根據光學顯微鏡的使用方式和用途可分為:普通顯微鏡、熒光顯微鏡、激光共聚焦掃描顯微鏡、暗視野顯微鏡、相差顯微鏡、偏光顯微鏡、微分干涉差顯微鏡、倒置顯微鏡和金相顯微鏡等。
金相顯微鏡是專門用于觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡,故硅酸鹽學主要使用金相顯微鏡。這些不透明物體無法在普通的透射光顯微鏡中觀察,因此金相顯微鏡和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光照明,而后者以透射光照明。在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面,被物面反射后再返回物鏡成像。金相顯微鏡具有穩定性好成像清晰、分辨率高、視場大而平坦的特點。
金相分析是研究材料內部組織結構的主要方法之一,特別是在金屬材料研究領域中占有很重要的地位。金相顯微鏡是進行顯微分析的主要工具,利用金相顯微鏡在專門制備的試樣上觀察材料的組織和缺陷的方法,稱為金相顯微分析。顯微分析可以觀察、研究材料中存在的相的形貌、品粒大小以及這些相和非金屬夾雜物(氧化物、硫化物等)在組織中的數量和分布情況等問題,根據材料的組織結構與其化學成分之間的關系,可以確定各類材料經不同加工工藝處理后的顯微組織,并以此判別材料的性能及質量的優劣等。金相學的誕生已經有一個多世紀了,作為現代金相的重要組成部分及研究方法之一,光學顯微鏡在金屬材料的宏觀和微觀檢驗中發揮著重要的作用,尤其以其直觀、便捷等特點在金相組織鑒別和缺陷分析中得到了廣泛應用,并已成為一門成熟的學科。隨著科學技術的發展,金相學也在不斷充實新的內容和擴大它的領域。
首先,觀察手段的改進使金相學起了明顯
的變化。隨著光學顯微技術的發展,從顯微鏡光學系統的設計到觀察方式都有了很大的進步,進一步提高了觀察的效果和效率。特別是近年來數碼影像系統的發展,使影像數字化,并為定量金相分析提供了條件。目前,它的主要發展趨勢是定量金相學,也就是把光學顯微鏡配上電子計算機,對顯微組織的一些特征進行定量的分析。同時,針對材料研究的多樣化要求,顯微鏡各種功能的模塊化設計為擴展顯微鏡的功能提供了一個好的平臺臺,如電動臺、加熱臺等,從而可以非常方便地搭載,為多視場金屬夾雜物的評定以及對高溫或低溫條件下組織轉變的研究提供了便利。金相分析作為常規檢驗手段之一,為了提高工作效率,也促使顯微鏡的自動化程度大幅度的提高,例如自動聚焦、物鏡電動轉化、觀察方式電動轉換,甚至顯微鏡由計算機操控都可實現,為材料科學研究和產品質量控制提供了有利的工具。
光學顯微鏡雖然有簡單方便的優點,但是它的分辨率不高。由于光波波長的限制,金相顯微鏡的放大倍數為幾十倍到2000倍,極限分辨率為250nm左右,一般僅能觀察金相組織中幾十微米尺度的細節。而且,也不能給出有關相的晶體結構、取向、缺陷和成分的信息。若要觀察材料的更精細結構,如嵌鑲塊等,則要用放大倍數可達幾萬到幾十萬倍的透射電子顯微鏡或掃描電子顯微鏡及X光射線能譜技術等。為了獲得更高的分辨率以觀察更細微的內部結構,20世紀30年代初研制成功了透射式電子顯微鏡。經過半個世紀的發展,它的分辨率已接近或達到分辨單個原子的水平。這些電子光學儀器不但有的分辨率,并且能進行微區電子衍射分析,給出有關的晶體結構數據,而且能確定有關相之間的取向關系和內部缺陷。后來,為了觀察凸凹不平的大塊試樣(斷口),掃描電子顯微鏡又應運而生,配上X射線譜儀及電子能量譜儀后,還能進行小到幾納米范圍的化學成分分析。總之,電子顯微(包括透射電鏡和掃描電鏡)使我們對金屬的顯微組織結構的研究深入到原子的層次，是光學顯微分析的重要補充，已經成為現代金相學研究的重要手段。
