玻璃破碎的物證分析研究

廖廣軍

(廣東警官學(xué)院 刑事技術(shù)系，廣東 廣州 510232)

隨著玻璃制造的工藝和技術(shù)的提高，玻璃制品廣泛用于建筑、日用、醫(yī)療、化學(xué)、電子、儀表、核工程等領(lǐng)域。在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，法庭科學(xué)人員也常常會(huì)遇到玻璃、玻璃碎片等物證形式。開(kāi)展對(duì)玻璃的物證分析研究，對(duì)案件的取證、重建和調(diào)查工作都有重要的意義。本文將圍繞確定玻璃的類(lèi)型及來(lái)源，弄清玻璃破碎的原因，以及破碎玻璃的特點(diǎn)等問(wèn)題探討玻璃物證。

1、常見(jiàn)玻璃的種類(lèi)

玻璃是一種融合SiO2，Na2CO3，CaO等的透明固體物質(zhì)，在熔融時(shí)形成連續(xù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，冷卻過(guò)程中粘度逐漸增加并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類(lèi)非金屬材料。它的物理特性表現(xiàn)為堅(jiān)硬、有彈性、脆、絕緣體、有軟化點(diǎn)、有特定密度和折射率等。常見(jiàn)的玻璃種類(lèi)包括:

(1)平板玻璃 (又稱浮法玻璃或退火玻璃)，將玻璃熔液導(dǎo)入錫制凹槽內(nèi)，形成兩面光滑的平面，經(jīng)自然冷卻打磨而成，常用于門(mén)窗、櫥窗及制鏡等。

(2)夾層玻璃，以兩層或多層平板玻璃，中間夾PVB材料，加熱至70度左右，以滾軸將空氣壓出，形成夾層玻璃，常用于建筑材料，汽車(chē)擋風(fēng)玻璃，防彈玻璃等。

(3)鋼化安全玻璃，由平板玻璃經(jīng)熱處理而成，常用于建筑材料、家具等。

(4)有色玻璃，泛指加入著色劑后呈現(xiàn)不同顏色的玻璃，能夠吸收太陽(yáng)可見(jiàn)光，減弱太陽(yáng)光強(qiáng)度。

(5)鉛玻璃，含有多量PbO，隨著PbO含量的不同可以改變其折射率、密度、軟化點(diǎn)等特性，常用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

(6)有機(jī)玻璃，實(shí)質(zhì)是一種高分子透明材料，由甲基丙烯酸甲酯聚合而成。

玻璃的種類(lèi)還包括硼硅玻璃、鉀鈣玻璃等，這里不再一一介紹。如非特別說(shuō)明，本文以平板玻璃為討論目標(biāo)。

2、玻璃破碎原因

理想的均勻未受損表面，受到張力作用時(shí)，作用力均勻分布于整個(gè)橫斷面，沒(méi)有應(yīng)力特別集中的地方，能夠承受非常大的荷載，直到達(dá)到極限。但是，在玻璃的加工過(guò)程中，總會(huì)有大小不同的切口存在，凹痕不均勻的表面在張力作用下，切口處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，當(dāng)缺口處應(yīng)力超過(guò)其承載能力，玻璃破裂。玻璃應(yīng)力產(chǎn)生的原因包括熱破裂、機(jī)械玻璃、自曝等。［1］

熱破裂主要是由于玻璃表面溫差變化超過(guò)其能承受范圍。玻璃是熱的不良導(dǎo)體，受熱過(guò)程中玻璃的彈性模量和線膨脹系數(shù)保持不變，當(dāng)局部受熱時(shí)，溫差導(dǎo)致彎曲抗拉強(qiáng)度變化，形成應(yīng)力，導(dǎo)致破裂。

機(jī)械破裂是玻璃在外力作用下其彎曲抗拉強(qiáng)度超過(guò)其應(yīng)力承受極限。外力作用多種多樣，機(jī)械破裂特征沒(méi)有熱破裂明顯，形成原因較多。

玻璃自爆，玻璃中一般會(huì)有小于0.2mm的鎳－硫 (NiS)的細(xì)小晶體。常溫下NiS以相晶體存在，當(dāng)溫度升高到320度時(shí)，變?yōu)橄?，體積劇烈膨脹，導(dǎo)致玻璃破裂。

3、玻璃破碎特征

玻璃的熱破裂主要存在于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，可形成熱炸點(diǎn)、熱變形、水漬裂紋等痕跡痕跡特征，可證明火場(chǎng)溫度，火勢(shì)蔓延方向，火勢(shì)猛烈程度等。強(qiáng)化玻璃自爆以“蝴蝶斑”為重要特征，具體可通過(guò)輻射裂紋、切向裂紋、玻璃碎塊等方面加以區(qū)分。［2］本節(jié)著重討論外力作用下，機(jī)械破裂的玻璃破碎特征。

3.1 低速?zèng)_擊 (low－velocity impact)玻璃破碎特征

當(dāng)玻璃平面四周固定時(shí)，在低速?zèng)_擊作用下常常會(huì)形成放射裂紋和同心裂紋 (如圖1，1為發(fā)射裂紋，2為同心裂紋)，在沖擊點(diǎn)附近的輻射裂紋中會(huì)形成弓形紋 (Wallner lines，如圖2)，切向紋斷面上的弓形紋由入射面向自由面匯聚，放射紋斷面上的弓形紋由自由面向入射面匯聚，并指向入射口。

圖1.發(fā)射裂紋和同心裂紋 (圖片來(lái)源:文獻(xiàn)3)

圖2.切向紋上的弓形紋 (Wallner lines)(圖片來(lái)源:文獻(xiàn)3)

(1)撬壓作用的特征

玻璃從壓力反面開(kāi)始破裂，形成貫穿玻璃面的輻射紋，且由壓點(diǎn)向外發(fā)射，斷面上弓形紋匯集于壓力點(diǎn)，并指向壓力面 (如圖3)。

圖3.撬壓致玻璃破碎特征 (圖片來(lái)源:http://www1.eere.energy.gov)

(2)切割作用的特征

切割作用的特征主要指利用普通玻璃刀在玻璃上形成的劃口痕跡特征，除上述低速?zèng)_擊作用的特征，還包括經(jīng)玻璃刀切劃后，形成鋸齒狀劃線或白色溝線，白色溝線一般呈直線，兩邊有大小、深淺不同的魚(yú)鱗削離凹痕，溝線及周?chē)邢麟x的玻璃碎屑，隨著切割手法、輕重、角度的變化，一次切割形成的白色溝線會(huì)出現(xiàn)波浪紋、斷續(xù)等特征變化。［4］

(3)打擊作用的特征

當(dāng)手持工具或物品以一定作用力施加在玻璃表面時(shí)，會(huì)將玻璃擊碎形成孔洞 (較大、不規(guī)則)，裂紋特征與前述類(lèi)似 (如圖4)。當(dāng)用小物品不能完全擊穿玻璃時(shí)，玻璃沖擊點(diǎn)處出現(xiàn)一小坑，坑四周形成一圈白色不透明玻璃屑，背面有小塊玻璃剝落，呈半球狀的近似圓錐形。

圖4.硬物打擊致玻璃破碎特征 (圖片來(lái)源:www.bsapp.com)

(4)低速拋射物拋擊的特征

低速拋射指通過(guò)人手或低速機(jī)械裝置拋出物體，擊打玻璃表面。當(dāng)物體質(zhì)量大，速度大時(shí)，能擊穿玻璃，玻璃表面會(huì)形成不規(guī)則的孔洞，能反映出物體與玻璃接觸面的形狀，并伴隨有輻射狀發(fā)射紋和切向裂紋 (如圖5)。當(dāng)物體較小、速度較慢時(shí)，可參照打擊作用的特征描述;當(dāng)物體較小，速度較快時(shí)，可參照后續(xù)的高速?zèng)_擊作用特征。

圖5.低速拋擊石塊致玻璃破碎特征(圖片來(lái)源:www.bsapp.com)

3.2 高速?zèng)_擊 (high－velocity impact)玻璃破碎特征

高速?zèng)_擊主要指彈弓、槍支等高速拋射物撞擊玻璃平面，并擊穿玻璃。一般說(shuō)來(lái)，彈孔呈近圓形或橢圓形，斷面粗糙，彈孔孔徑大于彈徑;彈孔入口、出口和彈孔斷面有白色玻璃粉末;末梢紋的密度大、長(zhǎng)度小、形態(tài)直，且分布均勻，末梢紋前沿形態(tài)為入射面長(zhǎng)，自由面短，末梢紋在孔洞處的斷面粗糙，并帶有少量條狀痕，而在前沿處則是較光滑的鏡面;末梢紋之間有切向紋;放射紋呈放射狀分布，斷面呈空間曲面，若彈頭動(dòng)能較大，放射紋呈網(wǎng)分布。國(guó)外有文獻(xiàn)［5］，將上述現(xiàn)象稱為3R規(guī)則 (Radial cracks form a Right angle on the Reverse side of the force)(如圖6所示)，但這個(gè)規(guī)則對(duì)于夾層玻璃、強(qiáng)化玻璃、緊緊鑲嵌在框架內(nèi)的小型窗口并不適用。當(dāng)玻璃受多次沖擊時(shí)，可由后續(xù)沖擊造成的裂紋被以前形成的裂紋終止，推斷出沖擊順序 (如圖7、圖8)。文獻(xiàn)［6，7］還對(duì)旋轉(zhuǎn)槍彈射擊玻璃，滑膛槍彈射擊玻璃，氣槍射擊玻璃，彈弓射擊玻璃的痕跡特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的描述和詳細(xì)的區(qū)分。爆炸沖擊波壓力擊碎玻璃也可歸納到高速?zèng)_擊范疇，在文獻(xiàn)［8］對(duì)其痕跡特征有相關(guān)描述，這里不再討論。

圖6.3R規(guī)則，沖擊面對(duì)應(yīng)輻射紋斷面與同心紋斷面的弓形紋形態(tài) (圖片來(lái)源:www.bsapp.com)

圖7.作用順序與裂紋分布示意圖 圖8.二次作用裂紋被一次作用裂紋阻斷 (圖片來(lái)源:www.bsapp.com)

在辦案實(shí)踐中，玻璃破碎特征可以為案件偵破提供線索:(1)推斷破碎作用方式 (高速?zèng)_擊還是低速?zèng)_擊);(2)推斷行為人的行為方式和行為地點(diǎn);(3)推斷工具特征;(4)某些情況，還能推斷作案人的習(xí)慣動(dòng)作;(5)串并案件，綜合分析。

4、玻璃實(shí)體物證分析

玻璃實(shí)體物證主要是指遺留在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的玻璃碎片或殘缺玻璃。對(duì)玻璃實(shí)體物證的分析包括如何收集玻璃物證，以及利用玻璃的物理、化學(xué)性質(zhì)確定玻璃來(lái)源，為偵查破案提供線索。

4.1 玻璃實(shí)體物證的收集

對(duì)玻璃實(shí)體物證的收集，要考慮玻璃證據(jù)轉(zhuǎn)移的作用，玻璃被擊碎瞬間，微小玻璃顆粒會(huì)向前、向后飛行，充滿整個(gè)空間，實(shí)現(xiàn)證據(jù)轉(zhuǎn)移。因此，在提取玻璃物證時(shí)，要充分考慮這種情況，可用膠帶沾取法收集嫌疑人衣物上的微小玻璃。收集玻璃碎片時(shí)，應(yīng)獨(dú)立包裝在盒子里，以避免進(jìn)一步的破壞，如遇到同一案件，多塊玻璃破碎情況，還應(yīng)采取整體或項(xiàng)目形式包裝?？傊?，要盡量收集案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)所有的玻璃碎片，以方便后期的重建、拼合、檢驗(yàn)工作。

4.2 玻璃物證的檢驗(yàn)

玻璃物證的檢驗(yàn)是為了確定玻璃來(lái)源，為案件證據(jù)收集提供有力支持。大致可以分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:

(1)在自然光或熒光燈、白熾燈下，判斷玻璃花紋、顏色等主觀特性。

(2)利用放大鏡、顯微鏡等檢驗(yàn)玻璃的非光學(xué)物理性質(zhì)，包括玻璃表面的條紋、斑紋、輥玻璃板上留下的平行疊痕、表面劃傷及其他個(gè)性化特征的標(biāo)記。

(3)玻璃的密度是玻璃的重要性質(zhì)之一，與玻璃的結(jié)構(gòu)和組成有著密切的關(guān)系，密度的測(cè)定是研究玻璃結(jié)構(gòu)變化的有效方法之一。利用稱重法 (又稱排液失重法、阿基米德法)、沉浮法 (又稱重液法)、比重瓶法等測(cè)定玻璃的密度。

(4)玻璃的透射率、折射率也是其重要的物理性質(zhì)，可利用朗伯－比爾 (Lambert－Beer)定律，測(cè)定玻璃的透射率。利用讀數(shù)顯微鏡法、最小偏向角法、掠入射法等測(cè)定玻璃折射率。

(5)玻璃的化學(xué)成分分析通常是玻璃生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。可利用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)定SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3，CaO，MgO，K2O，NaO等的成分和含量。此外，還可使用X射線熒光分析法定量分析玻璃樣本的成分。［9］

(6)此外，還包括利用牛頓環(huán)法測(cè)定玻璃曲率，以區(qū)分平板玻璃，容器、裝飾玻璃種類(lèi)。

5、結(jié)論

玻璃及玻璃碎片是常見(jiàn)的物證形態(tài)。玻璃玻璃種類(lèi)的繁多及現(xiàn)實(shí)情況的復(fù)雜性，導(dǎo)致玻璃破碎形態(tài)以及玻璃物證的研究是非常復(fù)雜的。本文以綜述形式，簡(jiǎn)要對(duì)平板玻璃的物證分析進(jìn)行梳理，以期對(duì)法庭科學(xué)人員有所啟發(fā)，為實(shí)際工作提供思路。

［1］馬曉輝，陸洪凱.玻璃破碎原因簡(jiǎn)要分析 ［J］.門(mén)窗，2007，(5):48－52.

［2］牛曉.玻璃的破損與“自爆”［J］.城市住宅，2009，(3):165－169.

［3］http://www.madsci.org/posts/archives/2005 － 04/1113849001.Ph.r.html.

［4］沈斌.犯罪工具及痕跡檢驗(yàn) ［M］.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2006.

［5］Aric W.Dutelle.An Introduction to Crime Scene Investigation［M］.USA:Jones＆ Bartlett Publishers，2011.

［6］李振健，陳笑塵.利用玻璃破碎痕跡判斷是否槍擊現(xiàn)場(chǎng) ［J］.森林公安，2006，(1):12－13.

［7］王兆棟.不同工具打擊玻璃的痕跡特點(diǎn) ［J］.刑事技術(shù)，2008，(4):61－62.

［8］葛杰.爆炸荷載下建筑玻璃的破壞研究綜述 ［J］.門(mén)窗，2010，(1):54－58.

［9］陳芳，張振東.玻璃及其原料的化學(xué)分析方法現(xiàn)狀簡(jiǎn)評(píng) ［J］.玻璃，2008，(5):24－29.