你撞过玻璃门吗？
许多人都撞过，有时候由于商店的玻璃橱窗擦的太干净，又缺乏足够明显的标志，也会使一些顾客中招。因为当你从一个较暗的环境走向一个相对明亮的区域时，是不容易发现中间阻隔着的玻璃的，那多半是一次很痛的经历。
她很痛，但她是幸运的
我许多年前也撞过玻璃门，并且还把人家工厂车间的大门给撞碎了。当时是晚上，他们车间里灯火通明，但外边很黑，并且玻璃门上没贴任何标识，所以我看不见玻璃。尽管伤的不是脑袋而是膝盖，但给人赔钱配玻璃还是让我心疼了很久。不过，比起下边这位，我算是幸运多了。
这是多么痛的领悟！
看到了吧？好在撞碎的是钢化玻璃，才没有让这位老兄受更严重的伤，否则后果不堪设想。
玻璃的生产
普通玻璃广泛应用于我们的日常生活中，比如玻璃窗、镜子、水杯和瓶瓶罐罐等等。最早的玻璃由石英砂添加助溶剂后经高温熔融制成，它的主要成分是二氧化硅，因此称为石英玻璃或硅酸盐玻璃。由于需要加热到很高的温度，耗能大，成本高，渐渐被钠钙玻璃替代。
用于制作玻璃门窗的平板（浮法）玻璃与制作玻璃瓶的玻璃所含的矿物质比例稍有不同，总的来说它们大致都含有73%~74%的二氧化硅，13%~14%的氧化钠，9%~10.5%的氧化钙，还有相应比率的氧化镁、氧化铝、氧化钾等添加剂。当将石英砂、苏打、石灰和白云石等原料充分混合，在溶化炉中经大约1500℃高温加热后，这些原料开始进行“玻璃化”的化学反应，从而生成炙热的熔融状态玻璃。让其流入锡槽冷却后就制成了平板玻璃，将其倒入模具就能吹成各种瓶子。
玻璃工厂的平板玻璃
平板玻璃加工容易，可以大规模生产，因此价格便宜，应用非常广泛。由于既能遮风挡雨又能使光线透过，故深受大家欢迎。
但平板玻璃也有一个天生的缺点，那就是它很脆，稍微大力的撞击就会破碎，并且玻璃碎片极为锋利，很容易伤人。
它易碎，并且容易伤人
人们希望找到一种办法，既可以利用玻璃的优点，又使它不容易破碎；即便是碎裂了，也不要对人造成大的伤害。这就是钢化玻璃。
鲁珀特之泪
说起钢化玻璃，就不能不提著名的“鲁珀特王子之泪”。其实它就是一颗小玻璃球，头部的形状像一颗水滴，同时它又有一条细细长长的尾巴，如同一滴长长的眼泪一般。
“鲁珀特王子之泪”
这颗“眼泪”看似一般，其实并不简单。因为它的头部有难以比拟的强度，即使是子弹的撞击也不能使它碎裂。
但是这颗“鲁珀特王子之泪”有个阿喀琉斯之踵，那就是它那长长的纤细的尾巴，你只要轻轻将它的尾巴掐断，整个玻璃珠就会瞬间化为齑粉。
强大应力释放使其粉碎
为什么会这样？
这需要从“王子泪滴”的诞生说起。
当我们将一颗处于熔融状态的玻璃液滴落入水中，它的表面会迅速变冷凝固。 但是，玻璃珠的内部降温没有那么快，所以它只是表面收缩变硬了，中心部分还是处于炙热膨胀的状态，所以整个玻璃珠的体积并没有减小多少。而当液滴中间的玻璃慢慢变冷时，它的外壳已经固定，中心的玻璃要收缩但被外壳紧紧地拉着使它不能缩小。
冷却的过程产生内部应力
于是在这颗玻璃珠的中心与外壳间形成了一个强大的应力。这个应力将二氧化硅分子网络紧紧地拽在一起，使本来很脆弱的玻璃变得十分坚硬，它可以抵抗高达20吨的压力。
小小玻璃珠可以抵抗20吨的压力
钢化玻璃正是利用了“鲁珀特王子之泪”的力学原理。
钢化玻璃的制作
钢化玻璃就是利用普通玻璃经过热处理工艺制作出来的，这个过程被称为“回火”。回火产生强大的应力使玻璃的表面受压、内部受拉，于是玻璃的刚度和韧性大幅度增强。我们可以通过玻璃碎裂后断口的对比，就能很容易地看到钢化玻璃内部应力分部的情况。
三种玻璃断口可以反映内部应力的不同
在制作钢化玻璃之前，工人们需要将普通的玻璃切割成图纸要求的形状和尺寸，并且将边角进行打磨，该钻的孔都要钻好，因为这一切在回火之后都无法再做了。
清洗干净后，玻璃在长长的加热炉里被加热到650℃以上的高温，此时玻璃会变软，在前一次加工中在内部形成的应力消除。当传送带将玻璃送出炉口时，布置在外面的冷风机从各个方向给玻璃表面均匀降温，使其外层迅速变硬，然后玻璃的内部会在长长的传送带上一点点冷却下来。
钢化玻璃生产过程简图
回火使得玻璃表面产生强大的压缩应力，这个力与玻璃中心的拉伸应力相平衡。当玻璃表面压应力在3500~7500psi（磅/平方英寸）时，我们称之为热强化玻璃；当表面压应力大于1000psi时，它在破裂时才能碎成小块，我们称之为钢化玻璃；只有当表面压应力大于15000psi（约100兆帕）时，它的碎片边缘才变得不那么尖锐，这种玻璃被称作安全玻璃。
不同的表面压应力产生不同的碎裂效果
为什么钢化玻璃会碎成渣？
由于内部强大的应力，钢化玻璃的分子被牢牢地束缚在一起，这使玻璃一改之前脆弱的毛病，变得更加强硬且更具韧性，它轻易不会被撞碎或压碎。
同样地，正是由于玻璃内部存在着巨大的应力作用，整块玻璃特别是边角处时刻处于紧绷状态。哪怕是它的表面出现一点点的划伤或破损，应力就会集中到这个点上，从面打破原有的平衡，在破损处造成分子键的断裂。分子键断裂的能量以声速在玻璃内部传递，玻璃内部集聚的应力会从附近最薄弱的地方释放出来，于是造成广泛的分子键断裂。于是在一瞬间，整块玻璃碎成渣渣。这就是钢化玻璃在制成之后不能被加工的原因，你无论是试图在上面钻孔、用尖的东西砸它，或者只是拿玻璃刀在表面划一下，都能立刻将其报废。
普通钢化玻璃碎片依然存在锐角
玻璃破碎的程度与此前在回火过程中形成的表面压应力大小密切相关，压应力越大，玻璃破碎得越彻底，它形成的碎片也就越安全。这一点很重要，因为那些碎裂的玻璃门窗或者浴室玻璃，只要它存在尖锐的角，依然可以造成皮肤的划伤，严重时甚至能割破血管。
安全玻璃的碎渣伤人概率更小
为了使玻璃变得更安全，人们不仅使用热处理的钢化玻璃，还在两层玻璃中间加一层高分子材料膜，这样即便是它受到冲击破碎，碎片也不会掉落下来，飞得到处都是。这种夹胶安全玻璃在汽车上很常见，它已经成为风挡的标配了。
挡风玻璃是夹胶玻璃
我们用了2000字的篇幅向你介绍了钢化玻璃的原理，现在做一个简单回顾。
玻璃在我们的生活中被广泛使用，它容易碎裂，并且锋利的碎片会造成伤害，因此人们在生产的过程中运用热处理工艺改良了玻璃。
通过对“鲁珀特王子之泪”的力学分析，我们知道玻璃在快速冷却的过程中会产生强大的内应力，它使玻璃变得更加坚固。于是玻璃制造商通过增加“回火”工序生产出钢化玻璃，它更坚固，也更安全。
当钢化玻璃的表面出现缺陷，应力会集中于缺陷处并使分子键发生断裂，断裂的能量向四周迅速扩散开来，这种能量会瞬间释放它附近的应力、造成和新的断裂和能量释放，进而形成“链式反应”，使玻璃碎成渣渣。
小心玻璃！
尽管玻璃因钢化变得坚固和安全，我们走路的时候还是应该多加小心，更不能抱着手机做“低头族”，否则你将后悔莫及。
