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本文標(biāo)題："金相技術(shù)鑒別一次短路痕和二次短路痕儀器介紹"

以金相技術(shù)鑑別一次短路痕和二次短路痕

一次痕是指通電狀態(tài)中的電線，絕緣被覆因某種理由使絕緣劣質(zhì)化或破損，產(chǎn)生電線短

路，而造成火災(zāi)，此時(shí)所產(chǎn)生之熔痕係火災(zāi)發(fā)生前即已產(chǎn)生故稱為一次痕。二次痕指通電狀態(tài)

中的配線，因火災(zāi)燒失或破壞其被覆表皮絕緣，致引起短路之熔痕，此時(shí)所產(chǎn)生之熔痕係因火

災(zāi)所造成之結(jié)果，故稱為二次痕。

金相分析法是目前電氣火災(zāi)原因分析應(yīng)用最廣泛的一種分析法，它根據(jù)電熔化所造成的金

相組織和一般火焰熔化的金相組織不同的原理，按照不同的組織特性可確認(rèn)熔痕形成的原因。

即將短路試片經(jīng)鑲埋、研磨、拋光、浸蝕后于金相顯微鏡上，觀察其晶粒大小分佈，并拍攝照

片分析，視其切面晶粒組織之不同辨別係一次痕或二次痕。

一、一次痕：

一次痕是指銅導(dǎo)線因自身故障于火災(zāi)發(fā)生之前形成的短路熔化痕跡，一次痕在形成過程

中，因當(dāng)時(shí)外界環(huán)境溫度較低，整個(gè)導(dǎo)線的金相組織處在原始加工狀態(tài)(導(dǎo)線本體組織如圖

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1)，當(dāng)電氣線路、設(shè)備因自身故障短路時(shí)，短路點(diǎn)處于 2000~3000℃的高溫狀態(tài)，此溫度遠(yuǎn)超

過銅的熔點(diǎn) 1083℃，短路點(diǎn)導(dǎo)線瞬間熔化成液態(tài)金屬，由于液體存在表面張力的作用，導(dǎo)線

熔化部分往往凝固成圓形熔珠。整個(gè)導(dǎo)線的溫度并不高，接近于正常使用狀態(tài)的溫度，導(dǎo)線熔

化部分與導(dǎo)線本體之間的過渡區(qū)域溫差較大，熔珠在結(jié)晶過程中，因外界環(huán)境溫度低，冷卻速

度快，故晶粒較小(熔珠樹枝狀組織如圖 2)。且一次痕形成時(shí)外界燃燒產(chǎn)物和煙氣等較少，凝

固時(shí)間極短，溶解于金屬熔痕中的氣體少，熔珠內(nèi)部夾雜的氣孔少又小。

二、二次痕：

二次痕是指銅導(dǎo)線因受外界火焰或高溫的作用，導(dǎo)線絕緣層失效發(fā)生短路后殘留下來的熔

化痕跡。其外形與一次痕基本相似，但二者內(nèi)部微觀金相組織特徵存在較大的差異，二次痕在

形成時(shí)，因受外界火焰的高溫作用，導(dǎo)線在某一局部范圍內(nèi)受高溫高熱的影響，絕緣層受破壞

而發(fā)生短路。因此，導(dǎo)線除在短路點(diǎn)處于高溫狀態(tài)下，短路點(diǎn)附近的外界環(huán)境溫度也比較高，

故二次痕在結(jié)晶過程中，因周遭溫度高，冷卻速度慢，凝固時(shí)間長(zhǎng)，晶粒較粗大。由于二次痕

是在火災(zāi)中形成的短路熔痕，火災(zāi)環(huán)境中存在大量的灰塵、煙氣和各種燃燒產(chǎn)物，故被截留在

熔痕內(nèi)的氣體雜質(zhì)多，夾雜在粗大晶粒中的氣孔多又大。有時(shí)因熔珠被覆而發(fā)現(xiàn)有紅寶石狀透

壓力鍋炊煮原理與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)沿革

機(jī)械科

林弘熙

壓力鍋是時(shí)下常見的炊具，其進(jìn)行食物烹飪的原理係應(yīng)用下述二種物理現(xiàn)象：其現(xiàn)象一是

一般于 1 大氣壓下對(duì)水加熱，當(dāng)水的溫度達(dá)到 100℃時(shí)即沸騰。此種加之于水中以提高溫度的

熱稱之為顯熱，食物的烹飪就是利用水中的顯熱來進(jìn)行炊煮。但如對(duì)沸騰的水繼續(xù)加熱，直到

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水完全變相為氣態(tài)逸去之前都無法再提高水溫，則此段用于相變態(tài)之熱稱為潛熱。另一物理現(xiàn)

象，是當(dāng)水處在較高的壓力下，其沸點(diǎn)亦會(huì)相對(duì)提高。假若我們將水置于密閉容器中加熱，部

份先完成相變態(tài)的水蒸氣會(huì)被限制于容器內(nèi)而無法逸出，此時(shí)便會(huì)增加容器內(nèi)的壓力而提高了

水的沸點(diǎn)，所以所加之熱會(huì)繼續(xù)用于水溫的提升，而不會(huì)浪費(fèi)于使水進(jìn)行相變態(tài)。因此當(dāng)對(duì)于

有鍋蓋密封之鍋內(nèi)物持續(xù)加熱時(shí)，便會(huì)使鍋內(nèi)的水變成高溫高壓狀態(tài)（100℃以上，1 大氣壓

以上），而能較常壓 100℃的水更能增加食物的炊煮效率。

壓力鍋雖有節(jié)省能源與提高食物炊煮效率的優(yōu)點(diǎn)，但鍋內(nèi)高溫高壓狀態(tài)亦相對(duì)提高對(duì)使用

者的風(fēng)險(xiǎn)。過去一、二十年礙于設(shè)計(jì)與製造技術(shù)不佳，時(shí)有耳聞壓力鍋烹飪食物過程中發(fā)生鍋

蓋被炸開傷及使用者或是造成食物噴灑屋內(nèi)的負(fù)面消息。如今不論在製造技術(shù)的成熟度及安全

設(shè)計(jì)觀念的大幅改善下，壓力鍋的失效問題已完全降低，僅有少數品質(zhì)控制不當(dāng)與使用說明不

夠詳盡下，出現(xiàn)使用不當(dāng)而造成傷害的情形。因此消費(fèi)者在選用壓力鍋時(shí)，除了考量需求與價(jià)

位外，應(yīng)注意壓力鍋是否有檢驗(yàn)合格標(biāo)識、熟讀使用說明書內(nèi)容并確實(shí)遵守，切勿貪圖一時(shí)方

便而便宜行事。

由于壓力鍋炊煮係全密封烹調(diào)，食物不但可以呈現(xiàn)出原汁原味外，亦能充份保存營(yíng)養(yǎng)成分

而不流失，是很適合要把食材煮很熟而形狀又不會(huì)煳煳的炊具。另外，市面上常見的電子式壓

力鍋，除了具備傳統(tǒng)瓦斯加熱型壓力鍋的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)無需專人顯微鏡下看管、自動(dòng)斷電、防空燒、防超

溫等多重電子式安全裝置，也沒有因燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳的問題，可能還加入一些生活小幫

手，諸如菜單選擇、自動(dòng)完成烹飪、自動(dòng)進(jìn)入保溫狀態(tài)、停電記憶、預(yù)約時(shí)間、電子時(shí)鐘、善

意提醒等功能。但需考量其價(jià)位與電子零組件的老化與故障。

壓力鍋原為本局公告應(yīng)施檢驗(yàn)品目，現(xiàn)行使用之檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為 CNS 12574「家庭用壓力鍋」

（93 年版），檢驗(yàn)項(xiàng)目有：1.材料、2.構(gòu)造及加工、3.表面處理、4.品質(zhì)、5.把手裝置強(qiáng)度

及溫升、6.鍋身鍋蓋密合與洩?dú)庋b置、7.壓力調(diào)整裝置與安全裝置、8.耐壓試驗(yàn)、9.容積、10.

標(biāo)示等。惟因標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容較偏屬傳統(tǒng)瓦斯加熱型之壓力鍋試驗(yàn)，用于新式壓力鍋試驗(yàn)內(nèi)容的完整

性，仍有不足而難以配合之情形。反觀 EN 12778（2002 年版）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已擴(kuò)大納入大容積壓

力鍋（25L）的試驗(yàn)，并針對(duì)各種加熱方式及開啟鍋蓋方式的壓力鍋均有詳盡之試驗(yàn)規(guī)定。本

局據(jù)此已參考 EN 12778（2002 年版）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)整合產(chǎn)官學(xué)界意見已完成標(biāo)

準(zhǔn)草創(chuàng)。為配合新標(biāo)準(zhǔn)修訂公告后立即銜接壓力鍋試驗(yàn)，本局第六祖機(jī)械科已于民國(guó) 98 年 10

月建置符合 EN 12778（2002 年版）標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)之試驗(yàn)設(shè)備，期能確保消費(fèi)者使用壓力鍋之安

全。

儀器介紹

掃描式電子顯微鏡（SEM）及 X 光能量分散光譜儀（EDS）介紹

高分子科 蔡宗訓(xùn)

一、原理

掃描式電子顯微鏡（SEM, Scanning Electronic Microscope ）是利用加速電壓作用于鎢

絲燈上，燈絲所放出之熱電子射向陰極，由電子槍在真空中射出之入射（一次）電子，經(jīng)電磁

透鏡集聚成直徑極小的電子束，照射在試樣表面（如圖 1）；當(dāng)試樣受到電子束照射即產(chǎn)生各

種量子，如二次電子、背向散射電子、陰極螢光及特性 X-光線等，且量子產(chǎn)生之區(qū)域亦不同。

電子束照射試樣之現(xiàn)

信號(hào)偵測(cè)及成像種類一般分為：(1)二次電子偵測(cè)器、（2）背向散射電子偵測(cè)器及（3）X

光偵測(cè)器等 3 種。

X 光微量分析光譜儀又分為：

（１）能量分散式光譜儀(EDS,Energy Dispersive Spectrometer)及（2）波長(zhǎng)分散式光

譜儀(WDS,Wavelength Dispersive Spectrometer)等 2 種。

電子顯微鏡一般均搭配X光能量分散光譜儀為主，利用電子束照射于試樣產(chǎn)生的X光，再以

偵測(cè)器收集訊號(hào)，并配合EDS，可分析試樣內(nèi)之表面元素，無機(jī)試樣含高原子序的元素，均可

產(chǎn)生X光，生物試樣才會(huì)有大量之C、H、O、N等元素，利用此方法分析，較易受干擾，故一般

EDS較常用于原子序 11 以上之元素。EDS是以半導(dǎo)體晶體將電磁訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)，電子訊

號(hào)經(jīng)場(chǎng)效電晶體使其與偏壓分開后進(jìn)入擴(kuò)大器，再以電腦處理標(biāo)準(zhǔn)元素之訊號(hào)判斷測(cè)定試樣之

訊號(hào)，互相比對(duì)，并結(jié)合SEM 的影像，可用于纖維、塑膠、金屬等材料之顯微結(jié)構(gòu)及定性、定

量之成分分析；如依紡織品機(jī)能性認(rèn)證暨驗(yàn)證委員會(huì)制定之FTTS-FA-016「保暖性含炭填充纖

維紡織品驗(yàn)證規(guī)范」檢測(cè)保暖性含炭填充纖維，檢測(cè)抗菌家飾用紡織品之含銀量。

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二、試驗(yàn)設(shè)備及鍍金機(jī)

掃描式電子顯微鏡（如圖 2）之構(gòu)造包括（1）電子槍、（2）電子腔、（3）真空系統(tǒng)、

（4）試樣室、（5）偵測(cè)系統(tǒng)及（6）顯示及記錄系統(tǒng)等。

不同材質(zhì)的試樣有不同的前處理，如金屬導(dǎo)電的樣品，可不經(jīng)前處理直接進(jìn)入 SEM 中觀

察；如纖維類及高分子材料等不導(dǎo)電的樣品，在樣品未經(jīng)前處理的情況下，可以用低真空模式

或低加速電壓方式進(jìn)行觀察，如樣品需用高放大倍率觀察，可以用鍍上金方式處理；X-RAY

元素分析的樣品，通常樣品拋光表面，固定在樣品臺(tái)上即可，如果是非導(dǎo)電的樣品，表面可以

用鍍金機(jī)鍍金 。