1. MICROSCOPUL METALOGRAFIC
1.1. Aspecte teoretice
Microscoapele metalografice sunt microscoape optice, la care se analizează în lumina
reflectată materialele opace, cum sunt materialele metalice, ceramice, compozite, etc.
1.1.1. Principiul de funcţionare
Schema optică de principiu a unui microscop metalografic se prezintă în figura 1.1 şi conţine
două lentile: obiectivul îndreptat către obiect şi ocularul în dreptul ochiului.
Lumina reflectată de obiect (suprafaţa probei metalografice) trece prin obiectiv, care
formează o imagine intermediară (Ii) mărită şi răsturnată. Această imagine este apoi mărită de
ocular, formând o imagine virtuală (Iv) vizibilă cu ochiul, sau o imagine reală (Ir) proiectată pe un
ecran de proiecţie, film sau placă fotografică.
1.1.2. Caracteristici optice
Caracteristicile optice ale microscoapelor sunt:
- puterea de mărire;
- apertura obiectivului;
- puterea de rezoluţie;
- puterea de rezoluţie verticală
a) Puterea de mărire (mărirea liniară) a microscopului este dată de raportul dintre mărimea
imaginii şi mărimea obiectului. Se determină ca produs al măririlor proprii ale obiectivului şi
ocularului utilizate:
M = Ir /O = ( Ir / Ii ) x ( Ii / O ) =Mob x Moc (1.1)
Mărirea obiectivului se calculează cu relaţia:
Mob = L / Fob (1.2)
unde: L= 160....250 mm este lungimea optică a tubului microscopic; Fob - distanţa focală a
obiectivului (mm).
Mărirea ocularului este dată de relaţia:
Fig 1.1 Schema optică a microscopului metalografic
O-obiect; Ob-obiectiv; Oc-ocular; Ii-imagine intermediară; Iv-Imagine virtuală; Ir-imagine reală
o
Fob
F’
ob Foc F’
oc F*
oc
F*’
o
ochi
ecran
L
d
Ob
Oc Ir
Iv
Ii
Moc = d / Foc (1.3)
unde d = 250 mm este distanţa vederii normale, de la care prin convenţie un obiect este văzut în
mărime naturală; Foc-distanţa focală a ocularului (mm).
Ocularele şi uneori obiectivele au gravată pe montură mărirea proprie. La unele microscoape
(MIM 7) pe montura obiectivului este gravată distanţa focală. În acest caz se calculează mărirea
obiectivului cu relaţia (1.2) în funcţie de lungimea tubului optic. Măririle microscopului sunt în
general prezentate tabelar în Cartea tehnică a aparatului, funcţie de obiectivele şi ocularele asociate.
Pentru măsurători de precizie, se utilizează micrometrul obiectiv.
b) Apertura obiectivului (deschiderea sa numerică) este un indicativ al capacităţii
obiectivului de a strânge razele de lumină reflectate de probă.
Apertura se calculează cu relaţia:
A = n · sin α (1.4)
unde: n - indicele de refracţie al mediului dintre obiect şi obiectiv, n=1 pentru aer, n=1,518 pentru
ulei de cedru; nmax= 1,734 pentru lichid refrigerent
(monobromnaftalină).
α - semiunghiul conului de lumină, de divergenţă maximă, care
pătrunde în obiectiv de la probă (fig. 1.2).
Constructiv, αmax= 720 şi deci apertura maximă în aer este 0,95.
Rezultă că obiectivele cu apertură mai mare de 0,95 trebuiesc utilizate
cu lichide de imersie, cel mai des folosit fiind uleiul de cedru.
Apertura este o caracteristică importantă a obiectivului care îi
determină puterea de rezoluţie. De asemenea alegerea ocularului se face
în corelaţie cu apertura obiectivului.
Conform regulei lui Abbe, mărirea microscopului trebuie să fie
cuprinsă între 500 şi 1000 ori apertura obiectivului utilizat:
500 A < M < 1000 A (1.5)
De exemplu, obiectivul, cu apertură 0,30 şi mărire 15x, poate realiza măriri ale
microscopului între 150-300x. Rezultă că se pot asocia oculare cu măriri proprii cuprinse între 10x
şi 20x. Ocularele cu măriri mai mici nu utilizează pentru că şterg din puterea de rezoluţie a
obiectivului, cele cu măriri mai mari nu pot da detalii suplimentare.
c) Puterea de rezoluţie (de separare) este definită prin distanţa d minimă dintre două
puncte, pentru care obiectivul dă imagini distincte. Se calculează cu relaţia:
d = 0,61 x λ/A (1.6)
unde: λ este lungimea de undă a luminii folosite. λ= 0,4 μm pentru lumină albastră, 0,6 μm pentru
lumină albă şi 0,8 μm pentru lumină roşie.
Puterea de rezoluţie maximă (dmin) este de 0,15 μm când se foloseşte lumina albastră,
imersie în lichid refrigerent şi obiective cu α maxim.
Considerând puterea de rezoluţie a ochiului d1 = 0,3 mm, rezultă că mărirea maximă a
microscopului metalografic este:
Mmax = d1 / dmin = 2000 (1.7)
d) Puterea de rezoluţie pe verticală (adâncimea câmpului) reprezintă distanţa maximă
dintre două plane paralele cu suprafaţa de observaţie, pentru care toate punctele se observă distinct.
Adâncimea câmpului este invers proporţională cu apertura şi puterea de mărire. De exemplu:
Pentru obiective cu A = 0,30 şi Mob = 300, rezultă d = 0,8 μm ; pentru A = 0,95 şi Mob = 1000; d =
0,075 μm.
De aceea proba metalografică trebuie să prezinte suprafaţă plană, fără relief, bine lustruită şi
cu atac metalografic cu atât mai slab cu cât mărirea este mai mare.
Indrumar laborator
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
