真有“砸不碎”的玻璃吗

李晓宇 等

提到玻璃，你会想到什么词语来形容它？易碎、透明、美观。

国外曾有一个趣味挑战，在一个玻璃箱内装满了钱，如果能用锤子将玻璃箱砸碎，就可以拿走箱子里所有的钱。一个壮年男子抡圆了锤子砸下去，玻璃箱依然丝毫无损。

难道真有“砸不碎”的玻璃吗？

当然有！这种“砸不碎”的玻璃就是铝硅酸盐玻璃。其实铝硅酸盐玻璃在我们生活中每天都会接触到，用途最广的就是高档手机或显示器的盖板！

鋁硅酸盐玻璃材料本身强度很低，因为其表面存在大量肉眼不可见的微裂纹，采用化学强化技术增强之后，其强度能够得到5～7倍的增长，硬度、耐划伤性也显著提高。

化学强化技术，指的是将含碱金属离子的玻璃浸没在熔融碱盐中的加热保温一段时间。在浸没过程中，玻璃内足够接近表面的碱金属离子能够与熔盐中的碱金属离子发生置换，当熔融碱盐中的碱金属离子半径大于玻璃内部的碱金属离子半径时，就会在玻璃表面形成挤压效应，从而引入压应力使得玻璃强度增加。

其实，不只是手机显示屏和平板电脑触摸屏等采用了化学强化技术，我们外出经常乘坐的高铁、飞机风挡玻璃采用的材料也是化学强化玻璃。

客机风挡玻璃最初采用的是一种与化学强化玻璃类似的材料，叫作物理强化玻璃。化学强化是通过改变玻璃的结构、成分等化学性质进行强化的过程，而物理强化则是不改变玻璃化学性质，单纯通过物理过程进行强化。

近年来，美、法、德等国家通过设计特殊组分，开发了锂、铝、硅组分的专用平板玻璃。这种玻璃由于铝氧四面体体积大于硅氧四面体，导致玻璃结构疏松、空隙变大，使得化学强化的离子扩散过程变得容易，极大地缩短了化学强化时间，提高了强化效率，在5小时化学强化时间内铝硅酸盐玻璃强度能提高5～7倍。化学强化玻璃较物理强化玻璃成本仍较高，目前主要用于飞机、高铁的风挡，以及手机、平板显示屏等高新技术领域。

铝硅酸盐玻璃的生产难度较大，多年来一直被国外垄断，目前主要有美国的康宁公司、德国的肖特公司、日本的旭硝子公司等能够提供商业化的铝硅酸盐玻璃制品。我国铝硅酸盐玻璃的规模化制备尚处于起步阶段，但发展很快。

既然化学强化玻璃是“砸不碎”的玻璃，那么2018年发生的川航“5·14”事件中，风挡玻璃为何会破碎，甚至脱落，给机组人员和乘客造成如此大的安全事故呢？

2020年6月2日，中国民航局针对该事件的具体原因出具的调查报告指出，本次事件最可能的原因是右风挡玻璃的封严破损导致，水汽渗入风挡玻璃夹层结构内，用于风挡玻璃电加温的电源导线，长期浸泡后导致绝缘性降低。在风挡左下部拐角处产生持续放电现象，电弧产生的局部高温导致玻璃表面出现裂纹，风挡玻璃在持续服役过程中，裂纹受力扩展，导致整个风挡玻璃破碎，从而造成了事故的发生。

强化玻璃尽管强度很高，但很怕应力集中产生的裂纹。一旦产生裂纹，在继续受力状态下，裂纹很容易发生扩展，导致整个玻璃破碎。央视某栏目曾对采用物理强化技术制备的一种叫作“鲁伯特之泪”的泪滴状玻璃珠进行过现场试验：将熔化的玻璃靠自重自然滴入冰水中，就会形成形状类似蝌蚪的“玻璃泪滴”，俗称“鲁伯特之泪”。若抓住其纤细的尾巴，稍微施加一点点压力形成裂纹，该处裂纹会瞬间向内扩展，导致整颗玻璃珠爆裂四溅，彻底粉碎。

当然，“鲁伯特之泪”是在比较极端的条件下制备出的物理强化玻璃，实际生产过程是需要调控整个玻璃压应力和张应力的分布状态，以达到提高强度的效果，同时避免应力不平衡。

化学强化玻璃与物理强化玻璃相比，内部张应力较小，同时制备飞机风挡玻璃时会在多层强化玻璃中间采用透明弹性材料粘接而成，避免多层强化玻璃同时破损造成安全事故。

综上所述，这也是景区的玻璃栈道都禁止携带任何尖锐物品的原因。同时，为什么在文章开始提到的“砸玻璃箱”挑战中，游戏组织人员会在玻璃箱外放置一把大锤子，而不是任何尖锐物，“砸不碎”的玻璃也只能在一定条件下“不碎”。

现在，你大概可以想到用什么方法能够获得玻璃箱内的钱了吧？

（裴金超摘自《科普时报》）