың құрылғысы

Оптикалық микроскоптың көмегімен құрылымды зерттеуді 1831 жылы П.П.Аносов ұсынған. Бұл әдісті металдар құрылысын зертту үшін және олардың сапасын техникалық бақылау үшін кеңінен қолданады. Оптикалық микроскопия әдісінің мәні – объектив пен окулярдан тұратын оптикалық жүйені қолданудан тұрады, онымен объектінің үлкейтілген бейне көрінісін қамтамасыз етеді. Микроскоптағы бейнені шағылысып шыққан сәуледен де, өтіп кеткен сәуледен де алуға болады. Алынған объектінің көрініс суретін фотокамераның көмегімен шығарып алуға болады.

Оптикалық жүйесі мен құрылғысының орналасуы бойынша микроскоп вертикалыды тік және горизотальды болып бөлінеді. МИМ-6 және МИМ-7 вертикальды микроскоптар визуальды бақылау кезінде 60 – 1440 есеге дейін үлкейту шамасын береді, онымен минимальды өлшемі 0,2 мкм болатын бөлшектің құрылымын зерттеуге болады. МИМ-8 горизонтальды микроскопы визуальды бақылау кезінде тек 1350 есеге дейін ғана үлкейту шамасын қамтамасыз етеді, ал суретке түсіруде 2000 есеге дейін үлкейтуді алуға болады.

Оптикалық микроскоптың конструкциясы объекттің өлшемін анықтауға мүмкіндік беретін құрылғыдан – объект-микрометр және окуляр- микрометрден тұрады. Объект-микрометр – шкала ұзындығы 1 мм-дей болатындай етіп ендірілген, 100 бірдей бөлікке бөлінген пластина. Окуляр-микрометр – сандық сызғышымен (линейка) пластина қойылған окуляр.

МИМ-7 микроскопының жалпы түрі мен оптикалық жүйесіндегі сәуленің өту жолы көрсетілген сызбасы 2 және 3 суретте сәйкесті келтірілген.

2 – сурет. МИМ-7 микроскопының жалпы түрі

3 –сурет. МИМ-7 микроскопының оптикалық сызбасы

Металлографиялық микроскоп оптикалық жүйеден, суретке түсіріп алу қондырғысымен жарық жүйесінен және механикалық жүйеден тұрады.

Оптикалық жүйе объективтен, окулярдан және бірқатар көмекші оптикалық элементтерден: айнадан, призмадан және т.б. тұрады. Объектив шлифтің нақты, үлкейтілген, кері көрінісін береді және шлифке үздіксіз жақын жерде орналасқан, бір жалпы жиектемедегі линзалардың күрделі үйлесімінен тұрады. Объективтің жаппай жазық – дөңес линзалары бар, онымен шамалас үлкейту шамасын анықтауға болады және бір қатар коррекциялық линзалар қажет емес эффектілерді – сәулелердің жаппай линзалардан өту кезінде пайда болатын хроматтық және сфералық абберацияны жоюға арналған. Хроматтық абберация деп көріністің айқындылығын нашарлататын, әртүрлі түсті (әртүрлі толқын ұзындығы) сәуле линзасының шағылысуының біркелкі еместігін айтады. Сфералық абберацияда линза шетінен және оның ортаңғы бөлігінен шағылысып шыққан сәуле бір нүктеде бірікпейді, ол да көріністің айқындылығын нашарлатады. Микроскопта окулярдың үш түрі қолданылады: кәдімгі (Гюйгенс), компенсациялы және жобалы (шлифті суретке түсіру кезінде қолданылады). Окулярдың үлкейту шамасы объективке қарағанда кемірек, кәдімгі окуляр 2 – ден 15 есеге дейін, ал компенсациялы – 25 есеге дейін үлкейтеді, объектив көбіне 9 – дан 95 есеге дейін үлкейте алады.

Объектив және окуляр арасындағы фокустық қашықтық оптикалық тубус ұзындығы l деп аталады. Бұл шама өзінің мәні бойынша микроскоптың объективінің демеуші жазықтығы мен окуляр орнатылатын тубусының жоғарғы жағының арасындағы қашықтыққа жақын. Зерттелетін шлифті фокусын әрірек етіп, объектив алдындағы дайындама қойылатын орынға 11 орналастырады. Осы объектив үлкейтілген құрылымның нақты көрінісін береді. Бұл көрініс линзалар 12 көмегімен окулярдың фокусіне жақын жазықтыққа беріледі. Окуляр 13 лупа түрінде аралық көрініске қатысты орналасқан, соның салдарынан көрініс адам көзінен 250 мм қашықтықта анық, кері және үлкейтілген көрінетін бейнені алады.

Визуалды бақылауда сәуленің жүру жолына айнаны 14 ендіреді, ол сәулені окулярға қарай бағыттайды. Алған бейнені фотокамераға қарай ауыстырумен айнадан сәуленің шағылысуын тубусты окулярмен бірге жылжыту арқылы әкетеді, осымен сәулені объективтен тікелей фотоокулярға 15 бағыттайды.

Объекті зерттеуде, онда бар фазалар түскен жарықтың бірдей емес болып таралуының салдарынан (мысалы, металды қорытпалардағы бейметалды қосылыстар, рельефтер) күңгүрт, жарық емес сәулені қолданған ыңғайлы. Құрылым түзеде тура сәуле емес жарық емес күңгірт сәуленің түседі. Объектінің айнадай жарқыратылған беткі қабаты күңгірт түсіп тұрған сәуленің салдарынан жарықтың таралуынан түзетін бөліктері (рельеф, яғни ойықтар немесе дөңестер) қара түсті береді де, жарық сияқты болып көрінеді.

Микрошлифті зерттейтін микроскоптың оптикалық сызбасында, жарық аумақта зерттеу сызбасы күңгірт қара аумақта зерттеу сызбасынан ерекше болады, онда 8 линзаның орнына 20 линзаны орнатады. Линзаның 20 беткі қабаттарының бірінің ортаңғы бөлігі қара мөлдір емес бояғышпен дискі түрінде қапталған. Ол ортаңғы бөліктің жарық шоғының тежеп, 20 линзаның мөлдір дөңгелегі арқылы өтетін және жарық дөңгелек түріндегі айнаға 21 түсетін шеттік сәулені өткізеді. Айнада 21 шағылып, сәуле параболалық айнаның 22 ішкі жылтыр бетіне түседі, сол беттен шағылып микрошлифке концентрацияланады.

Микроскоптың жарық жүйесі оптикалық оске қарсы центрленгенлампадан 1 (сызба микроскоптың оптикалық осі тұтас қара сызықпен көрсетілген), жарық көзін апертуралық диафрагманың 5 жазықтығына қарай жобалайтын коллекторлы линзадан 2 және бірнеше түсі бар жарық сүзгілерінен тұрады. Жарық сүзгілерін визуалды бақылауда және бейнені суретке түсіріп алуда қолданады. Олар жарықты монохраматты түрде береді. Объектив-ахроматтарда сфералық аберрация тек сары – жасыл түске қатысты өзгертілген, өйткені адам көзінің осы түске сегіштігі өте жоғары, құрылымды визуалды қарастыру үшін сары – жасыл түсті жарық фильтрін қолдану қажет.

Өте таза көріністі алу үшін шектелуші жарық сәулелерімен арнаулы диафрагмаларды қолданған маңызды. Микроскоптың жүйесіне кіретін сәуле шоғын шектеуші диафрагма 5 апертуралық, ал шлифте жарық беретін аумақтың өлшемін шектейтін диафрагма 18 – аумақты деп аталады. Осы диафрагмалардың анық көрсету дәрежесі жұмыс үшін таңдалған объектив пен окулярға байланысты өзгеріп отырады.

Микроскоптың механикалық жүйесі штативтен, тубустан және дайындама үстелшесінен тұрады. Шлифті горизонтальды орналасқан дайындама үстелшесіне қояды, онда үлгі зерттелетін беткі қабатымен объективтің оптикалық осіне перпендикулярлы етіп орналасуы қажет. Үстелшенің ортасына шлифке жарық түсіп, одан сәуле шағылып шығатындай тесік өлшемі әртүрлі болатын ауыспалы төсенішті орналастырады. Үстелшені екі перпендикурлы–горизонтальды жазықтықтарда арнаулы бұрандаманың көмегімен микроқұрылымды әртүрлі бөліктерде таңдалған фокустық қашықтықты өзгертпей–ақ әрі–бері жылжытудың көмегімен көруге болады.

Үстелшеге орнатылған шлифтің анық көрінісін алу үшін арнайыфокуске бағыттайды. Микроскоптың штативінде фокусты бағыттауға арналған макрометрлік бұрандама бар, шамалы фокустеу үшін бұрандаманы бұрумен үстелшені көтеруге немесе төмен түсіруге болады. Дәл фокустеуді микрометрлік бұрандаманың көмегімен алуға болады, бұрандаманы бір рет айналдыра бұрумен объективті шлифке қарай ондық үлесті миллиметрге ығыстырады.

Микроскоптың үлкейту шамасы. Заттың бейнесі екі есе өседі, сондықтан микроскоптың үлкейту шамасы N_М объектив N_ОБ пен окулярдың N_ОК өзінің үлкейту шамасымен мына формуламен анықталады:

мұнда: f_об және f_ок – объектив пен окулярдың фокустық қашықтығы;

250 мм – көзбен өте жақсы көруге болатын қашықтық;

l – тубустың оптикалық ұзындығы.

Объектив пен окулярдың үлкейту шамасының сипаттамасы 1–кестеде келтірілген.

1кесте – МИМ-7 микроскопының объективі мен окулярының үлкейту шамасының кестесі