二次电子像的分辨率较高，一般约在3~6nm。其分辨率的高低主要取决于束斑直径，而
实际上真正达到的分辩率与样品本身的性质、制备方法，以及电镜的操作条件如高压、
扫描速度、光强 度、工作距离、样品的倾斜角等因素有关。在最理想的状态下，目前可
达到的最佳分辨率为
1n m
。
扫描电镜图像表面形貌衬度几乎可以用于显示任何样品表面的超微信息，其应用已
渗透到许多科学研究领域，在失效分析、刑事案件侦破、病理诊断等技术部门也得到广
泛应用。材料科学 研究领域，表面形貌衬度在断口分析等方面显示有突出的优越性。下
面就以断口分析等方面的研究为例说 明表面形貌衬度的应用。
利用试样或构件断口的二次电子像所显示的表面形貌特征，可以获得有关裂纹的 起
源、裂纹扩展的途径以及断裂方式等信息，根据断口的微观形貌特征可以分析裂纹萌生
的原因 ，裂纹的扩展途径以及断裂机制。图5-2是比较常见的金属断口形貌二次电子像。
较典型的解理断口形 貌如图5-2a所示，在解理断口上存在有许多台阶。在解理裂纹扩
展过程中，台阶相互汇合形成河流花 样，这是解理断裂的重要特征。准解理断口的形貌
特征见图5-2b，准解理断口与解理断口有所不同， 其断口中有许多弯曲的撕裂棱，河流
花样由点状裂纹源向四周放射。沿晶断口特征是晶粒表面形貌组成的 冰糖状花样，见图
5-2c。图5-2d显示的是韧窝断口的形貌，在断口上分布着许多微坑，在一些微 坑的底部
可以观察到夹杂物或第二相粒子。由图
5-2e
可以看出，疲劳裂纹扩展区断 口存在一系
列大致相互平行、略有弯曲的条纹，称为疲劳条纹，这是疲劳断口在扩展区的主要形貌
特征。图
5-2
示出的具有不同形貌特征的断口，若按裂纹扩展途径分类，其中解理、准解理和韧窝型属于穿晶断裂。显然沿晶断口的裂纹扩展是沿晶表面进行的。

图5-1 扫描电镜主机构造示意图
图5-2几种具有典型形貌特征的断口二次电子像
a)
解理断 口
b)
准解理断口
c)
沿晶断口
d)
韧窝断口
e)
疲劳断口
图5-3是显示灰铸铁显微组织的二次电子像，基体为珠光体加少量铁素体，在基体< br>上分布着较粗大的片状石墨，与光学显微镜相比，利用扫描电镜表面形貌衬度显示材料
的微观组织 ，具有分辨率高和放大倍数大的优点，适合于观察光学显微镜无法分辨的显
微组织。为了提高表面形貌衬 度，在腐蚀试样时，腐蚀程度要比光学显微镜使用的金相
试样适当的深一些。

表 面形貌衬度还可用于显示表面外延生长层(如氧化膜、镀膜、磷化膜等)的结晶形
态。这类样品一般不需 进行任何处理，可直接观察。图
5-4
是低碳钢板表面磷化膜的二
次电子像，它清晰地 显示了磷化膜的结晶形态。
3
．原子序数衬度观察原子序数衬度是利用对样品表层微区原子序数 或化学成分变
化敏感的物理信号，如背散射电子、吸收电子等作为调制信号而形成的一种能反映微区化学成分差别的像衬度。实验证明，在实验条件相同的情况下，背散射电子信号的强度
随原子序数增 大而增大。在样品表层平均原子序数较大的区域，产生的背散射信号强度
较高，背散射电子像中相应的区 域显示较亮的衬度；而样品表层平均原子序数较小的
区域则显示较暗的衬度。由此可见，背散射电子像中 不同区域衬度的差别，实际上反映
了样品相应不同区域平均原子序数的差异，据此可定性分析样品微区的 化学成分分布。
吸收电子像显示的原子序数衬度与背散射电子像相反，平均原子序数较大的区域图像衬< br>度较暗，平均原子序数较小的区域显示较亮的图像衬度。原子序数衬度适合于研究钢与
合金的共晶 组织，以及各种界面附近的元素扩散。
图
5-3
灰铸铁显微组织二次电子像图
5-4
低碳钢板磷化膜结晶形态二次电子像
图5-5是Al- Li合金铸态共晶组织的背散射电子像。由图可见，基体α-Al固溶体由
于其平均原子序数较大，产生 背散射电子信号较强，显示较亮的图像衬度。在基体种平
行分布的针状相为铝锂化合物，因其平均原子序 数小于基体而显示较暗的衬度。

图5-5Al-Li合金铸态共晶组织的背散射电子像< br>a)
横截面
b)
纵截面
在此顺便指出，由于背散射电子是被样品原子反 射回来的入射电子，其能量较高，
离开样品表面后沿直线轨迹运动，因此，信号探测器只能检测到直接射 向探头的背散射
电子，有效收集立体角小，信号强度较低。尤其是样品中背向探测器的那些区域产生的< br>背散射电子，因无法到达探测器而不能被接收。所以利用闪烁体计数器接收背散射电子
信号时，只 适合于表面平整的样品，实验前样品表面必须抛光而不需腐蚀。
六、思考题
（1）通过实验你体 会扫描电镜有哪些特点？
能直接观察样品的表面结构；制样方法简单，取样后可不做任何改变来观察表面 形
貌；样品可在样品室中作三维空间的平移和旋转；放大倍数可在大范围内连续可调；富
有立体 感，景深长，视野范围很大；分辨能力高，可达10nm；可对样品进行综合分析
和动态观察；可通过调 节图像衬度观察到清晰图像。
（
2
）根据实验叙述样品制备的步骤？
在样品台 上粘上少量的导电胶；用棉签粘取少量干燥的固体样品后涂在导电胶上；
去除多余未粘在导电胶上的粉末 ；若样品导电性差必须喷金。
喷金一般在真空镀膜机上进行，表面喷镀不要太厚、否则会掩盖细节，也不 能太薄，
不均匀，一般控制在
5
～
10nm
为宜。需要设置适当的电 流大小和真空度。
（3）说明二次电子像成像过程？
二次电子是进入样品表面的部分一次电子轰 击样品原子激发的单电子。其由静电场
引导，沿镜简向下加速。在镜筒中，通过一系列电磁透镜将电子束 聚焦并射向样品。靠
近镜简底部，在样品表面上方，扫描线圈使电子束以光栅扫描方式偏转。最后一级电 磁
透镜把电子束聚焦成一个尽可能小的斑点射入样品，从而激发出各种成像信号，其强弱
随样品 表面的形貌和组成元素不同而变化。
（
4
）背散射电子像的应用？
原子序数衬 度是利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号作为调
制信号得到的一种显示微区化学成分 差别的像衬度。背散射电子信号对微区原子序数或
化学成分的变化敏感，都可以作为原子序数衬度或化学 成分衬度。
背散射电子是被样品原子反射回来的入射电子，样品背散射系数η随元素原子序数