钝器、锐器打击强化玻璃形成的破碎痕迹研究

唐 寅，白艳平

（1.南京森林警察学院 刑事科学技术学院，江苏 南京 210028；2.公安部物证鉴定中心 痕迹检验技术处，北京 100038）

强化玻璃是普通平板玻璃经过高温和冷却处理的安全玻璃，具有很高的机械强度和抗热震性能，是使用最广泛的安全玻璃[1]，应用于建筑、日常物品、医疗、交通等各个领域，成为不可或缺的材料。在盗窃、抢劫案件中，被敲击的强化玻璃是常见的特殊痕迹物证之一。由于强化玻璃脆性大的特点，国外法庭科学对强化玻璃的破碎痕迹形态研究较少，对强化玻璃的研究侧重于破碎后小碎片的飞溅数量统计，运用统计学的方法，分析相同动能射击或打击强化玻璃后飞溅的玻璃小碎片在不同距离的垂直平面上残留的数量，从而模拟作案人打破强化玻璃的距离，计算遗留在作案人身上的碎片数量[2]。此外，利用理化方法检验强化玻璃的成分，通过检验现场破碎玻璃的成分和作案人身上遗留小碎片的成分，做出两者是否相同的认定结论[3]。从痕迹形态的角度，针对普通平板玻璃破碎痕迹的研究较多，而关于强化玻璃高速射击后的碎裂痕迹研究相对较少[4]。低速机械破坏强化玻璃的方式常见于盗窃、抢劫案件中，通过研究低速打击强化玻璃形成的痕迹特征，判断打击工具和打击作用点，可提高侦查效率，加快案件侦破。本文选取圆头羊角锤为钝器，安全锤为锐器，进行低速打击实验，研究钝器、锐器工具打击强化玻璃形成的破碎痕迹特征，以及同一种工具打击强化玻璃的不同位置（中心位置和边缘位置）形成痕迹特征的异同点，观察其孔洞特征、放射纹、闭合环状纹、切向纹等一系列碎裂痕迹，总结归纳钝器、锐器打击以及其在不同作用点打击的强化玻璃破碎痕迹特征。

一、强化玻璃的破碎原理

强化玻璃经过600℃高温淬火，随后将其均匀冷却至室温，具有表面的压应力以及内部的拉应力，其表面应力为96MaP-168MaP[5]，因此强化玻璃上任一点经外力作用后，会破坏强化玻璃的应力状态，入射面的作用点处发生应力释放，附近的玻璃沿作用力方向破碎，破坏玻璃表面的压应力，产生裂纹，裂纹端处的拉应力就会超过玻璃的抗拉强度[6]，裂纹很快向四周扩散到整块玻璃。玻璃从内部崩裂成无锋利角的碎片，形成圆弧状、放射状、蛛网状等不同形态的裂纹[7]。

二、实验部分

（一）实验器材

圆头羊角锤、安全锤（如图1 所示）；比例尺；玻璃固定架；单反相机；强化玻璃（300mm×300mm×5mm）；透明贴膜（300mm×300mm）。

（二）样本制作与实验步骤

为了防止强化玻璃破碎产生的碎块散落，不利于观察打击痕迹，进行打击实验前，将强化玻璃的一面粘上透明贴膜。将贴膜玻璃置于固定架上，分别采用圆头羊角锤底部和安全锤尖锤头垂直敲击强化玻璃（未贴膜一面）。其中，敲击玻璃的中心位置和边缘位置各做5 组平行实验，观察和分析玻璃破碎痕迹特征。

图1 打击工具（左侧：圆头羊角锤，右侧：安全锤）

三、结果

（一）圆头羊角锤底部打击强化玻璃中心

圆头羊角锤底部打击强化玻璃的中心位置，作用力大时在打击点形成孔洞（见图 2），作用力小时在打击点未形成明显孔洞（见图 3），在玻璃平面上形成放射纹、切向纹等痕迹特征。

图2 圆头羊角锤底部打击强化玻璃中心的痕迹特征1（左侧：整体特征，右侧：作用点特征）

打击强化玻璃力度大时，在打击处形成孔洞，大多数呈圆形，形状与打击物的接触面类似。孔洞入口较小，出口较大，形成喇叭口状断口，出口面粗糙。孔洞周围遗留白色粉末状玻璃碎屑，偶见小片玻璃碎片。打击力度较小时，打击处未出现击穿孔洞，呈凹陷状痕迹，凹陷形态与圆头羊角锤底部的形态相似，打击处分布密集的裂纹。

破碎后的强化玻璃表面分布有放射纹和切向纹。放射纹长度长，以打击点为中心呈放射状分布，从打击点延伸至边缘；放射纹密度大，几乎遍布整个玻璃面；放射纹形状呈直线，至打击点远端呈弯曲弧形状。切向纹的形态不尽相同，有弧线状和直线状，打击点近端的切向纹以打击点为圆点呈C 字形弧线状，并可连接成近似以打击点为圆心的圆形；离打击点越远，切向纹形态越不规则，呈C 字形弧线状或直线状。与放射纹垂直，长度短，存在于相邻的两条放射纹之间；密度由中心向四周呈增大的趋势，打击点附近罕有切向纹。强化玻璃的边缘，放射纹和切向纹不规则地密集交织。

图3 圆头羊角锤底部打击强化玻璃中心的痕迹特征2（左侧：整体特征，右侧：作用点特征）

（二）圆头羊角锤底部打击强化玻璃边缘

圆头羊角锤底部打击强化玻璃的边缘位置，孔洞形态与打击中心位置一致，并在玻璃平面上形成放射纹、切向纹等痕迹特征（见图4）。

图4 圆头羊角锤底部打击强化玻璃边缘位置的痕迹特征（左侧：整体特征，右侧：作用点特征）

破碎后的强化玻璃表面分布有放射纹和切向纹。放射纹以打击点为中心呈放射状分布，从打击点延伸至边缘，所以近打击点边缘的放射纹短，远离打击点边缘的放射纹长；放射纹密度大，几乎遍布整个玻璃面；放射纹形状呈直线，至打击点远端呈弯曲弧形状。切向纹的密度不均匀，靠近打击点的一侧切向纹更密集。切向纹形态不尽相同，打击点近端的切向纹以打击点为圆点呈C 字形弧线状；离打击点越远，切向纹形态越不规则，呈C 字形弧线状或直线状。

（三）安全锤尖锤头打击强化玻璃中心

安全锤尖锤头打击强化玻璃的中心位置，形成打击处的孔洞特征、8 字形特征，在玻璃平面上形成放射纹、切向纹等痕迹特征（见图5）。

安全锤尖锤头打击强化玻璃形成的孔洞小，有的未出现穿透性孔洞，打击点周围遗留少量或未遗留白色粉末状玻璃碎屑。打击处有一条以打击点为中心的8 字形裂纹。

图5 安全锤击打强化玻璃中心位置的痕迹特征（左侧：整体特征，右侧：作用点特征）

放射纹多且明显，以作用点为中心向四周呈放射状分布。放射纹密集，形态较粗且长，从作用点处扩展，直至贯穿边界，大部分放射纹长直，但在远离作用点处出现较多弯曲。切向纹密集分布于打击处周围和玻璃的边缘，打击处周围一圈切向纹稀少，以平直的放射纹为主；由打击处周围到边缘，切向纹密度逐渐增大。切向纹形态不尽相同，打击点近端的切向纹以打击点为圆点呈C 字形弧线状；离打击点越远，切向纹形态越不规则，呈C 字形弧线状或直线状。

（四）安全锤尖锤头打击强化玻璃边缘

安全锤尖锤头打击强化玻璃的边缘位置，形成打击处的孔洞特征、8 字形特征，在玻璃平面上形成放射纹、切向纹等痕迹特征（见图6）。

图6 安全锤打击强化玻璃边缘位置的痕迹特征（左侧：整体特征，右侧：作用点特征）

安全锤尖锤头打击强化玻璃形成的孔洞小，有的未出现穿透性孔洞，打击点周围遗留少量或未遗留白色粉末状玻璃碎屑。打击处有一条以打击点为中心的8 字形裂纹。

放射纹多且明显，以作用点为中心向四周呈放射状分布。放射纹的分布不均匀，近打击点的边缘一侧放射纹最密集，远离打击点的边缘一侧放射纹稍稀疏。切向纹以打击点为中心，呈扇形分布，近打击点边缘一侧切向纹比远打击点边缘一侧密集。

（五）两种工具打击强化玻璃破碎痕迹比较

用两种工具打击强化玻璃的中心和边缘位置，其产生裂纹的差异比较如表1 所示。

表1 两种工具打击强化玻璃中心和边缘位置痕迹比较

四、讨 论

（一）工具种类对强化玻璃破碎痕迹的影响

强化玻璃由于经过化学和物理方法的钢化处理，表面预应力增强，能够阻挡一些如撞击、加热、压力、拉力等因素的作用。但是在受到子弹、高速运动物体等强烈外力撞击时，负荷超过强化玻璃所能承载的极限，由于应力波载荷作用、机械波载荷作用等作用，强化玻璃就会形成裂纹，出现破碎。强化玻璃的破碎一般从强化玻璃的内部开始，在力的作用点强化玻璃受到的负荷最大，从纵向和横向双方面形成冲击波，将作用点微小的形变放大成裂纹，并不断向强化玻璃各处扩展，形成有一定规律和辨识度的强化玻璃破碎痕迹。

打击工具的形状影响玻璃的裂纹。工具使强化玻璃机械破碎的因素是单位面积的冲量，破坏相同材质和厚度玻璃的单位面积的临界冲量相同。打击工具的接触面积越小，需要的冲量越小。钝器需更大的动能，动能转变成玻璃的内能，产生较大环状的冲击波，所以形成以打击点为圆心的一个同心圆。锐器打击的动能较小，产生的冲击波较小，形成的同心圆不明显，而强化玻璃的内部应力作用使放射纹呈弧形，并有密集的切向纹。锐器的接触面小，在打击瞬间挤压四周的玻璃，在打击力和玻璃应力的共同作用下形成8 字形纹线。

（二）打击位置对强化玻璃破碎痕迹的影响

打击位置影响强化玻璃的破碎痕迹。打击位置在中心位置，产生的内部应力以打击点为圆心向四周扩散，到边缘往中心传导，作用与反作用都较均匀，所以以打击点为中心向四周产生裂纹的密集程度变化较规律，离作用点等距离处的裂纹密集程度相似。打击位置在边缘位置，产生的内部应力向边缘传导，离打击点位置近的边缘传导距离短，应力互相传导更迅速，产生更密集的裂纹，而打击点的远端传导距离长，产生的裂纹比近端少。

五、结 论

选用圆头羊角锤和安全锤低速打击强化玻璃的中心位置和边缘位置，研究钝器和锐器击打强化玻璃形成的破碎痕迹特征及打击位置对痕迹的影响。两者产生以打击点为中心的放射纹和切向纹，打击中心位置由打击点向四周的裂纹密集程度变化较规律，离作用点等距离处的裂纹密集程度相似；打击边缘位置形成的裂纹不均匀，离打击点近的边缘位置裂纹更密集。不同点在于：（1）打击点凹陷或缺损形态不同。打击点凹陷或缺损形态与工具接触面形状类似，钝器的凹陷或缺损面积大，锐器的凹陷或缺损面积小。（2）整体裂纹形态及打击点的裂纹特征不同。钝器打击产生的放射纹直，并形成一圈以打击点为圆心的圆；锐器打击产生的放射纹有弧度，在打击处形成8 字形纹。