女子洗澡时钢化玻璃突然炸裂，右手筋切断，钢化玻璃为何会爆炸？

近日，有网友称出租屋内浴室的玻璃门突然炸裂，导致自己右手肌腱断裂，身上多处受伤缝针。

3月18日，羊城晚报记者联系上当事人陈女士（化姓），她介绍，自己租住在浙江一间公寓内，3月15日晚7时许，自己洗完澡后推开浴室的门，没想到钢化玻璃门突然爆炸，碎掉的玻璃全部砸了下来……

好端端的钢化玻璃为何会爆炸？日常使用时要注意什么？

不要听到是钢化玻璃，就以为是防弹玻璃，就使劲造。

二者是完全不一样的。

首先呢，钢化玻璃其实是普通玻璃经过加热和急冷处理所形成的：

从600~700°C的玻璃软化点，辅以高压气流吹气，使其迅速冷却。 玻璃表面受冷收缩，产生很高的压应力。 由于中心冷却更慢，最后凝固时，内部会产生很高的拉应力。

从左到右，从上到下：高温、急冷、应力产生、压应力（左）与张应力（右）关系

两侧的压应力层， 约1/6玻璃厚度

钢化玻璃上的特殊张力分布，使其在受到外部压力时，更不容易破裂。

一般来说，经过钢化处理的玻璃，强度可提高到原来的3~5倍，甚至以上。

钢化玻璃的钢化程度，和冷却前加热温度的高低有关。

关系式如下：

玻σ玻 即为钢化玻璃的强度。 σ0 为退火玻璃的表面强度。 B 为应力光学常数，2.5×10^-7 cm^2/kg。 x 为玻璃表面层应力与中间层应力的比例系数。 Δ 为钢化程度，mm/cm（也即1cm光程内的光程差）。

钢化程度 Δ ，与温度呈现 S 曲线增长关系。

从关系图可以看出，加热不足500℃时，钢化程度不高。

500℃以上，钢化程度显著提升。

600℃左右，具有最高的钢化增益。

700℃左右，钢化效益接近峰值，更高温度后增益不多。

可见温度控制对玻璃钢化非常重要。

钢化玻璃的强度这么高，为啥还会“爆炸”呢？

刚才我们知道了，钢化玻璃本身就受到非常大的自身应力，外压内拉。

想象这不是一块玻璃，这是一块果冻……

如此强大的张力下，是不是就直接崩碎了？

钢化玻璃平时不碎掉，其实就是自身强度和压力、拉力之间形成了一个平衡。

这个平衡一被打破，玻璃就会直接爆碎。

钢化玻璃上容易打破平衡的点，被称为薄弱点。

薄弱点主要有三种类型：

源于切割的薄弱点：四角边缘 源于材料的薄弱点：杂质颗粒 源于意外的薄弱点：表面损伤

由于四角和边缘是切割的，如果磕碰使得表面压力层破坏，产生的裂口到达内部拉力层，整个玻璃就会受力不均，彻底崩碎。

其它表面损伤、缺陷，也是同样的道理，因为扩大损伤到内部而破碎。

以上往往是磕碰、外力等原因造成的，杂质引起的则完全不同。

杂质颗粒导致的崩碎，也是我们通常所说的「自爆」。

在加工、运输、贮存、使用过程中都可能遇到，直接和钢化玻璃的生产工艺相关。

一般来说，加工自爆，可能由多种原因造成。而使用时产生的自爆，通常只和一种物质有关：

玻璃中残留的硫化镍（NiS）[1] [2]

NiS 是一种晶体，具有两种同质异形体。

α相和β相。

NiS： α相 VS β相

α相为六角形晶胞，β相为菱面体晶胞。

α相在379 °C以上温度稳定，在较低温度下相变为β相。

变成 β相后，体积会增加2~4%[3]。

由于钢化玻璃的热处理温度是600~700℃，远远高于379 °C。

所以钢化玻璃刚刚加热完成时，内部的 NiS 会全部转化成α相。

由于钢化玻璃是急冷却处理的，所以内部的α相 NiS 来不及转化成β相。

室温环境中，α相会缓慢转化成β相。

NiS杂质的电竞扫描

随着不断相变膨胀，玻璃内部产生的应力越来越高，超过平衡极限，最终自爆就会发生。

NiS 自爆产生的纹路，往往呈现显著的蝴蝶纹：

NiS 杂质晶体处于「蝴蝶纹」界面，大小0.04～0.65mm，平均0.2mm，位于内部张应力区

玻璃自爆的NiS杂质临界直径，有以下关系：

K1c 为应力强度因子，大小为 0.76×10^5Nm^(-3/2)。 p0 为度量相变及热膨胀的因子，大小为 615MPa。 σ0 为 NiS 晶体周围的应力大小。

由这个公式，计算可得：

钢化玻璃内部张力为 65MPa 时，NiS 最小直径为 0.04mm 。

当玻璃中的 NiS 杂质比例相对固定时，玻璃的钢化强度越高，越容易自爆。

除此之外，钢化强度越高，最后破碎后的颗粒尺寸也越小。

越小就会越安全。

普通玻璃碎片大，容易划伤人。钢化玻璃碎片小，越不容易划伤人。

国家为了安全考虑，对钢化玻璃的碎片数目和大小，进行了明确的规定：

而为了保证使用质量，国家同样规定了碎片的数目上限：

也就是说，对于平面钢化玻璃，碎片个数的要求，通常在40~90个的范围内。

要求表面应力≥90MPa，最大值与最小值差≤15MPa。

网传钢化玻璃国家标准有着千分之三的自爆率，这其实并不属实。

国家标准中仅仅只有降低自爆率的建议：

其实钢化玻璃自爆率的确在千分之三左右，不过国家不设定标准是合理的。因为工艺变化对自爆率影响很大，国家如果设定很细的标准很有可能会面临适用范围和时间的问题。

其实，钢化玻璃从α相到β相，是一个缓慢的时间过程。

很明显，你买回去就自爆了，必然是产品问题，而不能解释称3%的自爆率。

一般来说，钢化玻璃可能在2~5年内，发生较低的自爆率，这是大家在使用过程中需要注意的。

一经发生意外，一定要积极维权。

可能很多人以为自己用的是钢化玻璃，就有用防弹玻璃一样的错觉。

但其实两个东西，虽然都说是玻璃，但其实可以说是完全不同的“物种”。

防弹玻璃是典型的多层设计，会用到大量的塑料材质：

防弹玻璃的子弹冲击效果是这样的：

碎而不破，呈放射状破裂

钢化玻璃和防弹玻璃价格差异巨大，防弹玻璃价格往往超过千元每平米，通常是钢化玻璃的10~100倍范围内。

所以，对于居家使用钢化玻璃比较多的，还是需要多注意。

避免边角磕碰，使用年限较长以后，能替换的尽量替换。

参考

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.