万物有科学

宁波小伙小张在洗澡时，浴室的钢化玻璃门突然破裂，导致小张手部受伤，该事件迅速演变成了全网热搜的话题。

借着小张受伤事件，我们来好好地说说钢化玻璃，顺便学点与玻璃有关的生活常识。

钢化玻璃是如何生产出来的

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

普通玻璃的制作过程是：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（物体内部产生的以抵抗外因作用的内力），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，在制成普通玻璃后，将其加热到650℃到700℃玻璃软化温度点，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具有很高的内部拉应力。

那么为什么是两侧受压，中心受拉，而并非反过来呢？这主要是因为玻璃两侧遇冷收缩时，所有表层的位置都将受到来自四面八方的挤压，因此表层中会形成压应力层；而中心处因为冷却较慢，来不及收缩，因此形成拉应力层。

我们可以把应力理解为是材料内部具有的“内在”力，较高的应力意味着材料内部存储着额外的能量，因此会形成“不安分”的因素。例如夏天西瓜丰收时，有些熟透的西瓜稍微遇到一点外力就会自己爆开，这就是西瓜内部存在应力的表现。

那为什么应力反而是玻璃得以强化的关键呢？

玻璃这种材料，有一个非常显著的性质，它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四周用框架支起来，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，下方受到的拉应力也越来越大。最后，玻璃的下方，即未受载荷的那一面将先发生破坏。

钢化玻璃双侧表面的压应力区域很好地抵消了载荷影响，玻璃弱侧（不受载荷的一侧）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。

钢化玻璃真的会自己爆炸吗

在正常情况下，钢化玻璃内部的压应力和拉应力得以平衡，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，从最先发生破坏的薄弱点传递到整块玻璃，使其迅速碎裂。

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，避免任何瑕疵的产生。

还有的薄弱点来自内部，比如玻璃制造过程中存在的杂质颗粒等。在没有受到任何外力作用的情况下，钢化玻璃也可能发生崩解，这种情形应该就是内部杂质惹的祸。制作玻璃的原料中最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（甚至根本没受到外力），硫化镍颗粒周围的区域就常常会率先发生破碎，整块玻璃也将随之崩解。

为了尽量避免这种情形的发生，很多厂家在钢化玻璃的制作过程中，会对每一块玻璃都进行热浸检测，以此来保证出厂产品尽可能不含有内部杂质。具体方法就是，将玻璃加热到300℃左右再冷却下来，存在硫化镍的玻璃基本上经不起这样的折腾，都会自动崩解。

不过，钢化玻璃的崩解问题很难从原理上百分之百避免，除了尽可能提升产品质量外，还可以采用一些保护措施，比如，给玻璃贴上透明有机物贴膜，即便玻璃崩解，碎渣也不会四散飞溅。

钢化玻璃和防弹玻璃是不是一回事

那么钢化玻璃和防弹玻璃是一回事吗？其实并不是。

很多人都在电视上看过用大锤击打钢化玻璃的视频，它们在重锤之下仍然完好无损。但钢化玻璃的强度级别还是不足以抵挡子弹，因此击碎钢化玻璃不是难事。

真正的防弹玻璃主要有两种，一种由透明的高分子聚合物材料制成，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非单层。

另外一种是在玻璃中间夹杂透明有机物层，这样玻璃在中弹后虽然会破碎，但产生的碎片并不会四下飞溅，而是在有机聚合物层的作用下，仍旧结合在一起。

总结来说，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。为了实现足够的防弹效果，防弹玻璃的厚度也日益增大，例如防弹头盔的透明面罩或者防弹盾牌的观察窗，玻璃厚度能达到30毫米以上。不过，紫外线会让聚合物层的性质发生改变，影响阻弹效果，因此防弹玻璃的寿命大约都在3到6年。

（来源：科普中国）