1、 131 電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào) 132 掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理 133 掃描電子顯微鏡的主要性能掃描電子顯微鏡的主要性能 134 表面形貌襯度原理及其應(yīng)用表面形貌襯度原理及其應(yīng)用 135 原子序數(shù)襯度原理及其應(yīng)用原子序數(shù)襯度原理及其應(yīng)用透射電鏡的成像透射電鏡的成像電子束穿過(guò)樣品后獲得樣品電子束穿過(guò)樣品后獲得樣品襯度的信號(hào)（電子束強(qiáng)度），利用電磁透鏡（三級(jí)）襯度的信號(hào)（電子束強(qiáng)度），利用電磁透鏡（三級(jí)）放大成像。放大成像。掃描電鏡成像掃描電鏡成像利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出來(lái)的各

2、種掃描時(shí)激發(fā)出來(lái)的各種物理信號(hào)物理信號(hào)來(lái)調(diào)制成像的。來(lái)調(diào)制成像的。 掃描電鏡（掃描電鏡（SEM）的用途：）的用途： 斷口形貌分析、金相表面形貌觀察；斷口形貌分析、金相表面形貌觀察； 微區(qū)成分定性分析（和電子探針結(jié)合）；微區(qū)成分定性分析（和電子探針結(jié)合）； 材料變形與斷裂動(dòng)態(tài)過(guò)程原位觀察。材料變形與斷裂動(dòng)態(tài)過(guò)程原位觀察。 分辨率：分辨率：1nm以下（二次電子像）；以下（二次電子像）； 放大倍數(shù)放大倍數(shù)：數(shù)倍：數(shù)倍20萬(wàn)倍左右。萬(wàn)倍左右。高能電子束與樣品作用產(chǎn)生各種信息：高能電子束與樣品作用產(chǎn)生各種信息：二次電子、背散射電子、二次電子、背散射電子、吸收電子、特征吸收電子、特征X射線、射線、俄歇電子

3、、透射電子等俄歇電子、透射電子等。 一一. 背散射電子背散射電子 產(chǎn)生產(chǎn)生：背散射電子是被固體樣品中原子反彈：背散射電子是被固體樣品中原子反彈回來(lái)的一部分入射電子。回來(lái)的一部分入射電子。 包括包括：彈性背散射電子彈性背散射電子被樣品中被樣品中原子原子核核反彈回來(lái)的入射電子，能量基本沒(méi)有損失，反彈回來(lái)的入射電子，能量基本沒(méi)有損失，能量很高。能量很高。 非彈性背散射電子非彈性背散射電子被樣品中被樣品中核外核外電子電子撞擊后產(chǎn)生非彈性散射的入射電子，方撞擊后產(chǎn)生非彈性散射的入射電子，方向和能量均發(fā)生改變，經(jīng)多次散射后仍能反向和能量均發(fā)生改變，經(jīng)多次散射后仍能反彈出樣品表面的入射電子。彈出樣品表面的入

4、射電子。 特點(diǎn)特點(diǎn)：背散射電子來(lái)自樣品表層：背散射電子來(lái)自樣品表層幾百納米幾百納米的的深度范圍，其產(chǎn)額能隨樣品原子序數(shù)的增大深度范圍，其產(chǎn)額能隨樣品原子序數(shù)的增大而增多。而增多。 作用作用：不僅能做形貌分析，還可定性作成分：不僅能做形貌分析，還可定性作成分分析。分析。 二二. 二次電子二次電子產(chǎn)生產(chǎn)生：入射電子束轟擊出來(lái)并離開(kāi)樣品表面的：入射電子束轟擊出來(lái)并離開(kāi)樣品表面的 樣品中的核外電子樣品中的核外電子。2. 特點(diǎn)特點(diǎn)： 能量較低（能量較低（50eV）；）； 一般在一般在表層表層510nm深度范圍內(nèi)深度范圍內(nèi) 發(fā)射出來(lái)，對(duì)樣品表面形貌非常敏感。發(fā)射出來(lái)，對(duì)樣品表面形貌非常敏感。3. 作用作用

5、：樣品表面形貌分析。：樣品表面形貌分析。 三三. 吸收電子吸收電子1. 產(chǎn)生產(chǎn)生：入射電子入射電子多次非彈性散射后能量消失，多次非彈性散射后能量消失， 最后被樣品吸收。最后被樣品吸收。 入射電子被樣品吸收后也會(huì)產(chǎn)生電流強(qiáng)度。入射電子被樣品吸收后也會(huì)產(chǎn)生電流強(qiáng)度。入射電子的電流強(qiáng)度入射電子的電流強(qiáng)度=（無(wú)透射電子時(shí)無(wú)透射電子時(shí)）逸出表面的背散射電子的電流逸出表面的背散射電子的電流強(qiáng)度強(qiáng)度+二次電子電流強(qiáng)度二次電子電流強(qiáng)度+吸收電子的電流強(qiáng)度吸收電子的電流強(qiáng)度特點(diǎn)特點(diǎn)：樣品中原子序數(shù)較大的元素產(chǎn)生的背散射：樣品中原子序數(shù)較大的元素產(chǎn)生的背散射 電子的數(shù)目較多，相反，吸收電子的電子的數(shù)目較多，相反，

6、吸收電子的數(shù)量數(shù)量 就較少；反之亦然。就較少；反之亦然。因此，吸收電子因此，吸收電子也可也可 反映原子序數(shù)襯度，可進(jìn)行定性微區(qū)反映原子序數(shù)襯度，可進(jìn)行定性微區(qū)成分成分 分析。分析。3. 作用作用：定性微區(qū)成分分析。：定性微區(qū)成分分析。 四四. 透射電子透射電子產(chǎn)生產(chǎn)生：如果被分析的樣品很薄，則有一部分入射：如果被分析的樣品很薄，則有一部分入射 電子穿過(guò)薄樣品而成為透射電子。此時(shí)，電子穿過(guò)薄樣品而成為透射電子。此時(shí)， 入射電子強(qiáng)度（入射電子強(qiáng)度（i）=背散射電子背散射電子i+二次電子強(qiáng)度二次電子強(qiáng)度i+吸收電子吸收電子i+透射電子透射電子i 特點(diǎn)特點(diǎn)： 只有樣品的厚度小于入射電子的有效只有樣品的

7、厚度小于入射電子的有效穿入深穿入深 度時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生。度時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生。 隨樣品厚度增加（質(zhì)量厚度隨樣品厚度增加（質(zhì)量厚度t），透），透射電子數(shù)目減小，吸收電子數(shù)量增加，當(dāng)樣品射電子數(shù)目減小，吸收電子數(shù)量增加，當(dāng)樣品厚度超過(guò)有效穿透深度后，無(wú)透射電子。厚度超過(guò)有效穿透深度后，無(wú)透射電子。3. 作用作用：配合電子能量分析器來(lái)進(jìn)行微區(qū)成分分配合電子能量分析器來(lái)進(jìn)行微區(qū)成分分析。析。 五五. 特征特征X射線射線產(chǎn)生產(chǎn)生：當(dāng)入射電子的能量足夠大，使樣品原子的內(nèi)：當(dāng)入射電子的能量足夠大，使樣品原子的內(nèi) 層電子被激發(fā)或電離，此時(shí)外層電子向?qū)与娮颖患ぐl(fā)或電離，此時(shí)外層電子向內(nèi)層內(nèi)層 躍遷以填補(bǔ)內(nèi)層電子的空位，從

8、而輻射躍遷以填補(bǔ)內(nèi)層電子的空位，從而輻射出具出具 有原子序數(shù)特征的特征有原子序數(shù)特征的特征X射線。射線。2. 特點(diǎn)特點(diǎn)：反映了樣品中原子序數(shù)特征。：反映了樣品中原子序數(shù)特征。3. 應(yīng)用應(yīng)用：微區(qū)成分分析（元素）。：微區(qū)成分分析（元素）。 六六. 俄歇電子俄歇電子產(chǎn)生產(chǎn)生：入射電子激發(fā)樣品的特征：入射電子激發(fā)樣品的特征X射線過(guò)程中，外射線過(guò)程中，外層電子向內(nèi)層躍遷時(shí)輻射出來(lái)的能量不是以層電子向內(nèi)層躍遷時(shí)輻射出來(lái)的能量不是以X射線射線的形式發(fā)射出去，而被外層的另一個(gè)電子吸收而擺的形式發(fā)射出去，而被外層的另一個(gè)電子吸收而擺脫原子核的束縛而逃離出來(lái)，這個(gè)被電離的電子稱脫原子核的束縛而逃離出來(lái)，這個(gè)被電

9、離的電子稱為俄歇電子。為俄歇電子。特征特征： 俄歇電子能量很低，并且具有反映原子序俄歇電子能量很低，并且具有反映原子序數(shù)的特征能量；數(shù)的特征能量； 只有距離表面只有距離表面1nm左右范圍內(nèi)逸出的俄左右范圍內(nèi)逸出的俄歇電子才具備特征能量。歇電子才具備特征能量。（原因？）（原因？）3. 作用作用：表面層成分分析。：表面層成分分析。 除此之外，在固體中電子能量損失的除此之外，在固體中電子能量損失的 40%80%最終轉(zhuǎn)化為熱量，還有一些其他信最終轉(zhuǎn)化為熱量，還有一些其他信號(hào)產(chǎn)生。號(hào)產(chǎn)生。掃描電鏡（掃描電鏡（SEM） 構(gòu)成構(gòu)成電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)信號(hào)收集處理、圖信號(hào)收集處理、圖像顯示和記錄系統(tǒng)像顯示

10、和記錄系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 一一. 電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）1. 1. 電子槍電子槍 功能：功能：發(fā)射電子并加速，加速電壓低于發(fā)射電子并加速，加速電壓低于TEMTEM。2. 2. 電磁透鏡電磁透鏡 功能：功能：只作為聚光鏡，而不能放大成像。只作為聚光鏡，而不能放大成像。 將電子槍的束斑逐級(jí)聚焦縮小，使原來(lái)直徑為將電子槍的束斑逐級(jí)聚焦縮小，使原來(lái)直徑為50m50m的束斑縮小成只有的束斑縮小成只有數(shù)個(gè)納米數(shù)個(gè)納米的細(xì)小斑點(diǎn)。的細(xì)小斑點(diǎn)。 構(gòu)成：構(gòu)成：由三級(jí)聚光鏡構(gòu)成，縮小電子束光斑由三級(jí)聚光鏡構(gòu)成，縮小電子束光斑。 照射到樣品上的電子束直徑?jīng)Q定了其分辨率。照射到樣品上的電子束直徑?jīng)Q

11、定了其分辨率。3. 掃描線圈掃描線圈 作用：作用：使電子束偏轉(zhuǎn)，并在樣品表面作有使電子束偏轉(zhuǎn)，并在樣品表面作有規(guī)則的掃動(dòng)。電子束在樣品表面上的掃描動(dòng)作規(guī)則的掃動(dòng)。電子束在樣品表面上的掃描動(dòng)作和和顯像管上的掃描動(dòng)作保持嚴(yán)格同步。顯像管上的掃描動(dòng)作保持嚴(yán)格同步。樣品形貌像的形成：樣品形貌像的形成：當(dāng)電子束在樣品表面掃描當(dāng)電子束在樣品表面掃描出方形區(qū)域，相應(yīng)地在顯像管熒光屏上畫(huà)出一出方形區(qū)域，相應(yīng)地在顯像管熒光屏上畫(huà)出一幀比例圖像。樣品上各點(diǎn)受電子束轟擊時(shí)發(fā)出幀比例圖像。樣品上各點(diǎn)受電子束轟擊時(shí)發(fā)出的信號(hào)可由信號(hào)探測(cè)器接受，并通過(guò)顯示系統(tǒng)的信號(hào)可由信號(hào)探測(cè)器接受，并通過(guò)顯示系統(tǒng)在顯像管熒光屏上按強(qiáng)度

12、描繪出來(lái)。在顯像管熒光屏上按強(qiáng)度描繪出來(lái)。 掃描方式掃描方式光柵掃描方式：光柵掃描方式：電子束進(jìn)入上偏轉(zhuǎn)線圈，方向發(fā)生電子束進(jìn)入上偏轉(zhuǎn)線圈，方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后由下偏轉(zhuǎn)線圈使電子束方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折，隨后由下偏轉(zhuǎn)線圈使電子束方向發(fā)生第二次轉(zhuǎn)折，發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)的電子束通過(guò)末級(jí)透鏡的光心轉(zhuǎn)折，發(fā)生二次偏轉(zhuǎn)的電子束通過(guò)末級(jí)透鏡的光心射到樣品表面，電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中還帶有逐射到樣品表面，電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中還帶有逐步掃描動(dòng)作。步掃描動(dòng)作。應(yīng)用：應(yīng)用：形貌分析。形貌分析。角光柵掃描（搖擺掃描）角光柵掃描（搖擺掃描）：如果電子束經(jīng)上偏轉(zhuǎn)線：如果電子束經(jīng)上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折后未經(jīng)下偏轉(zhuǎn)線圈改變方向，而直接由末級(jí)

13、圈轉(zhuǎn)折后未經(jīng)下偏轉(zhuǎn)線圈改變方向，而直接由末級(jí)透鏡折射到入射點(diǎn)位置，這種掃描方式稱為角光柵透鏡折射到入射點(diǎn)位置，這種掃描方式稱為角光柵掃描或搖擺掃描。入射束被上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折的角度掃描或搖擺掃描。入射束被上偏轉(zhuǎn)線圈轉(zhuǎn)折的角度越大，則電子束在入射點(diǎn)上擺動(dòng)的角度也越大。越大，則電子束在入射點(diǎn)上擺動(dòng)的角度也越大。應(yīng)用：應(yīng)用：進(jìn)行電子通道花樣分析。進(jìn)行電子通道花樣分析。4. 樣品室樣品室作用：作用：放置樣品，安置信號(hào)探測(cè)器。放置樣品，安置信號(hào)探測(cè)器。特點(diǎn)：特點(diǎn)：能容納較大的試樣，并在三維空間進(jìn)行移動(dòng)、傾能容納較大的試樣，并在三維空間進(jìn)行移動(dòng)、傾斜和旋轉(zhuǎn)；斜和旋轉(zhuǎn)；帶有多種附件，可使樣品在樣品臺(tái)上加熱、冷卻

14、帶有多種附件，可使樣品在樣品臺(tái)上加熱、冷卻和進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，以便進(jìn)行斷裂過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，以便進(jìn)行斷裂過(guò)程中的動(dòng)態(tài)原位觀察。原位觀察。 二二. 信號(hào)的收集和圖像顯示系統(tǒng)信號(hào)的收集和圖像顯示系統(tǒng)信號(hào)電子信號(hào)電子進(jìn)入閃爍體后轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)入閃爍體后轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光信號(hào)可見(jiàn)光信號(hào)光光電倍增器放大電倍增器放大電流信號(hào)電流信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大經(jīng)視頻放大器放大調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)顯像管成像顯像管成像樣品形貌像的形成：樣品形貌像的形成：由于鏡筒中的電子束和顯像管中由于鏡筒中的電子束和顯像管中電子束是同步掃描的，而熒光屏上的每一點(diǎn)的亮度是電子束是同步掃描的，而熒光屏上的每一點(diǎn)的亮度是根據(jù)樣品上被激發(fā)出來(lái)的信

15、號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)制的，因此樣根據(jù)樣品上被激發(fā)出來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)制的，因此樣品上各點(diǎn)的狀態(tài)各不相同，所以接受的信號(hào)也不相同，品上各點(diǎn)的狀態(tài)各不相同，所以接受的信號(hào)也不相同，故可在熒光屏上看到反映試樣各點(diǎn)狀態(tài)的掃描電子圖故可在熒光屏上看到反映試樣各點(diǎn)狀態(tài)的掃描電子圖像。像。 三三. 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 鏡筒內(nèi)要保持一定的真空度，鏡筒內(nèi)要保持一定的真空度，目的是目的是防止樣品污染、極間放電等問(wèn)題。防止樣品污染、極間放電等問(wèn)題。分辨率分辨率 電子束和固體物質(zhì)作用時(shí)激發(fā)電子束和固體物質(zhì)作用時(shí)激發(fā)的信號(hào)有的信號(hào)有二次電子、背散射電子、吸二次電子、背散射電子、吸收電子、特征收電子、特征X射線、俄歇電子，射線、俄歇電

16、子，這這些信號(hào)均可調(diào)制成形貌像，各種信號(hào)些信號(hào)均可調(diào)制成形貌像，各種信號(hào)成像時(shí)分辨率各不相同。成像時(shí)分辨率各不相同。各種信號(hào)的成像分辨率（單位：各種信號(hào)的成像分辨率（單位：nm）信號(hào)信號(hào)二次電子二次電子背散射電子背散射電子分辨率分辨率5 510105050200200吸收電子吸收電子特征特征X X射線射線俄歇電子俄歇電子10010010001000100100100010005 510101. 為什么各種信號(hào)分辨率不同？為什么各種信號(hào)分辨率不同？輕元素：輕元素： 因?yàn)楦鞣N信號(hào)成像的分辨率與入射電子束激發(fā)該信號(hào)因?yàn)楦鞣N信號(hào)成像的分辨率與入射電子束激發(fā)該信號(hào)時(shí)，在樣品中的作用（活動(dòng)）體積有關(guān)，作用

17、體積大小相當(dāng)時(shí)，在樣品中的作用（活動(dòng)）體積有關(guān)，作用體積大小相當(dāng)于一個(gè)成像檢測(cè)單元（即像點(diǎn)）。于一個(gè)成像檢測(cè)單元（即像點(diǎn)）。 電子束進(jìn)入輕元素樣品后會(huì)造成一個(gè)滴狀作用體積，電子束進(jìn)入輕元素樣品后會(huì)造成一個(gè)滴狀作用體積，由于俄歇電子和二次電子是在樣品淺表層內(nèi)逸出，故作用體由于俄歇電子和二次電子是在樣品淺表層內(nèi)逸出，故作用體積小，分辨率高。積小，分辨率高。 背散射電子能量較高，可從較深的部位彈射出表面，背散射電子能量較高，可從較深的部位彈射出表面，故作用體積較大，分辨率降低。故作用體積較大，分辨率降低。 特征特征X射線是在更深的部位激發(fā)出來(lái)的，其作用體積射線是在更深的部位激發(fā)出來(lái)的，其作用體積更大

18、，所以分辨率比背散射電子更低。更大，所以分辨率比背散射電子更低。 對(duì)于重元素樣品，電子束射入后，作用體積為對(duì)于重元素樣品，電子束射入后，作用體積為半球狀，電子束進(jìn)入表面后立即橫向擴(kuò)展。因此，半球狀，電子束進(jìn)入表面后立即橫向擴(kuò)展。因此，即使電子束的束斑很小，也不能達(dá)到很高的分辨即使電子束的束斑很小，也不能達(dá)到很高的分辨率，且背散射和二次電子之間的分辨率明顯減小。率，且背散射和二次電子之間的分辨率明顯減小。重元素：重元素：2.2.影響分辨率的因素影響分辨率的因素o電子束束斑大小；電子束束斑大小；o檢測(cè)信號(hào)的類型；檢測(cè)信號(hào)的類型；o檢測(cè)部位的原子序數(shù)。檢測(cè)部位的原子序數(shù)。3. SEM分辨率的測(cè)定：分

19、辨率的測(cè)定： 和和TEM類似，將圖像上恰好能分辨開(kāi)的兩類似，將圖像上恰好能分辨開(kāi)的兩物點(diǎn)距離除以放大倍數(shù)。物點(diǎn)距離除以放大倍數(shù)。 例如用真空蒸鍍金膜樣品表面金顆粒的像間例如用真空蒸鍍金膜樣品表面金顆粒的像間距除以放大倍數(shù)，即為此放大倍數(shù)下的分辨率。距除以放大倍數(shù)，即為此放大倍數(shù)下的分辨率。點(diǎn)分辨率測(cè)定照片點(diǎn)分辨率測(cè)定照片二二. 放大倍數(shù)放大倍數(shù)可達(dá)可達(dá)80萬(wàn)倍萬(wàn)倍 SEMSEM的放大倍數(shù)為：的放大倍數(shù)為：顯像管中電子束在熒光屏上最顯像管中電子束在熒光屏上最大掃描幅度和鏡筒中電子束在試樣上最大掃描幅大掃描幅度和鏡筒中電子束在試樣上最大掃描幅度的比值：度的比值： Ac熒光屏上掃描熒光屏上掃描幅度幅

20、度 As電子束在樣品掃過(guò)電子束在樣品掃過(guò) 的幅度的幅度2. 如何改變放大倍數(shù)如何改變放大倍數(shù)由于觀察圖像的熒光屏寬由于觀察圖像的熒光屏寬度是固定的，只要減小電子束在樣品上掃描長(zhǎng)度度是固定的，只要減小電子束在樣品上掃描長(zhǎng)度（掃描面積為矩形），即可得到高放大倍數(shù)。（掃描面積為矩形），即可得到高放大倍數(shù)。csAMA三三. 樣品制備樣品制備 1. 對(duì)導(dǎo)電材料對(duì)導(dǎo)電材料，除了幾何尺寸和重量外幾乎沒(méi)，除了幾何尺寸和重量外幾乎沒(méi)有任何要求，不同型號(hào)的掃描電鏡對(duì)樣品尺寸和重量有任何要求，不同型號(hào)的掃描電鏡對(duì)樣品尺寸和重量有不同的要求。有不同的要求。 2. 導(dǎo)電性較差或絕緣的樣品導(dǎo)電性較差或絕緣的樣品，必須通過(guò)

21、噴鍍，必須通過(guò)噴鍍金、銀等重金屬或碳真空蒸鍍等手段進(jìn)行導(dǎo)電性處金、銀等重金屬或碳真空蒸鍍等手段進(jìn)行導(dǎo)電性處理。理。 3. 所有樣品均需無(wú)油污、無(wú)腐蝕所有樣品均需無(wú)油污、無(wú)腐蝕，以免對(duì)鏡筒和，以免對(duì)鏡筒和探測(cè)器污染。探測(cè)器污染。如何獲得掃描電鏡的像襯度如何獲得掃描電鏡的像襯度 ？ 主要利用樣品表面微區(qū)特征（如形貌、主要利用樣品表面微區(qū)特征（如形貌、原子序數(shù)或化學(xué)成分等）的差異，在電子束原子序數(shù)或化學(xué)成分等）的差異，在電子束的作用下產(chǎn)生的作用下產(chǎn)生的的物理信號(hào)強(qiáng)度不同物理信號(hào)強(qiáng)度不同，導(dǎo)致顯，導(dǎo)致顯像管熒光屏上不同區(qū)域的亮度差異，從而獲像管熒光屏上不同區(qū)域的亮度差異，從而獲得一定襯度的圖像得一定襯

22、度的圖像。一一. 二次電子形貌襯度原二次電子形貌襯度原理理二次電子能量較低，只能從樣品表面層二次電子能量較低，只能從樣品表面層510nm深深度范圍內(nèi)激發(fā)出來(lái)；度范圍內(nèi)激發(fā)出來(lái)；其數(shù)量和原子序數(shù)沒(méi)有明顯的關(guān)系，但對(duì)微區(qū)表面其數(shù)量和原子序數(shù)沒(méi)有明顯的關(guān)系，但對(duì)微區(qū)表面的形狀十分敏感；的形狀十分敏感；樣品上凸出的尖棱、小粒子以及比較陡的斜面處二樣品上凸出的尖棱、小粒子以及比較陡的斜面處二次電子的產(chǎn)額較多，在熒光屏上亮度較大，平面上二次電子的產(chǎn)額較多，在熒光屏上亮度較大，平面上二次電子產(chǎn)額較小，亮度較低；在深的凹槽底部雖然也次電子產(chǎn)額較小，亮度較低；在深的凹槽底部雖然也能產(chǎn)生較多的二次電子，但這些二次

23、電子不易被檢測(cè)能產(chǎn)生較多的二次電子，但這些二次電子不易被檢測(cè)器收集到，因此槽底較暗。器收集到，因此槽底較暗。 二二. 二次電子形貌襯度的應(yīng)用二次電子形貌襯度的應(yīng)用 可用于斷口分析、金相分析及燒結(jié)樣品的自然表可用于斷口分析、金相分析及燒結(jié)樣品的自然表面分析、斷裂過(guò)程的動(dòng)態(tài)原位分析。面分析、斷裂過(guò)程的動(dòng)態(tài)原位分析。 斷口分析斷口分析由于由于SEM景深較大，特別適合粗糙景深較大，特別適合粗糙 樣品表面觀察分析樣品表面觀察分析 通過(guò)斷口分析可以揭示斷裂機(jī)理、判斷裂紋性質(zhì)通過(guò)斷口分析可以揭示斷裂機(jī)理、判斷裂紋性質(zhì)及原因、裂紋源及走向，從而對(duì)分析斷裂原因具有決及原因、裂紋源及走向，從而對(duì)分析斷裂原因具有決

24、定性作用。定性作用。金屬材料的斷口分類：金屬材料的斷口分類： 按斷裂性質(zhì)分按斷裂性質(zhì)分 脆性斷口脆性斷口斷前無(wú)明顯塑變（沿晶斷口、解理斷斷前無(wú)明顯塑變（沿晶斷口、解理斷 口，冰糖狀）口，冰糖狀） 韌性斷口韌性斷口斷前有明顯塑變（韌窩斷口）斷前有明顯塑變（韌窩斷口） 疲勞斷口疲勞斷口周期重復(fù)載荷引起（有疲勞條紋）周期重復(fù)載荷引起（有疲勞條紋） 環(huán)境因素?cái)嗫诃h(huán)境因素?cái)嗫趹?yīng)力腐蝕、氫脆、液態(tài)金屬脆化等應(yīng)力腐蝕、氫脆、液態(tài)金屬脆化等 （沿晶斷口或穿晶斷口）（沿晶斷口或穿晶斷口） 按斷裂途徑分按斷裂途徑分： 沿晶斷口、穿晶斷口、混合斷口沿晶斷口、穿晶斷口、混合斷口30CrMnSi 鋼沿晶斷裂二次電子像鋼

25、沿晶斷裂二次電子像37SiMnCrMoV 鋼韌窩斷口的二次電子像鋼韌窩斷口的二次電子像 低碳鋼冷脆解理斷口的二次電子像低碳鋼冷脆解理斷口的二次電子像碳纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料斷口的二次電子像碳纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料斷口的二次電子像 樣品表面形貌觀察樣品表面形貌觀察燒結(jié)體燒結(jié)自然表面觀察燒結(jié)體燒結(jié)自然表面觀察晶粒細(xì)小的正方相，晶粒細(xì)小的正方相， t-ZrO2晶粒尺寸較大的單相晶粒尺寸較大的單相 立方相，立方相，c-ZrO2雙向混合組織，正方雙向混合組織，正方 相晶粒細(xì)小，立方相相晶粒細(xì)小，立方相 晶粒大。晶粒大。Al2O3+15%ZrO2復(fù)復(fù)合陶瓷燒結(jié)表面合陶瓷燒結(jié)表面Al2O3晶粒晶粒有棱有棱角大晶

26、粒；角大晶粒；ZrO2顆粒顆粒白色白色球狀小顆粒。球狀小顆粒。金相表面觀察金相表面觀察 a.片狀珠光體片狀珠光體 b.回火組織回火組織+碳化物碳化物 材料變形與斷裂動(dòng)態(tài)過(guò)程的原位觀察材料變形與斷裂動(dòng)態(tài)過(guò)程的原位觀察雙相鋼雙相鋼F+M雙相鋼拉伸過(guò)程的動(dòng)態(tài)原位觀察：雙相鋼拉伸過(guò)程的動(dòng)態(tài)原位觀察：（a）圖：）圖：F首先產(chǎn)生裂紋，首先產(chǎn)生裂紋，M強(qiáng)度高，裂紋強(qiáng)度高，裂紋 擴(kuò)展至擴(kuò)展至M受阻，加大載荷，受阻，加大載荷， M前方前方F產(chǎn)生裂紋；產(chǎn)生裂紋；（b）圖：）圖：載荷進(jìn)一步加大，載荷進(jìn)一步加大， M才斷裂，裂紋連才斷裂，裂紋連接接 繼續(xù)擴(kuò)展。繼續(xù)擴(kuò)展。 2. 復(fù)合材料復(fù)合材料 Al3Ti/（Al-T

27、i）復(fù)）復(fù)合材料斷裂過(guò)程原位觀合材料斷裂過(guò)程原位觀察察： Al3Ti為增強(qiáng)相，裂為增強(qiáng)相，裂紋受紋受Al3Ti顆粒時(shí)受阻而顆粒時(shí)受阻而轉(zhuǎn)向，沿著顆粒與基體轉(zhuǎn)向，沿著顆粒與基體的界面擴(kuò)展，有時(shí)顆粒的界面擴(kuò)展，有時(shí)顆粒也斷裂。也斷裂。背散射電子襯度原理及其應(yīng)用背散射電子襯度原理及其應(yīng)用背散射電子形貌襯度特點(diǎn)（與二次電子形貌背散射電子形貌襯度特點(diǎn)（與二次電子形貌像的區(qū)別）像的區(qū)別） 由于在較大的作用體積內(nèi)激發(fā)出，分辨率遠(yuǎn)由于在較大的作用體積內(nèi)激發(fā)出，分辨率遠(yuǎn)比二次電子低；比二次電子低； 背散射電子的能量較高，它們以直線軌跡逸出背散射電子的能量較高，它們以直線軌跡逸出樣品表面，對(duì)于背向檢測(cè)器的樣品表面，因檢樣品表面，對(duì)于背向檢測(cè)器的樣品表面，因檢測(cè)器無(wú)法收集到背散射電子而變成了一片陰影，測(cè)器無(wú)法收集到背散射電子而變成了一片陰影，圖像襯度太大會(huì)失去細(xì)節(jié)的層次，不利于分析。圖像襯度太大會(huì)失去細(xì)節(jié)的層次，不利于分析。二次電子能量低，可利用檢測(cè)器收集柵上加一定正二次電子能量低，可利用檢測(cè)器收集柵上加一定正電壓來(lái)吸引能量較低的二次電子，使它們以弧形路線電壓來(lái)吸引能量較低的二次電子，使它們以弧形路線進(jìn)入閃爍體，使背向檢測(cè)器的背位逸出的電子也能對(duì)進(jìn)入閃爍體，使背向檢測(cè)器的背位逸出的電子也能對(duì)成像有貢獻(xiàn)，使圖像層次增加，細(xì)節(jié)