要么不碎，要么粉碎，钢化玻璃是怎么做到的？-

审核专家：甘强

北京理工大学讲师，应用化学博士

夏天的傍晚，正是约小伙伴们一起吃烧烤喝冷饮的好时候。欢畅淋漓间，盛着小龙虾、烤肉串的钢化玻璃餐桌在众目睽睽之下，突然哐的一声裂成碎渣，撒满一地。奇哉怪也，这是怎么一回事呢？

碎裂的钢化玻璃来源丨网络

钢化玻璃，又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。在普通的玻璃表面采用物理或化学方法，形成一层压应力层，提高玻璃的硬度和强度，使玻璃能够抵抗较大的冲击和载荷。虽然钢化玻璃很硬，但随着使用时间的变长，玻璃应力层中的应力在外部载荷或温度冲击作用下会逐渐在某些缺陷处聚集并由压应力转变为拉应力。聚集的拉应力超过某一阈值，缺陷处的裂纹瞬间扩展延伸至整个玻璃，造成玻璃突然间地碎裂。

功能性玻璃的特点及作用

钢化玻璃是玻璃的一种，除钢化玻璃外，日常生活中我们还能看到防眩玻璃、防火玻璃、节能玻璃和光伏玻璃等功能性玻璃。这些玻璃各有什么特点和作用呢？

防眩玻璃主要指的是AG玻璃，英文缩写为anti-glare glass。防眩玻璃又称为减反射玻璃，它采用特殊工艺对玻璃表面进行处理，形成半透明毛面，使玻璃的镜面反射转变为漫反射，减弱炫光反射效果。防眩玻璃广泛应用于LED大屏幕、液晶显示屏、触摸屏、工业仪表、导航仪、平面广告保护屏、画框、商业橱窗、博物馆、美术馆、艺术馆、画廊、展览展示中心、玻璃幕墙等，防眩玻璃的应用，使仪表屏幕、画报显示的观察角度变宽，观察者无论从前面还是斜侧面都能清晰地看到屏幕或画报所呈现的内容。

防眩玻璃来源丨全球玻璃网

防火玻璃是一种安全玻璃。一旦发生火灾温度升高时，防火玻璃的一面受火，但另一面可在一定时间内保持玻璃整体的完整性和隔热性。防火玻璃被广泛地应用在建筑领域，如耐火窗户、建筑用玻璃幕墙、挡风挡烟垂壁玻璃、采光屋顶和防火玻璃地板等。常见的防火玻璃是复合防火玻璃，其主要由两片或多片平板玻璃及透明防火胶组成，透明防火胶夹于平板中间形成复合结构，其工作原理是遇火时迎火面玻璃首先破裂，防火胶在高温下快速发泡形成隔热层，从而起到防火隔热的作用。

复合防火玻璃来源丨八方资源网

节能玻璃主要是指冬季阻止热量向外扩散和夏季阻挡热量辐射进入室内的玻璃，外部环境寒冷时减少室内逸出热量，炎热时减少热量进入室内。常见的节能玻璃包括：Low-E镀膜玻璃（低热辐射玻璃）和吸热玻璃等。Low-E镀膜玻璃通过在表面涂镀一层几个纳米厚的特殊薄膜，降低玻璃的传热系数，达到阻热效果，常用于严寒寒冷地区。吸热玻璃一般是通过玻璃表面涂镀的吸热膜来吸收热量再以对流、辐射两种形式向室内外散热，降低直接透过玻璃的热量，达到隔热的目的。还有一种节能玻璃通过在原料中加入添加剂来达到保温隔热的效果。

节能玻璃来源丨淘宝网

光伏玻璃主要是指太阳能电池的中的保护光电器件的光伏玻璃盖板，主要起到保护脆弱的光电硅电池不受外界载荷等因素的破坏。光伏玻璃盖板一般都要经过压应力表面处理，玻璃的硬度和强度增大，使其在大风天气及温差变化较大的工况下仍然可以正常工作。此外，太阳能光伏玻璃相对于普通玻璃而言，一般需具有更高的透过率，使其能够直接应用于太阳能光伏发电和太阳能发电储能系统。

光伏玻璃来源丨微博

防眩玻璃、防火玻璃、节能玻璃和光伏玻璃功能迥异，但它们有一个共同点，就是这些功能性玻璃都是在普通玻璃的基础上加工制造而来，那么普通玻璃又是怎么来的呢？

玻璃的制造历史

玻璃的制造有着悠久的历史，5000年前，人们就利用天然玻璃黑曜岩制成工具和器皿。公元前30世纪，亚洲西部新月沃地的人们发现在烧制陶瓷时往往会生成熠熠生辉、晶莹光滑副产物——玻璃。随着社会生产技术的发展，人们利用随处可见的沙子，并加入从天然盐碱湖晒取得到的碳酸钠和由石灰岩煅烧出的氧化钙，高温反应就可得到主要成分为二氧化硅的玻璃。

大自然中随处可见的沙子来源丨bpic.588ku.com

受限于早期社会的低技术水平，当时制造的玻璃杂质较多且不透明。直到公元后，人们才开始用纯度更高的石英砂制造透明玻璃，并在玻璃熔融态时通入空气吹出大型的玻璃容器。

公元500年到1500年期间，制造玻璃的工艺不断迭代更新。人们使用草木灰中的碳酸钾来取代天然碱中的碳酸钠，因为碳酸钾的制造成本远远低于天然碱中的碳酸钠，所以玻璃的产量得到快速提高。

当时，人们利用浇筑压延、平拉工艺制造连续的平板玻璃。压延法是将熔化玻璃液浇筑到压延台后经压延辊（包裹着石棉的圆柱形机件）辊压成型、退火后制成平板玻璃。平拉法是将熔融玻璃垂直引上后，经过转向辊后使玻璃带转为水平方向，在外力作用下拉伸为平板玻璃。

1674年，英国企业家乔治·雅田发现在玻璃生产过程中加入一氧化铅，可以使玻璃熔点降低，600℃时就进入熔融态。此外，还能使玻璃的熔融态持续时间变长，方便对熔融态玻璃进行各种处理。

彩色玻璃来源丨快乐湖南网

时至今日，制备玻璃的工艺日趋成熟，各种各样的玻璃制品出现在我们的生活里，大至商店橱窗里的彩色玻璃，小至我们天天使用的手机屏幕，可以说玻璃让我们的生活变得更多彩、更便捷。

说到手机屏幕，就不得不提作为屏幕支撑基板的玻璃，除了要满足优良的透光性要求外，玻璃基板还必须具有较高的硬度以提供支撑承载作用。

玻璃的透明和硬度从何而来呢？

其中的奥秘就藏在玻璃的制备过程中。玻璃原料主要是随处可见的沙子，沙子的成分是二氧化硅晶体，其中硅（Si）原子与氧（O）原子以共价键的形式形成正四面体结构且长程有序，使得沙子的强度极高。将沙子高温熔化，打断硅原子与氧原子之间的共价键，破坏了长程有序结构，然后重新冷却，硅原子与氧原子再次形成共价键，但不形成规则有序结构，此时的玻璃以非晶体形式存在，可以让可见光穿过内部而不发生散射，使玻璃透明。同时玻璃内部的硅氧原子形成的网状空间结构使玻璃表现出高硬度。

晶体二氧化硅与非晶体二氧化硅二维平面图

玻璃，作为现代社会的标志物之一，在现代城市化过程中发挥着重要作用，为现代化工作生活的高效和稳定默默贡献着自己的力量。

城市，让生活更美好。玻璃，让城市更绚丽多彩。

来源：数字北京科学中心