真有“砸不碎”的玻璃嗎

李曉宇 等

提到玻璃，你會想到什么詞語來形容它？易碎、透明、美觀。

國外曾有一個趣味挑戰，在一個玻璃箱內裝滿了錢，如果能用錘子將玻璃箱砸碎，就可以拿走箱子里所有的錢。一個壯年男子掄圓了錘子砸下去，玻璃箱依然絲毫無損。

難道真有“砸不碎”的玻璃嗎？

當然有！這種“砸不碎”的玻璃就是鋁硅酸鹽玻璃。其實鋁硅酸鹽玻璃在我們生活中每天都會接觸到，用途最廣的就是高檔手機或顯示器的蓋板！

鋁硅酸鹽玻璃材料本身強度很低，因為其表面存在大量肉眼不可見的微裂紋，采用化學強化技術增強之后，其強度能夠得到5～7倍的增長，硬度、耐劃傷性也顯著提高。

化學強化技術，指的是將含堿金屬離子的玻璃浸沒在熔融堿鹽中的加熱保溫一段時間。在浸沒過程中，玻璃內足夠接近表面的堿金屬離子能夠與熔鹽中的堿金屬離子發生置換，當熔融堿鹽中的堿金屬離子半徑大于玻璃內部的堿金屬離子半徑時，就會在玻璃表面形成擠壓效應，從而引入壓應力使得玻璃強度增加。

其實，不只是手機顯示屏和平板電腦觸摸屏等采用了化學強化技術，我們外出經常乘坐的高鐵、飛機風擋玻璃采用的材料也是化學強化玻璃。

客機風擋玻璃最初采用的是一種與化學強化玻璃類似的材料，叫作物理強化玻璃。化學強化是通過改變玻璃的結構、成分等化學性質進行強化的過程，而物理強化則是不改變玻璃化學性質，單純通過物理過程進行強化。

近年來，美、法、德等國家通過設計特殊組分，開發了鋰、鋁、硅組分的專用平板玻璃。這種玻璃由于鋁氧四面體體積大于硅氧四面體，導致玻璃結構疏松、空隙變大，使得化學強化的離子擴散過程變得容易，極大地縮短了化學強化時間，提高了強化效率，在5小時化學強化時間內鋁硅酸鹽玻璃強度能提高5～7倍。化學強化玻璃較物理強化玻璃成本仍較高，目前主要用于飛機、高鐵的風擋，以及手機、平板顯示屏等高新技術領域。

鋁硅酸鹽玻璃的生產難度較大，多年來一直被國外壟斷，目前主要有美國的康寧公司、德國的肖特公司、日本的旭硝子公司等能夠提供商業化的鋁硅酸鹽玻璃制品。我國鋁硅酸鹽玻璃的規模化制備尚處于起步階段，但發展很快。

既然化學強化玻璃是“砸不碎”的玻璃，那么2018年發生的川航“5·14”事件中，風擋玻璃為何會破碎，甚至脫落，給機組人員和乘客造成如此大的安全事故呢？

2020年6月2日，中國民航局針對該事件的具體原因出具的調查報告指出，本次事件最可能的原因是右風擋玻璃的封嚴破損導致，水汽滲入風擋玻璃夾層結構內，用于風擋玻璃電加溫的電源導線，長期浸泡后導致絕緣性降低。在風擋左下部拐角處產生持續放電現象，電弧產生的局部高溫導致玻璃表面出現裂紋，風擋玻璃在持續服役過程中，裂紋受力擴展，導致整個風擋玻璃破碎，從而造成了事故的發生。

強化玻璃盡管強度很高，但很怕應力集中產生的裂紋。一旦產生裂紋，在繼續受力狀態下，裂紋很容易發生擴展，導致整個玻璃破碎。央視某欄目曾對采用物理強化技術制備的一種叫作“魯伯特之淚”的淚滴狀玻璃珠進行過現場試驗：將熔化的玻璃靠自重自然滴入冰水中，就會形成形狀類似蝌蚪的“玻璃淚滴”，俗稱“魯伯特之淚”。若抓住其纖細的尾巴，稍微施加一點點壓力形成裂紋，該處裂紋會瞬間向內擴展，導致整顆玻璃珠爆裂四濺，徹底粉碎。

當然，“魯伯特之淚”是在比較極端的條件下制備出的物理強化玻璃，實際生產過程是需要調控整個玻璃壓應力和張應力的分布狀態，以達到提高強度的效果，同時避免應力不平衡。

化學強化玻璃與物理強化玻璃相比，內部張應力較小，同時制備飛機風擋玻璃時會在多層強化玻璃中間采用透明彈性材料粘接而成，避免多層強化玻璃同時破損造成安全事故。

綜上所述，這也是景區的玻璃棧道都禁止攜帶任何尖銳物品的原因。同時，為什么在文章開始提到的“砸玻璃箱”挑戰中，游戲組織人員會在玻璃箱外放置一把大錘子，而不是任何尖銳物，“砸不碎”的玻璃也只能在一定條件下“不碎”。

現在，你大概可以想到用什么方法能夠獲得玻璃箱內的錢了吧？

（裴金超摘自《科普時報》）