SEM图像分析技术；痕迹物证的微观形貌分析和微区化学成分分析。从中得出：扫描电镜及其附件正日益走向精 确化、灵敏化；利用SEM分析技术对痕迹物证进行形貌分析和微区化学成分分析已经成为现在物证鉴定的主要鉴定方法。本文针对SEM分析技术应用于铜铝导线，从微观形貌分析导线的状态，为火灾痕迹物证鉴定提供新的辅助方法，使传统的现场勘验工作由宏观扩大到微观范围，增强了物证鉴定的准确程度。

物体在受火直接加热或烘烤后，其微观形貌会发生相应的变化，不同的状态，不同的温度下都会有不同的变化，因此利用SEM分析技术对火场中的痕迹物证进行形貌分析，从而可以根据痕迹物证的不同形貌特征判断火场的温度，起火部位，进而断定起火原因。 

 

一、铜、铝导线一次短路熔痕微观形貌特征 

一次短路熔痕是在环境温度条件下形成的，电路中负载发生故障，导线之间相碰或由于导线绝缘层破损，导线和金属套管相碰，电路发生短路。这时电路中电流强度瞬间上升，在很短的时间内短路造成金属熔化的爆 炸性电弧，并向四周喷射灼热的熔滴，气体来不及排出而留于熔痕内，因此气孔表面比较光滑，呈现出均匀细密的特征。一次短路形成的熔痕，只要不被破坏，即使又经火场的高温作用，其断面形貌、气孔等微观形貌特征一般也没有明显变化。用扫描电镜观察，发现单股铜导线一次短路熔痕的微观形貌为：熔珠断面和基体杆端呈抛物线卵形花样，暗灰色，光泽性不强。断面孔洞均匀、细密，比较规则，无集中缩孔。高倍像中可见到气孔内壁比较光滑，洞底有裂纹花样，有时可看到放射状花纹。熔珠外表面比较平整，有少量较少的气孔。用扫描电镜观察，发现单股铝导线一次短路熔痕的微观形貌为：熔珠断面和基体（杆）端断面呈蜂窝状，暗灰色，缺乏光泽。气孔均匀、细密，气孔内壁比较平滑，很少有粗糙的纹迹。熔珠外表面比较平整，有小坑洞。因此，利用上述微观形貌特征可以判断导线熔痕为一次短路熔痕，即火灾前形成的短路熔痕。 

 

二、铜、铝导线二次短路熔痕微观形貌特征 

二次短路熔痕是在火灾条件下形成的，火场温度较高，冷 却速度慢，过冷度小，凝固时间长，虽然析出的气体较多，但由于火灾环境中氧浓度较低，同时还存在着大量的灰尘、杂质和各种燃烧产物，以及受火灾热作用而蒸发的水蒸气等溶入的气体量较多，因而，二次短路熔痕内气孔大小不均匀，有较多的气孔存在。当熔珠形成之后，熔珠气孔表面在短暂的时间和高温下有沸溢现象，并且处在高温的时间比一次短路熔珠的时间长，所以气孔内壁粗糙并形成龟纹、条纹等纹迹。 

用扫描电镜观察，发现多股铜导线二次短路熔痕的微观形貌为：熔珠断面与基体杆端断面呈蜂窝状花样，浅灰色，光泽性较强。断面的孔洞不均匀，数量明显增多。有较大的气孔存在，且孔洞内表面上存在小的孔洞。高倍像中，洞底部有平行花纹，内壁面上有小的缩孔、卵石状颗粒和灰尘。熔珠外表面粗糙，有较大气孔，在强大短路电流作用下，铜发生强烈的氧化反应被熔化喷出，因此有喷溅的小熔珠附着在熔珠表面上，用扫描电镜观察，发现单股铝导线二次短路熔痕的微观形貌为：熔珠断面与基体（杆）端断面呈窝状花样，浅灰色，光泽较强。气孔大小不均匀，气孔的数量明显增多，有的大孔内有小孔。在高倍像中气孔内壁相当粗糙并有龟纹、条纹等纹迹出现。熔珠外表面比较粗糙，有麻点和小坑，一层灰色氧化铝膜。由于铝的熔点低，在较大短路电流作用下，铝发生强烈的氧化反应熔化喷出，因此有喷溅的小熔珠附着在熔珠表面上。因此，利用上述微观形貌特征可以判断导线熔痕为二次短路熔痕，即火灾中形成的短路熔痕。 

三、铜、铝导线火烧熔痕微观形貌特征 

火烧熔痕是在火灾环境中形成的，熔化痕迹形成时，火灾现场的温度较高，因此，冷 却速度相当缓慢，凝固时间较长，火烧熔珠充分地吸收了周围环境中的气体而起反应，溶解的气体有较充分的逸出时间，所以火烧熔痕断面无气孔，比较光滑平整。用扫描电镜观察，发现单股铜导线火烧熔痕的微观形貌为：熔珠断面和基体杆端断面大多数比较平整，光泽性不强。熔痕断面形貌局部为网格状花样，有很少量块状物，无明显的气孔和缩孔。熔珠外表面平整，无气孔，有明显金属氧化痕迹，有时形成小结痕，一般无喷溅痕，有金属熔融形成的流淌痕迹，用扫描电镜观察，发现单股铝导线火烧熔痕的微观形貌为：熔珠断面和基体（杆）端断面可以清晰地看到丘陵状和线状，有很少块状物，光泽性不强。高倍像中可以见到突起的丘陵形状表面光滑，无气孔，这是由于铝熔化及凝固时间较慢，有较长的结晶时间，内部的气体可以慢慢逸出。熔珠外表面形态比较平整，无坑洞，因此，利用上述微观形貌特征可以判断导线熔痕为火烧熔痕，即火灾热作用形成的熔痕。 

 

四、多股铜、铝导线熔痕微观形貌特征 

多股铜导线经过一次短路后，导线的粗细程度可以影响熔痕的微观形貌特征。多股粗铜导线折叠绞合在一起(总直径约为5mm)，电弧法(电流约200A)短路产生的熔珠显微结构呈现出柱状晶和树枝晶，且有许多球状小颗粒及一定形状的其它再结晶体，同时还存在4μm左右的气孔或更大些的气孔。多股细铜导线再折叠绞合在一起(总直径约为4mm)，电弧法(电流约150 A)短路产生的熔珠其显微组织的变化与上述情况相似，同样具有柱状晶和树枝晶、球状小颗粒和气孔。铜导线(1.5mm)通电前短接，合闸通电瞬间短路，短路点处形成的一次短路熔痕,显微组织呈现出规则形状的柱状晶体及细小密集的再结晶小颗粒，同时有大量气孔存在。多股铜导线二次短路后，由于火烧致短路熔痕也出现一定量的柱状晶，则可能是因为导线细，被加热时受热面积大，单位体积获得的热量多，升温和降温快，冷 却速度较单股粗导线相对大；出现气孔的原因是多股细导线熔融时包裹了大量气体，降温再结晶时来不及逸出，从而形成气孔。多股铜导线直接经火烧后，形成的熔珠的显微结构，除有许多大块再结晶体、等轴晶外，还都有部分细小的柱状晶和树枝晶，以及较小的再结晶颗粒，同时存在一定量的气孔。 

铝导线的粗细程度同样影响导线短路后的微观形貌，通过利用扫描电镜观察，多股铝导线折叠绞合在一起(总直径约为5mm)，电弧法(电流约200A)短路产生的飞溅熔珠，其显微结构呈现出大量树枝晶，和部分柱状晶，且有许多球状小颗粒及一定形状的其它再结晶体，同时还存在一定量的气孔。铝导线(1.5mm)发生短路现象，用扫描电镜观察会发现有细小再结晶颗粒，同时有大量气孔存在。 

 

五、 铜、铝导线微观研究的新进展 

在近几年在铜导线熔痕形貌分析又有新的发展，杨晓红、孟广伊等人在2007年10月在沈阳工程学院（自然科学版）发表的论 文《应用扫描电镜分析研究铜导线短路熔珠形态特征》中对铜导线不同电压下的短路熔珠进行了进一步形貌分析，电压为30 V时短路熔珠表面的高倍相，放大倍数为1000倍。熔珠表面均分布着大量火山口状的圆形气孔和金属缩孔、气孔与内部空洞相通，其周围布满了由于高温气流从孔内冲击熔融状孔壁而留下的痕迹。显然，气孔是由于短路瞬间强大的高温气流从孔内冲出所致。金属缩孔是熔融导线在凝固部位出现的孔洞，不与内部空洞相通，表面不光滑，内部可见发达的枝晶结构。由于短路瞬间的高温可达2000℃以上，此温度与环境温度形成很大的温差，造成液态金属快速收缩，其凝固收缩过程短，液体不能有 效地得到补缩从而形成缩孔，进一步分析金属缩孔内枝晶的形态特征与形成原因，当液态金属冷 却至熔点以下转变为固态晶体时，由于金属结晶时的收缩得不到充分的液体补充,在树枝状晶轴之间留下空隙，呈现出树枝状晶体称枝晶。因短路瞬间很大温差使金属缩孔内液态金属快速凝固收缩，从而也得不到充分液体补充，使缩孔内形成发达的枝晶结构。经实践证明随着短路电压的增 大及导线线径的减小，电流通过导线产生的焦耳热会在更短的时间内使导线熔化，加之铜导线短路瞬间液态铜与外界环境间温差很大，结果加 快了导线冷 却凝固速度，使晶枝分枝程度越高枝体越细，即枝晶组织呈现明显细化特征。 

由胡建国、刘义祥等人所写的论 文《火场中铝导线熔痕的微观形貌分析》中，对铝导线的一次短路、二次短路和火烧熔痕的微观形貌分别具有相应的特征和规律，并利用微观形貌的区别鉴别铝导线熔痕的形成原因，一次短路熔痕形成的环境具有两个特点：一是存在气体的溶解,由于空气中氧浓度较高，为21%左右，很易产生氧气的溶解现象；二是环境温度较低，一般不超过70℃，这样，短路熔珠的冷 却速度快，过冷度大，凝固速率大，溶入的气体量必定是少的。正是由于原发性短路熔珠的凝固过程较短，这些气体来不及排除体外而滞留于熔痕内，因此气孔表面比较光滑，呈现出均匀细密的特征。二次短路熔痕是在火灾条件下形成的，因火场温度较高，冷 却速度慢，过冷度小，凝固时间长，虽然析出的气体较多，但由于火灾环境中氧浓度较低，一般为14%~21%，同时还存在着大量的灰尘、杂质和各种燃烧产物，以及受火灾热作用而蒸发的水蒸气等溶入的气体量较多，因而，二次短路熔痕内气孔大小不均匀,有较多的气孔存在。当熔珠形成后，熔但超出了GB/T 3808-2002《摆锤式冲击试验机的检验》的规定。通过上述的短路形成机理和对痕迹物证的微观形貌分析，可以判断导线熔痕的形成原因，进而断定火灾的起火原因。 

利用SEM分析技术对铜铝导线进行痕迹分析，是科学技术飞速发展并且应用到各个领域的具体表现，为火灾调查的事业提供了非常便利的科技平台。SEM分析技术可以较好的得到痕迹物证的形貌图像和微区化学成分，使物证鉴定可以更客观、全 面、可靠。同时利用高温样品台和拉伸样品台等扫描电镜仪器对物体进行单独分析或联用分析，大大增强了物证鉴定的准确程度；SEM分析技术应用在物证鉴定中，也就促使今后物证鉴定工作从宏观走向微观领域，应用更加广泛，掌握好并且应用好SEM分析技术必将使物证鉴定工作如虎添翼，事半功倍，为火灾调查事业的发展起到巨大的推进作用。

 

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