금속현미경의 응용분야 및 이미징 원리 소개
철금속, 비철금속, 분말야금의 금속조직학적 검사, 재료의 표면처리 후 조직의 식별 및 평가.
재료 선택: 미세 구조와 재료의 특성 사이에는 일정한 일치 관계가 있으므로 적합한 재료를 선택할 수 있습니다.
점검: 원자재 점검 및 공정 점검.
샘플링 검사: 반제품의 금속 조직 검사는 제품 제조 공정에서 수행되어 제품의 미세 구조가 다음 작업 절차의 처리 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.
프로세스 평가: 제품 프로세스의 적격성을 판단하고 식별합니다.
사용 중 평가: 사용 중인 부품의 안전성, 신뢰성 및 사용 수명에 대한 기초를 제공합니다.
고장 분석: 기술적, 물질적 결함을 발견하여 고장 원인 분석을 위한 거시적, 미시적 분석 기반을 제공합니다.
금속현미경의 이미징 원리
1. 밝은 시야와 어두운 시야
명시야(Bright field of view)는 현미경으로 시료를 관찰하는 가장 기본적인 방법으로, 현미경의 시야에서 밝은 배경을 제시합니다. 기본 원리는 광원이 대물 렌즈를 통해 시료 표면에 수직 또는 거의 수직으로 조사되면 시료 표면을 통해 대물 렌즈로 다시 반사되어 이미지를 만드는 것입니다.
암시야의 조명 모드는 현미경 시야에서 어두운 배경을 나타낸다는 점에서 명시야의 조명 모드와 다릅니다. 명시야의 조명 모드는 수직 또는 수직 입사인 반면, 암시야의 조명 모드는 수직 입사입니다. 대물 렌즈 외부 주변을 통해 샘플을 비스듬히 조명하여 샘플이 조사된 빛을 산란 또는 반사하고, 샘플에 의해 산란되거나 반사된 빛이 대물 렌즈에 들어가 샘플을 이미지화합니다. 암시야 관찰은 명시야에서는 관찰하기 어려운 무색의 미세한 결정이나 연한 색상의 미세한 섬유를 선명하게 관찰할 수 있습니다.
2. 편광 및 간섭
빛은 전자기파이고, 전자기파는 전단파이며, 전단파만이 편파를 가지고 있습니다. 이는 전파 방향에 대해 고정된 방식으로 전기 벡터가 진동하는 빛으로 정의됩니다.
빛의 편광은 실험 장치를 사용하여 감지할 수 있습니다. 두 개의 동일한 편광판 A와 B를 사용하여 자연광이 첫 번째 편광판 A를 먼저 통과시킵니다. 이때 자연광도 편광이 되지만 사람의 눈으로는 이를 구별할 수 없기 때문에 두 번째 편광판(B)이 필요하다. 편광판 A를 고정하고 편광판 B를 A와 동일한 수평면에 배치한 다음 편광판 B를 회전시키면 B의 회전에 따라 투과된 빛의 강도가 주기적으로 변하고 최대값에서 최대값으로 점차 감소하는 것을 알 수 있습니다. 90도마다 가장 어둡고, 90도 회전한 후 가장 어두운 것에서 가장 밝은 것으로 점차 증가합니다. 따라서 편광판 A를 편광판, 편광판 B를 검광판이라고 합니다.
간섭이란 두 개의 간섭성 파동(빛)이 상호 작용 영역에 중첩되어 빛의 강도를 높이거나 낮추는 현상입니다. 빛의 간섭은 크게 이중 슬릿 간섭과 박막 간섭으로 나누어진다. 이중 슬릿 간섭은 두 개의 독립적인 광원에서 방출되는 빛이 간섭성 빛이 아닌 현상입니다. 이중 슬릿 간섭 장치는 빛의 광선이 이중 슬릿을 통과하여 두 개의 응집성 광선이 되고, 이 광선이 라이트 스크린에서 서로 통신하여 안정적인 간섭 무늬를 형성하는 장치입니다. 이중 슬릿 간섭 실험에서 라이트 스크린의 한 지점과 이중 슬릿 사이의 거리 차이가 반파장의 배수이면 해당 지점에 밝은 줄무늬가 나타납니다. 화면의 한 지점과 이중 슬릿 사이의 거리 차이가 반파장의 홀수배일 때, 그 지점의 어두운 무늬는 영의 이중 슬릿 간섭입니다. 박막간섭(Thin-film Interference)은 빛이 박막의 두 면에 반사된 후 두 개의 반사광에 의해 발생하는 간섭현상을 말한다. 박막간섭에서는 필름의 두께에 따라 앞면과 뒷면에서 반사되는 빛의 거리차이가 결정되므로, 필름의 두께가 같은 곳에는 박막간섭에서도 같은 밝은 줄무늬(어두운 줄무늬)가 나타나야 합니다. 광파의 파장은 매우 짧기 때문에 얇은 막이 간섭할 때 간섭무늬를 관찰할 수 있을 만큼 유전체막이 얇아야 합니다.
3. 미분 간섭 대비 DIC
금속 조직 현미경 DIC는 편광 원리를 사용합니다. 투과 DIC 현미경은 주로 편광판, DIC 프리즘 I, DIC 프리즘 II 및 편광판의 네 가지 특수 광학 구성 요소로 구성됩니다. 편광판은 콘덴서 시스템 앞에 직접 설치되어 빛을 선형으로 편광합니다. 집광기에는 DIC 프리즘이 설치되어 빛의 광선을 편광 방향이 다른 두 개의 광선(X 및 Y)으로 분해할 수 있으며, 두 광선은 작은 끼인각을 형성합니다. 콘덴서는 두 개의 광선을 현미경의 광축과 평행한 방향으로 조정합니다. * 처음 두 개의 광선은 동일한 위상에 있습니다. 시편의 인접한 영역을 통과한 후 시편의 두께와 굴절률의 차이로 인해 두 광선 사이의 광 경로 차이가 발생합니다. DIC 프리즘 Ⅱ는 대물렌즈 후면 초점면에 설치되어 두 개의 광파를 하나의 빔으로 결합합니다. 이때 두 광선의 편광면(x, y)은 여전히 존재합니다. 마지막으로 빔은 편광 장치, 즉 분석기를 통과합니다. 빔이 접안렌즈 DIC 이미지를 형성하기 전에 분석기는 편광판과 직각을 이루고 있습니다. 분석기는 두 개의 수직 광파를 동일한 편광면을 가진 두 개의 빔으로 결합하여 서로 간섭합니다. X파와 Y파의 광학 경로 차이에 따라 빛의 투과량이 결정됩니다. 광학 경로 차이가 0이면 분석기를 통과하는 빛이 없습니다. 광 경로 차이가 파장의 절반과 같을 때 통과하는 빛은 큰 값에 도달합니다. 그래서 회색 배경에서는 표본의 구조가 밝고 어두운 차이를 나타냅니다. 이미지의 대비를 좋은 상태로 만들기 위해 DIC 프리즘 II의 수직 미세 조정을 조정하여 광 경로 차이를 변경할 수 있으며, 이는 이미지의 밝기를 변경할 수 있습니다. DIC 프리즘 ⅱ을 조정하면 표본의 미세 구조가 포지티브 또는 네거티브 투영 이미지를 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 한쪽은 밝고 다른 쪽은 어둡습니다. 이는 시편의 인공적인 3차원 감각을 유발합니다.
