金相研究时应注意的材料显微组织的若干特性-上海光学仪器一厂

在实际金相分析研究中，适当注意材料显微组织的如下特点是很有好处的，尤其有助于金相显微镜实验方案设计的系统性和严谨性，以及减少对表观显微组织形态的误解和不合理分析的可能性。

1、材料显微组织结构的多尺度性：原子与分子层次，位错等晶体缺陷层次，晶粒显微组织层次，细观组织层次，宏观组织层次等；

2、材料显微镜组织结构的不均匀性：实际显微组织常常存在几何形态学上的不均匀性，化学成分的不均匀性，微观性能（如显微硬度、局部电化学位）的不均匀性等；

3、材料显微组织结构的方向性：包括晶粒形态各向异性，低倍组织的方向性，晶体学择尤取向，材料宏观性能的方向性等多种方向性，应予以分别分析和表征；

4、材料显微组织结构的多变性：化学组成改变，外界因素及时间变化引起相变和组织演变等均可能导致材料显微组织结构变化，从而，除需要对静态显微组织形态进行定性、定量分析外，应注意是否存在对固态相变过程、显微组织演变动力学和演变机理研究的必要；

5、材料显微组织结构可能具有的分形（fractal）特性和特定金相观测可能存在的分辨率依赖特性：可能导致其显微组织定量分析结果强烈依赖于图像分辨率，当进行材料断口表面组织形态进行定量分析以及对显微组织数字图像文件进行存储和处理时更应注意这一点；

6、材料显微组织结构非定量研究的局限性：虽然显微组织的定性研究有时尚可满足材料工程的需求，但材料科学分析研究总是还需要对显微组织几何形态的科学进行定量测定以及对所得定量分析结果的进行误差分析（随机误差、系统误差、粗差）；

7、材料显微组织结构截面或投影观测的局限性等等。铸铁片状石墨及珠光体三维结构的深蚀观测已表明该类局限性极易导致人们对截面图像或投影图像的错误解读。应当注意，对截面图像（如光学金相和扫描电镜图像）和投影图像（如透射电镜图像）必须采用不同的体视学原理和关系式，且投影图像的体视学分析要困难得多。

针对（6）和（7）两类局限性，深蚀法、晶粒或第二相分离法、射线照相法、立体视觉、共聚焦显微镜、原子力显微镜、场离子显微镜、显微CT及相关技术、从系列截面图像重建三维组织结构等方法均曾被用于材料三维显微组织的直接成像与实验观测。但大多数或仅适用于极特殊情况，或工作量极大，或只能对样品表面成像和观测。其中，工业显微CT技术对材料内部具有明显密度差异的较大尺寸缺陷的无损检测很有效，有可能成为一个新的研究发展方向，但用于材料显微组织结构的观测时分辨率尚待提高（目前其Zgao分辨率为微米级别）。当有可能实验获取系列截面金相图像时，三维重建和计算机仿真技术对于三维直接观察则很有帮助。

另外，直接观察并不总是意味着可以直接测量。值得注意的是：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、值得大力推广的金相显微镜显微组织定量分析与表征工具。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。实验方法的高度自动化和大量显微镜组织定量数据的轻易获取也导致了某些先进图像分析实验方法的误用或不必要的使用提供了更多的可能性，亦不能不引起高度重视。

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