本文標題："金相技術鑒別一次短路痕和二次短路痕儀器介紹"

以金相技術鑑別一次短路痕和二次短路痕

一次痕是指通電狀態中的電線，絕緣被覆因某種理由使絕緣劣質化或破損，產生電線短

路，而造成火災，此時所產生之熔痕係火災發生前即已產生故稱為一次痕。二次痕指通電狀態

中的配線，因火災燒失或破壞其被覆表皮絕緣，致引起短路之熔痕，此時所產生之熔痕係因火

災所造成之結果，故稱為二次痕。

金相分析法是目前電氣火災原因分析應用最廣泛的一種分析法，它根據電熔化所造成的金

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熔痕形成的原因。

即將短路試片經鑲埋、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：

一次痕是指銅導線因自身故障于火災發生之前形成的短路熔化痕跡，一次痕在形成過程

中，因當時外界環境溫度較低，整個導線的金相組織處在原始加工狀態(導線本體組織如圖

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1)，當電氣線路、設備因自身故障短路時，短路點處于 2000~3000℃的高溫狀態，此溫度遠超

過銅的熔點 1083℃，短路點導線瞬間熔化成液態金屬，由于液體存在表面張力的作用，導線

熔化部分往往凝固成圓形熔珠。整個導線的溫度并不高，接近于正常使用狀態的溫度，導線熔

化部分與導線本體之間的過渡區域溫差較大，熔珠在結晶過程中，因外界環境溫度低，冷卻速

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

固時間極短，溶解于金屬熔痕中的氣體少，熔珠內部夾雜的氣孔少又小。

二、二次痕：

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

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

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

而發生短路。因此，導線除在短路點處于高溫狀態下，短路點附近的外界環境溫度也比較高，

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

是在火災中形成的短路熔痕，火災環境中存在大量的灰塵、煙氣和各種燃燒產物，故被截留在

熔痕內的氣體雜質多，夾雜在粗大晶粒中的氣孔多又大。有時因熔珠被覆而發現有紅寶石狀透

壓力鍋炊煮原理與檢驗標準沿革

機械科

林弘熙

壓力鍋是時下常見的炊具，其進行食物烹飪的原理係應用下述二種物理現象：其現象一是

一般于 1 大氣壓下對水加熱，當水的溫度達到 100℃時即沸騰。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行炊煮。但如對沸騰的水繼續加熱，直到

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

象，是當水處在較高的壓力下，其沸點亦會相對提高。假若我們將水置于密閉容器中加熱，部

份先完成相變態的水蒸氣會被限制于容器內而無法逸出，此時便會增加容器內的壓力而提高了

水的沸點，所以所加之熱會繼續用于水溫的提升，而不會浪費于使水進行相變態。因此當對于

有鍋蓋密封之鍋內物持續加熱時，便會使鍋內的水變成高溫高壓狀態（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。

壓力鍋雖有節省能源與提高食物炊煮效率的優點，但鍋內高溫高壓狀態亦相對提高對使用

者的風險。過去一、二十年礙于設計與製造技術不佳，時有耳聞壓力鍋烹飪食物過程中發生鍋

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

設計觀念的大幅改善下，壓力鍋的失效問題已完全降低，僅有少數品質控制不當與使用說明不

夠詳盡下，出現使用不當而造成傷害的情形。因此消費者在選用壓力鍋時，除了考量需求與價

位外，應注意壓力鍋是否有檢驗合格標識、熟讀使用說明書內容并確實遵守，切勿貪圖一時方

便而便宜行事。

由于壓力鍋炊煮係全密封烹調，食物不但可以呈現出原汁原味外，亦能充份保存營養成分

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

力鍋，除了具備傳統瓦斯加熱型壓力鍋的優點，同時無需專人顯微鏡下看管、自動斷電、防空燒、防超

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

手，諸如菜單選擇、自動完成烹飪、自動進入保溫狀態、停電記憶、預約時間、電子時鐘、善

意提醒等功能。但需考量其價位與電子零組件的老化與故障。

壓力鍋原為本局公告應施檢驗品目，現行使用之檢驗標準為 CNS 12574「家庭用壓力鍋」

（93 年版），檢驗項目有：1.材料、2.構造及加工、3.表面處理、4.品質、5.把手裝置強度

及溫升、6.鍋身鍋蓋密合與洩氣裝置、7.壓力調整裝置與安全裝置、8.耐壓試驗、9.容積、10.

標示等。惟因標準內容較偏屬傳統瓦斯加熱型之壓力鍋試驗，用于新式壓力鍋試驗內容的完整

性，仍有不足而難以配合之情形。反觀 EN 12778（2002 年版）檢驗標準已擴大納入大容積壓

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

局據此已參考 EN 12778（2002 年版）檢驗標準的試驗內容，同時整合產官學界意見已完成標

準草創。為配合新標準修訂公告后立即銜接壓力鍋試驗，本局第六祖機械科已于民國 98 年 10

月建置符合 EN 12778（2002 年版）標準架構之試驗設備，期能確保消費者使用壓力鍋之安

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

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）；當試樣受到電子束照射即產生各

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，且量子產生之區域亦不同。

電子束照射試樣之現

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

光偵測器等 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生的X光，再以

偵測器收集訊號，并配合EDS，可分析試樣內之表面元素，無機試樣含高原子序的元素，均可

產生X光，生物試樣才會有大量之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是以半導體晶體將電磁訊號轉換為電子訊號，電子訊

號經場效電晶體使其與偏壓分開后進入擴大器，再以電腦處理標準元素之訊號判斷測定試樣之

訊號，互相比對，并結合SEM 的影像，可用于纖維、塑膠、金屬等材料之顯微結構及定性、定

量之成分分析；如依紡織品機能性認證暨驗證委員會制定之FTTS-FA-016「保暖性含炭填充纖

維紡織品驗證規范」檢測保暖性含炭填充纖維，檢測抗菌家飾用紡織品之含銀量。

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二、試驗設備及鍍金機

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

（4）試樣室、（5）偵測系統及（6）顯示及記錄系統等。

不同材質的試樣有不同的前處理，如金屬導電的樣品，可不經前處理直接進入 SEM 中觀

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

或低加速電壓方式進行觀察，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，固定在樣品臺上即可，如果是非導電的樣品，表面可以

用鍍金機鍍金 。