Как делают невероятное стекло Gorilla Glass

Вам может показаться, что мы находимся в самом начале эпохи гаджетов. Несколько десятилетий назад персональные компьютеры не были портативными, а мобильные телефоны были редкими предметами роскоши. Сегодня же быстрый взгляд в магазине электроники подсказывает вам все, что вам нужно знать. Гаджеты — это наши игрушки, и наши игрушки весьма портативны.

Электроника тоже улучшается. Частота процессора резко возросла, следуя закону Мура. Разрешение экрана более четкое, и он ярче, чем когда-либо. Некоторые компании тратят почти столько же времени на эстетику, сколько на инженерию. Тем не менее есть одно усовершенствование, которое вы могли и не заметить: стекло становится прочнее.

Производственная компания Corning разработала продукт, который сама назвала Gorilla Glass. Компания сделала это стекло в соответствии с нашим электронным образом жизни. Пока мы носим с собой компьютеры, планшеты, смартфоны, MP3-плееры, мы рискуем повредить их в процессе повседневного использования. Стекло Gorilla Glass от Corning противостоит царапинам и обладает ударопрочными качествами. Подход Corning позволяет сделать невероятно тонкое стекло, что означает то, что его толщина не будет мешать емкостным сенсорным экранам или добавлять значительный вес устройству.

В чем секрет Corning? Что такого особенного в Gorilla Glass, что отличает его от других видов стекла? Ответ заключает в себе невероятные температуры, специальный желоб, роботов и баню с расплавленной солью. Конечный продукт представляет собой тонкий кусок стекла, который может выдержать очень и очень многое.

Песочный сплав

Хотя вы можете подумать, что стекло — это искусственный материал, в природе оно довольно распространено. Определенные камни и минералы становятся стеклом после контакта с высокими температурами. Это происходит вполне естественным образом, где текут потоки лавы и молния бьет в землю.

Люди создавали стекло на протяжении тысячелетий. Печи, способные создавать невероятную жару, расплавляют определенный тип пород в то, что мы называем стекломассой. На данном этапе вы можете сделать из стекла что захотите, в том числе и надуть его трубкой, вдувая воздух в массу. Мы называем эту технику стеклодувной.

Коммерческое стекло, как правило, берется из трех основных источников. Первый — это песок, который химически является диоксидом кремния. Это тот тип материала, который Corning использует в своем производственном процессе. Другие два типа материала включают известняк и карбонат натрия.

Corning берет диоксид кремния (SiO2) и объединяет его с другими химическими веществами, прежде чем сплавить его в стекломассу. В результате получает алюмосиликатное стекло — оно содержит алюминий, кремний и кислород. Стекло также содержит ионы натрия, которые нужны будут на следующем этапе изготовления.

Corning льет расплавленное стекло в желоб в форме буквы V, но не останавливается, когда он заполняется до краев. Компания продолжает добавлять стекломассу, пока стекло не начинает выливаться с краев желоба. Автоматизированные манипуляторы стягивают листы стекла с краев желоба. Каждый лист толщиной где-то в полмиллиметра.

Если вы будете использовать это стекло для своих электронных устройств, оно будет очень и очень прозрачным. Но это не устойчивое к повреждениям Gorilla Glass, это — просто алюмосиликатное стекло. Чтобы наделить Gorilla Glass способностью противостоять царапинам и трещинам, Corning опускает эти листы стекла в небольшую баню.

Ионный обмен

Особая хитрость, в процессе которой рождается Gorilla Glass, — это химический процесс под названием ионный обмен. Ион — это заряженный атом, который либо приобрел, либо потерял электрон. Электроны — отрицательно заряженные субатомные частицы. Суммарный заряд иона является отрицательным, если у него есть лишний электрон, или положительным, если он потерял электрон. Элементы в своей атомной форме обладают нейтральным зарядом, поскольку число электронов совпадает с количеством протонов, положительно заряженных.

Что же ионы должны сделать со стеклом? Алюмосиликатное стекло с первого этапа производственного процесса содержит ионы натрия. Corning купает листы стекла в бане с ионами калия. Если вы посмотрите на периодическую таблицу элементов, то увидите, что натрий располагается чуть выше калия. Дмитрий Менделеев, который создал периодическую таблицу, расположил элементы в порядке атомного веса и сгруппировал вместе элементы, обладающие похожими характеристиками. Натрий и калий относятся к группе активных щелочных металлов. Они крайне сильно реагируют с другими веществами.

Натрий выше в периодической таблице, чем калий, а это означает, что атом натрия меньше атома калия. Как ни странно, это имеет значение. Если взять ионы натрия из алюмосиликатного стекла и заменить их более крупными ионами калия, лист стекла будет испытывать давление.

Представьте, что у вас есть сеть. Нити сети довольно гибкие, но тугие. И в каждом отверстии сетки находится шарик для гольфа. Теперь представьте, что вы заменяете все эти шарики для гольфа теннисными мячиками. Примерно то же происходит на атомном уровне при ионном обмене.

Как же это работает? Чтобы заменить натрий калием, вам сначала нужно разорвать ионные связи, которые установились у натрия со стеклом. Вот почему калиевая соляная ванна такая горячая — Corning утверждает, что баню нагревают до 400 градусов по Цельсию. При такой температуре энергия (нагрев) разрушает ионные связи натрия в алюмосиликате. Но у низкоактивных металлов есть одно качество: они могут поддерживать ионные связи при более высоких температурах, нежели легкие активные металлы. Калий весит больше натрия — поэтому 400 градусов по Цельсию недостаточно, чтобы разделить ионы калия и алюмосиликата.

После хорошего горячего купания в калиевой бане алюмосиликат становится спрессованным ионами калия. Давление создает защитный слой стекла и дает ему силу, которой нет у обычного стекла. Что касается экологии — Gorilla Glass годится для вторичной переработки.

Гориллы в стекле

Процесс обмена ионами далеко не нов, и Gorilla Glass — не единственное химически усиленное стекло на рынке. Но Corning продемонстрировала силу своего стекла на таких мероприятиях, как CES, когда компания приглашала людей посмотреть, сколько давления нужно, чтобы разбить кусок ее стекла. Обычное стекло разбивается довольно легко. Стандартное химически усиленное стекло выдержит больше давления, но тоже треснет. Gorilla Glass куда более устойчиво к повреждениям.

Как Gorilla Glass попадает в продукты? Corning сотрудничает с производителями и предоставляет Gorilla Glass как часть производственного процесса продукта. Обычный потребитель не может пойти и купить лист Gorilla Glass, чтобы установить его на уже существующее устройство. В этом смысле Corning является оригинальный производителем оборудования (OEM). Готовое изделие будет содержать лист Corning, но конечный продукт будет иметь марку другой компании на нем.

Corning не раскрывает все продукты, которые используют Gorilla Glass. Но среди продуктов, о которых говорила компания, есть телевизоры Sony BRAVIA, планшеты Samsung и Dell Streak. В то время как производители смартфонов ставят Gorilla Glass, чтобы их продукты больше сопротивлялись износу, производители телевизоров просто хотят сделать свои продукты более прочными.

На сегодняшний день все больше и больше смартфонов обзаводятся стеклом Gorilla Glass, и сфера применения этого стекла далеко не ограничивается сферой смартфонов.

Источник: hi-news.ru