近日，有網(wǎng)友稱出租屋內(nèi)浴室的玻璃門突然炸裂，導(dǎo)致自己右手肌腱斷裂，身上多處受傷縫針。

3月18日，羊城晚報(bào)記者聯(lián)系上當(dāng)事人陳女士（化姓），她介紹，自己租住在浙江一間公寓內(nèi)，3月15日晚7時(shí)許，自己洗完澡后推開(kāi)浴室的門，沒(méi)想到鋼化玻璃門突然爆炸，碎掉的玻璃全部砸了下來(lái)……

好端端的鋼化玻璃為何會(huì)爆炸？日常使用時(shí)要注意什么？

不要聽(tīng)到是鋼化玻璃，就以為是防彈玻璃，就使勁造。

二者是完全不一樣的。

首先呢，鋼化玻璃其實(shí)是普通玻璃經(jīng)過(guò)加熱和急冷處理所形成的：

從600~700°C的玻璃軟化點(diǎn)，輔以高壓氣流吹氣，使其迅速冷卻。 玻璃表面受冷收縮，產(chǎn)生很高的壓應(yīng)力。 由于中心冷卻更慢，最后凝固時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很高的拉應(yīng)力。

從左到右，從上到下：高溫、急冷、應(yīng)力產(chǎn)生、壓應(yīng)力（左）與張應(yīng)力（右）關(guān)系

兩側(cè)的壓應(yīng)力層， 約1/6玻璃厚度

鋼化玻璃上的特殊張力分布，使其在受到外部壓力時(shí)，更不容易破裂。

一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)鋼化處理的玻璃，強(qiáng)度可提高到原來(lái)的3~5倍，甚至以上。

鋼化玻璃的鋼化程度，和冷卻前加熱溫度的高低有關(guān)。

關(guān)系式如下：

玻σ玻 即為鋼化玻璃的強(qiáng)度。 σ0 為退火玻璃的表面強(qiáng)度。 B 為應(yīng)力光學(xué)常數(shù)，2.5×10^-7 cm^2/kg。 x 為玻璃表面層應(yīng)力與中間層應(yīng)力的比例系數(shù)。 Δ 為鋼化程度，mm/cm（也即1cm光程內(nèi)的光程差）。

鋼化程度 Δ ，與溫度呈現(xiàn) S 曲線增長(zhǎng)關(guān)系。

從關(guān)系圖可以看出，加熱不足500℃時(shí)，鋼化程度不高。

500℃以上，鋼化程度顯著提升。

600℃左右，具有最高的鋼化增益。

700℃左右，鋼化效益接近峰值，更高溫度后增益不多。

可見(jiàn)溫度控制對(duì)玻璃鋼化非常重要。

鋼化玻璃的強(qiáng)度這么高，為啥還會(huì)“爆炸”呢？

剛才我們知道了，鋼化玻璃本身就受到非常大的自身應(yīng)力，外壓內(nèi)拉。

想象這不是一塊玻璃，這是一塊果凍……

如此強(qiáng)大的張力下，是不是就直接崩碎了？

鋼化玻璃平時(shí)不碎掉，其實(shí)就是自身強(qiáng)度和壓力、拉力之間形成了一個(gè)平衡。

這個(gè)平衡一被打破，玻璃就會(huì)直接爆碎。

鋼化玻璃上容易打破平衡的點(diǎn)，被稱為薄弱點(diǎn)。

薄弱點(diǎn)主要有三種類型：

源于切割的薄弱點(diǎn)：四角邊緣 源于材料的薄弱點(diǎn)：雜質(zhì)顆粒 源于意外的薄弱點(diǎn)：表面損傷

由于四角和邊緣是切割的，如果磕碰使得表面壓力層破壞，產(chǎn)生的裂口到達(dá)內(nèi)部拉力層，整個(gè)玻璃就會(huì)受力不均，徹底崩碎。

其它表面損傷、缺陷，也是同樣的道理，因?yàn)閿U(kuò)大損傷到內(nèi)部而破碎。

以上往往是磕碰、外力等原因造成的，雜質(zhì)引起的則完全不同。

雜質(zhì)顆粒導(dǎo)致的崩碎，也是我們通常所說(shuō)的「自爆」。

在加工、運(yùn)輸、貯存、使用過(guò)程中都可能遇到，直接和鋼化玻璃的生產(chǎn)工藝相關(guān)。

一般來(lái)說(shuō)，加工自爆，可能由多種原因造成。而使用時(shí)產(chǎn)生的自爆，通常只和一種物質(zhì)有關(guān)：

玻璃中殘留的硫化鎳（NiS）[1] [2]

NiS 是一種晶體，具有兩種同質(zhì)異形體。

α相和β相。

NiS： α相 VS β相

α相為六角形晶胞，β相為菱面體晶胞。

α相在379 °C以上溫度穩(wěn)定，在較低溫度下相變?yōu)棣孪唷?/p>

變成 β相后，體積會(huì)增加2~4%[3]。

由于鋼化玻璃的熱處理溫度是600~700℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于379 °C。

所以鋼化玻璃剛剛加熱完成時(shí)，內(nèi)部的 NiS 會(huì)全部轉(zhuǎn)化成α相。

由于鋼化玻璃是急冷卻處理的，所以內(nèi)部的α相 NiS 來(lái)不及轉(zhuǎn)化成β相。

室溫環(huán)境中，α相會(huì)緩慢轉(zhuǎn)化成β相。

NiS雜質(zhì)的電競(jìng)掃描

隨著不斷相變膨脹，玻璃內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力越來(lái)越高，超過(guò)平衡極限，最終自爆就會(huì)發(fā)生。

NiS 自爆產(chǎn)生的紋路，往往呈現(xiàn)顯著的蝴蝶紋：

NiS 雜質(zhì)晶體處于「蝴蝶紋」界面，大小0.04～0.65mm，平均0.2mm，位于內(nèi)部張應(yīng)力區(qū)

玻璃自爆的NiS雜質(zhì)臨界直徑，有以下關(guān)系：

K1c 為應(yīng)力強(qiáng)度因子，大小為 0.76×10^5Nm^(-3/2)。 p0 為度量相變及熱膨脹的因子，大小為 615MPa。 σ0 為 NiS 晶體周圍的應(yīng)力大小。

由這個(gè)公式，計(jì)算可得：

鋼化玻璃內(nèi)部張力為 65MPa 時(shí)，NiS 最小直徑為 0.04mm 。

當(dāng)玻璃中的 NiS 雜質(zhì)比例相對(duì)固定時(shí)，玻璃的鋼化強(qiáng)度越高，越容易自爆。

除此之外，鋼化強(qiáng)度越高，最后破碎后的顆粒尺寸也越小。

越小就會(huì)越安全。

普通玻璃碎片大，容易劃傷人。鋼化玻璃碎片小，越不容易劃傷人。

國(guó)家為了安全考慮，對(duì)鋼化玻璃的碎片數(shù)目和大小，進(jìn)行了明確的規(guī)定：

而為了保證使用質(zhì)量，國(guó)家同樣規(guī)定了碎片的數(shù)目上限：

也就是說(shuō)，對(duì)于平面鋼化玻璃，碎片個(gè)數(shù)的要求，通常在40~90個(gè)的范圍內(nèi)。

要求表面應(yīng)力≥90MPa，最大值與最小值差≤15MPa。

網(wǎng)傳鋼化玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有著千分之三的自爆率，這其實(shí)并不屬實(shí)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中僅僅只有降低自爆率的建議：

其實(shí)鋼化玻璃自爆率的確在千分之三左右，不過(guò)國(guó)家不設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)是合理的。因?yàn)楣に囎兓瘜?duì)自爆率影響很大，國(guó)家如果設(shè)定很細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)很有可能會(huì)面臨適用范圍和時(shí)間的問(wèn)題。

其實(shí)，鋼化玻璃從α相到β相，是一個(gè)緩慢的時(shí)間過(guò)程。

很明顯，你買回去就自爆了，必然是產(chǎn)品問(wèn)題，而不能解釋稱3%的自爆率。

一般來(lái)說(shuō)，鋼化玻璃可能在2~5年內(nèi)，發(fā)生較低的自爆率，這是大家在使用過(guò)程中需要注意的。

一經(jīng)發(fā)生意外，一定要積極維權(quán)。

可能很多人以為自己用的是鋼化玻璃，就有用防彈玻璃一樣的錯(cuò)覺(jué)。

但其實(shí)兩個(gè)東西，雖然都說(shuō)是玻璃，但其實(shí)可以說(shuō)是完全不同的“物種”。

防彈玻璃是典型的多層設(shè)計(jì)，會(huì)用到大量的塑料材質(zhì)：

防彈玻璃的子彈沖擊效果是這樣的：

碎而不破，呈放射狀破裂

鋼化玻璃和防彈玻璃價(jià)格差異巨大，防彈玻璃價(jià)格往往超過(guò)千元每平米，通常是鋼化玻璃的10~100倍范圍內(nèi)。

所以，對(duì)于居家使用鋼化玻璃比較多的，還是需要多注意。

避免邊角磕碰，使用年限較長(zhǎng)以后，能替換的盡量替換。

參考

1. ^Kasper, Andreas. "Spontaneous cracking of thermally toughened safety glass. Part one: properties of nickel sulphide inclusions." Glass Structures & Engineering 4.3 (2019): 279-313.
2. ^Kasper, Andreas, Nho Pyeonglae, and Zheng Yuan. "Spontaneous cracking of thermally toughened safety glass Part two: nickel sulphide inclusions identified in annealed glass." Glass Structures & Engineering 4.3 (2019): 315-343.
3. ^Yousfi, Oussama, et al. "Phase transformations in the NiS Nickel sulphide: microstructure, mechanisms and modelling through in situ microscopy." Solid State Phenomena 172 (2011): 402-407.