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フラクトグラフィーとは、材料の破断面を研究する学問である。フラクトグラフィー法は、工学構造物、特に製品の破損や、法医学工学、故障解析の分野において、破損原因の特定に日常的に用いられている。材料科学研究においては、フラクトグラフィーは亀裂進展挙動の理論モデルの開発と評価に利用される。
破面解析の目的の一つは、破断面の特性を調べることで破壊原因を特定することである。様々な種類の亀裂進展（例えば、疲労、応力腐食割れ、水素脆化）は、表面に特徴的な構造を生じさせ、これらを利用して破壊モードを特定することができる。しかし、特にセラミックやガラスなどの脆性材料の場合、個々の亀裂よりも、亀裂全体のパターンの方が重要となる場合がある。
フラクトグラフィーは、法医学工学、法医学材料工学、破壊力学において、故障の原因を理解し、理論的な故障予測を実際の故障と照合するために広く用いられている技術です。例えば、割れた瓶など、武器として使用された破損品の分析に法医学分野で役立ちます。被告は、瓶に欠陥があり、暴行の被害者に当たった際に偶発的に割れたと主張するかもしれません。フラクトグラフィーによって、この主張が虚偽であり、割れた瓶を武器として使用して被害者を故意に攻撃する前に、瓶を割るには相当な力が必要だったことが示される可能性があります。ガラス製のフロントガラスや窓に開いた弾痕は、衝突の方向や弾丸のエネルギーを示すこともあります。このような場合、個々の亀裂の具体的な特徴よりも、亀裂の全体的なパターンが、一連の出来事を再構築する上で重要となります。フラクトグラフィーによって、列車の脱線事故の原因がレールの欠陥であったか、あるいは飛行機の翼に墜落前に疲労亀裂があったかどうかを判断できます。
破壊解析は材料研究にも用いられており、破壊特性は他の特性や材料の構造と相関関係にある可能性がある。
破面解析の重要な目的の一つは、亀裂の発生源を特定し、調査することです。発生源を調査することで、亀裂発生の原因が明らかになる場合があるからです。初期の破面解析は、一般的に低倍率の光学顕微鏡と斜光照明技術を用いてマクロスケールで行われ、亀裂の範囲、発生モード、発生源の可能性を特定します。荷重パターンが分かっていれば、光学顕微鏡またはマクロ写真だけで、破壊の性質、亀裂の発生および成長の原因を特定できる場合が多いです。
破損したクランクシャフトの画像は、下部中央のバルブ付近の表面欠陥が原因で部品が破損したことを示しています。原点付近の半円形の跡は、疲労と呼ばれるプロセスによって亀裂が内部材料に成長したことを示しています。クランクシャフトには、破断面に現れるハッチングと呼ばれる線も見られます。この線は、亀裂の発生源までたどることができます。亀裂の成長様式によっては、表面に特徴的な跡が残ることがあり、それによってマクロスケールでの亀裂の成長様式と発生源を特定できます。例えば、疲労亀裂に見られるビーチマークやストライエーションなどが挙げられます。
顕微鏡を用いることで、亀裂の発生点と亀裂成長のメカニズムを特定できます。破断面の画像（破面図）から情報を得て、図を作成することができます。破断面の模式図を作成することで、製品の破損状況を示す表面上の特徴を分離・特定できます。このような図は、亀裂の発生から時間経過とともにどのように成長したかを明確に示す情報を提示する上で非常に有効な手段となります。
USB顕微鏡は、手持ちできるほど小型であるため、破断面の特徴を観察するのに特に便利です。様々なサイズと解像度のカメラが低価格で市販されています。カメラケーブルはUSBプラグを介してコンピュータに接続され、ほとんどの機器にはLEDライトによるカメラ照明が備わっています。
多くの場合、破面解析ではより微細なスケールでの観察が必要となり、通常は走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて行われます。SEMの解像度は光学顕微鏡よりもはるかに高いものの、試料は部分真空中で観察されるため、色は検出されません。改良されたSEMは、大気圧に近い圧力下での観察を可能にし、生物由来の物質など、デリケートな材料の観察にも対応しています。SEMは、顕微鏡内で実施可能なエネルギー分散型X線分光法（EDX）と組み合わせることで特に有用となり、試料のごく小さな領域の元素組成を分析することができます。
破損したカテーテルの写真（Cp）に示すように、脆性亀裂が交わる部分に尖端が形成されます。この尖端は、シリコーンゴム製の乳房インプラント上のカテーテルの脆性破壊によって形成されました。亀裂の発生源は、左側の肩部です。このような特徴を特定することで、研究対象の表面の破断面マップを作成できます。インプラントは過負荷により破損し、すべての負荷がカテーテルと生理食塩水バッグの接続部に集中しました。その結果、患者はインプラントからの体液漏出を訴え、インプラントは外科的に摘出され、交換されました。
乳房インプラントカテーテルの不具合事例では、亀裂の経路は非常に単純でしたが、原因はより複雑でした。走査型電子顕微鏡による詳細な観察の結果、バッグとカテーテルの間に多数の微細な亀裂が確認され、両部品間の接着が早期に、おそらく製造上の欠陥によって剥がれてしまったことが示唆されました。バッグとカテーテルの両方に使用されているシリコーンゴムは、物理的に強度の低いエラストマーであり、製品設計においては、この材料の低い引裂強度やせん断強度を考慮する必要があります。
下翼板のファスナー穴に、重大な亀裂は発生しなかった。この板は 厚さ3.2 mmのAA7075-T6アルミニウム合金製であった。亀裂の発見時期と航空機のカウント式Gメーターにより、調査員は航空機の使用による負荷を把握することができた。SEMで観察した亀裂には、疲労の痕跡とパターンが見られた。周期的な負荷と疲労は徐々に悪化しているようで、亀裂の中には長さと幅が大きいものもあれば小さいものもあり、2Gを超える力が時折加わっていたことを示していた。Gメーターによると、航空機は2,500回の飛行を行っており、G力と加速度は時折2Gを超えていた。これは製造元が公表している最大値を超えていた。[ 1 ]結論として、古い航空機や頻繁に使用される航空機では、疲労と亀裂を定期的に検査する必要がある。[ 1 ]この研究では、航空機に定量的破面解析を使用する新しい方法も発見しました。これは、負荷履歴（この場合はgメーター）と、実験室環境で異なる圧力、サイクル、温度で疲労を受けた合金の記録を比較するものです。この研究では、亀裂のデータベースを使用して、力と亀裂の進行を予測するモデルを作成しました。