什麼是強化玻璃
將加熱的板玻璃以空氣急冷，使表面殘留壓縮、內部殘留拉伸應力而強化的玻璃。破裂時碎成細小顆粒。
日文名稱: 強化ガラス
「強化玻璃」出現在1領域的1道練習題中（玻璃與非晶質材料等）。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
變強的機制
玻璃的破壞，是從表面微小的傷痕受到拉伸應力時開始的。強化玻璃預先在表面留下壓縮應力，使外部施加拉伸時，在抵消這個壓縮之前傷痕不會張開。因此對彎曲與衝擊的強度，約為一般退火玻璃的3〜5倍。另一方面，厚度中央殘留著與表面壓縮互相平衡的拉伸應力。本質不是玻璃材料本身變強，而是以殘留應力使表面的傷痕保持閉合的狀態。
製造條件與難以強化的玻璃
把板玻璃加熱到高於玻璃轉移溫度的約650℃，對兩面均勻吹氣急冷。冷卻時表面與內部的溫差越大，殘留的應力越大。因此薄板難以形成溫差，厚度約3 mm 以下的板難以用風冷充分強化。此外，殘留的應力大致與線膨脹係數成正比，因此像硼矽酸鹽玻璃或石英玻璃這類熱膨脹小的玻璃，幾乎無法以風冷強化。強化後無法切割或鑽孔，因此所有加工都要在強化前完成。
破裂方式與自爆
強化玻璃破裂時，內部蓄積的應變能一口氣釋放，整片碎成數mm左右、稜角鈍的顆粒，因此被大而尖銳的碎片割傷的危險小。這種破裂方式以計算規定範圍內碎片數目的破碎試驗確認。另一方面，已知玻璃中混入的微小硫化鎳顆粒，經過一段時間後改變晶體形態而膨脹，從中央的拉伸層開始破裂的自爆現象。為了減少自爆，會進行把強化玻璃保持在約290℃、使含有這種顆粒的玻璃預先破裂的熱浸處理（heat soak）。
半強化玻璃與使用場所
把冷卻放緩，使表面壓縮應力約為強化玻璃一半的玻璃，稱為半強化玻璃（又稱熱強化玻璃）。強度約為退火玻璃的2倍，破裂時成為接近一般玻璃的大碎片，不易從框中掉落，因此用於高處的窗戶等。強化玻璃用於門、隔間、家具，以及汽車的側窗與後窗。汽車的前擋風玻璃是夾有樹脂膜的膠合玻璃，使其破裂也能保持視野與形狀。如此，不只依強度，也考慮破裂方式的差異來區分使用。
練習強化玻璃的題目
厚度 t = 10 mm 的風冷強化玻璃，設距厚度中央的距離為 y，應力呈 σ(y) = σc(1 − 12y²/t²) 的拋物線分布（拉伸為正，σc為中央的拉伸應力）。表面的壓縮應力為120 MPa時，中央的拉伸應力σc，與從表面到壓縮層結束的深度，正確的組合為下列何者？
- A約120 MPa，約2.1 mm
- B約60 MPa，約2.1 mm
- C約60 MPa，約2.9 mm
查看答案與解析
正確答案：B. 約60 MPa，約2.1 mm
在表面 y = t/2 處 σ = σc(1 − 3) = −2σc，因此由 2σc = 120 MPa 得 σc = 60 MPa。應力為0的位置是 12y²/t² = 1，也就是 y = t/√12 ≈ 2.89 mm 處，距表面的深度為 5.0 − 2.89 ≈ 2.1 mm（約為厚度的21%）。這個分布滿足沿厚度方向將應力加總為0的力平衡。約2.9 mm是把從中央量的距離直接當成距表面深度的值。把中央的拉伸當成與表面壓縮相同的120 MPa的組合，不滿足力平衡。表面壓縮約為中央拉伸的2倍、壓縮層約為厚度的5分之1，是風冷強化的標準。
常見問題
強化玻璃表面的壓縮應力有多大？
建築用的強化玻璃，表面壓縮應力約為70〜150 MPa，常在100 MPa 左右。下限由標準規定，例如ASTM C1048要求69 MPa 以上。半強化玻璃約為其一半。應力以使用偏光的光彈性方法，在不破壞玻璃的情況下量測。
強化玻璃與化學強化玻璃有什麼不同？
強化玻璃以急冷造成的溫差，化學強化玻璃以離子交換，在表面形成壓縮應力。強化玻璃的壓縮層厚，約為板厚的5分之1，但不適合薄板。化學強化玻璃的壓縮層只有數十µm而薄，但應力大，也能用於1 mm 以下的薄板。
強化玻璃破裂時為什麼會碎成細小的顆粒？
因為厚度中央儲存著大的拉伸應力，裂縫一旦進入這一層，釋放的應變能會驅使裂縫一再分岔而擴展。中央的拉伸應力越大，碎片越細。