钢化玻璃是怎么钢化的 _钢化玻璃

听过鲁珀特之泪吗？它被称为世界上最坚硬的物质之一，事实上钢化玻璃的制造原理与它类似，当你理解这种鲁珀特之泪背后的原理，那么也就懂了钢化玻璃。

鲁珀特之泪
当你把熔化的玻璃滴入水中时，玻璃会迅速冷凝，形成一个带有长长尾巴的类似于水滴状的玻璃结构。通过这种方式得到的玻璃珠也被称为“鲁珀特之泪” 。
这个名字的由来，据传是查理一世国王的侄子鲁珀特在1660年率先将这种奇特的玻璃制品带到英格兰的。当时在朝廷，鲁珀特常用这个小东西戏弄人，于是它被称为鲁珀特之泪。

鲁珀特之泪神奇的一面
这个看似普通的玻璃结构拥有与普通玻璃完全不同的性质，它的头部异常坚硬。一个指甲盖大小的玻璃头，就可以承受20多吨的压力，甚至如果你用子弹轰击它的头部，被轰碎的也是子弹自身。

之所以鲁珀特之泪会拥有这么“变态”的性质，这与它内部的受力有关，其内部的受力还得从它的形成开始说起。
当熔融状的玻璃液滴滴入水中时，液滴的外表面接触水后会迅速冷却固化形成外壳，但其壳内的玻璃还处于高温状态仍然是液态。当内部液态玻璃温度逐渐降低，体积开始收缩，收缩过程会使玻璃表面产生一个巨大的压应力，而内部被外表层拉伸，产生拉应力。

而正是表面这层玻璃形成的压应力，使鲁珀特之泪的头部拥有超高的强度。
我们知道，玻璃的碎裂其实就是裂纹的扩展，但对于鲁伯特之泪而言，即使其表面受外力而产生了微裂纹，但表面巨大的压应力会阻止微裂纹进一步的扩大，因此从宏观上它拥有超高的抵抗外界压力的能力，很难破碎。

但鲁珀特之泪还有一个特别有趣的地方，就是它的尾部特别脆弱，并且一旦尾部被击碎，整个鲁珀特之泪也会瞬间被粉碎。之所以会产生这种现象，是因为整个鲁珀特之泪内部拥有极大的内应力，这个应力可以达到7000倍的大气压。表面的压应力与内部的拉应力形成了一个受力平衡，但这种平衡一旦被打破，则会瞬间失衡而爆裂。
由于鲁珀特之泪拥有一条细长的尾部，在凝固过程中尾部内外部冷却速度接近，压应力产生的强化作用有限，因此比较脆弱。如果尾部一旦破碎，尾部的浅裂纹会沿着轴线深入头部，整个结构内应力失衡，导致整体的爆裂。

钢化玻璃原理类似
事实上钢化玻璃分为两种，一种是物理钢化，一种是化学钢化。
物理钢化
物理原理与上面形成鲁珀特之泪的原理类似，也是经过一个急冷的过程。
正常的玻璃生产是将原料熔融后形成均匀没有气泡的玻璃液，玻璃液下降至一定温度后黏度变大，具有很大的塑性，此时便可以对玻璃进行机械加工，压延形成平板形状。冷却后的玻璃内部还具有一定的应力，因此还要将玻璃在较低温度下进行加热后冷却，进行退火处理，消除内应力，形成一个稳定的结构。

而钢化玻璃则要在上述工艺最后再补上一个强化的步骤，具体过程就是在得到普通玻璃的基础上，再降其加热到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。玻璃表面快速收缩并固化，于是玻璃会形成具有巨大压应力的表层，之后冷却的中心部则会产生很高的内部拉应力。这整个变化过程与鲁珀特之泪基本类似，玻璃两侧将形成各自约为1/6玻璃厚的压应力层，上述过程也被称为钢化过程。钢化后的玻璃同样具有很高的强度，强化原理与鲁珀特之泪一样，这里就不在赘述了。