顯微分析的進展與趨勢

顯微分析的進展與趨勢

目前，各類顯微鏡及顯微技術都有新的發展，無論是在光源、光路設計、多用途附件聯機使用等方面都有改進。為了提高顯微鏡的使用效果，擴大應用領域，使傳統的顯微鏡 從單純的目視、主觀的定性判斷，向顯示客觀的定量、自動圖像處理方面發展。它和攝像系統聯機組成攝影顯微鏡；和計算機聯機組成顯微圖像分析儀；和分光鏡聯機組成顯微鏡 分光光度計和圖像儀；和數碼相機聯機組成數碼顯微鏡等。因此，顯微鏡的發展是不可估量的。

光學顯微鏡雖然簡單方便，但是它的分辨率不高。盡管顯微鏡光學系統的設計和觀察方法都大大改進，提高了觀察的效果和效率。特別是數碼技術使影像數字化，為定量金相 分析提供了條件。針對材料研究的多樣化要求顯微鏡各種功能的模塊化設計為擴展顯微鏡 的功能提供了一個好的平臺，如電動臺、加熱臺，自動聚焦、物鏡電動化、觀察方式電動 化等，為材料科學研究和產品質量控制提供了有利的工具。但由于光波波長的限制，金相 顯微鏡的放大倍數從幾十倍到2000倍，極限分辨率為200nm左右，一般只能觀察金相組 織中幾十微米尺度的細節，而且也不能給出有關相的晶體結構、取向、缺陷和成分的信息。

隨著科學技術的發展，金相學在不斷充實新內容和擴大領域的同時，材料微觀形貌分 析測試的儀器處在不斷更新發展的狀態，從光學顯微鏡（0M）發展到電子顯微鏡 （TEM）、掃描電鏡（SEM）、場離子顯微鏡（FTM）和掃描激光聲成像顯微鏡（SPAM） 等。至今，電子顯微鏡的點分辨率已優于0. 3nm,晶格條紋分辨率優于0. 14nm,尤其是 高分辨透射電鏡可了解原子點陣的排列，打開了觀察原子世界的大門。電子顯微鏡的使 用，使材料學科的發展進入了 “極微世界”，成為各個領域科學工作者*的重要工 具之一。

光學金相技術可以提供材料制備、加工和熱處理過程中相變和顯微組織演變的許多定 性和定量信息。但一般均*于一維或二維圖像的定量信息，難于直接用于建立組織結構 與材料性能或功能間的定量關系，或對所得關系難于給出具有實際物理意義的解釋，具有 明顯的局限性。尤其是對不透明材料三維微觀組織不能直接可視，許多涉及三維顯微組織 的材料理論模型的驗證，難以實現顯微組織演變過程研究。因此，基于模型的材料體視學 研究、顯微組織的三維可視化研究、材料顯微組織的虛擬設計等仍然需要尋求新的輔助研 究方法。

材料微觀組織結構圖像的獲取、存儲和傳輸新方法以及更好的圖像處理、分析方法的 不斷出現和改進，體視學原理與實驗技術的不斷發展和普及應用，計算機硬件與軟件能力 的高速發展均為材料顯微組織形態學由定性表征向定量表征、由二維觀測向三維幾何形態 信息測試的發展和應用提供了難得的機遇。借助材料顯微組織結構的計算機輔助模型化與 仿真設計，運用數理統計和圖像分析技術，由二維圖像來推斷三維組織圖像的科學稱為體 視學，使組織圖像的定量分析（定量金相學）成為材料科學與工程發展*成功的實驗技術之一，也是金相學發展的趨勢。在未能實現材料組織三維可視化或雖已可視化但尚無 法獲得其定量表征數據的情況下，體視學分析可以用很小的代價獲得三維組織結構的無偏 的定量測量，從而成為*的、值得大力推廣的顯微組織定量分析與表征工具。