Микроскоп

(от микро... и греч. skopeo - смотрю) [microscope] — оптич! прибор для получения сильно увелич. изображений объектов (или деталей их структуры), не видимых невооруж. глазом. Первый прибор типа м. был построен ок. 1590 г. голл. изобретателем 3. Ян-сеном. Быстрое распростр. м. и их совершенствование начались в 1609-1610 гг., когда Г. Галилей использовал сконструир. им зрит, трубу в кач-ве м., изменяя в ней расстояние м-ду объективом и окуляром. Начало применению и развитию м. для изучения структуры металлов было положено П. П. Аносовым, к-рый в 1837 г. использ. м. для исследования структуры стали. В последующие годы осн. усилия были направлены на увеличение раз-реш. способности металлографич. м., хар-ри-зующейся миним. расстоянием м-ду двумя соседними деталями структуры объекта, к-рые раздельно различимы (рис.). В завис, от вида излучения с помощью к-рого формируется изображение, и разрешающей способности металлографич. м. подразделяют на световые, эл-нные и ионные.
автоионный микроскоп (ионный проектор)[field-ion microscope] — безлинзовый ионно-оптич. прибор для получения увелич. в неск. миллионов раз изображения поверхности тв. тела. С помощью а. м. можно различать детали поверхности, раздел, на 0,2-0,3 нм, что дает возможность наблюдать располож. отд. атомов в кристаллич. решетке. А. м. изобретен в 1951 г.нем. ученым Э. Мюллером. Принц, схема а. м. показана на рис. Положит, электродом и од-новрем. объектом, поверхность к-рого изоб-раж. на экране, служит острие тонкой иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполн. внутр. объем прибора, ионизир. в сильном элект-рич. поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои эл-ны. Возникшие положит, ионы, приобретая под действием поля радиальное (перпендик. поверхности острия) ускорение, устремляются к флюоресцирующему экрану (потенциал к-рого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорц. плотности приходящегося на него ион. потока. Поэтому чем тоньше острие, тем больше увеличение. А. м. широко применяют для исследования ат. структуры металлов и сплавов и ее связи с их механич. св-вами; дефектов в кристаллах; процессов коррозии; адсорбции и десорбции; св-в тонких пленок, осажд. на поверхности металлов, и др;

ионный микроскоп [ion microscope] — м., в к-ром для получения изображений применяют пучок ионов, создаваемый термоионным или газоразрядным ионным источником. По принципу действия и. м. аналогичен эл-нно-му. Пройдя через объект, ионный пучок фокусируется системой электростатических или магнитных линз и дает на экране или фотослое увелич. изображение объекта. Создано пока лишь несколько опытных образцов и. м. Работы по его усовершенствованию продолжаются. И. м. должен обладать более высокой разреш. способностью по ср. с эл-нным. Однако и. м. пока не нашел практич. применения. Значительно более эффективным оказался и. м. без линз, т. наз. автоионный микроскоп, или ионный проектор;

просвечивающий растровый электронный микроскоп (ПРЭМ) [scanning transmission electron microscope (STEM)] — просвечивающий эл-нный микроскоп, в к-ром изображение формируется аналогично РЭМ, что позволяет исключить наличие линз м-ду образцом и регистрир. изображение экраном. ПРЭМ обладают столь же высокой разреш. способностью (PC), как и ПЭМ. В этих микроскопах применяются автоэмисс. пушки, обеспеч. достаточно большой ток в зонде диам. до 0,2—0,3 нм. Высокая PC в ПРЭМ достигается при медл. развертках зонда;

растровый электронный микроскоп (РЭМ)[scanning electron microscope (SEM)] — м., в к-ром изображение формируется при сканировании (развертывании), т. е. последовательном отточки к точке перемещении тонкого эл-нного луча (зонда) по поверхности массив, образца. Первые РЭМ были созданы в Германии (фон Ардене, 1938 г.) и США (В. К. Зворыкин, 1942 г.). К середине 1960-х гг. РЭМ (рис.) достигли высокого технич. совершенства, и с этого времени по темпам развития и кол-ву моделей РЭМ опережают ПЭМ. В н. в. РЭМ — один из наиб, универс. приборов для микроструктурных исследований в металле- и материаловедении. РЭМ с накаливаемым катодом имеет PC от 7 до 20 нм. Ускоряющее напряжение в РЭМ можно регулировать от 1 до 30—50 кВ. Соврем. РЭМ условно подразделяют, как и ПЭМ, на три группы: РЭМ высокого разрешения (1,5-5-2 нм), универсальные (PC 3-6 нм) и упрощенные (PC 7*20 нм). Наиб, распространены универсальные РЭМ, т.к. имеют хорошую PC и широкий набор детекторов, устр-в для воздействия на объект исследования, обработки и представления информации;

световой микроскоп [light microscope] — оптич. м., в к-ром изображение формир. с помощью светового излучения (рис. 1). С помощью с. м. можно изучать структуру спец. подготовл. микрошлифов при увел, от 30—50 до 1500—2000. Большинство микрофафич. исследований проводят с применением светло-польного (вертик.) освещения. Для дополнит, повышения контрастности изображ. применяют др. виды освещения: метод косого освещения (в создании изображения участвуют преимуш. косые лучи, непаралл. оп-тич. оси системы), к-рый применяется при достаточно резком рельефе поверхности шлифа; метод темнопольного освещения (свет не проходит через объектив и формир. темнопольное изображение, являющееся обратным по отношению к светлопольному — углубления и выступы становятся светлыми на однородном темном фоне), к-рый четко выявляет зернистую структуру металла, границы м-ду отд. фазами и др. хар-ки; метод по-ляризов. света (с помощью спец. поляризатора, помеш. перед коллект. линзой), к-рый преимущ. примсн. для идентификации неме-таллич. включений в металлах; методы фазового и интерференц. контраста, использ. дляизучения границ зерен, дисперсных выделений, структур, механизма пластич. деформации (линий скольжения, двойников) и др. методы.
Соврем, металлографич. с. м. рассчитаны на предельное (достигаемое в видимом свете) увеличение и, как правило, явл. универс., т. е. предусматр. возможность использ. всех пере-числ. методов исследования. Такие с. м., напр. «Неофот-32» (ф. «Karl Zeiss, Jena», Германия), обеспеч. быструю смену увеличений в широких пределах (от 10 до 2000) и методов исследования, имеют автоматизир. устр-ва для микрофотографир. и м. 6. снабжены разными приспособл. (напр., для измер. тв., /нагр образца в вакууме и др.).В 1950-х гг. были разработаны высокотемп-рные с. м. Дальн. развитие их шло по пути рас-шир. диапазона темп-р, скоростей нагр. и ох-лажд., а тж. одноврем. нагруж. образца с целью макс, приближения условий анализа структуры к реальным условиям эксплуатации или обработки металлов. Соврем, высо-котемп-рные м. с радиац. нагревом образца позволяют изучать структуру при /< 1750°С. В нек-рых установках применяют эл-нно-луче-вой нагрев и достигают темп-ры до 2500 °С при скорости нагрева < 1000 °С/с.

электронный микроскоп [electron microscope] - м. для наблюдения и фотографирования многократного (до 106 раз) увелич. изображения объекта, в к-ром вместо световых лучей используются пучки эл-нов, ускоренных до больших энергий (30—100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума (1& +10 Па). В 1928 г. немец, ученые М. Кнолль и Р. Руске приступили к созданию первого магнитного просве-чив. э. м. (ПЭМ) и спустя три года получили изображение объекта, сформиров. пучками эл-нов. Разрешающая способность (PC) совр. ПЭМ составляет 0,2—1,0 нм. Толщина, к-рую можно «просветить» эл-нным пучком, зависит от ускоряющего напряжения. В э. м. с напряжением 100 кВ изучают объекты толщиной от одного до неск. сотен нанометров.
ПЭМ подразделяют на три группы: э. м. высокого разрешения (0,2-0,3 нм), упрощенные ПЭМ и э. м. с повышенным ускоряющим напряжением. К 1-й группе относят универс. м. многоцел. назнач. с дополнит, устр-вами и приставками, позволяющими наклонять объект в разных плоскостях на большие углы, нагревать, охлаждать, деформировать его, вести РСА и пр. Упрощ. ПЭМ предназн. дляисследований, в к-рых не требуется высокая PC. Они более просты по конструкции, их отличают меньшее (обычно 60-80 кВ) ускор. напряж. и более низкая его стабильность. PC этих ПЭМ 0,6-1,5 нм. ПЭМ с повыш. ускоряющим напряжением (от 200 кВ) предназн. для исследования объектов в 2-3 раза толще ис-след. на обычных РЭМ. Их PC достигает 0,3— 0,5 нм. Созданы тж. сверхвысоковольтные э. м. (СВЭМ) высотой от 5 до 15 м с ускор. напряжением 0,5-0,65; 1-1,5 и 3 MB, предназнач. для исслед. объектов толщиной до 10 мкм. PC СВЭМ в 10-20 раз превосходит PC 100-кВ ПЭМ;

эмиссионный электронный микроскоп [emission electron microscope] — эл-нно-оптич. м., в к-ром изображ. формир. потоком эл-нов, к-рые эмитир. (испуск.) самим объектом при нагревании, бомбардировке первичным пучком эл-нов, освещении и наложении сильного электрич. поля. Эти микроскопы обычно имеют узкое целевое назначение.