这波预热,回到玻璃本身,刻板印象就是「脆弱」,庆幸的是有科研工作者这么多年的研究

含烟看科技 2025-08-18 13:44:06

这波预热,回到玻璃本身,刻板印象就是「脆弱」,庆幸的是有科研工作者这么多年的研究,然后有需求才让实验成果转化,那现在的强化玻璃就是通过制造工艺来得到的,但从本质层面就是在表面提高压应力来提高强度,可微晶玻璃的制备,将硬度又往上推了不止一个高度。

先说什么是强化玻璃?如图一

强化玻璃,也叫化学钢化玻璃,比如我们最常见的手机屏幕玻璃。它的制作过程是利用离子交换技术。让体积更大的分子进入进入玻璃表面后会挤压周围的分子,使得玻璃表面形成一种压应力层。这个压应力层就像一个“盔甲”,能有效抵抗外部的划痕、冲击和弯曲,从而提高玻璃的强度。

再说什么是微晶玻璃?如图二,其实肉眼没有任何区别

微晶玻璃更像是一种“玻璃陶瓷”,你可以理解为复合材料,它的生产过程第一步和普通玻璃生成过程无异,但第二步是让它的力学性能提升几个level的关键,也就是晶化处理,让材料本身析出大量的纳米微晶体,这些微晶体均匀地分散在玻璃基体中,形成一种“微晶相”和“玻璃相”共存的复合结构。如果把玻璃比作水泥,那么微晶玻璃就像是加入了无数坚硬石子的混凝土。这些坚硬的纳米级微晶体大大提升了玻璃的硬度、强度和抗冲击性,这么说大概能理解了吧。

接下来和你说说为什么两者在抗摔性能上有代际差异,微观晶体层面才是最核心的原因。就直接看两者的微观图就能看出肉眼差别,很明显微观玻璃的形貌更“紧致”,如图三图四。

普通玻璃本质是非晶体,原子像被随手撒在桌上的积木,毫无规律地堆在一起,形成一种暂时稳定的无序结构。正因为如此,普通玻璃一旦受到外力冲击,应力会沿着原子间的薄弱间隙直接传递,像多米诺骨牌一样,裂纹能轻易蔓延开来导致破碎。

强化玻璃确实大大提升了普通玻璃的力学性能,但强化玻璃的内部依然是无序的非晶体结构,原子排列没有本质变化——就像给一堆乱积木的表面加了层铁丝网,虽然更结实,但核心还是“乱”的。

而微晶玻璃则实现了“从非晶到复相”的质变。精准控制温度让玻璃基体中析出大量微晶,这些微晶的尺寸通常在50纳米到1微米之间,数量占比可达30%-70%,甚至更高,均匀填满有空位的玻璃相中,当然工艺的优化能提升微晶的占比,强度肯定就更高,这也是为什么更“硬”。

一个是表面硬,一个是骨子里硬,可想而知抗摔性能的区别。

简单说,强化玻璃是“对非晶体的表面修补”,而微晶玻璃是“从原子排列层面的结构重构”。前者靠外力(压应力)被动防御,后者靠内在结构(微晶网络)主动抗冲击。这就是为什么微晶玻璃能被称为“领先一个代际”的技术——它不是强化玻璃的升级版,而是完全不同的材料体系,如图五

那你肯定会好奇为什么微晶玻璃能扛住强化玻璃不能扛住的外力作用

1️⃣裂纹偏转与分散:晶体间的高硬度界面迫使裂纹改变方向,消耗冲击能量。说白了就是让力的作用往更硬的方向从而抵消外力。

2️⃣应力分散网络:晶体形成的三维骨架将局部冲击力分散到更大区域。说白了就是中国武术中的“以柔为刚”,材料或许有反应,但力被分散了。

3️⃣热稳定性支撑:微晶玻璃的热膨胀系数可低至±0.1×10⁻⁶/K(如零膨胀LAS玻璃陶瓷),能承受800-1000℃高温骤冷而不破裂,避免了热应力导致的脆性断裂。如图六就很明显的说明了热稳定性。

而显然,强化玻璃做不到!

强化玻璃的莫氏硬度能做到6出头,而微晶玻璃的硬度能做到7,比如β-石英固溶体(莫氏硬度7)、堇青石(莫氏硬度7-7.5)等,所以你会发现手机品牌的旗舰机都用的微晶玻璃,莫氏硬度可达7-7.5,不仅能轻松抵御钥匙、沙砾的刮擦(沙砾的主要成分是石英,莫氏硬度7,普通强化玻璃容易被划伤,而微晶玻璃能抗衡),更能在冲击时通过微晶的“应力分散”和“裂纹阻断”效应,降低破碎概率。

所以也正因为微晶玻璃制备需要精准控制晶化温度、晶体尺寸和分布(差1℃就可能导致晶体过大或分布不均,就直接性能暴跌,如图七),同时由于微观层面的工艺优化,良率其实不会高,同时前驱体原料也是采用更贵的特殊配方,其制备成本是强化玻璃的3-5倍,这也是只有旗舰手机才会搭载的核心原因。所以为啥你会只在所有品牌的旗舰机型中才能看到这个材料的应用。对于用户来说,正面玻璃的“抗摔能力”直接决定了手机的耐用性,而微晶玻璃的出现,正是从材料底层解决了这个痛点。

而这次REDMI也开始用上了微晶玻璃,这是好事啊!

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