近日，有網(wǎng)友稱出租屋內(nèi)浴室的玻璃門突然炸裂，導致自己右手肌腱斷裂，身上多處受傷縫針。
3月18日，羊城晚報記者聯(lián)系上當事人陳女士（化姓），她介紹，自己租住在浙江一間公寓內(nèi)，3月15日晚7時許，自己洗完澡后推開浴室的門，沒想到鋼化玻璃門突然爆炸，碎掉的玻璃全部砸了下來……
好端端的鋼化玻璃為何會爆炸？日常使用時要注意什么？
不要聽到是鋼化玻璃，就以為是防彈玻璃，就使勁造。
二者是完全不一樣的。
首先呢，鋼化玻璃其實是普通玻璃經(jīng)過加熱和急冷處理所形成的：
從600~700°C的玻璃軟化點，輔以高壓氣流吹氣，使其迅速冷卻。 玻璃表面受冷收縮，產(chǎn)生很高的壓應力。 由于中心冷卻更慢，最后凝固時，內(nèi)部會產(chǎn)生很高的拉應力。
從左到右，從上到下：高溫、急冷、應力產(chǎn)生、壓應力（左）與張應力（右）關(guān)系
兩側(cè)的壓應力層， 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，更不容易破裂。
一般來說，經(jīng)過鋼化處理的玻璃，強度可提高到原來的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 即為鋼化玻璃的強度。 σ0 為退火玻璃的表面強度。 B 為應力光學常數(shù)，2.5×10^-7 cm^2/kg。 x 為玻璃表面層應力與中間層應力的比例系數(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 曲線增長關(guān)系。
從關(guān)系圖可以看出，加熱不足500℃時，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。
可見溫度控制對玻璃鋼化非常重要。
鋼化玻璃的強度這么高，為啥還會“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力，外壓內(nèi)拉。
想象這不是一塊玻璃，這是一塊果凍……
如此強大的張力下，是不是就直接崩碎了？
鋼化玻璃平時不碎掉，其實就是自身強度和壓力、拉力之間形成了一個平衡。
這個平衡一被打破，玻璃就會直接爆碎。
鋼化玻璃上容易打破平衡的點，被稱為薄弱點。
薄弱點主要有三種類型：
源于切割的薄弱點：四角邊緣 源于材料的薄弱點：雜質(zhì)顆粒 源于意外的薄弱點：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)生的裂口到達內(nèi)部拉力層，整個玻璃就會受力不均，徹底崩碎。
其它表面損傷、缺陷，也是同樣的道理，因為擴大損傷到內(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)顆粒導致的崩碎，也是我們通常所說的「自爆」。
在加工、運輸、貯存、使用過程中都可能遇到，直接和鋼化玻璃的生產(chǎn)工藝相關(guān)。
一般來說，加工自爆，可能由多種原因造成。而使用時產(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，體積會增加2~4%[3]。
由于鋼化玻璃的熱處理溫度是600~700℃，遠遠高于379 °C。
所以鋼化玻璃剛剛加熱完成時，內(nèi)部的 NiS 會全部轉(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 來不及轉(zhuǎn)化成β相。
室溫環(huán)境中，α相會緩慢轉(zhuǎn)化成β相。
NiS雜質(zhì)的電競掃描
隨著不斷相變膨脹，玻璃內(nèi)部產(chǎn)生的應力越來越高，超過平衡極限，最終自爆就會發(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 為應力強度因子，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 晶體周圍的應力大小。
由這個公式，計算可得：
鋼化玻璃內(nèi)部張力為 65MPa 時，NiS 最小直徑為 0.04mm 。
當玻璃中的 NiS 雜質(zhì)比例相對固定時，玻璃的鋼化強度越高，越容易自爆。
除此之外，鋼化強度越高，最后破碎后的顆粒尺寸也越小。
越小就會越安全。
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。
國家為了安全考慮，對鋼化玻璃的碎片數(shù)目和大小，進行了明確的規(guī)定：
而為了保證使用質(zhì)量，國家同樣規(guī)定了碎片的數(shù)目上限：
也就是說，對于平面鋼化玻璃，碎片個數(shù)的要求，通常在40~90個的范圍內(nèi)。
要求表面應力≥90MPa，最大值與最小值差≤15MPa。
網(wǎng)傳鋼化玻璃國家標準有著千分之三的自爆率，這其實并不屬實。
國家標準中僅僅只有降低自爆率的建議：
其實鋼化玻璃自爆率的確在千分之三左右，不過國家不設定標準是合理的。因為工藝變化對自爆率影響很大，國家如果設定很細的標準很有可能會面臨適用范圍和時間的問題。
其實，鋼化玻璃從α相到β相，是一個緩慢的時間過程。
很明顯，你買回去就自爆了，必然是產(chǎn)品問題，而不能解釋稱3%的自爆率。
一般來說，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覺。
但其實兩個東西，雖然都說是玻璃，但其實可以說是完全不同的“物種”。
防彈玻璃是典型的多層設計，會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格差異巨大，防彈玻璃價格往往超過千元每平米，通常是鋼化玻璃的10~100倍范圍內(nèi)。
所以，對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，使用年限較長以后，能替換的盡量替換。
參考
- ^Kasper, Andreas. "Spontaneous cracking of thermally toughened safety glass. Part one: properties of nickel sulphide inclusions." Glass Structures & Engineering 4.3 (2019): 279-313.
- ^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.
- ^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.
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