Судебная материаловедение, отрасль судебной инженерии, фокусируется на вещественных доказательствах с мест преступлений или аварий, ищет дефекты в этих материалах, которые могли бы объяснить, почему произошел несчастный случай, или источник определенного материала для идентификации преступника. Многие аналитические методы, используемые для идентификации материалов, могут использоваться в расследованиях, точный набор определяется природой рассматриваемого материала, будь то металл, стекло, керамика, полимер или композит. Важным аспектом является анализ следов, таких как следы скольжения на открытых поверхностях, где контакт между разнородными материалами оставляет материальные следы одного, оставленного на другом. При условии, что следы могут быть успешно проанализированы, то несчастный случай или преступление часто могут быть реконструированы. Другая цель будет заключаться в определении причины сломанного компонента с помощью метода фрактографии.
Металлы и сплавы
Металлические поверхности можно анализировать несколькими способами, в том числе с помощью спектроскопии и EDX, используемых во время сканирующей электронной микроскопии. Природа и состав металла обычно могут быть установлены путем разрезания и полировки объема и исследования плоского сечения с помощью оптической микроскопии после использования травильных растворов для обеспечения контраста в сечении между компонентами сплава. Такие растворы (часто кислота) преимущественно воздействуют на поверхность, таким образом изолируя особенности или включения одного состава, что позволяет увидеть их гораздо более четко, чем на полированной, но необработанной поверхности. Металлография является рутинным методом исследования микроструктуры металлов, но может также применяться к керамике, стеклам и полимерам. SEM часто может иметь решающее значение для определения видов отказов путем исследования поверхностей излома. Можно найти источник трещины и оценить способ ее роста, чтобы отличить, например, отказ от перегрузки от усталости. Однако часто усталостные изломы легко отличить от перегрузочных разрушений по отсутствию пластичности и наличию области быстрого роста трещины и области медленного роста трещины на поверхности излома. Например, усталость коленчатого вала является распространенным видом разрушения для деталей двигателя. В примере показаны только две такие зоны: медленная трещина у основания, быстрая вверху.
Керамика и стекло
Твердые изделия, такие как керамическая керамика и стеклянные ветровые стекла, можно изучать с помощью тех же методов SEM, которые используются для металлов, особенно ESEM, проводимого в условиях низкого вакуума. Поверхности изломов являются особенно ценными источниками информации, поскольку поверхностные особенности, такие как штрихи, могут позволить обнаружить источник или источники трещин. Анализ поверхностных особенностей выполняется с помощью фрактографии.
Положение источника затем может быть сопоставлено с вероятными нагрузками на продукт, чтобы показать, как, например, произошел несчастный случай. Осмотр пулевых отверстий часто может показать направление движения и энергию удара, а также способ, которым обычные стеклянные изделия, такие как бутылки, могут быть проанализированы, чтобы показать, были ли они намеренно или случайно разбиты в результате преступления или несчастного случая. Дефекты, такие как инородные частицы, часто возникают вблизи или в месте возникновения критической трещины и могут быть легко идентифицированы с помощью ESEM.
Полимеры и композиты
Термопластики, термореактивные материалы и композиты можно анализировать с помощью FTIR и УФ-спектроскопии, а также ЯМР и ESEM. Неудачные образцы можно растворить в подходящем растворителе и исследовать напрямую (УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопия) или в виде тонкой пленки, отлитой из растворителя, или вырезать с помощью микротомии из твердого продукта. Метод нарезки предпочтительнее, поскольку нет никаких осложнений, связанных с поглощением растворителя, а целостность образца частично сохраняется. Разрушенные продукты можно исследовать с помощью фрактографии, особенно полезного метода для всех сломанных компонентов с использованием макрофотографии и оптической микроскопии. Хотя полимеры обычно обладают совершенно другими свойствами, чем металлы и керамика, они так же подвержены разрушению от механической перегрузки, усталости и коррозионного растрескивания под напряжением, если продукты плохо спроектированы или изготовлены. Многие пластмассы подвержены воздействию активных химикатов, таких как хлор, которые присутствуют в небольших количествах в питьевой воде, особенно если литьевые формы неисправны.
ESEM особенно полезен для проведения элементного анализа из просмотренных частей исследуемого образца. Фактически это метод микроанализа, ценный для изучения следовых улик. С другой стороны, цветопередача отсутствует, и нет информации о том, как эти элементы связаны друг с другом. Образцы будут подвергаться воздействию вакуума, поэтому любые летучие вещества могут быть удалены, а поверхности могут быть загрязнены веществами, используемыми для прикрепления образца к креплению.
Эластомеры
Резиновые изделия часто являются критически важными для безопасности частями машин, поэтому отказ часто может привести к несчастным случаям или потере функции. Неисправные изделия можно исследовать многими общими полимерными методами, хотя это сложнее, если образец вулканизирован или сшит. Инфракрасная спектроскопия с ослабленным полным внутренним отражением полезна, поскольку продукт обычно гибкий, поэтому его можно прижать к кристаллу селена, используемому для анализа. Простые тесты на набухание также могут помочь определить конкретный эластомер, используемый в продукте. Часто лучшим методом является ESEM с использованием рентгеновского элементного анализа на микроскопе. Хотя метод обеспечивает только элементный анализ, он может дать подсказки относительно идентичности исследуемого эластомера. Таким образом, присутствие значительного количества хлора указывает на полихлоропрен, а присутствие азота указывает на нитрильный каучук. Метод также полезен для подтверждения растрескивания озоном по большому количеству кислорода, присутствующего на треснувших поверхностях. Озон воздействует на восприимчивые эластомеры, такие как натуральный каучук, нитриловый каучук и полибутадиен и связанные сополимеры. Такие эластомеры имеют двойные связи в своих основных цепях, группа, которая подвергается воздействию во время озонолиза.
Проблема возникает, когда небольшие концентрации озона присутствуют вблизи открытых эластомерных поверхностей, таких как уплотнительные кольца и мембранные уплотнения. Изделие должно находиться в напряжении, но только очень низкие деформации достаточны для того, чтобы вызвать деградацию.
