钢化玻璃为什么强度高（更高强度的钢化玻璃是如何生产出来的）

前两天微博热搜被小张霸占，处于沸腾状态。

来源：微博热榜小张是谁？到底发生了什么？能引起全网的关注。原来是1818黄金眼发布的一条新闻：宁波青年张最近在洗澡时，其租住公寓卫生间的钢化玻璃门突然破裂，导致其手部受伤。无法与物业就赔偿方案达成一致，他联系媒体曝光此事。一件普通的民事纠纷，出人意料地演变成全网第一热点事件，甚至占据了几乎一整天的热搜榜首。很多人对小张高居热搜榜榜首的原因感到不解。看完评论后，他们意识到最重要的原因可能与小张的外观。毕竟评论都是一致夸小张帅，越来越多吃瓜人的涌入导致小张热度上升事件。甚至在下午，话题小张这么帅怎么会受伤冲到了热搜前五。帅不帅关系到每个人的审美趣味，我们不不做过多评论，但钢化玻璃值得好好说一说。为什么钢化玻璃比普通玻璃强度高？怎么又突然断了？钢化玻璃和防弹玻璃是一回事吗？钢化玻璃有哪些奇特的性质？趁着小张的东风事件后，我们这些吃瓜人除了欣赏小张美丽的外表。

部分。一

强度更高的钢化玻璃是怎么生产出来的？本质上，钢化玻璃和普通玻璃的材质差不多，没有什么特别之处。让钢化玻璃具有强化效果的是其独特的制造工艺。平板玻璃的正常生产工艺是：原料在高温下熔化，形成均匀无气泡的玻璃液；当熔融玻璃冷却到可以加工的温度范围时，对其进行压延以形成平板形状；冷却后的玻璃内应力极高，需要再次退火，即在较低温度下加热一段时间，缓慢冷却，以降低内应力，稳定内部结构。

工厂图片来源：维基百科。但是，钢化玻璃需要在上述过程的最后进行强化。具体来说，就是在得到一定尺寸的普通玻璃后，加热到玻璃的软化点650到700左右，然后用高压气流同时吹玻璃两面，使其快速冷却。此时玻璃表面会率先冷却收缩，两侧表层会形成内部压应力较高的结构。之后，冷却的中心部分将具有高的内部拉伸应力。最终，在玻璃的两侧将形成压应力层，每个压应力层约为玻璃厚度的1/6。那么为什么两边被压，中间被拉，而不是反过来呢？这主要是因为当玻璃两面遇冷收缩时，表层的任何位置都会受到来自各个方向的挤压，所以表层会形成压应力层；但是中心收缩太慢，所以形成了拉应力层。我们可以把压力理解为内部材料内部的力。更高的应力意味着材料储存了额外的能量，所以会形成不安分因素。比如夏天收获西瓜，有些成熟的西瓜遇到一点外力就会自己爆开，这就是西瓜受力的表现。那为什么应力是强化玻璃的关键？玻璃这种材料有一个非常显著的特性，就是怕紧张，怕压力。它对外压载荷有很强的抵抗能力，但承受拉伸载荷的能力要低得多。如果我们用周围的框架支撑一块平板玻璃，它就像一个玻璃屋顶或玻璃桥的桥面。我们会发现，当玻璃受到载荷的作用时，上半部分仍然受压，但下半部分实际上是受拉的。当载荷逐渐增大时，玻璃挠曲的程度加深，其下的拉应力越来越大。最后，玻璃的底部，也就是无负荷的那一面，会先被损坏。钢化玻璃两侧的压应力区域很好的抵消了载荷的作用，玻璃的弱面(无载荷的一面)的拉应力不会和普通玻璃同程度的增加，所以不那么容易破碎。一般来说，强化玻璃的强度可以提高3到5倍以上。

玻璃受压弯曲示意图。3

部分。2

钢化玻璃真的会爆炸吗？钢化玻璃强度高，但绝对不是坚不可摧的。而且钢化玻璃一旦损坏，会很快解体碎成渣。上面我们说过，钢化玻璃其实是一种内应力很大的材料。一般情况下，压应力和拉应力可以平衡，玻璃自然可以保持良好的外部状态。但这种平衡一旦被打破，巨大的内应力就会瞬间释放，从第一个薄弱点传导到整个玻璃，使其迅速破碎。首先出现的弱点有很多种。比如玻璃安装和移动过程中的磕碰，会损伤边缘甚至表面的压应力层，产生裂纹。如果裂纹深到达到或接近拉应力层，内部平衡就会被破坏，钢化玻璃就会立刻破碎。因此，钢化玻璃的移动和施工过程应该非常小心，以避免任何缺陷。即使是很浅的表面裂纹也会成为未来断裂的薄弱环节。还有来自内部的薄弱点，比如玻璃制造过程中的杂质颗粒。日常生活中，钢化玻璃在没有任何外力的情况下可能会碎裂，应该是内部杂质造成的。当然，玻璃生产的过程包括原料提纯，但无论如何还是会有残留的杂质。玻璃中最常见的杂质是硫化镍，它以颗粒的形式积聚在玻璃中。一旦受到外力(甚至根本没有外力)，硫化镍颗粒周围的区域往往会先破碎，整个玻璃也会随之碎裂。为了尽可能避免这种情况，很多厂家在制作的过程中都会对每一块钢化玻璃进行检测。具体方法是将玻璃加热到300左右，然后冷却。含硫化镍的玻璃基本上可以受不了这种折腾，会自动崩解，尽量保证成品不含内部杂质。然而，钢化玻璃的碎裂问题在原则上是难以避免的。除了尽可能提高产品质量，还可以采取一些保护措施，比如在玻璃上贴透明有机膜，这样即使玻璃解体，碎渣也不会散落。在我国，如果建筑物外墙的钢化玻璃高于地面3米，则要求采用贴膜工艺。不过，另一方面，钢化玻璃的解体虽然看起来很吓人，但远比普通玻璃安全。钢化玻璃的内部结构决定了它在解体过程中不会产生大的尖锐碎片，而会形成缺乏尖锐棱角的小碎片。而且所谓的解体并不是像爆炸一样散落，钢化玻璃内应力产生的能量也远远不足以让碎片散落飞舞，更多的时候是原地坠落。我恐怕小张这次受伤是因为钢化玻璃瞬间碎裂，他和玻璃的距离太近了。祝他早日康复。

钢化玻璃的破坏原理来源：Ref。3

第三部分

钢化玻璃和防弹玻璃是一回事吗？很多人在电视上看过大锤砸钢化玻璃的文章。它们在重锤下依然完好无损。但钢化玻璃的强度水平还不足以抵御子弹，子弹动能巨大，作用面积小，所以钢化玻璃的破碎难度不大。真正的防弹玻璃有两种，一种是透明的高分子材料，如聚碳酸酯、PVB树脂、聚氨酯等。在实际制造过程中，一般采用多层结构，而不是单一的厚层。另一种是透明有机层混在玻璃中间。一般也采用多层结构，这样虽然玻璃在撞击后会破碎，但是有机聚合物层仍然可以使碎片牢固的结合在一起。防弹玻璃不会靠自身的坚固性将子弹弹开，但它通过击碎玻璃和困住树脂层来耗散子弹的动能，从而停留在树脂层上。为了达到足够的防弹效果，防弹玻璃的厚度与日俱增。比如防弹头盔的透明面罩，或者防弹盾牌的观察窗，厚度都在30mm以上。但在日常生活中，紫外线会改变聚合物层的性质，影响防弹效果，所以防弹玻璃的寿命大约是3到6年。还有一种玻璃，抗冲击力没有防弹玻璃高，但也具有吸能、防解体的特性，这种玻璃叫防盗玻璃。防盗玻璃罐当它被锤子或其他锋利的工具击打时不会被打碎，而锋利的工具可以短时间内无法突破足够的孔洞让人进入，所以可以说是民用版的防弹玻璃。

钢化玻璃(左)和防弹玻璃(右)来源：维基百科

第四部分

关于钢化玻璃的小知识。钢化玻璃可以不能定尺寸，所以尺寸必须在出厂前确定。钢化玻璃强度较高，但耐热温度和抗热震性并不比普通玻璃高，遇到快速变化的温度冲击很可能会碎裂。钢化玻璃的表面硬度其实比普通玻璃要低，所以更不耐磨。钢化玻璃的刚性(抵抗弯曲和偏转的能力)并不比普通玻璃强。钢化玻璃的表面平整度比普通玻璃差，也正是因为这个原因，很多建筑外墙反射的景物会变形。用偏光镜观察钢化玻璃时，如果光的反射、观察角度和玻璃背面的颜色满足一定条件，就会看到干涉条纹，这是内应力造成的。钢化玻璃可能会碎裂，但这种危险的事故本应避免。因此，制造商应该更加重视生产和后续安装。毕竟关系到每个人我们希望不会再有钢化玻璃伤人的事件发生。

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