掃描電子顯微鏡在材料的分析和研究方面應用十分廣泛，主要應用于材料斷口分析、微區(qū)成分分析、各種鍍膜表面形貌分析、層厚測量和顯微組織形貌及納米材料分析等。目前，高溫樣品臺、動態(tài)拉伸臺、能譜儀和掃描電子顯微鏡的組合，這樣掃描電子顯微鏡在得到較好的試樣形貌像的前提下，同時得到成分信息和晶體學的信息，使得掃描電子顯微鏡必將在材料工藝研究和品種開發(fā)等方面發(fā)揮更大的作用。

材料的組織形貌觀察

　　材料剖面的特征、零件內部的結構及損傷的形貌,都可以借助掃描電子顯微鏡來判斷和分析。反射式的光學顯微鏡直接觀察大塊試樣很方便，但其分辨率、放大倍數(shù)和景深都比較低。

　　掃描電子顯微鏡的樣品制備簡單，可以實現(xiàn)試樣從低倍到高倍的定位分析，在樣品室中的試樣不僅可以沿三維空間移動，還能夠根據(jù)觀察需要進行空間轉動，以利于使用者對感興趣的部位進行連續(xù)、系統(tǒng)的觀察分析;掃描電子顯微圖像因真實、清晰，并富有立體感，在顯微組織三維形態(tài)和金屬斷口的觀察研究方面獲得了廣泛的應用。

鍍層表面形貌分析和深度檢測

　　金屬材料零件在使用過程中不可避免地會遭受環(huán)境的侵蝕，容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。為保護母材，成品件，常常需要進行諸如磷化、達克羅等表面防腐處理。有時為利于機械加工，在工序之間也進行鍍膜處理。由于鍍膜的表面形貌和深度對使用性能具有重要影響，所以常常被作為研究的技術指標。鍍膜的深度很薄，由于光學顯微鏡放大倍數(shù)的局限性，使用金相方法檢測鍍膜的深度和鍍層與母材的結合情況比較困難，而掃描電子顯微鏡卻可以很容易完成。使用掃描電子顯微鏡觀察分析鍍層表面形貌是方便、易行的Z有效的方法，樣品無需制備，只需直接放入樣品室內即可放大觀察。

微區(qū)化學成分分析

　　在樣品的處理過程中，有時需要提供包括形貌、成分、晶體結構或位向在內的豐富資料，以便能夠更全面、客觀地進行判斷分析。為此，相繼出現(xiàn)了掃描電子顯微鏡、電子探針多種分析功能的組合型儀器。

　　掃描電子顯微鏡如配有X射線能譜(EDS)和X射線波譜成分分析等電子探針附件，可分析樣品微區(qū)的化學成分等信息。材料內部的夾雜物等，由于它們的體積細小，因此，無法采用常規(guī)的化學方法進行定位鑒定。掃描電子顯微鏡可以提供重要的線索和數(shù)據(jù)。工程材料失效分析常用的電子探針的基本工作方式為：

　?、賹悠繁砻孢x定微區(qū)作定點的全譜掃描定性;

　　②電子束沿樣品表面選定的直線軌跡作所含元素濃度的線掃描分析;

　?、垭娮邮跇悠繁砻孀髅鎾呙?，以特定元素的X射線信號調制陰極射線管熒光屏亮度，給出該元素濃度分布的掃描圖像。

　　一般而言，常用的X射線能譜儀能檢測到的成分含量下限為0.1%(質量分數(shù))，可以應用在判定合金中析出相或固溶體的組成、測定金屬及合金中各種元素的偏析、研究電鍍等工藝過程形成的異種金屬的結合狀態(tài)、研究摩擦和磨損過程中的金屬轉移現(xiàn)象以及失效件表面的析出物或腐蝕產物的鑒別等方面。

顯微組織及超微尺寸材料的研究

　　鋼鐵材料中諸如回火托氏體、下貝氏體等顯微組織非常細密，用光學顯微鏡難以觀察組織的細節(jié)和特征。在進行材料、工藝試驗時，如果出現(xiàn)這類組織，可以將制備好的金相試樣深腐蝕后，在掃描電子顯微鏡中鑒別。下貝氏體與高碳馬氏體組織在光學顯微鏡下的形態(tài)均呈針狀，且前者的性能優(yōu)于后者。但由于光學顯微鏡的分辨率較低，無法顯示其組織細節(jié)，故不能區(qū)分。電子顯微鏡卻可以通過對針狀組織細節(jié)的觀察實現(xiàn)對這種相似組織的鑒別。在電子顯微鏡下，可清楚地觀察到針葉下貝氏體是有鐵素體和其內呈方向分布的碳化物組成。

　　納米材料是納米科學技術Z基本的組成部分?，F(xiàn)在可以用物理、化學及生物學的方法制備出只有幾個納米的顆粒。由于納米材料表面上的原子只受到來自內部一側的原子的作用，十分活潑，所以使用納米金屬顆粒粉作催化劑，可加快化學反應過程。納米材料的應用非常廣泛，比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)點，但又具有脆性和難以加工等缺點，納米陶瓷在一定的程度上可增加韌性，改善脆性。

　　復合納米固體材料亦是一個重要的應用領域。例如含有20%超微鈷顆粒的金屬陶瓷是火箭噴氣口的耐高溫材料;金屬鋁中摻進少量的陶瓷超微顆粒，可制成重量輕、強度高、韌性好、耐熱性強的新型結構材料。納米材料的一切獨特性能主要源于它的超微尺寸，因此必須首先切確地知道其尺寸，否則對納米材料的研究及應用便失去了基礎。目前該領域的檢測手段和表征方法可以使用透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等技術，但高分辨率的掃描電子顯微鏡(SEM)在納米級別材料的形貌觀察和尺寸檢測方面因具有簡便、可操作性強的優(yōu)勢，也被大量采用。