1、8.1 8.1 扫描电镜工作原理、构造和性能扫描电镜工作原理、构造和性能8.2 8.2 扫描电镜在材料研究中的应用扫描电镜在材料研究中的应用8.3 8.3 波谱仪结构及工作原理波谱仪结构及工作原理8.4 8.4 能谱仪结构及工作原理能谱仪结构及工作原理8.5 8.5 电子探针分析方法及微区成分分析技术电子探针分析方法及微区成分分析技术8.2 8.2 扫描电镜在材料研究中的应用扫描电镜在材料研究中的应用表面形貌衬度表面形貌衬度是由于试样表面形貌差别而形成的衬是由于试样表面形貌差别而形成的衬度。利用对试样表面形貌变化敏感的物理信号作为度。利用对试样表面形貌变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可
2、以得到形貌衬度图像。显像管的调制信号，可以得到形貌衬度图像。形貌衬度的形成是由于某些信号如二次电子、背散形貌衬度的形成是由于某些信号如二次电子、背散射电子等，其强度是试样表面倾角的函数，而试样射电子等，其强度是试样表面倾角的函数，而试样表面微区形貌差别实际上就是各微区表面相对于入表面微区形貌差别实际上就是各微区表面相对于入射电子束的倾角不同，因此电子束在试样上扫描时射电子束的倾角不同，因此电子束在试样上扫描时任何两点的形貌差别，表现为信号强度的差别，从任何两点的形貌差别，表现为信号强度的差别，从而在图像中形成显示形貌的衬度。而在图像中形成显示形貌的衬度。二次电子像的衬二次电子像的衬度是最典型的
3、形貌衬度。度是最典型的形貌衬度。1 1）二次电子形貌衬度）二次电子形貌衬度由于二次电子信号主要来自样品表层由于二次电子信号主要来自样品表层5-l0 5-l0 nmnm深度范围，它的强度与原子序数没有明深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，而仅对微区刻面相对于入射电确的关系，而仅对微区刻面相对于入射电子束的位向十分敏感，且二次电子像分辨子束的位向十分敏感，且二次电子像分辨率比较高，所以特别适用于显示形貌衬度。率比较高，所以特别适用于显示形貌衬度。线夹角为入射电子与样品面法二次电子产额,cos1样品上各小刻面位向不同，样品上各小刻面位向不同，不同，产生不同，产生二次电子的数量不同，则调制信号
4、强度不二次电子的数量不同，则调制信号强度不同，图像上明暗程度不同，即衬度不同。同，图像上明暗程度不同，即衬度不同。(a)(a)加偏压前加偏压前 (b)(b)加偏压后加偏压后 加偏压前后的二次电子收集情况加偏压前后的二次电子收集情况 入射电子束与试样表面法线间夹角愈大，二次电子产额愈大。入射电子束与试样表面法线间夹角愈大，二次电子产额愈大。(a)入射角入射角 (b)-曲线曲线 二次电子产额二次电子产额与与的关系的关系一般来说，凸出的尖棱、小粒子、较陡斜面二次电子一般来说，凸出的尖棱、小粒子、较陡斜面二次电子产额多，图像亮；平面上二次电子产额小，图像暗；产额多，图像亮；平面上二次电子产额小，图像暗
5、；凹面图像暗。凹面图像暗。2 2）背散射电子形貌衬度）背散射电子形貌衬度 背散射电子背散射电子来自样品表层几百纳米范围，也可用来显示来自样品表层几百纳米范围，也可用来显示样品表面形貌，但因它是在一个较大的作用体积内激发样品表面形貌，但因它是在一个较大的作用体积内激发出来的，成像单元变大出来的，成像单元变大(大于入射电子束斑直径大于入射电子束斑直径)，分辨，分辨率低。同时，背散射电子能量高，以直线轨迹逸出样品率低。同时，背散射电子能量高，以直线轨迹逸出样品表面，对背向检测器的样品表面，无法收集到背散射电表面，对背向检测器的样品表面，无法收集到背散射电子而成一片阴影，图像衬度大，会掩盖许多细节。子
6、而成一片阴影，图像衬度大，会掩盖许多细节。3 3）表面形貌衬度的应用）表面形貌衬度的应用基于二次电子像基于二次电子像(表面形貌衬度表面形貌衬度)的分辨率比较高的分辨率比较高且不易形成阴影等诸多优点，使其成为扫描电镜且不易形成阴影等诸多优点，使其成为扫描电镜应用最广的一种方式，尤其在失效工件的断口检应用最广的一种方式，尤其在失效工件的断口检测、磨损表面观察以及各种材料形貌特征观察上，测、磨损表面观察以及各种材料形貌特征观察上，已成为目前最方便、最有效的手段。已成为目前最方便、最有效的手段。a a材料表面形态（组织）观察材料表面形态（组织）观察b b断口形貌观察断口形貌观察c c磨损表面形貌观察磨
7、损表面形貌观察d d纳米结构材料形态观察纳米结构材料形态观察e e生物样品的形貌观察生物样品的形貌观察原子序数衬度原子序数衬度是由于试样表面物质原子序数（或化是由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差别而形成的衬度。利用对试样表面原子学成分）差别而形成的衬度。利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化敏感的物理信号作为显像序数（或化学成分）变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。背散射电子像、吸收电子像的衬度都含有原子序数背散射电子像、吸收电子像的衬度都含有原子序数衬度，而特征衬度，而特征X X射线像的衬度就是原子序数衬度。射线像
8、的衬度就是原子序数衬度。背散射电子能量较高，离开样品表面后沿直线轨迹背散射电子能量较高，离开样品表面后沿直线轨迹运动。故检测到的信号强度远低于二次电子，因而运动。故检测到的信号强度远低于二次电子，因而粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。为此，对于显示原子序数衬度的样品，应进行磨平为此，对于显示原子序数衬度的样品，应进行磨平和抛光，但不能浸蚀。和抛光，但不能浸蚀。样品表面平均原子序数大的微区，背散射电子信号样品表面平均原子序数大的微区，背散射电子信号强度较高，而吸收电子信号强度较低，因此，背散强度较高，而吸收电子信号强度较低，因此，背散射电子像
9、与吸收电子像的衬度正好相反。可以根据射电子像与吸收电子像的衬度正好相反。可以根据背散射电子像的亮暗衬度来判断相应区域原子序数背散射电子像的亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，对金属及其合金进行显微组织分析。的相对高低，对金属及其合金进行显微组织分析。原子序数衬度像原子序数衬度像ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的系耐火材料的背散射电子成分像，背散射电子成分像，1000由于由于ZrO2相平均原子序数相平均原子序数远高于远高于Al2O3相和相和SiO2 相，相，所以图中白色相为斜锆石，所以图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石色莫来石混合区为莫来石斜锆石共析体，基体灰斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。色相为莫来石。原子序数衬度像原子序数衬度像Company Logo
