这种神奇的玻璃比钻石的强度还大,子弹打在它身上也会被撞击得粉碎,万能的液压机也不会让它屈服,甚至液压机都被它压出一个坑,直到压力提高到20吨时才粉碎,这就是神奇的“鲁伯特之泪”。玻璃和子弹哪个更结实?大部分人会说子弹更结实,其实不完全正确,我们在家中就能做出比子弹更结实的玻璃来。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(1)

指示压力已经将近20吨

在说这种神奇的玻璃之前,首先要弄清楚硬度和强度的概念,因为有人把这2种概念闹混了。材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度,分为划痕硬度、回跳硬度和压入硬度,可以理解为硬度大的物体不容易产生划痕。强度是指材料抵抗断裂和过度变形的力学性能之一,指标有拉伸强度和屈服强度,简单来说就是强度大的物体不容易整体断裂。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(2)

“鲁伯特之泪”让子弹粉碎

比如钢化玻璃比普通玻璃强度大,而硬度并没有提高,钢化玻璃本质上还是玻璃,虽然强度是普通玻璃的几倍,但你用砂纸打磨还是会有划痕的,汽车挡风玻璃就是钢化玻璃,时间久了雨刷器划过地方就有划痕。而“鲁伯特之泪”本质上还是玻璃,硬度没有提高多少,但是强度却大大提高了,所以我们不能说它硬,而是要说它强。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(3)

铁锤的敲击对它毫发无损

世界上最硬的3种物质分别是:碳炔硬度是金刚石的40倍,石墨烯的硬度是金刚石的20倍,金刚石排名第三,但它是自然界中最坚硬的物质,莫氏硬度达到了10。而液压机还是可以轻易地压碎钻石,因为硬的东西一般韧性较差,也就是脆。“鲁伯特之泪”的优势就体现出来了,可能承受20吨的压力。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(4)

液压机被玻璃挤压的凹陷进去

17世纪的时候,有个王子叫鲁伯特,他特别喜欢玻璃,闲着没事就鼓捣玻璃,他把熔融的玻璃液放在冷水中,就形成了这种像蝌蚪一样的玻璃,尾部还有一个细长的尾巴,头部的强度非常大,就管它叫“罗伯特王子小粒”。后来他就选了其中的5个当做国礼送给了当时强大的英格兰的查理二世,从此这种神奇的玻璃被世人所知。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(5)

液压机被压出凹痕

制作它的方法不难,但是国内很多博主在制作的时候,方法不是很对,结果是强度很差,普通的锤子就能敲碎。正确的方法是把玻璃加热到700℃左右,玻璃是混合物,非晶体,没有熔点,只有熔融温度范围,一般在600-800℃,所以温度很重要,温度低产生的强度也会很低。这就是为什么有的“鲁伯特之泪”抗压能力为8吨,而有的却能达到20吨。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(6)

制作过程

熔融液态的玻璃在重力作用下,自动滴到冰水里,这个过程非常重要,这样一个“鲁伯特之泪”就做好了,它们看着样子都差不多,但是强度却相差很多。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(7)

最外面一层最先凝固,但内部还是熔融状态

原理是:当熔融的玻璃滴进冷水中时,最外面的一层遇冷水最先凝固,而玻璃内部还是熔融状态,随着时间推移核心也会慢慢冷却,根据热胀冷缩原理体积会变小,当核心的液态玻璃冷却时,会拉着已经凝固的外壳慢慢收缩变紧,让外层玻璃受到巨大的压应力,压应力高达700兆帕,是标准大气压的7000倍。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(8)

液态玻璃滴到冰水里

同时核心的玻璃也被呈固态的外壳拉扯,受到强大的拉应力。这两种力量维持了玻璃的平衡,压应力和拉应力就像两组人进行拔河比赛,谁也赢不了谁,只要这种应力保持平衡,“鲁伯特之泪”就能够保持稳定,可承受巨大的外力冲击。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(9)

制作过程

但是由于熔融液态的玻璃入水先后顺序不同,使得“鲁伯特之泪”的头部质量很大,冷却的慢,尾部很细质量最小,冷却最快,导致头部和尾部冷却不均衡,也让整个玻璃体内部受力不均,所以有强大的头部和脆弱的尾部。

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承受巨大的压力

细细的尾部应力比头部要差很多,甚至比一般玻璃都脆弱,一旦尾部被外力摧毁,不均衡的压力就会瞬间释放,残余应力顺着裂纹迅速扩散到“鲁伯特之泪”全身,一瞬间就会支离破碎,变成粉末,这种现象就做裂纹扩展,根源就在于内部不均衡的压力,释放的速度为每秒1450米-1900米,是音速的5倍左右,只有高速摄像机才会看清楚。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(11)

尾部很脆弱

就这种简单的科学原理,困扰了科学家整整4个世纪,后来随着科学技术的发展,才弄懂了其中的原理。“鲁伯特之泪”对人类最大的贡献就是让人们发明出了钢化玻璃。钢化玻璃的原理和“鲁伯特之泪”是基本差不多的。钢化玻璃又叫强化玻璃,同样是表面具有压应力的玻璃。

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裂纹扩展

钢化玻璃是法国人发明的,最大的特点是受到破坏时,碎片不是锋利的玻璃碴子,而是钝角的碎小颗粒,不容易伤害人。并且抗冲击强度和抗弯强度都是普通玻璃的3-5倍。当你踩到一块钢化玻璃上面时也不会碎,普通的玻璃就不行。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(13)

钻石被压碎

钢化玻璃有个很大的缺点就是不能切割和加工,就像“鲁伯特之泪”一样,碰到尾部整体就炸了,所以只能在钢化前先把普通玻璃加工成需要的形状,然后在进行钢化处理。钢化玻璃能承受300℃的温差变化,是普通玻璃的3倍。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(14)

钢化玻璃

要先把普通玻璃切割成要求的尺寸,加热到700度左右,再进行快速而均匀的冷却,钢化玻璃厚度不同,加热和降温的时间也不同。比如6毫米的钢化玻璃在700度高温下加热240秒,然后降温150秒。10厘米厚的钢化玻璃在700度高温下加热500秒,然后降温300秒。玻璃越厚加热和冷却的时间越长。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(15)

它比铁砧子硬多了

高温后在降温的钢化玻璃表面形成均匀的压应力,而内部则形成张应力,这两种力达到了完美的平衡。使玻璃的强度、抗冲击力、弯曲度都是普通玻璃的3-5倍左右,虽然不能做切割或加工,但是安全性很高,保护了人类不在受玻璃的割伤,均匀压应力平衡遭到破坏是会“粉身碎骨”,就像我们的手机钢化膜一样,自己碎了却保护了珍贵的屏幕。

史上最危险的玻璃(比钻石还硬的玻璃)(16)

鲁伯特之泪

人类也在研究如何把“鲁伯特之泪”的尾部去掉,或者直接制造出没有尾部的“鲁伯特之泪”,或许成功之后,会有很多意想不到的用处,您感觉“鲁伯特之泪”还有什么用处呢?

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