材料科学实验指导书二.docx
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材料科学实验指导书二
材料科学与工程基础试验教程一
中原工学院材料加工工程系
第一部分基本原理
一、金相显微镜的原理及构造
显微分析方法是材料科学领域的一个很重要的研究方法，它可以观察及研究金属等材料中用宏观分析方法无法观察到的组织细节及缺陷。
金相显微镜就是进行显微分析的主要工具。
（一）显微镜的成象原理
显微镜的基本放大原理如图1-1所示。
其放大作用主要由焦距很短的物镜和焦距较长的目镜来完成。
为了减少象差，显微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成复杂的光学系统，其中物镜的构造尤为复杂。
为了便于说明，图中的物镜和目镜都简化为单透镜。
物体AB位于物镜的前焦点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形成一个倒立放大的实象
，这个象位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点的位置上，作为目镜的物体。
目镜将物镜放大的实象再放大成虚象A"B",位于观察者的明视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察，在视网膜上成最终的实象
。
以上利用几何光学原理对显微镜的成象过程进行了分析。
但是实际上金相显微镜所观察的显微组织，往往几何尺寸很小，小至可与光波的波长相比较，根据光的电磁波理论，此时不能再近似地把光线看成是直线传播，而要考虑衍射的影响。
另一方面，显微镜中的光线总是部分相干的。
因此，显微镜的成象过程是一个比较复杂的衍射相干过程。
事实上，由于衍射等因素的影响，显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制。
目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是0.2μm左右，有效放大率最大为1500~1600倍。
（二）显微镜的放大率
显微镜的放大率M等于物镜的线放大率
与目镜的角放大率
的乘积，即：
（1-1）
根据几何光学得到物镜的放大率为：
（1-2）
式中：
L为显微镜的光学镜筒长度，即从物镜的后焦点到所成实象的距离；
为物镜的焦距，负号表示所成的象是倒立的。
同理，目镜的放大率为：
（1-3）
式中；D为人眼睛的明视距离；f2为目镜的焦距。
将式（1－2）、（1-3）代入式（1-1）可得：
（1-4）
由（1-4）式可知，显微镜的放大率与光学镜筒长度成正比，与物镜、目镜的焦距成反比。
通常物镜、目镜的放大率都刻在镜体上，显微镜的总放大率可以由式（1-1）算出。
由于物镜的放大率是在一定的光学镜筒长度下得出的，因而同一物镜在不同的光学镜筒长度下其放大率是不同的。
有的显微镜由于设计镜筒较短，在计算总放大率时，需要乘以一个系数。
光学镜筒长度在实际应用中很不方便，通常均使用机械镜筒长度，即物镜的支承面与目镜支承面之间的距离。
显微镜的机械镜筒长度分为有限和任意两种。
有限机械镜筒长度各国标准不同，一般在160~190mm之间，我国规定为160mm。
物镜外壳上通常标有160/0或160/一等，斜线前数字表示机械镜筒长度，斜线后的“0”或“一”表示金相显微镜不用盖玻璃片；对于透射显微镜，此处的数字表示盖玻璃片的厚度。
任意机械镜筒长度用∞/0或∞/－表示，这种物镜可以在任何镜筒长度下使用，而不会影响成象质量。
（三）透镜的象差
单片普通透镜所成的象，由于物理条件的限制，往往模糊不清或发生畸变，在实际成象中出现的所有缺陷和偏差都称为象差。
象差一般分为两大类：
一类是单色光成象时的象差，简称为单色象差，包括球面象差、彗形象差、象散和象域弯曲；另一类是多色光成象时的象差，称为色象差，这是由于介质对不同波长的光的折射率不同而引起的。
对显微成象影响最大的有三种象差，即球面象差、色象差和象域弯曲。
下面分别介绍这三种象差。
（1）球面象差
来自光轴某点的单色光通过透镜时，由于通过光轴附近的光线的折射角小，透镜边缘的光线的折射角大，因而会形成前后分布的许多聚焦点，成一弥散的光斑。
这种现象称为球面象差，如图1-2所示。
为了降低球面象差，可采用组合透镜作为物镜进行校正。
此外还可以在使用
显微镜时适当调节孔径光栏，控制入射光束的粗细，让一束细光通过透镜中心部位，从而可把球面象差降低到最低限度。
但这样做由于孔径角减小，会使分辨率降低。
（2）色象差
当用白光照射时，会形成一系列不同颜色的象。
这是由于组成白光的各色光波长不同，折射率不同，因而成象的位置也不同，这就是色象差。
色象差分为轴向色差和垂轴色差。
轴向色差是指各色光的成象位置沿轴向分布不同。
紫光折射率最大，红光折射率最小，因此紫光成象离透镜较近，红光成象离透镜较远．如图1-3所示。
由于存在轴向色差，因而使用白光照射会出现彩色的象。
垂轴色差是由于透镜对各色光的放大率不同，因而成象大小也不同，亦称为放大率色差，如图1-4所示。
垂轴色差的存在，使白光成象边缘出现彩色。
消除色象差比较困难，一般采用由不同的透镜组合制成的物镜进行校正。
（3）象域弯曲
垂直于光轴的直立的物体经过透镜后会形成一弯曲的象面，这称为象域弯曲，如图1-5所示。
象域弯曲是几种象差综合作用的结果，会造成难以在垂直放着的平胶片上得到全部清晰的成象。
象域弯曲可以用特制的物镜校正。
平面消色差物镜或平面复消色差物镜都可以用来校正象域弯曲，使成象平坦清晰。
（四）显微镜的物镜
显微镜的成象质量在很大程度上取决于物镜的质量，因此物镜是显微镜最重要的部件。
近年来由于采用了计算机技术，物镜的设计和制造都有了很大改进。
（1）数值孔径（N.A.）
物镜的数值孔径表示物镜收集光线的能力。
物镜对试样上各点的反射光收集得越多，成象质量就越好。
数值孔径常以N.A.来表示，并用下列公式进行计算：
N.A.＝nsinΦ（1-5）
式中：
n为物镜与试样之间介质的折射率；Φ为物镜孔径角的一半（图1-6）。
由式（1-5）可知，Φ角越大，物镜前透镜收集光线的能力就越大。
Φ角的大小取决于前透镜的尺寸和物镜的工作距离（即显微镜成象清楚时，从试样表面到前透镜之间的距离）。
对于干系物镜（即物镜与试样之间的介质为空气），由于n=1，因而物镜的数值孔径不能大于1，一般只能到0.9左右。
对于油浸物镜，由于物镜与试样之间放了折射率较大的介质，因而进入物镜的光线增加，如图1-7所示，可以看出，孔径角为2Φ的油浸物镜收集光线的能力相当于孔径角为2Φ1的干系物镜。
当介质为n＝1.515的松柏油时，数值孔径值最大可达1.4左右。
油浸物镜在物镜镜体上刻有Hi、Oil或.1，同时有环绕镜体的黑圈标志。
物镜的数值孔径一般都标在物镜的镜体上。
（2）分辨率
显微镜的分辨率用它能清晰地分辨试样上两点间的最小距离d表示。
分辨率决定了显微镜分辨试样上细节的程度。
前面已经提到，显微镜的物镜是使物体放大成一实象，目镜的作用是使这个实象再次放大，这就是说，目镜只能放大物镜已分辨的细节，物镜未能分辨的细节，决不会通过目镜放大而变得可分辨。
因此显微镜的分辨率主要取决于物镜的分辨率。
物镜分辨率的表达式如下：
（1-6）
式中：
λ为入射光的波长；N.A.为物镜的数值孔径。
由式（1-6）可知，对于一定波长的入射光，物镜的分辨率完全取决于物镜的数值孔径；数值孔径越大，分辨率就越高。
为了充分利用物镜的分辨率，使操作者看清已被物镜分辨出的组织细节，显微镜必须有适当的放大率。
人眼睛能看清的组织细节对眼睛的视角应大于眼睛的极限分辨角。
当照明条件良好时，这一极限分辨角约为1′。
为了使眼睛能够不太费力地分辨，视角应不小于2′～4′。
如果取2′为分辨角的下限，4′为分辨角的上限，则人眼在明视距离处能分辨的线距离d′为：
即人眼在明视距离处的分辨距离应不小于0.15～0.30mm。
由于显微镜的放大率M为d′与d之比，所以，
将式（1-8）代入式（1-7）并设所用光线的波长为0.55μm（黄绿光），则可以得M的近似表达式如下：
放大率的这个范围称为有效放大率。
放大率小于式（1-9）的下限时，人眼不能看清物镜已分辨的组织细节；放大率大于式（1-9）的上限时，人眼并不能看到更多的细节，物体的象反而不如放大率较低时清晰，这种放大称为“虚放大”或“无效放大”。
图1-8示出在放大率及照明光线波长相同的条件下，采用不同数值孔径的物镜观察珠光体组织的分辨情况对比。
采用数值孔径为0.25的物镜，600倍已超过其有效放大率的上限，所看到的组织模糊不清，如图（a）；采用数值孔径为0.95的物镜，成象质量较好，如图（b）。
焦深是物镜对高低不平的物体能够清晰成象的能力。
当显微镜准确聚焦于某一物面时，如果位于其前面及后面的物面仍然能被观察者看清楚，则该最远两平面之间的距离就是焦深。
物镜的焦深主要取决于物镜的数值孔径。
在照相时，物镜的焦深（dL）与数值孔径（N.A.）之间的关系如下：
从式（1-10）可以看出，物镜的数值孔径越大，其焦深越小。
在物镜的数值孔径特别大的情况下，显微镜可以有很好的分辨率，但焦深很小。
因此要根据需要选择数值孔径合适的物镜。
当显微镜用于高倍观察时，由于焦深小，只有在金相试样表面高低差别很小时，才能清晰成象，因而高倍观察所用的试样应浅腐蚀。
用眼睛观察时，焦深比照相时大，若用d′L和dL分别表示用眼睛观察和照相时的焦深，则有如下关系式：
式中，M为放大率。
表1-1给出了不同物镜的焦深。
（4）工作距离与视场范围
物镜的工作距离是指显微镜准确聚焦后，试样表面与物镜的前端之间的距离。
物镜的放大率越高，工作距离越短。
表1-2给出了不同物镜的大致工作距离，供参考。
从表中可以看出，高放大率的物镜的工作距离相当短，因此，观察调焦时需要格外细心。
视场范围是指显微镜中所观察到的试样表面区域的大小。
视场范围与物镜的放大率成反比。
普通物镜初次放大实象的直径一般为18mm，放大率为l0×、40×、100×的物镜，其视场的直径分别为1.8mm、0.45mm、0.18mm。
平视场物镜初次放大实象直径可达28mm，视场范围便大大增加。
（5）物镜的基本类型
根据对各种象差的校正程度的不同，一般将物镜分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜三大类。
1）消色差物镜
消色差物镜对球差的校正限于黄绿光范围内，对色差只校正红、绿光。
因此消色差物镜仍有残余的色差，象域弯曲仍然存在。
使用消色差物镜时采用黄绿光照明或加黄绿色滤色片可以减少象差。
消色差物镜结构比较简单，成本低，视场中部象差基本上得到校正，在显微镜中最为常用。
2）复消色差物镜
复消色差物镜是质量很高的物镜，对色差可校正红、绿、紫三个波区（实际等于整个可见光范围）；球差校正可达绿紫光范围，但对象域弯曲没有根本的改善。
这种物镜对光源没有任何限制，一般数值孔径较大，成象质量较高，适于高倍观察。
3）平视场物镜
以上两种物镜都是根据对球差和色差的校正程度来分类的。
而平视场物镜是以视场平面校正的广度为标准的。
平视场物镜可使象域弯曲得到很好的校正。
平视场物镜又可分为平场消色差物镜和平场复消色差物镜，对球差和色差的校正分别与消色差物镜和复消色差物镜相同。
这种物镜的特点是显著地扩大了象域的平整范围，使整个视场都比较清晰，适于观察，更有利于照相。
图1-9示出消色差物镜（a）和平场消色差物镜（b）的剖面图。
从图中可以看出，后者镜片比前者多得多，因此生产成本要高得多。
（五）目镜
目镜的作用是将物镜放大的实象再放大，观察时在明视距离处成一放大的虚象，照相时底片上得到一实象。
有的目镜还可以校正物镜未能完全校正的象差。
（1）惠更斯（Hnygoens）目镜
图1-10示出惠更斯目镜剖面图。
惠更斯目镜是由两片未经过色差校正的凸透镜组成：
靠近眼睛的一片称为目透镜，起放大作用；另一片称为场透镜，它的作用使映象亮度均匀。
在两块透镜之间的目透镜焦平面放一光栏，把显微刻度尺放在此光栏上，就能从目镜中观察到迭加在物象上的刻度。
惠更斯目镜既可用于观察，又可用于照相。
当物镜所成的象在目透镜焦点之内时成放大虚象，可进行显微观察；当物镜所成的象在目透镜焦点之外时成放大的实象，可进行显微摄影。
惠更斯目镜因焦点在两片透镜之间，故不能单独作为放大镜使用。
这种不能单独作放大镜用的目镜叫做负型目镜。
惠更斯目镜没有校正象差，只适合与低、中倍消色差物镜配合使用，它的放大倍数一般不超过15倍。
惠更斯目镜结构简单，价格便宜，最为常用。
（2）雷斯登（Ramsden）目镜
雷斯登目镜的焦点位于场透镜之外，可以看作单一的凸透镜，并能单独作为放大镜使用。
这种可以单独当作放大镜使用的目镜称为正型目镜。
雷斯登目镜对象域弯曲和畸变有较好的校正。
在同样放大倍数下，视场比负型目镜小。
（3）补偿目镜
补偿目镜是一种特制的可校正垂轴象差的目镜，分负型和正型两种，配合N.A.＞0.65的消色差物镜、所有的复消色差物镜及平场消色差物镜使用，可以消除后者校正不足的垂轴色差，使得边沿也能得到清楚的映象，可用于高倍观察。
补偿目镜端面标有K字和放大倍数。
（4）广视场目镜
广视场目镜又称为平场目镜或广角目镜。
它配合平视场物镜使用，可以扩大初次放大实象的有用面积。
图1-11示出一种广视场目镜的剖面图。
（六）金相显微镜的照明系统
（1）光源
金相显微镜的光源通常采用钨丝白炽灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。
1）钨丝白炽灯
一般中小型显微镜上都配有低压钨丝灯，工作电压一般为6～8V，用一小调压器调节，功率为15～l00W。
这种灯适合于金相组织的观察。
2）卤素灯（卤钨灯）
目前金相显微镜中供观察用的低压白炽钨丝灯巳逐渐为卤素灯所取代。
这是因为普通灯泡中的钨丝白炽发光时，表面钨会蒸发扩散而聚集在灯泡上，使灯泡发黑，降低照明亮度，同时灯丝也会逐渐变细以至断掉。
如果在灯泡中加入少量的碘，通过所谓“碘钨循环”，就可以有效地避免上述缺陷。
它的原理是：
碘分子（I2）在高温灯丝附近分解为碘原于（I），碘原子与灯泡壁上的钨在250～1200℃的范围内可化合生成易挥发的碘化钨（WI2），碘化钨一扩散到高温（＞1400℃）的钨丝上又会发生分解，沉淀到灯丝上。
显然，如此循环可以避免灯泡发黑，延长灯泡的使用寿命。
卤钨灯的灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。
3）碳弧灯
碳弧灯是利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度很高的光。
一般采用交流电源供电，但由此将产生电弧闪烁跳动，光源不稳定，特别不利于照相，这是它的主要缺点。
4）氙灯
氙灯是在石英玻璃管内装上钨电极并充上高压氙气，利用放电发光。
其特点是光强高、输出稳定、寿命较长。
此外，氙灯光具有类似日光性质的连续光谱，可以用于彩色照相。
氙灯是金相显微观察的最新光源之一。
氙灯容易爆炸，因此使用氙灯要特别注意安全，安装或更换氙灯时要戴防护眼镜或面罩以及防护手套，使用时间至多不得超过规定时间的125％。
使用新氙灯，应在起动前用酒精把石英表面的油污擦干净。
氙灯关闭后要待冷却后（一般约10min以后）才能再次启动。
尽量减少启动次数可以显著延长氙灯的使用寿命。
（2）照明方法
显微镜的照明方法有临界照明和科勒照明两种。
临界照明－光源的象通过聚光透镜首先聚焦在视场光栏上，然后与视场光栏的象一起聚焦在试样表面。
采用临界照明可以得到最高的亮度，但要求光源具有非常均匀的辐射表面，否则在视场中将会看到光源的放大影象，这对于观察显微组织细节和显微照相都是很不利的。
科勒照明－光源的象通过聚光透镜首先聚焦在孔径光栏上，然后与孔径光栏的象一起聚焦在物镜的后焦面，如图1-12所示。
采用科勒照明可以使物镜的后焦面得到充分的照明，因而可以最充分地发挥物镜的分辨率；它还可以使视场得到非常均匀的照明，对光源均匀性的要求也不象在临界照明时那样严格。
目前，新型显微镜都已采用科勒照明，但是仍有一些老式显微镜采用临界照明。
（3）照明方式与垂直照明器
金相显微镜的照明方式分为明场照明和暗场照明。
1）明场照明
明场照明是金相显微镜主要的照明方式。
在明场照明中光源光线通过垂直照明器（图1-13、1-14）转90°角进入物镜，垂直地（或接近垂直地）射向样品表面。
由样品反射回来的光线再经过物镜到目镜。
如果试样是一个抛光的镜面，反射光几乎全部进入物镜成象，在目镜中可看到明亮的一片。
如果试样抛光后再经过腐蚀，试样表面高低不平，则反射光将发生漫射，很少进入物镜成象，在目镜中看到的是暗黑色的象。
在明场观察时，通常采用两种垂直照明器。
其作用都是使来自光源的光线转90°，不过它们的光路不同，效果也不一样。
一种是用平面玻璃做的垂直照明器，如图1-13所示。
平面玻璃表面与光源光线成45°角，将光线反射进入物镜，由于投射在样品上的光线是垂直入射，因而成象平坦、清晰。
此外，平面玻璃反射可使光线充满物镜的后透镜，有利于充分发挥物镜的鉴别能力，适用于中倍和高倍观察。
但是，平面玻璃反射光线损失大，即使采用最好的平面玻璃，最后到达目镜的光线也只有四分之一，损失了四分之三，故成象的亮度小，衬度也差。
另一种是用棱镜作垂直照明器，如图1-14所示。
光线经棱镜全反射后略斜射于样品表面，可造成一定的立体感，有利于观察表面浮凸。
此外，这种垂直照明能使光线全部反射到物镜后透镜上，光线损失极少，成象亮度大，有较好的衬度。
其缺点是光源光线经棱镜全反射后经物镜后透镜的一半照射在样品表面上，而反射回来的光线经过透镜的另一半进入目镜，也就是说物镜实际使用的孔径角减小了一半，即数值孔径减小，从而大大降低了物镜的分辨率，因此只适用于低倍观察，一般不超过100倍。
现代新型的显微镜已经不再用这种全反射棱镜作垂直照明器。
2）暗场照明
在鉴别非金属夹杂物等特殊用途中，往往要采用暗场照明。
暗场照明与明场照明不同（如图1-15所示），其光源光线经聚光透镜后形成一束平行光线，通过暗场环形光栏时，平行光线的中心部分被挡住，形成一束管状光束；然后经过平面玻璃反射，再经过暗场曲面反射镜的反射，管状光束以很大的倾角投射在样品上。
这里要注意，管状光束是从物镜四周通过的，物镜未通过光线从而未起聚光作用。
如果样品表面平滑均匀，则投射光线以很大的倾角反射出去。
光线不进入物镜，在目镜中看到的是一片暗黑色。
如果样品表面存在高低不平之处，则反射光线就有部分进入物镜而形成明亮的象。
这与明场照明下观察的结果正好相反。
（4）光栏
金相显微镜照明系统中有两个光栏，即孔径光栏和视场光栏。
1）孔径光栏
孔径光栏用来控制入射光束的粗细，其位置靠近光源。
一般显微镜的孔径光栏是可以连续调节的，当孔径光栏缩小时，进入物镜的光束变细，光线不通过物镜透镜组的边缘．球面象差大大降低。
但是光束变细，使物镜的孔径角缩小，会使实际使用的数值孔径下降，分辨率降低。
当孔径光栏扩大时，入射光束变粗，物镜的孔径角增大，可以使光线充满物镜的后透镜，这时数值孔径可以达到额定值（即物镜体上标刻的N.A.值），分辨率亦随之提高，但是由于球面象差的增加以及镜筒内部反射与炫光的增加，成象质量将降低。
因此孔径光栏对成象质量影响很大，使用时必须做适当的调节，不能过大或过小，其合适程度应以光束充满物镜后透镜为准，并根据成象的清晰程度来判断。
更换物镜后，孔径光栏必须作适当调节，但是不应用它来调节视场的亮度。
2）视场光栏
一般显微镜除孔径光栏外还有一个视场光栏。
相对光源来说，其位置在孔径光栏之后。
调节视场光栏可以改变显微镜视场的大小，而并不影响物镜的分辨率。
适当调节视场光栏还可以减少镜筒内的反射及炫光，提高成象的衬度和质量。
但是要注意，视场光栏缩得太小，会使观察范围太窄，一般应调节到与目镜视场大小相同。
（5）滤色片
滤色片是显微镜的辅助部件，合理选用可以提高成象质量。
滤色片有以下几个主要作用：
1）配合消色差物镜使用黄绿色滤色片，可以使象差得到最大限度的校正。
2）对复消色差物镜，可采用蓝色滤色片，由于蓝光波长较黄绿光短，因而可以提高物镜的分辨率。
3）减弱光源的强度。
新型显微镜除了备有常用的黄绿色滤色片外，还有一个或几个灰色中性密度的滤色片，可用来减弱入射光线的强度而并不改变入射光的其它特性。
可根据需要制成具有不同光线透过率的滤色片，其透过率可以从80％到0.001％不等。
（七）金相显微镜介绍
金相显微镜种类较多，以下就国内普遍使用的国产XJ-16型显微镜作一简单介绍。
图1-16示出XJ-16型金相显微镜的外形图。
这种显微镜为倒立式，样品台位于显微镜的上方，可以在水平方向上作二维运动，以改变所观察样品的部位，调焦使用同轴结构的粗调手轮和微调手轮．外轮用于粗调，中心手轮用于微调。
显微镜的物镜为消色差物镜，放大率有：
l0×、45×、100×（油浸系）三种。
三个物镜能够同时放在可以转动的物镜座上，当物镜转至光轴上时，有定位器定位。
目镜有10×、15×、6.7×（照相目镜）三个，全是惠更斯目镜。
显微镜光源为6～8V的钨丝灯，采用科勒照明方法，只有明场照明，孔径光栏和视场光栏连续可调。
图1-17为XJ-16型金相显微镜的光路图。
这种显微镜还附带照相设备，可照120底片的金相照片。
（八）显微镜使用注意事项
（1）初次使用显微镜，首先应了解显微镜的基本原理及各部件的作用，详细了解其操作规程。
（2）显微镜的物镜和目镜是显微镜的主要光学部件，装卸时应格外小心，不得用手摸透镜。
对于透镜上的灰尘、油脂、污垢，不能用手或手帕去擦，以免在镜头上留下划痕及脏物，而应用软毛刷或镜头纸轻轻擦拭。
难于除去的沾污可用药棉签沾二甲苯擦拭。
注意不能用酒精和乙醚等溶液，因为镜头上的粘接胶会被这些溶液溶解掉。
油浸系物镜使用后，也要及时用二甲苯清洗。
（3）作显微观察用的样品要干净，不得残留有酒精和腐蚀剂，以免腐蚀物镜。
二、金相样品的制备方法
显微分析是研究金属内部组织的最重要的方法。
在金相学一百多年的发展历史中，绝大部分研究工作是借助于光学显微镜完成的。
近年来，电子显微镜的重要性日益增加，但是光学显微金相技术在科研和生产中仍占据重要的位置。
用光学显微镜观察和研究金属等材料内部组织，一般要分三个阶段来进行：
1）制备所截取试样的表面；2）采用适当的腐蚀操作显示表面的组织；3）用显微镜观察和研究试样表面的组织。
这三个阶段是一个有机的整体，无论哪一个阶段操作不当，都会影响最终效果，因此不应忽视任何一个阶段。
试样制备工作包括许多技巧，需要有长期的实践经验才能较好地掌握；同时它也比较费时和单调，往往使人感到厌烦。
金相显微镜的使用之所以比生物显微镜晚二百年，其原因就是由于长期没有解决试样制备问题。
试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫射，无法用显微镜观察其内部组织。
因此，我们要对试样表面进行加工，通常是用磨光和抛光的方法，以得到一个光亮的镜面。
这个表面还必须能完全代表取样前所具有的状态，也就是说，不能在制样过程中使表层发生任何组织变化。
获得具备这种条件的试样表面，才算是完成了制备阶段。
仅具有光滑的平面的试样，在显微镜下只能看到白亮的一片，而看不到其组织细节，这是由于大多数金属组织中不同的相对于光具有相近的反射能力的缘故。
为此必须用一定的试剂对试样表面进行腐蚀，使试样表面有选择性地溶解掉某些部分（如晶界），从而呈现微小的凹凸不平，这些凹凸不平都在光学系统的景深范围内，这时用显微镜就可以看清楚试样组织的形貌、大小和分布，这就是组织显示阶段。
完成了以上两个阶段后，就可以进入显微分析的第三阶段，即显微组织的观察和分析。
本实验介绍试样的制备和组织的显示，包括取样、镶样、磨光、机械抛光（或电解抛光、化学抛光）、腐蚀等几个主要工序。
（一）取样
选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、
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