根据光学显微镜的使用方式和用途可分为:普通显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦扫描显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、偏光显微镜、微分干涉差显微镜、倒置显微镜和金相显微镜等。
金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜,故硅酸盐学主要使用金相显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察,因此金相显微镜和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光照明,而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面,被物面反射后再返回物镜成像。金相显微镜具有稳定性好成像清晰、分辨率高、视场大而平坦的特点。
金相分析是研究材料内部组织结构的主要方法之一,特别是在金属材料研究领域中占有很重要的地位。金相显微镜是进行显微分析的主要工具,利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法,称为金相显微分析。显微分析可以观察、研究材料中存在的相的形貌、品粒大小以及这些相和非金属夹杂物(氧化物、硫化物等)在组织中的数量和分布情况等问题,根据材料的组织结构与其化学成分之间的关系,可以确定各类材料经不同加工工艺处理后的显微组织,并以此判别材料的性能及质量的优劣等。金相学的诞生已经有一个多世纪了,作为现代金相的重要组成部分及研究方法之一,光学显微镜在金属材料的宏观和微观检验中发挥着重要的作用,尤其以其直观、便捷等特点在金相组织鉴别和缺陷分析中得到了广泛应用,并已成为一门成熟的学科。随着科学技术的发展,金相学也在不断充实新的内容和扩大它的领域。
首先,观察手段的改进使金相学起了明显
的变化。随着光学显微技术的发展,从显微镜光学系统的设计到观察方式都有了很大的进步,进一步提高了观察的效果和效率。特别是近年来数码影像系统的发展,使影像数字化,并为定量金相分析提供了条件。目前,它的主要发展趋势是定量金相学,也就是把光学显微镜配上电子计算机,对显微组织的一些特征进行定量的分析。同时,针对材料研究的多样化要求,显微镜各种功能的模块化设计为扩展显微镜的功能提供了一个好的平台台,如电动台、加热台等,从而可以非常方便地搭载,为多视场金属夹杂物的评定以及对高温或低温条件下组织转变的研究提供了便利。金相分析作为常规检验手段之一,为了提高工作效率,也促使显微镜的自动化程度大幅度的提高,例如自动聚焦、物镜电动转化、观察方式电动转换,甚至显微镜完全由计算机操控都可实现,为材料科学研究和产品质量控制提供了有利的工具。
光学显微镜虽然有简单方便的优点,但是它的分辨率不高。由于光波波长的限制,金相显微镜的放大倍数为几十倍到2000倍,极限分辨率为250nm左右,一般仅能观察金相组织中几十微米尺度的细节。而且,也不能给出有关相的晶体结构、取向、缺陷和成分的信息。若要观察材料的更精细结构,如嵌镶块等,则要用放大倍数可达几万到几十万倍的透射电子显微镜或扫描电子显微镜及X光射线能谱技术等。为了获得更高的分辨率以观察更细微的内部结构,20世纪30年代初研制成功了透射式电子显微镜。经过半个世纪的发展,它的分辨率已接近或达到分辨单个原子的水平。这些电子光学仪器不但有极高的分辨率,并且能进行微区电子衍射分析,给出有关的晶体结构数据,而且能确定有关相之间的取向关系和内部缺陷。后来,为了观察凸凹不平的大块试样(断口),扫描电子显微镜又应运而生,配上X射线谱仪及电子能量谱仪后,还能进行小到几纳米范围的化学成分分析。总之,电子显微(包括透射电镜和扫描电镜)使我们对金属的显微组织结构的研究深入到原子的层次，是光学显微分析的重要补充，已经成为现代金相学研究必不可少的重要手段。