硅酸铝玻璃是"有史以来最坚固的玻璃"吗？

德国拜罗伊特大学（University of Bayreuth）的材料科学家研制出了一种玻璃，其强度是大猩猩玻璃的两倍多。康宁的大猩猩玻璃 Victus 是该公司迄今为止设计出的最坚硬的材料，断裂韧性为 0.76 兆帕斯卡（MPa）。拜罗伊特研究（发表于本月的《自然-材料》杂志）中生产的玻璃强度为 1.99 兆帕。研究人员声称它超过了"任何其他已报道的块状氧化物玻璃"，这促使 Extreme Tech 发布了耸人听闻的标题："科学家利用极端的热量和压力制造出史上最强的玻璃"。但这是有史以来最强的玻璃吗？

这个标题让我想到了 2016 年，人们为《星际迷航》预言发现透明铝而疯狂的时候。你可能还记得《星际迷航 4： 回家之旅》（The Voyage Home）中，斯科蒂（Scotty）和彭斯（Bones）说服一位高分子工程师为他们提供材料，建造一个可以容纳鲸鱼的水箱，以换取透明铝的配方（下图）。

这在当时是一个耸人听闻的故事，但很快就被人们揭穿了，他们指出，氮化铝（AlON）的研发专利最早可以追溯到 1978 年，比电影上映还要早八年。一些首批商业样品是在 1984 年制作的，比电影上映还早两年。当然，随之而来的是多年的研究进展，2016 年牛津大学在制造工艺上发现的一项突破导致了广泛报道的误解。

拜罗伊特大学的材料与 AlON 有微妙的不同，但并不更强。AlON 是通过将铝、氧和氮原子融合到透明陶瓷中制造而成的。铝硅酸盐玻璃将标准氧化物玻璃与硅、铝、硼和氧（铝硅酸盐）混合在一起。化学上的主要区别在于用硼代替了氮。

AlON 的制造工艺包括将氧化铝粉末与炭黑混合，然后在富氮气氛中加热到约 1,650-1,850 摄氏度。拜罗伊特的研究人员将氧化玻璃与硅酸铝混合，在10-15千兆帕（GPa）的压力下加热到1000摄氏度。这两种工艺都能产生非常坚硬的准结晶结构（下图）。

普通无定形玻璃（左）与准结晶玻璃（右）。浅色区域更加有序，增加了强度。图片来源：拜罗伊特大学

拜罗伊特工艺生产的玻璃的断裂强度为 1.99 兆帕 +/- 0.06 兆帕，仅略高于或低于 SlON（2.0 兆帕）。因此，就所有意图和目的而言，这种新型玻璃的强度与当前形式的 AlON 相同。遗憾的是，在强度方面，它甚至不能并列第一。

今年早些时候，中国科学家合成了一种硬度足以划伤钻石的玻璃。这种无定形材料暂时被命名为 AM-III，在维氏硬度测试中被评为 113 GPa。作为参考，许多天然钻石的硬度在 70-100 GPa 之间。然而，最坚硬的宝石可以达到 150 GPa。这种玻璃是通过非常缓慢地加热和压缩富勒烯，使其在 12 小时内达到 25 GPa 的压力和 1200 摄氏度的温度而制成的。

所有这些物质都有不同程度的差异，但它们都被贴上了"玻璃"的标签。虽然并不足以认为 Extreme Tech 在标题上有任何虚伪之处。但它只是被炒作了一把，就像我们在该领域过去的进步中所看到的那样。该研究称硅酸铝玻璃比其他任何块状氧化物玻璃都更坚固，这一说法是正确的，但必须加上"块状氧化物"这一限定条件。铝氧化物玻璃和富勒烯玻璃都可以做出同样的宣称，而后者是目前最强的。