【日常科普】你了解钢化玻璃吗？

　　最近的一个微博热搜，一直被“小张”占据着，并一直处于“热沸”的状态。但是传着传着，这个小张被上热搜的原因渐渐走偏了。因为诸多女性网友都盯着小张颜值了，而根本没有重视那真正的起因——钢化玻璃自爆。

　　按我们正常的思维模式中，从字面上来理解钢化玻璃，应该是比正常普通的玻璃要强度更高啊，据说硬度更高的钢化玻璃还能防子弹，这也能自爆？那钢化玻璃和防弹玻璃是一回事吗？

　　其实，本质上来说，钢化玻璃和普通玻璃的材质是类似的，没有特殊之处。让钢化玻璃产生强化效应的是它独特的制作工艺。

　　正常的平板玻璃的制作过程是：原料经过高温熔融，形成均匀无气泡的玻璃液；当玻璃液冷却到可以进行机械加工的温度范围内时，对其进行压延，形成平板形态；冷却下来的玻璃内部应力极大，需要再进行退火，即在一个较低的温度下再加热一段时间并缓慢冷却，以此降低内部应力，稳定内部结构。

　　而钢化玻璃则要在上述工艺最后再补上一个强化的步骤，具体来说就是，在得到确定尺寸的普通玻璃后，将其加热到650℃到700℃左右的玻璃软化点附近，然后在玻璃两侧同时用高压气流吹气，使之急速冷却。此时玻璃表面将率先降温收缩，在两侧表层内形成具有很高内部压应力的结构。之后冷却的中心部则将随之具有很高的内部拉应力。最终，玻璃两侧将形成各自约为1/6玻璃厚的压应力层。

　　玻璃这种材料，有一个非常显著的性质，那就是怕拉不怕压。对于外界的压力负荷有很强的抵抗作用，但承受拉力负荷的能力却要低得多。假如我们把一片平板玻璃用四周的框架支起来，就像玻璃屋顶或者玻璃廊桥的桥面一样。我们会发现玻璃受到荷重影响时，上方仍然处在受压的状态，但下方其实是受拉的状态。当载荷逐渐增加，玻璃挠曲程度加深，下方受到的拉应力也越来越大。所以当普通玻璃上方的负荷过大，比如上面站了一个人的吧，基本就是破碎的结果，而且破碎面的切口非常非常锋利。

　　而钢化玻璃在制作过程中受过高温急速冷却的结果，双侧表面的压应力区域能很好地抵消了载荷影响，玻璃弱侧的拉应力不会增加到普通玻璃相同的程度，也就没有那么容易发生断裂。一般来说，经过强化处理的玻璃强度可以提高到原来的3到5倍以上。

　　但是，钢化玻璃虽然强度高，但是它绝对不是坚不可摧的。钢化玻璃其实是一种内部存在着很大应力的材料，正常情况下压应力和拉应力得以平衡，玻璃自然也能维持完好的外在状态。不过这种平衡一旦被打破，巨大的内应力就将瞬间释放，从开始发生破坏的薄弱点传递到整块玻璃，使其迅速碎裂。举个例子，公交车上的车窗玻璃边上配有一个破窗锤，只要敲击车窗玻璃上的四个矩形的点就可以彻底让车窗碎成碴碴。

　　那钢化玻璃在没有外力的情况下，

　　是怎么会自爆的呢？

　　发生的薄弱点有很多种，比如玻璃安装、移动过程中的磕碰会让边缘乃至表面的压应力层受损，形成裂口。如果裂口足够深，抵达或者接近拉应力层，内部平衡的破坏会让钢化玻璃马上破碎。因此钢化玻璃的移动和施工过程要非常小心，避免任何瑕疵的发生。因为即便是非常浅的表面裂口，也会成为未来发生断裂的薄弱环节。所以这次“小张”家中浴室的钢化玻璃自爆很有可能在当初安装的初期就已经埋下了隐患。

　　当然了，还有钢化玻璃出厂时就留下了隐患，那就是质量问题。比如，在制造过程中内部存在的杂质颗粒等。玻璃常见的杂质是硫化镍，它以颗粒物的形式聚集在玻璃内部。一旦受到外力，硫化镍颗粒周围的区域常常会率先发生破碎，整块玻璃也将随之崩解。

　　钢化玻璃和防弹玻璃是一回事吗？

　　其实不是，真正的防弹玻璃主要有两种，一种是透明的高分子聚合物材料，聚碳酸酯、PVB树脂、聚氨酯等，实际制造过程中一般采用多层结构而非单一厚层。另外一种是在玻璃中间夹杂透明有机物层，一般同样采用多层结构，这样玻璃在着弹后虽然会破碎，但有机聚合物层仍然可以让碎片牢固地结合在一起。防弹玻璃并非依靠自身的坚固性将子弹弹开，而是通过玻璃的破碎和树脂层的捕集让子弹动能消散，从而滞留在树脂层上。所以现在的防弹玻璃从安全性来考虑也越做越厚，有些可以达到30毫米以上。但是有一个问题，紫外线会让聚合物层的性质发生改变，影响阻弹效果，因此防弹玻璃寿命大约都在3到6年左右。

　　最后总结一下，钢化玻璃虽然强度更高，但耐热温度和耐热冲击性能并不比普通玻璃更高，遇到急剧变化的温度冲击时很可能会崩解。钢化玻璃的表面硬度其实比普通玻璃还要低，因此相比而言更不耐磨。钢化玻璃可能会发生崩解，因为在生产过程中可能会混入杂质。钢化玻璃相比普通玻璃的优势，在生活中可以体现出来的就是，钢化玻璃破碎时产生的是一大堆碴碴，普通玻璃却是大片大片的锋利破片，这对我们的安全是较大的威胁。

　　来源：中科院物理所公众号、科普中国、网易新闻