Metallographisches Mikroskop

Was ist ein metallographisches Mikroskop?

Metallographische Mikroskope, auch Projektionsmikroskope oder Tropfenmikroskope genannt, sind eine Art von Lichtmikroskopen.

Im Allgemeinen werden die meisten Industriemikroskope als metallographische Mikroskope bezeichnet. Obwohl es den Namen metallurgisch trägt, wird es zur Beobachtung der Oberfläche von Proben wie Metallen, Erzen, Keramiken und Halbleitern verwendet, die das Licht nur schwer durchdringen können. Metallographische Mikroskope nutzen das von der Probe reflektierte Licht, um ein vergrößertes Bild zu erhalten.

In ähnlicher Weise nutzen Stereomikroskope das von der Probe reflektierte Licht, um Beobachtungen zu machen, aber die Unterschiede zwischen den beiden sind wie folgt:

Vergleich vom metallographischen Mikroskop und Stereomikroskop

	Metallographische Mikroskope	Stereomikroskop
Vergrößerung	Zehnfach bis hundertfach	Mehrere bis mehrere Dutzend Mal
Auflösung	Hoch	Gering
Tiefenschärfe	Untief	Tief
Objekt der Beobachtung	Glatte Oberfläche	Dreidimensionales Objekt
Beleuchtungsmethode	Epi-Beleuchtung	Wahlweise

Anwendungen von metallographischen Mikroskopen

Metallographische Mikroskope werden zur Beobachtung von metallographischen Strukturen und Legierungen, Keramiken, Halbleitern, elektronischen Komponenten auf Kunststoffbasis, Gesteinen und Erzen eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören:

• Beobachtung von Veränderungen im Zustand von Rohstoffen vor und nach einer physikalischen oder thermischen Behandlung beim Metallguss, bei der Raffination und in der Metallurgie.
• Inspektion von Fehlern wie winzigen Dellen und Kratzern, die mit einem Stereomikroskop nicht sichtbar sind, bei der Verarbeitung von Kunststoffen und Halbleiterprodukten.
• Qualitätskontrolle an Produktionsstandorten in der Präzisionsmaschinen-, Elektro- und Elektronikindustrie.
• Forschung oder Ausbildung in der Metallographie, Mineralogie usw.

Funktionsweise der metallographischen Mikroskope

Der größte Unterschied zwischen Durchlicht- und Auflichtmikroskopie besteht darin, dass Bereiche, die bei Durchlicht dunkel erscheinen, bei Auflicht hell erscheinen. Daher können Informationen, die mit einem biologischen Mikroskop nicht gesehen werden können, mit einem metallographischen Mikroskop ausgeglichen werden. Das herkömmliche Lichtmikroskop zur Beobachtung von Mikroorganismen und Zellen (biologisches Mikroskop) wird auch als optisches Transmissionsmikroskop bezeichnet, da das durch die Probe hindurchgehende Licht durch das Objektiv und das Okular vergrößert wird.

Metallographische Mikroskope sind ebenfalls eine Art von Lichtmikroskopen und haben den gleichen Aufbau wie biologische Mikroskope, verfügen jedoch über eine einzigartige Struktur für die Beobachtung von Proben, durch die das Licht bei hoher Vergrößerung nicht durchdringen kann. Dabei handelt es sich um das optische System der Epi-Beleuchtung, das die Probe durch das Objektiv beleuchtet. Bei diesem optischen System wird das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht von einem Halbspiegel reflektiert und erreicht die Probe zur Beobachtung durch die Objektivlinse, während das von der Probe reflektierte Licht vom menschlichen Auge durch die Objektivlinse und das Okular beobachtet wird.

Auswahl eines metallographischen Mikroskops

Es gibt verschiedene Arten von metallographischen Mikroskopen, die von tragbaren Mikroskopen, die für weniger als 1000 USD erhältlich sind, bis hin zu größeren Mikroskopen reichen, die mehrere Zehntausende USD kosten können, wenn Optionen wie Objektivsätze und Bildgebungsausrüstung hinzukommen. Bei der Auswahl eines metallographischen Mikroskops ist es wichtig, zunächst den Verwendungszweck zu klären. Bei der eigentlichen Auswahl sollten Sie folgende Punkte berücksichtigen:

• Wenn die Probenoberfläche nach unten zeigen soll oder wenn Sie die Proben schnell wechseln wollen, wählen Sie einen umgekehrten Typ, bei dem sich der Spiegelkörper unter der Probe befindet, ansonsten wählen Sie einen aufrechten Typ.
• Wenn Sie Polarisationseigenschaften, wie z. B. die optische Anisotropie der Probe, beobachten wollen, wählen Sie ein Polarisationsmikroskop, das standardmäßig mit einem Polarisationsfilterset ausgestattet ist.
• Wenn Sie auch Durchlichtbeobachtungen durchführen wollen, ist ein Mikroskop, das mit einem einzigen Tastendruck zwischen Durchlicht- und Auflichtbeleuchtung umschalten kann, die beste Wahl.
• Wenn Sie häufig Fotos und Videos von den beobachteten Bildern machen wollen, ist ein trinokulares Mikroskop, das eine binokulare Beobachtung mit angeschlossener Kamera ermöglicht, am besten geeignet.
• Wenn Sie die Probe bei hohen Vergrößerungen, z. B. über 100 x, genau bewegen wollen, wählen Sie einen für Ihren Zweck geeigneten Objekttisch, z. B. einen mechanischen Objekttisch oder einen XY-Tisch.

Weitere Informationen zu metallographischen Mikroskopen

1. Die wichtigsten optischen Filter

Für metallographische Mikroskope stehen dieselben Filter wie für biologische Mikroskope zur Verfügung, damit Sie die optischen Eigenschaften Ihrer Probe im Detail beobachten können.

Farbtemperatur-Konversionsfilter (LB-Filter)
Die Farbtemperatur einer Probe hängt von der Art der als Beleuchtungsquelle verwendeten Lampe ab, so dass die Farbe der betrachteten Probe von der Lichtquelle abhängt. Die Farbe der Probe ist einer der wichtigsten Beobachtungsfaktoren in der optischen Mikroskopie.

Um einen korrekten Vergleich mit den in der Literatur beschriebenen Farben vornehmen zu können, muss die Probe bei derselben Farbtemperatur beobachtet werden. Farbtemperaturkonversionsfilter werden verwendet, um die gleiche Farbtemperatur wie das Sonnenlicht zu erreichen, das die universellste Lichtquelle ist.

Farbkorrekturfilter (CC-Filter)
Farbkorrekturfilter (CC-Filter) nehmen subtile Farbanpassungen vor, indem sie die Intensität jeder der drei Grundfarben des Lichts – Rot, Grün und Blau – oder der drei Grundfarben der Farbe – Cyan, Magenta und Gelb – anpassen.

Polarisationsfilter
Polarisationsfilter bestehen aus einem Polarisator, der unmittelbar nach der Lichtquelle (vor der Probe) angebracht wird, und einem Analysator, der sich zwischen der Probe und dem Okular befindet. Der Polarisationszustand des polarisierten Lichts, das den Polarisator durchläuft und von der Probe reflektiert wird, wird durch den Analysator bestimmt.

Da sich der Polarisationszustand in Abhängigkeit von der Kristallstruktur der Probe und anderen Faktoren ändert, ermöglicht die Verwendung von Polarisationsfiltern die Bestimmung der optischen Eigenschaften von Kristallen und der inneren Struktur von Polymeren.

2. Vorbereitung der Proben für die metallographische Mikroskopie

Bei der Betrachtung mit einem metallographischen Mikroskop muss die Probenoberfläche glatt und so eingestellt sein, dass das Licht der Objektivlinse senkrecht in die Probe eintritt. Die mikroskopische Betrachtung mit reflektiertem Licht bietet einen starken Kontrast bei Kratzern auf der Probenoberfläche, aber es ist oft unmöglich, Unterschiede in der optischen Ausrichtung der Kristalle oder leichte Unterschiede in der Zusammensetzung zu erkennen.

Wenn die Oberfläche nicht unbearbeitet glatt ist, muss die Probe daher vor der Betrachtung geschnitten und poliert werden, oder es kann ein Ätzverfahren erforderlich sein, um schwer erkennbare Mikrostrukturen besser sichtbar zu machen.

Vorbereitung von polierten Proben
Diamantfräser und Poliergeräte werden verwendet, um die Proben auf die richtige Größe zu schneiden und zu polieren. Spezielle Schleifplättchen, so genannte Polierplättchen, werden auch benötigt, wenn zwischen Durchlicht- und Auflichtbetrachtung gewechselt wird, z. B. bei mineralogischen Untersuchungen. Die Herstellung von Polierplättchen kann bis zu einem gewissen Grad automatisiert werden, doch sind für die Herstellung von Polierplättchen ausreichende Erfahrung und Kenntnisse erforderlich.