陶瓷與玻璃

強化玻璃(tempered glass)

強化玻璃是給普通玻璃加上一層巧妙的內建防裂機制。它就是汽車側窗、淋浴門、手機螢幕上的那種玻璃。訣竅是:讓表面永遠處於被擠壓的狀態。因為玻璃只有在表面瑕疵被拉開受張力時才會裂,一個本就被用力擠著的表面,任何裂縫要能開始,得先把這股擠壓抵消掉,所以玻璃在破壞前能承受大得多的負載。

怎麼把擠壓鎖進去?把玻璃板加熱到接近軟化,再用冷空氣噴向兩面。表皮先冷卻變硬,而內芯還熱、還能自由收縮。等內芯終於冷卻要收縮時,已經變硬的表皮不讓它縮,於是內芯反過來把表面往內拉:表面被留在永久壓應力(常達 100 到 150 MPa),內部則是與之平衡的張應力。另一種做法用於薄的手機玻璃,是化學強化:把表面的小鈉離子換成較大的鉀離子,鉀把表面擠得滿滿的,達到同樣的擠壓效果。

有兩個好處和一個代價。強化玻璃的抗彎強度約為普通玻璃的四到五倍,而且一旦真的破裂,儲存的能量會把它碎成小而鈍、相對無害的小方塊,而非長長的刀狀碎片,所以叫安全玻璃。代價是事後不能再切割或鑽孔;只要把表面刻得夠深、觸及受張的內芯,整片會瞬間爆裂。它也是突然且徹底地破壞,所以雖強卻毫無預警。

把灼熱的玻璃表面快速冷卻:表皮鎖入 100 到 150 MPa 的壓應力,使玻璃強度提高四到五倍,而且一旦破裂會碎成鈍方塊而非利刃。

任何裂縫要生長,得先克服表面壓應力:一招同時換來強度與安全。

強化玻璃強化後不能再切割或鑽孔;夠深、觸及受張內芯的刮痕會讓整片爆裂,這也是它突然、徹底、毫無預警破壞的原因。

又稱
toughened glasssafety glass鋼化玻璃