材料研究方法实验

张秀英 主讲

材料科学与工程实验教学中心

一、实验目的与要求

1. 掌握偏光显微镜的结构与构造

2. 学会使用和维护方法

3. 学会偏光显微镜调节技术与步骤

实验 1 偏光显微镜的使用与维护

偏光显微镜的构造和使用

二、实验原理与步骤

1. 调节照明（对光）（ 1 ）装上低倍或中倍物镜，打开锁光圈，轻轻推

出上偏光镜、勃氏镜及聚光镜

（ 2 ）转动反光镜至视域最亮为止。如果总是对不

亮，可以轻轻抽出目镜或推入勃氏镜，然后转

动反光镜至视域内看到光源为止。此时加上目

镜或推出勃氏镜，视域必然最亮。

2. 调节焦距（准焦）（ 1 ）将一薄片置于载物台上（注意必须使盖玻璃朝上），用弹

簧夹夹住。（ 2 ）从侧旁看物镜镜头，转动粗动螺丝，使镜筒下降，至物镜 到最低位置（注意切勿压碎薄）。（ 3 ）从目镜中观察，同时转动粗动螺丝，使物台升降，当视域 中刚刚出现物象时，改用微动螺丝，使物象清晰为止。（ 4 ）换用高倍物镜，用同法调节焦距。

在调节焦距时，绝不能眼睛看着目镜下降镜筒，因为

这样很容易压碎薄片并损坏物镜。在调节高倍物镜焦躁

时，尤应注意。因为高倍物镜的焦躁很短，镜头几乎与

薄片接触，若薄片盖玻璃朝下时，不但无法准焦，而且

常有压碎薄片，割伤镜头的事故发生。

3. 校正中心

在校正中心前，必须检查接物镜位置是否正确，如物镜没有安装在正确位置上，中心不但不能校正，而且往往容易损坏物镜和校正螺丝。校正中心时，如发现螺丝旋转费力，或失效时，应立即报告，请求指导，切勿强力扭动。校正中心的方法，参阅教材的有关部分。

三、 MIE 系统的使用

1. 打开计算机桌面的 MIE 系统

2. 观察系统的窗口设置与条目类别

3. 对每一条目用鼠标点击打开，确认各窗口功能，并按说明进行操作

4. 分析操作各项设置对系统测量结果的影响

实验 2 解理及多色性观察

一、实验目的和要求1. 认识解理等级，了解同一矿物不同方向切面上解理缝的表现特征不同。学会解理夹角的测定方法。2. 认识多色性现象及其明显程度。了解同一矿物不同

方向切面上多色性的表现特征不同。3. 学会利用黑云母确定某个偏光镜的振动方向。

二、实验内容

1. 观察并描述黑云母的极完全解理特征，以及其所具

有的极明显多色性现象。利用黑云母测定上偏光镜

的振动方向。

2. 观察角闪石的解理特征，并测定其解理夹角。

三、实验原理1. 解理存在与特征决定于二个方面：一是晶体的结晶学特点，

二是矿物晶体切面方向及矿物晶体的折射率与膜片介质之间的差异

2. 多色性和吸收性 在单偏光镜下，矿物薄片呈现的颜色是矿片对白光中各单色光波选择吸收的结果。选择吸收为矿片对白光中各单色光波的不等量吸收。

⑴多色性：光波在晶体中的振动方向不同，导致矿片颜色发生改变的现象。

⑵吸收性：光波在晶体中的振动方向不同，矿片颜色深浅发生改变的现象。

影响因素：

⑴ 与矿物本性有关：黑云母多色性明显，紫苏辉石多

色性不明显

⑵ 与切片方向有关：平行光轴或光轴面切面的多色性

最明显，垂直光轴切面不具多色性。其它方向切面介于两者之间。

⑶ 薄片愈厚，多色性愈明显

3. 偏光振动方向的确定

利用黑云母确定上偏光的振动方向：黑云母的结晶学特点证

实，发育完整的具有解理的切面，解理缝延伸方向为 Ng或 Nm方向，其折射率较大，吸收性最强，颜色最深；在旋转物台的过程中，只有当解理缝方向与上偏光振动方向平行时，才能透过上偏光观察到的矿物 Ng或 Nm颜色，表现为此时矿物颜色最深，由此可以确定上偏光的振动方向。

四、测定步骤

1. 解理夹角的测定

（ 1 ）选择正确的切面： 要选择同时垂直两组解理

的切面。判断：①两组解理最细最清楚；②把解理缝

平行目镜十字丝纵丝时，升降载物台，解理缝不左右

移动（两组解理都要检验）。

（ 2） 测定方法【 1】在薄片中选择一个具有两组解理的矿物颗粒，准 焦，移至视域中心；【2】转动载物台使矿物的一组解理与十字丝之一平 行，记下载物台刻度盘读数；【 3】旋转载物台使矿物的另一组解理与同一十字丝平 行，记下载物台刻度盘读数；【4】两次读数差即为两组解理的夹角。 利用解理夹角鉴定矿物时必须在其切面垂直与矿物两组解理的颗粒上进行，否则所测不是矿物的真正解理夹角。

MIE 方法测定解理夹角

1. 选取符合要求的切面 (见上 )

2. 启动 MIE 系统中的测量系统

3. 选取 角度 按纽 , 将鼠标在需要测定的两组解理纹上按规定操作 , 解理交角数据会自动显示在所测定的矿物解理区 .

4. 不同区域重复操作可以得到一系列解理夹角数据 .

2. 多色性的测定

【 1】选取多色性较为明显角闪石或黑云母的矿物切

面，旋转物台观察矿物颜色的变化

【 2】在观察过程中作好纪录，并图示矿物晶体不同方

向上颜色且要标明上偏光的位置

3. 上偏光振动方向的确定

【 1】选取具有解理发育良好的黑云母切面，并检查

切面的状况

【 2】转动物台观察矿物晶体颜色的变化

【 3】找出颜色最深方向并标记

实验 3 糙面、突起、贝克线的观察与应用

一、实验目的1. 认识石英、长石、黑云母、角闪石等的突起和糙面特征；

2. 观察方解石的闪突起现象；

3. 学会利用贝克线判断相邻矿物折射率的相对大小和突起正负。

二、实验内容

1. 观察石英、长石、云母、角闪石的边缘轮廓、糙面、 突起等特征及等级；

2. 观察方解石的闪突起现象；

3. 利用贝克线移动规律确定石英和长石、黑云母和角闪石折射率的相对大小；确定黑云母突起的正负

三、实验原理1. 矿物突起是由于矿物晶体与介质折射率差别引起，差别越大突起越高。突起正负之分则决定于矿物折射率高于（正）或低于（负）介质的折射率值。

2. 贝克线起源于光线通过矿物边缘所产生的折射作用，其结果为在相邻二矿物或介质的接触边界上，贝克线总是出现在折射率相对较高的介质一边。此时，缩短焦距，贝克线向折射率相对较低的介质移动，反之则反。

3. 闪突起则是由于矿物切面在不同方向上与介质或环境中矿物折射率差别较大而显示出来。

四、实验步骤

1. 糙面、突起的观察

2. 从薄片上选取石英、长石、黑云母、角闪石等矿物晶

体，单偏光镜下对比观察并记录和描述突起的特征

3. 确定突起等级和正负（必要时需寻找矿物与胶结物之

间的接触边界进行测定）

贝克线的观察和移动规律

选择矿物晶体，当视域光线变暗时，贝克线显示明

显，易观察到；此时稍微调节焦距，可以发现贝克线

的移动规律。

闪突起的观察

选择含方解石矿物的矿片，置于物台上，调节好

显微镜，转动物台，就会观察到在方解石上出现的闪

突起（即在不同位置上，方解石突起变化明显）

实验 4 干涉色的观察与光率体半轴名称的确定

一、实验目的1. 认识正交偏光镜下消光与干涉现象

2. 观察比较不同级别的干涉色特征

3. 学会利用补色原理判断矿物切面上光率体半轴的名称。

二、实验内容、原理和步骤

1. 检查上、下偏光镜振动方向是否垂直

2. 装上中倍或低倍物镜，调节照明使视域最亮推入上偏光镜，观察视域中黑暗程度如何。如果不够黑暗，说明上、下偏光镜振动方向不正交，需转动上、下偏光镜至视域最暗为止

由于已使下偏光镜振动方向与东西十字丝平行，并

使上、下偏光镜振动方向正交，南北十字丝应与上偏光

镜振动方向平行，否则十字丝不正交，应予维修

检查目镜十字丝是否与上、下偏光镜振动方向一致

A 在薄片中找一个具有清晰解理的黑云母，置视域中心旋转物台使解理缝与南北十字丝平行（黑云母解理缝平行东西十字丝时吸收性最强，不易观察）此时最亮。

B 推入上偏光镜，如果黑云母变至最暗，说明上、下偏光镜振动方向已正交。

C 推入上偏光镜后，如果黑云母未达到最暗，说明十字丝与上下偏光镜振动方向不平行，此时应旋转物台使黑云母最暗，然后再转动目镜使十字丝与黑云母解理平行。

3. 消光与干涉现象的观察A 观察非均质矿物任意方向切片（除垂直光轴外）的四次消光、

四次明亮现象。

B 将非均质矿物任意方向切片置视域中心，旋转物台 360度，

有四次黑暗，四次明亮现象。但每次黑暗并非骤然变暗，而

是由亮逐渐变暗直到消光，此时即为消光位。由消光位转 45

度时最亮，所见干涉色最鲜艳和最亮。

准确消光位的确定

非均质矿物的任意方向的切片，消光时的位置是消光位。此时无光通过上偏光镜而视线呈现黑暗。如何准确确定是否达到消光位至关重要，其方法如下：

A 置矿物切片于视域中心。 B 旋转物台使之消光，即达最暗位置。 C 插入石膏板，如果矿片呈现石膏一级红干涉色，即 达消光位，否则要稍转物台，至矿片是一级红方可。

4. 干涉色的观察(1) 分别观察云母试板（ R＝ 1/4λ ）、石膏试板（ R

＝ 1λ ）的干涉色。(2) 观察石英楔的干涉色级序。A 装好正交偏光镜。B 从试板孔缓缓插入石英楔（从薄到厚），从镜中可

以看到视域中一至三级干涉色连续出现。其次序与干涉色色谱表的相同，有的甚至可看到四级干涉色。观察时注意多级干涉色的特征。

(3) 观察方解石的高级白干涉色。

高级白干涉色往往是混合的灰白色，并带珍珠色彩，但要确定为高级白干涉色应作如下操作。

A 置白云石于视域中心，推入上偏光镜。 B 旋转物台使其消光，再转物台 45度观察干涉色特征。 C 插入云母板或石膏板，干涉色无明显变化，此即为 高级白，否则为一级白。

5. 判断干涉色级序

（ 1 ）直观法和色圈法

根据各级的特征，多次观察对比，积累经验，可以直接

观察、判断干涉色的级序。一级以上干涉色的矿片，其边缘

往往可见到细圈干涉色色圈，红圈圈数加 1 ，即为矿片本身

的干涉色级序。用直观法判断石英和白云石的最高干涉色；

用色圈法判断橄榄石的最高干涉色。

(2)借助试板判断干涉色级序

1) 用石膏板和云母板判断，其步骤如下： A 将该切片转至消光位。 B 由消光位转物台 45度，至干涉色最亮。 C 插入试板观察干涉色变化。 D 向相反方向转物台 90度（即由消光位转 45度）， 观察干涉色特征。如用石膏板时出现黄或灰，用云 母板时出现橙红或灰白，则该黄为一级黄。

2) 用石英楔判断干涉色级序

A 在薄片中选干涉色最高的切片置视域中心，旋转物台使之消光，再转物台 45度，观察切片的干涉色。

B 从试板孔缓缓插入石英楔，如果干涉色逐渐降低，直到矿物切片呈现黑暗或出现黑带为止（如果干涉色逐渐升高，旋转物台 90度，再插入石英楔）。

C 缓缓抽出石英楔，干涉色由低逐渐升高，注意有几次红色出现，红色数加 1 即为该片干涉色级序。

6. 判断干涉色级序升降

干涉色的升高与降低，是以色谱表的顺序为标准确

定的，干涉色向色谱表右方移动是升高，向左方移动是

降低。

(1) 借助石膏板判断干涉色升降

石膏板 R＝ 575毫米，呈一级红干涉色，通常用于判断一级干涉色的升降，它升降一个级序。

A 将石英切片置视域中心，旋转物台使之消光，再转 45度，呈一级灰白干涉色。

B 插入石膏板，观察干涉色的变化（注意此时判断干涉色升降应以石膏板的干涉色为准）。若由一级红变为二级兰，则干涉色升高；若由一级红变为一级灰白或一级黄（对矿物来说升高了），则干涉色降低。

(2) 借助云母板判断透辉石干涉色的升降

云母板 R＝ 147毫微米，呈一级灰白干涉色，使用它可使干涉色升降一个色序，其使用方法与石膏板相同，通常用于一级以上干涉色升降的判断。

(3) 借助石英楔判断透辉石干涉色的升降

A 将具较高干涉色的透辉石切片（有干涉色圈者）置视 域中

心。旋转物台使之消光，再转 45度观察干涉色。B 向试板孔缓缓插入石英楔，观察干涉色的连续变化。C 按色谱表顺序确定干涉色升降。D 一般应根据干涉色圈的移动情况来判断，当插入石英楔时，

色圈向外移动是升高，向内移动是降低。

7. 光率体轴名的测定

• 根据补色法则确定矿物切面上光率体半轴名称，操作方

法和步骤见上述有关部分

实验 5 消光类型、延长符号及双晶的观察

一、实验目的和要求1. 认识不同类型矿物的消光类型和消光特征，学会消光角

的测定2. 观察条柱状矿物的延性特征，了解延性符号的测定方法

3. 观察正交偏光镜下双晶的特征和表现，认识几种常见的

矿物双晶类型

二、实验原理• 消光：是矿物晶体在正交偏光显微镜下当矿物切面上光率体长短半轴分布于上下偏光振动方向相互平行时所表现的矿物黑暗现象，根据矿物晶体处于消光时所表现的结晶特征和偏光振动特点的关系，可以分为三种类型：平行消光、对称消光和斜消光（特征见教材）。在斜消光的矿物切面上测定消光角（光率体主轴与结晶轴之间的夹角）具有区别矿物种类的作用。具体到每个矿物如何测定需按《光性矿物学》的规定，在符合要求的切面上测定。

• 延性：是指正交显微镜下矿物延长方向与其切面上光率体主轴之间的夹角，规定：延长方向与 Ng 夹角小于 45度为正延性，否则为负延性。

• 双晶：由于矿物个体按一定规律结合成的双晶，在正交偏光显微镜下会表现为不同时消光的现象，这样就能通过对矿物集合体的消光现象观察确定双晶的存在和类型。

三、实验内容1. 观察角闪石、黑云母、石英、长石不同方向切面的消光类

型和消光特点。

2. 测量黑云母或斜长石或角闪石的延长符号。

3. 观察长石类矿物的简单双晶、聚片双晶、和格子状双晶的

特征。

四、实验步骤1. 延长符号的测定

A 将欲测矿物切片置视域中央，转动物台使之消光。B 由消光位转物台 45度，呈最亮干涉色。C 插入试板，根据干涉色升降确定光率体轴名称。即得

延长符号。 D 写出延性符号（注意表示延性符号最好用图表示）

2. 测普通角闪石的消光角

A 选定角闪石矿物切面，置视域中心。B 转物台使解理平行南北十字丝，记下物台读数。C 转物台使之消光，并达准确消光位，记下物台读数。D 两次读数之差即为夹角。E 由消光位转物台 45度，至最亮干涉色；然后插入试板，

根据干涉色升降确定光率体轴名称。F 写出消光角（注意表示消光角必须有三要素，一是矿

物结晶学方向，如结晶轴，双晶面，解理缝等；二是 光率体轴名称；三是二者之间夹角）

实验 6 锥光镜下干涉图的特征及其应用

一、实验目的和要求

观察和认识干涉图的特征并学会利用干涉图测

定矿物的光性符号和确定矿物切面类型

二、实验内容和实验步骤

• 1. 一轴晶干涉图及光性测定• A 用中倍或低倍物镜在薄片中找好欲研究的矿物切片，移到 视域中心（如为单矿物定向切片可省略此步）• B 把聚光镜升到最高位置。• C 换用高倍物镜，并小心准焦（注意：要特别小心，切勿压 碎薄片，割伤镜头！）。• D 认真地校正中心。 E 推入上偏光镜及勃氏镜，即可看到干 涉图。

• 2. 用石英或方解石的垂直光轴干涉图，测定光性正负。

• 二轴晶干涉图及光性测定

• 观察白云母垂直锐角等分线干涉图特征并测定光性

正负

三、实验原理

1. 利用一轴晶垂直光轴切面测定光性符号的依据为：补色法

则和其波向图（详见教材）

2. 利用二轴晶垂直 BXa 切面测定光性符号，是依据其干涉图

在 45度位置时，二个光轴之间的光率体投影在光轴面方向

上均为 BXO 的投影，这样利用补色法则就可以确定测定矿

物的光性符号。

实验 7 反光显微镜的使用

一、实验目的与要求 1. 了解反光显微镜的结构与构造，掌握反光显微

镜的调节方法和原理 2. 了解和掌握反光显微镜下不透明矿物基本特征

和性质变化，学会基本性质观察方法和步骤。

二、实验内容 1. 反光显微镜的使用（金相显微镜） 2. 利用金相显微镜观察不透明矿物的光学性质

–矿物反射率的观察

–矿物颗粒及其边界与矿物粒度观察

–矿物反射色的观察

–矿物内反射的观察

实验 8 显微镜下材料结构参数的测定

一、实验目的和要求 显微镜下认识并学会区分矿物颗粒及其类型学会矿物粒度的基本统计方法和原理

二、实验内容 显微镜下测定薄片中矿物颗粒的粒度并绘制粒度分布图。

三、实验步骤 1. 选取薄片视域（具有代表性）。

2. 认真观察矿物特征和区分矿物种类。

3. 选取一种或全部矿物颗粒作为测定对象进行粒度测定。

4. 根据测定结果，选取一定的粒度间隔，绘制粒度分布图，并计算所观察矿物的相关粒度参数。