实验八岩相显微镜观察与耐火材料荷重软熔点测定实验 581岩相显微镜观察实验 在冶金工业中,原材料是一切的基础,原料的优劣关系到产品的质量和成本。对原料进行观察分析,是冶金 研究中的重要一环,随着技术发展手段逐渐多样。透反两用显微镜作为观察矿物原料的重要工具,其性能在近 几十年里迅速提升,成为了冶金实验中的一个重要工具。利用它我们可以观察矿石、炉渣的显微结构,从而判 断物体的性质。所以透反两用显微镜的使用需要我们着重掌握。 实验目的 本实验综合了几种分析鉴定岩相的方法,通过本实验的学习目的如下 (1)掌握岩相显微镜的调节和使用方法; (2)掌握在偏光显微镜下系统观察矿物物理性质的条件和方法 (3)掌握在反光显微镜下系统观察矿物物理性质的条件和方法; (4)初步掌握矿相和岩相的鉴定方法。 2.实验设备和实验原理 2.1透反两用显微镜结构 透反两用显微镜可以用来观察透明、半透明的岩石和不透明的矿物,操作简便、用途广泛。其基本构造如图
实验八 岩相显微镜观察与耐火材料荷重软熔点测定实验 §8.1 岩相显微镜观察实验 在冶金工业中，原材料是一切的基础，原料的优劣关系到产品的质量和成本。对原料进行观察分析，是冶金 研究中的重要一环，随着技术发展手段逐渐多样。透反两用显微镜作为观察矿物原料的重要工具，其性能在近 几十年里迅速提升，成为了冶金实验中的一个重要工具。利用它我们可以观察矿石、炉渣的显微结构，从而判 断物体的性质。所以透反两用显微镜的使用需要我们着重掌握。 1．实验目的 本实验综合了几种分析鉴定岩相的方法，通过本实验的学习目的如下： （1） 掌握岩相显微镜的调节和使用方法； （2） 掌握在偏光显微镜下系统观察矿物物理性质的条件和方法； （3） 掌握在反光显微镜下系统观察矿物物理性质的条件和方法； （4） 初步掌握矿相和岩相的鉴定方法。 2．实验设备和实验原理 2.1透反两用显微镜结构 透反两用显微镜可以用来观察透明、半透明的岩石和不透明的矿物，操作简便、用途广泛。其基本构造如图 8-1
丽D ◆ 图8-1透反两用显微镜系统光路图 1光源;2.聚光镜;3.滤光片;4.聚光镜;5孔镜光栏;6.第—透镜;7.视场光栏;8.第二透镜 9.半透半反射镜;10.第三透镜;11.物镜;12补偿透镜;13.转向棱镜;14.双目棱镜;15.目镜; 16.反射镜;17.第四透镜;18第五透镜;19孔径光栏;20聚光镜组;21.试样或标本切片;22.暗场锥 形反射镜;23.暗场反射镜;24.小透镜;25.玻璃屏;26.检偏镜;∂7.起偏镜;≥8.摄影门镜;29.快 门;30.投影屏;31.反射镜;32.暗盒 2.1.1机械部分 (1)镜座。镜座攴持显微镜的全部重量,其外形为楔形方盘。 (2)镜臂。其下端与镜座相连,呈直角弓形,作为仪器主干,无法移动。 (3)载物台。载物台是一个可以水平移动的圆形平台。其边缘有刻度和游标尺,可以读出旋转角度。在圆 台外缘有固定螺丝,用来固定物台。物台中央有圆孔,是光线通道,作为反光镜使用时圆孔可关闭。圆孔旁还 有一对弹簧夹,用来固定薄片。 2.1.2光学部分 光学部分主要由反光镜、透光镜、光栏、聚光镜、镜筒、目镜等组成。 (1)反光镜。反光镜是一个平、凹两面的小圆镜,可以自由转动以便对准光源,把光反射到显微镜的光学 系统中去。使用时应尽量取所需的亮度。在弱光源或锥光鉴定时,一般使用凹透镜
图8-1 透反两用显微镜系统光路图 1.光源；2．聚光镜；3．滤光片；4．聚光镜；5孔镜光栏；6．第—透镜；7．视场光栏；8．第二透镜； 9．半透半反射镜；10．第三透镜；11．物镜；12.补偿透镜；13．转向棱镜；14．双目棱镜；15．目镜； 16．反射镜；17．第四透镜；18.第五透镜；19孔径光栏；20.聚光镜组；21．试样或标本切片；22．暗场锥 形反射镜；23．暗场反射镜；24．小透镜；25．玻璃屏；26．检偏镜；27．起偏镜；28．摄影门镜；29．快 门；30．投影屏；31．反射镜；32．暗盒 2.1.1机械部分 （1）镜座。镜座支持显微镜的全部重量，其外形为楔形方盘。 （2）镜臂。其下端与镜座相连，呈直角弓形，作为仪器主干，无法移动。 （3）载物台。载物台是一个可以水平移动的圆形平台。其边缘有刻度和游标尺，可以读出旋转角度。在圆 台外缘有固定螺丝，用来固定物台。物台中央有圆孔，是光线通道，作为反光镜使用时圆孔可关闭。圆孔旁还 有一对弹簧夹，用来固定薄片。 2.1.2光学部分 光学部分主要由反光镜、透光镜、光栏、聚光镜、镜筒、目镜等组成。 （1） 反光镜。反光镜是一个平、凹两面的小圆镜，可以自由转动以便对准光源，把光反射到显微镜的光学 系统中去。使用时应尽量取所需的亮度。在弱光源或锥光鉴定时，一般使用凹透镜
(2)光栏。光栏固定在光源旁边,可以自由开合,用来控制光的透过量。 (3)聚光镜。聚光镜在光栏后面,有一组透镜组成。它可以把从滤光片过来的偏光聚集成锥形偏光。不使 用时,可以将其推在侧面或使其下降。有的聚光镜上刻有数值口径(NA) (4)镜筒。镜筒为长的圆筒,连接在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺旋或微动螺旋,可使其上升或者下降, 用以调节焦距。微动螺旋上设有刻度,可以读出微动螺旋的升降距离(-格等于0.01或0.02)。镜筒上段插有 目镜,下端装有物镜,中间设有试板孔(可封闭)、半透半反镜、透镜。 (5)物镜。物镜分为干燥物镜和油浸物镜,分别对应物镜与观察物体间的介质为空气和油两种情况。物镜 分为镜头和物镜框,镜头是由一组透镜组成,放大倍数取决于光学镜筒长度和物镜的焦距的商。 (6)目镜。用于放大物镜所形成的形象,放大倍数的表示方法与物镜相同。目镜根据其光学性能的不同分 为惠更斯目镜、补偿目镜和无畸变目镜。 22偏光显微镜的原理 透反两用显微镜可以作为偏光显微镜使用。在透射光下测定透明矿物的物理光学性质,是鉴定和硏究渣样、 矿样物相的一种方法。它经常和Ⅹ射线衍射分析配合,以确定物相的结构式。可用石膏试板、云母试板和石英 楔子作为补偿器,在正交偏光下测定矿物干涉色和晶体延性符号。利用显微镜插上不同部件,可构成单偏光、 正交偏光和锥光三种光路视场。 (1)单偏光 观察在光路中仅插λ起偏镜,在偏光下观察物相的形状、大小、数量、分布、透明度、颜色、多色性及解 理。单偏光下常用油浸法测定矿物的折光率。将矿物浸没在已知折光率的介质中。若两者折光率相差很大,矿 物的边缘、糙面、突起和贝克线(由于相邻两介质的折光率不同,而产生沿矿物边部的细亮带)等现象很明 显,矿物轮廓很清楚。提升镜筒时,贝克线冋折光率高的方冋移动;下降镜筒时,贝克线冋折光率较小介质方 向移动。根据贝克线移动方向就可知道矿物的折光率是大于还是小于浸油。不断更换浸油,直到浸油和矿物折 光率相近或相等时,矿物的边缘、糙面、突起变得不明显甚至消失,此时浸油的折光率即为矿物的折光率值 (2)正交偏光 观察在单偏光光路的基础上,加入检偏镜,即构成正交偏光光路,可对矿相的消光性、干涉色级序等光学性 质进行测定。偏光通过均质体矿物后,振动方向不发生变化,所以光不能通过上偏光镜,视场呈黑暗消光现 象,转动物台出现全消光。非均质体矿物因光学性质各向异性,光射入矿物发生双折射,产生振动方向互相垂 直的两条偏光。当其振动方向和上下偏光镜的振动方向一致时,从下偏光镜出来的偏光,经过矿物时不改变其 振动方向,因而通不过上偏光镜,故出现消光现象。在正交偏光下观察到有四次消光现象的矿物,一定是非均 质矿物
（2） 光栏。光栏固定在光源旁边，可以自由开合，用来控制光的透过量。 （3） 聚光镜。聚光镜在光栏后面，有一组透镜组成。它可以把从滤光片过来的偏光聚集成锥形偏光。不使 用时，可以将其推在侧面或使其下降。有的聚光镜上刻有数值口径（N.A）。 （4） 镜筒。镜筒为长的圆筒，连接在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺旋或微动螺旋，可使其上升或者下降， 用以调节焦距。微动螺旋上设有刻度，可以读出微动螺旋的升降距离（一格等于0.01或0.02）。镜筒上段插有 目镜，下端装有物镜，中间设有试板孔（可封闭）、半透半反镜、透镜。 （5） 物镜。物镜分为干燥物镜和油浸物镜，分别对应物镜与观察物体间的介质为空气和油两种情况。物镜 分为镜头和物镜框，镜头是由一组透镜组成，放大倍数取决于光学镜筒长度和物镜的焦距的商。 （6） 目镜。用于放大物镜所形成的形象，放大倍数的表示方法与物镜相同。目镜根据其光学性能的不同分 为惠更斯目镜、补偿目镜和无畸变目镜。 2.2偏光显微镜的原理 透反两用显微镜可以作为偏光显微镜使用。在透射光下测定透明矿物的物理光学性质，是鉴定和研究渣样、 矿样物相的一种方法。它经常和Ｘ射线衍射分析配合，以确定物相的结构式。可用石膏试板、云母试板和石英 楔子作为补偿器，在正交偏光下测定矿物干涉色和晶体延性符号。利用显微镜插上不同部件，可构成单偏光、 正交偏光和锥光三种光路视场。 （1）单偏光 观察在光路中仅插入起偏镜，在偏光下观察物相的形状、大小、数量、分布、透明度、颜色、多色性及解 理。单偏光下常用油浸法测定矿物的折光率。将矿物浸没在已知折光率的介质中。若两者折光率相差很大，矿 物的边缘、糙面、突起和贝克线（由于相邻两介质的折光率不同，而产生沿矿物边部的细亮带）等现象很明 显，矿物轮廓很清楚。提升镜筒时，贝克线向折光率高的方向移动；下降镜筒时，贝克线向折光率较小介质方 向移动。根据贝克线移动方向就可知道矿物的折光率是大于还是小于浸油。不断更换浸油，直到浸油和矿物折 光率相近或相等时，矿物的边缘、糙面、突起变得不明显甚至消失，此时浸油的折光率即为矿物的折光率值。 （2）正交偏光 观察在单偏光光路的基础上，加入检偏镜，即构成正交偏光光路，可对矿相的消光性、干涉色级序等光学性 质进行测定。偏光通过均质体矿物后，振动方向不发生变化，所以光不能通过上偏光镜，视场呈黑暗消光现 象，转动物台出现全消光。非均质体矿物因光学性质各向异性，光射入矿物发生双折射，产生振动方向互相垂 直的两条偏光。当其振动方向和上下偏光镜的振动方向一致时，从下偏光镜出来的偏光，经过矿物时不改变其 振动方向，因而通不过上偏光镜，故出现消光现象。在正交偏光下观察到有四次消光现象的矿物，一定是非均 质矿物
非均质矿物在不发生消光的位置上发生另一种光学现象—干涉现象。因双折射产生振动方向和折光率都不 相同的两条偏光,必然在矿物中具有不同的传播速度,因而透过矿物后,它们之间必有光程差,因此就会发生 干涉现象。由于光程差与波长有关,所以以白光为光源时,白光中有些波长因双折射产生的两束光,通过上偏 光镜后因相互干涉而加强。另一些波长的光通过检偏镜后因相干涉而抵消。所有未消失的各色光混合起来便构 成了与该光程差相应的特殊混合色,它是由白光干涉而成,称为干涉色 根据光程差的大小,出现五个级序的干涉色,第一级序里没有鲜蓝和绿色,由黑、灰、白、黄、橙、紫红色 构成。其它级序依次出现蓝、绿、黄、橙、红等干涉色,级序越高、颜色越浅越不纯。灰白色是第-级序的特 征,每个级序之末均为紫红色。五级以上由于近于白色,又称高级白。 (3)锥光 观察在正交偏光的基础上再加上聚光镜,换用髙倍物镜(如63倍),转λ勃氏镜于光路中,便构成锥光系 统见图8-2,以便测定矿物的干涉图、轴性、光性正负等光学性质。其中聚光镜是由一组透镜组成,是把下偏光 镜上来的平行偏光变成偏锥光。勃氏镜是一个凸透镜,与目镜一起放大锥光干涉图。 图8-2锥光光学系统光路图 1-眼睛;2-目镜;3-视场光栏;4-勃氏镜;5-上偏光镜;6-物镜,7-物平面;8-聚光镜;9-孔径光栏;10- 下偏光镜;11-反光镜 在偏锥光中除中央一条光线是垂直射入矿物外,其余均倾斜入射,越靠外倾角越大,产生的光程差-般也越 大。非均质矿物光学性质是各向异性的,因此当许多不同方向入射光同时进入矿物后,到上偏光镜时所发生的 消光和干涉现象也不同。所以在锥光镜下所观察到的应是偏锥光中各个入射光至上偏光镜所产生的消光和干涉 现象的总和,结果产生了各式各样特殊的干涉图形。锥光下正是根据干涉图及其变化来确定非均质矿物的轴性 (一轴晶或二轴晶)和光性正负等性质。均质矿物在正交偏光下呈全消光,因此锥光下不产生干涉图 光轴是指矿物不发生双折射的特殊方向。一轴晶有一个光轴,二轴晶有两个光轴的晶体。光射入一轴晶矿 物,由双折射产生的两条偏光,其一振动方向永远和光轴垂直,各方向折光率相等,称为常光折光率No;另- 偏光振动方向包含在光波传播方向及光轴所构成的平面上,其折光率随方向而异,称为非常光折光率Ne,即- 轴晶有两个主折光率Ne和No,所以单偏光下有两个主要颜色。如果Ne>No,称正光性晶体;若Ne<No,称 负光性晶体。对于二轮晶有三个主折光率Ng、Nm和Np,所以单偏光下矿物应该有三个主要颜色。其中Ng为 最大折光率,Np为最小折光率,Nm为中间折光率。当Ng-Nm>Nm-Np时,称为正光性晶体;当Ng一 Nm<Nm-Np时,称为负光性晶体
非均质矿物在不发生消光的位置上发生另一种光学现象—干涉现象。因双折射产生振动方向和折光率都不 相同的两条偏光，必然在矿物中具有不同的传播速度，因而透过矿物后，它们之间必有光程差，因此就会发生 干涉现象。由于光程差与波长有关，所以以白光为光源时，白光中有些波长因双折射产生的两束光，通过上偏 光镜后因相互干涉而加强。另一些波长的光通过检偏镜后因相干涉而抵消。所有未消失的各色光混合起来便构 成了与该光程差相应的特殊混合色，它是由白光干涉而成，称为干涉色。 根据光程差的大小，出现五个级序的干涉色，第一级序里没有鲜蓝和绿色，由黑、灰、白、黄、橙、紫红色 构成。其它级序依次出现蓝、绿、黄、橙、红等干涉色，级序越高、颜色越浅越不纯。灰白色是第一级序的特 征，每个级序之末均为紫红色。五级以上由于近于白色，又称高级白。 （3）锥光 观察在正交偏光的基础上再加上聚光镜，换用高倍物镜（如63倍），转入勃氏镜于光路中，便构成锥光系 统见图8-2，以便测定矿物的干涉图、轴性、光性正负等光学性质。其中聚光镜是由一组透镜组成，是把下偏光 镜上来的平行偏光变成偏锥光。勃氏镜是一个凸透镜，与目镜一起放大锥光干涉图。 图8-2 锥光光学系统光路图 1-眼睛；2-目镜；3-视场光栏；4-勃氏镜；5-上偏光镜；6-物镜，7-物平面；8-聚光镜；9-孔径光栏；10- 下偏光镜；11-反光镜 在偏锥光中除中央一条光线是垂直射入矿物外，其余均倾斜入射，越靠外倾角越大，产生的光程差一般也越 大。非均质矿物光学性质是各向异性的，因此当许多不同方向入射光同时进入矿物后，到上偏光镜时所发生的 消光和干涉现象也不同。所以在锥光镜下所观察到的应是偏锥光中各个入射光至上偏光镜所产生的消光和干涉 现象的总和，结果产生了各式各样特殊的干涉图形。锥光下正是根据干涉图及其变化来确定非均质矿物的轴性 （一轴晶或二轴晶）和光性正负等性质。均质矿物在正交偏光下呈全消光，因此锥光下不产生干涉图。 光轴是指矿物不发生双折射的特殊方向。一轴晶有一个光轴，二轴晶有两个光轴的晶体。光射入一轴晶矿 物，由双折射产生的两条偏光，其一振动方向永远和光轴垂直，各方向折光率相等，称为常光折光率No；另一 偏光振动方向包含在光波传播方向及光轴所构成的平面上，其折光率随方向而异，称为非常光折光率Ne，即一 轴晶有两个主折光率Ne和No，所以单偏光下有两个主要颜色。如果Ne>No，称正光性晶体；若Ne<No，称 负光性晶体。对于二轮晶有三个主折光率Ng、Nm和Np，所以单偏光下矿物应该有三个主要颜色。其中Ng为 最大折光率，Np为最小折光率，Nm为中间折光率。当Ng－Nm>Nm－Np时，称为正光性晶体；当Ng一 Nm<Nm－Np时，称为负光性晶体
2.3反光显微镜的原理 当透反两用显微镜作为反光镜使用时,增加了光源和垂直照明器。垂直照明器的运作结构如图8-3所示。在 反光显微镜下观察矿石光片时,同一强度的入射光照射到矿石光片后,不同矿物反射出来的光强度是不同的。 因此,把矿物对垂直照射于某光面上的光线的反射能力称为反射力,表示反射力大小的数值称为反射率,通常 以百分数来表示。如果以R表示为反射率、表示入射光强度、I表示反射光强度,则(公式8-1) R=二×100% (8-1) 反射色是指不透明矿物的光片在光波垂直照射下所能看到的颜色,是单向垂直反射光的颜色。某些不透明的 矿物,当光线照到其光片上时,有部分光线透入矿物内部,碰到矿物内部的解理面、裂隙、空洞、晶粒界面等 再反射出来,显出投射光的颜色,这种现象称为内反射,它的颜色称为内反射颜色。 432 6 图8-3垂直照明器的示意光路图 1-聚光透镜;2-口径光圈;3-前偏光镜;4-视野光圈;5-校正透镜;6-物镜透镜;7-矿石光片;8-云母补 偿器;9-上偏光镜;10-目镜透镜 不透明的非均质矿物可有不同的反射力,一轴晶矿物有两个主反射率Ro和Re,二轴晶矿物有三个主反射率 Rg、Rm、Rp。矿物反射力随方向不同而改变的性质称为双反射。双反射率的大小等于最大反射率(R1)与最 小反射率(R2)之差,可用4R表示,单位为%,即:AR=R1-R2 3.实验步骤 A:偏光显微镜下的矿物鉴定 (1)观察矿物的形态,包括单体形态和聚合形态; (2)观察矿物的颜色、条痕、光泽和透明度;
2.3反光显微镜的原理 当透反两用显微镜作为反光镜使用时，增加了光源和垂直照明器。垂直照明器的运作结构如图8-3所示。在 反光显微镜下观察矿石光片时，同一强度的入射光照射到矿石光片后，不同矿物反射出来的光强度是不同的。 因此，把矿物对垂直照射于某光面上的光线的反射能力称为反射力，表示反射力大小的数值称为反射率，通常 以百分数来表示。如果以R表示为反射率、Ii表示入射光强度、Ir表示反射光强度，则（公式8-1）： （8-1） 反射色是指不透明矿物的光片在光波垂直照射下所能看到的颜色，是单向垂直反射光的颜色。某些不透明的 矿物，当光线照到其光片上时，有部分光线透入矿物内部，碰到矿物内部的解理面、裂隙、空洞、晶粒界面等 再反射出来，显出投射光的颜色，这种现象称为内反射，它的颜色称为内反射颜色。 图8-3 垂直照明器的示意光路图 1-聚光透镜；2-口径光圈；3-前偏光镜；4-视野光圈；5-校正透镜；6-物镜透镜；7-矿石光片；8-云母补 偿器；9-上偏光镜；10-目镜透镜 不透明的非均质矿物可有不同的反射力，一轴晶矿物有两个主反射率Ro和Re，二轴晶矿物有三个主反射率 Rg、Rm、Rp。矿物反射力随方向不同而改变的性质称为双反射。双反射率的大小等于最大反射率（R1）与最 小反射率（R2）之差，可用△R表示，单位为%，即：△R= R1- R2。 3．实验步骤 A：偏光显微镜下的矿物鉴定 (1) 观察矿物的形态，包括单体形态和聚合形态； (2) 观察矿物的颜色、条痕、光泽和透明度；