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显微分析的进展与趋势

发表时间:2021-03-19  |  点击率:142

显微分析的进展与趋势

目前,各类显微镜及显微技术都有新的发展,无论是在光源、光路设计、多用途附件联机使用等方面都有改进。为了提高显微镜的使用效果,扩大应用领域,使传统的显微镜 从单纯的目视、主观的定性判断,向显示客观的定量、自动图像处理方面发展。它和摄像系统联机组成摄影显微镜;和计算机联机组成显微图像分析仪;和分光镜联机组成显微镜 分光光度计和图像仪;和数码相机联机组成数码显微镜等。因此,显微镜的发展是不可估量的。

 

光学显微镜虽然简单方便,但是它的分辨率不高。尽管显微镜光学系统的设计和观察方法都大大改进,提高了观察的效果和效率。特别是数码技术使影像数字化,为定量金相 分析提供了条件。针对材料研究的多样化要求显微镜各种功能的模块化设计为扩展显微镜 的功能提供了一个好的平台,如电动台、加热台,自动聚焦、物镜电动化、观察方式电动 化等,为材料科学研究和产品质量控制提供了有利的工具。但由于光波波长的限制,金相 显微镜的放大倍数从几十倍到2000倍,极限分辨率为200nm左右,一般只能观察金相组 织中几十微米尺度的细节,而且也不能给出有关相的晶体结构、取向、缺陷和成分的信息。

 

随着科学技术的发展,金相学在不断充实新内容和扩大领域的同时,材料微观形貌分 析测试的仪器处在不断更新发展的状态,从光学显微镜(0M)发展到电子显微镜 (TEM)、扫描电镜(SEM)、场离子显微镜(FTM)和扫描激光声成像显微镜(SPAM) 等。至今,电子显微镜的点分辨率已优于0. 3nm,晶格条纹分辨率优于0. 14nm,尤其是 高分辨透射电镜可了解原子点阵的排列,打开了观察原子世界的大门。电子显微镜的使 用,使材料学科的发展进入了 “极微世界”,成为各个领域科学工作者不可或缺的重要工 具之一。

 

光学金相技术可以提供材料制备、加工和热处理过程中相变和显微组织演变的许多定 性和定量信息。但一般均*于一维或二维图像的定量信息,难于直接用于建立组织结构 与材料性能或功能间的定量关系,或对所得关系难于给出具有实际物理意义的解释,具有 明显的局限性。尤其是对不透明材料三维微观组织不能直接可视,许多涉及三维显微组织 的材料理论模型的验证,难以实现显微组织演变过程研究。因此,基于模型的材料体视学 研究、显微组织的三维可视化研究、材料显微组织的虚拟设计等仍然需要寻求新的辅助研 究方法。

 

材料微观组织结构图像的获取、存储和传输新方法以及更好的图像处理、分析方法的 不断出现和改进,体视学原理与实验技术的不断发展和普及应用,计算机硬件与软件能力 的高速发展均为材料显微组织形态学由定性表征向定量表征、由二维观测向三维几何形态 信息测试的发展和应用提供了难得的机遇。借助材料显微组织结构的计算机辅助模型化与 仿真设计,运用数理统计和图像分析技术,由二维图像来推断三维组织图像的科学称为体 视学,使组织图像的定量分析(定量金相学)成为材料科学与工程发展史上成功的实验技术之一,也是金相学发展的趋势。在未能实现材料组织三维可视化或虽已可视化但尚无 法获得其定量表征数据的情况下,体视学分析可以用很小的代价获得三维组织结构的无偏 的定量测量,从而成为不可缺少的、值得大力推广的显微组织定量分析与表征工具。

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