上周，小米在新品發(fā)布會(huì)上推出的小米14pro上搭載了一款全新的屏幕保護(hù)玻璃——龍晶玻璃。對于這款玻璃，小米集團(tuán)總裁盧偉冰甚至稱其為“迄今為止最堅(jiān)固的玻璃”，維氏硬度達(dá)到了860，比普通玻璃耐摔10倍！對此，有些網(wǎng)友們不禁好奇，這款龍晶玻璃究竟是小米在自吹自擂，還是真的具備一些特殊的黑科技？

“龍晶玻璃采用了全新的工藝并借鑒了陶瓷的構(gòu)成原理，讓玻璃內(nèi)部的億萬顆納米級(jí)晶體牢牢互鎖住，當(dāng)玻璃的某一處區(qū)域受到?jīng)_擊時(shí)，其他的結(jié)晶能夠有效緩解這股來自外界的沖擊力，從而阻斷裂紋的擴(kuò)散。”根據(jù)小米官方的這段介紹其實(shí)不難判斷，龍晶玻璃與此前華為Mate50系列搭載的昆侖玻璃、蘋果iphone14搭載的超瓷晶玻璃一樣，都是一個(gè)概念性的名稱，其本質(zhì)上是一種納米微晶玻璃，確實(shí)具有韌性高、耐摔等性能。至于這幾種微晶玻璃的區(qū)別，或許是在生產(chǎn)原材料、晶粒大小和化學(xué)強(qiáng)化手段上存在些許差異。

微晶玻璃為何抗摔？

普通玻璃易碎的原因在于其內(nèi)部的原子排列沒有規(guī)則，晶粒結(jié)合得不緊密，內(nèi)部的微裂紋易擴(kuò)展。要使得其具備耐摔的性能，就需要抑制其微裂紋的擴(kuò)展，通常通過添加一些材料或者溶液增加玻璃的強(qiáng)度。微晶玻璃的制備是在熔煉的前體玻璃里加晶核劑，使玻璃基質(zhì)中均勻生長出高硬度的細(xì)小晶粒，形成玻璃相和微晶相的多相復(fù)合體，裂紋在擴(kuò)展時(shí)，如果碰到這些細(xì)小晶粒則會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使得裂紋擴(kuò)展的路徑變長，達(dá)到抑制微裂紋擴(kuò)展的目的。一般來說，晶粒越小，晶粒含量越高，裂紋擴(kuò)展路徑越長，微晶玻璃整體強(qiáng)度也越優(yōu)。

普通玻璃（a）、微晶玻璃（b）、陶瓷（c）的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)別

微晶玻璃抑制微裂紋的原理

據(jù)了解，小米龍晶玻璃、華為的龍晶玻璃等除了采用微晶玻璃，后續(xù)還對其進(jìn)行了化學(xué)強(qiáng)化處理，不同于我們耳熟能詳?shù)摹拔锢礓摶ā保瘜W(xué)強(qiáng)化是利用離子交換的方法，將玻璃放置于大體積離子的熔鹽中進(jìn)行鹽浴，大體積離子會(huì)替換玻璃表面的小體積離子，使得玻璃表面形成一層壓應(yīng)力層，內(nèi)部形成拉應(yīng)力，最終得到遠(yuǎn)超普通玻璃的硬度和耐刮擦性能。

化學(xué)強(qiáng)化法Li離子與Na離子的交換原理

從官方公布的數(shù)據(jù)來看，目前幾個(gè)主流的手機(jī)玻璃維氏硬度參數(shù)均達(dá)到了很高的水平：

（來源：小米官網(wǎng)）

玻璃的材料選擇

了解完微晶玻璃的制備工藝及強(qiáng)化手段，再來看看其原材料的選擇。微晶玻璃有多種體系，從小米和華為的官方信息來看，這兩者的微晶玻璃均是建立鋰鋁硅（LAS，Li₂O-Al₂O₃-SiO₂）體系上，這也是目前應(yīng)用最深入和廣泛的微晶玻璃類型，具有強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、良好的機(jī) 械性能、抗熱震性以及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在精密光學(xué)、航空航天和微電子等領(lǐng)域中都有所應(yīng)用。

SiO₂是玻璃的組成成分，在鋰鋁硅微晶玻璃體系中，主要作為微晶前體玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體，可用于穩(wěn)定玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其濃度足夠高時(shí)有助于形成高透明度、高強(qiáng)度的鋰長石固溶體相。而Al₂O₃ 是網(wǎng)絡(luò)形成體，其形成的鋁氧四面體和硅氧四面體互穿成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過增加其含量可以降低玻璃的結(jié)晶傾向，提高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和硬度。作為體系中唯一的離子化合物，Li₂O主要提供鋰離子，方便后續(xù)化學(xué)強(qiáng)化時(shí)進(jìn)行離子交換，同時(shí)其含量的增加還可降低玻璃的黏度，加速玻璃的熔化，提高成形性能，但鋰鋁硅體系在前體玻璃中易析出雜質(zhì)晶體，使微晶玻璃的機(jī)械性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性等一系列性質(zhì)變差，并造成外觀上的缺陷。所以微晶玻璃體系中加入晶核劑，增加基礎(chǔ)玻璃在成形過程中析晶的難度。

例如，龍晶玻璃就在LAS體系中加入了P₂O₅（五氧化二磷）、ZrO₂（氧化鋯）、Na₂O（氧化鈉）等成分。其中，P₂O₅可形成二硅酸鋰晶相，二硅酸鋰具有無規(guī)則取向的互鎖晶體微晶結(jié)構(gòu)，可以使裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋尖端鈍化，從而阻止裂紋擴(kuò)展，提高微晶玻璃固有的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂韌性。Na₂O則主要提供Na₊，作為化學(xué)強(qiáng)化過程中與微晶玻璃進(jìn)行離子交換的熔鹽。另外，手機(jī)面板除了需要高強(qiáng)度和硬度外，還需要具備高透性，ZrO₂就是通過在形成過程中顯著降低玻璃失透以及液相線溫度，從而降低鋰長石固溶體晶粒尺寸，最終提高其透明度。

小結(jié)

從小米龍晶陶瓷背后的制備工藝、強(qiáng)化手段以及原材料的選擇上來看，其本質(zhì)就是近幾年關(guān)注度很高的微晶陶瓷，相比普通玻璃，它的確可以通過抑制微裂紋的擴(kuò)展而更有效地抵抗摔落、刮擦等外力的影響，讓手機(jī)屏幕更加安全。但在自然界中，比微晶玻璃硬度高的物質(zhì)還有很多，且手機(jī)作為精密電子產(chǎn)品，即使采用了微晶玻璃，在跌落時(shí)也仍有損壞風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

1、王志安,任璇璇,仵小曦等.高強(qiáng)度透明微晶蓋板玻璃研究與開發(fā)[J].玻璃,2023,50(07):19-26.

2、趙競一,王聞之,王其琛等.自增韌鋅尖晶石-透輝石微晶玻璃力學(xué)性能的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2023,42(04):1458-1465.

3、田英良,劉心浩,李俊杰等.超薄高強(qiáng)屏幕保護(hù)玻璃發(fā)展綜述[J].硅酸鹽通報(bào),2022,41(11):3937-3944.

4、《關(guān)于玻璃析晶》，楊文豐，中國玻璃包裝容器

粉體圈 Corange

本文為粉體圈原創(chuàng)作品，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載，也不得歪曲、篡改或復(fù)制本文內(nèi)容，否則本公司將依法追究法律責(zé)任。