3 июня 2016

Gorilla Glass: все о знаменитом стекле

Константин Иванов

По материалам androidcentral.com

Старая компания и впечатляющие инновации

Штаб-квартира Corning Incorporated находится в Корнинге, штат Нью-Йорк, а сама компания была основана в 1851 году – да-да, ей уже больше 160 лет. Corning Incorporated – один из мировых лидеров в материаловедении. Компания входит в список Fortune 500, работает в различных сегментах рынка, таких как оптические коммуникации, технологии дисплея, специальные материалы, естественные науки и экологические технологии, и имеет опыт работы в таких областях, как стекло специального назначения, керамика и оптическая физика.

Но настоящую известность компании на поприще технологий принесло защитное стекло Gorilla Glass, которое используется в тысячах мобильных устройств.

Я побывал в исследовательском центре в Корнинге, штат Нью-Йорк, в начале этого года. Я хотел побольше узнать о прочности стекла, его защитных свойствах и, конечно, о Gorilla Glass и том, как оно сосуществует на рынке с другими химически закаленными стеклами, например, Dragontrail от Asahi Glass Co и Xensation от Schott AG.

Но почему Gorilla Glass?

Будучи лидерами в производстве «стекла», в Corning видели, что индустрия бытовой электроники нуждается в прочном и долговечном стекле, которое должно быть устойчиво к нажатиям. Разумеется, основными требованиями к продукту были устойчивость к повреждениям и потенциал в области дизайна устройств. Такой продукт должен был помочь производителям дифференцировать и совершенствовать пользовательский опыт, предлагая тонкие, яркие, хорошо читающиеся дисплеи, обеспечивающие гибкость в разработке внешнего облика устройств.

За менее чем десять лет стекло Corning Gorilla Glass стало промышленным стандартом и громким брендом. Многие покупатели просматривают спецификации устройств до момента, когда указывается Gorilla Glass, этот пункт становится важным фактором при выборе. Gorilla стоит в более чем 1800 моделях на рынке, и свыше 4.5 млрд устройств было выпущено с Gorilla Glass!

По словам представителей компании, свыше 40 производителей разработали модели с Gorilla Glass и многие используют его как ключевую «фишку». Это такие крупные производители, как HTC, LG, Acer, HP, ASUS, Dell, Samsung, Lenovo, Microsoft и Motorola, а также китайские гиганты, такие как Meizu, ZTE, Huawei, плюс индийские игроки, например, Micromax.

Недавно Ford Motor Company объявила, что будет использовать этот материал для ветрового стекла, заднего окна и перегородки в своем суперкаре Ford GT. Какая же у него прочность?

Во время моего визита в Corning Labs (у Corning много других лабораторий, в том числе два исследовательских центра – Corning Technology Center в Сидзуоке в Японии и Corning Research Center Taiwan в Синьчжу на Тайване) в холодном феврале этого года я некоторое время общался с исследователями в области материаловедения, работающими над Gorilla Glass.

Конечно, первым шагом было понять, что такое «устойчивость к повреждениям», способность минимизировать снижение прочности при получении дефекта, которая определяется при измерении остаточной прочности материала после получения повреждения.

Чтобы понять, что такое устойчивость к повреждениям, мы провели тесты различных типов
состава Gorilla Glass и обычного известково-натриевого стекла. Последнее по составу аналогично стеклу, которое сейчас стоит в большей части окон.

Абразивный тест (Abraded Ring-on-Ring test, ARoR) подвергает поверхность стекла абразивному воздействию частичек карбида кремния, имитируя воздействие в «полевых» условиях. Затем идет обычный тест Ring-on-Ring (RoR), чтобы замерить остаточную прочность. Тест на появление царапин (Scratch Ring-on-Ring test, SRoR) предполагает нанесение царапин на поверхность стекла, за ним следует обычный тест RoR для замера остаточной прочности.

В то время как теоретически стекло очень прочно, эта прочность сильно снижается, когда появляется дефект. Почти всегда стекло бьется из-за повреждения на поверхности, которое испытывает растягивающее напряжение (разрыв или растяжение).

Как делается Gorilla Glass?

Разработанный Corning производственный процесс предполагает создание тонкого защитного стекла с высочайшим качеством поверхности, выдающейся оптической прозрачностью и стабильностью размеров. По словам представителей компании, начало процесса происходит еще когда исходные материалы попадают в состав стекла, смешиваются в нем и охлаждаются.

Расплавленное стекло подается в желоб, называемый «изотрубкой», он наполняется, пока стекло не начинает стекать одинаково с обоих краев. Затем оно снова соединяется внизу и течет в форму, образуя сплошной плоский стеклянный лист, настолько тонкий, что толщина его измеряется в микронах. Стекла не касаются ни человеческие руки, ни что-либо еще, что может оставить на поверхности дефекты.

Состав Gorilla Glass предполагает химическое закаливание посредством ионного обмена, при котором отдельные части стекла вырезаются из «материнского» листа и подвергаются ионному обмену.

Ионный обмен – это процесс химического закаливания, при котором «большие» ионы «вдавливаются» в поверхность стекла, провоцируя сжатие. Gorilla Glass специально разработано так, чтобы максимально усилить этот процесс. Стекло помещают в горячую ванну расплавленной соли с температурой около 400 градусов Цельсия. Меньшие ионы натрия покидают стекло, а бОльшие калия из соляной ванной замещают их. Эти бОльшие ионы занимают больше места, и когда стекло охлаждается, прижимаются друг к другу, образуя сжимающее напряжение на поверхности стекла. Состав Gorilla Glass позволяет ионам калия проникать глубоко в поверхность, «углубляя» сжимающее напряжение в стекло. Этот слой сжатия создает поверхность, более устойчивую к повреждениям.

Эволюция Corning Gorilla Glass

Corning экспериментировали с химически закаленным стеклом в 1960 в рамках инициативы Project Muscle. Под именем Chemcor «усиленное» стекло использовалось до начала 90-х в коммерческих и промышленных целях, в частности, особенно заметным было применение в 1968 году в гоночных автомобилях Dodge Dart и Plymouth Barracuda, где было важно минимизировать вес машины.

В 2005 в Corning провели исследования на тему того, какой тип упроченного стекла может быть достаточно тонким для использования в бытовой электронике, применили эту технологию стекла и на ее основе изобрели новый состав, Gorilla Glass.

Corning Gorilla Glass был коммерциализирован в 2007 году и, как мне сказали в лаборатории, на тестах стекло превзошло пластиковое покрытие по устойчивости к царапинам, как и обычное известково-натриевое стекло в устойчивости к повреждениям.

Далее последовало Gorilla Glass 2 в 2012, его отличали увеличившаяся прочность или уменьшившаяся толщина. По сравнению с изначальным Gorilla Glass, Corning Gorilla Glass 2 было на 25% устойчивее к повреждениям. Покупатели могли выбирать между двумя улучшениями – та же толщина, но большая остаточная прочность, или стекло тоньше на 20% при той же остаточной прочности.

В 2013 появилось Corning Gorilla Glass 3 с его Native Damage Resistance – собственной устойчивостью к повреждениям. По сравнению с Gorilla Glass 2, Gorilla Glass 3 NDR предлагала увеличенную стойкость к царапинам, меньшую видимость царапин и бОльшую остаточную прочность после появления царапин.

Gorilla Glass 4

Согласно Square Trade Inc., «вы в 10 раз вероятнее разобьете телефон, чем потеряете или у вас его украдут». Разбитые мобильные устройства – привычная проблема, и стойкость к повреждениям уверенно занимает первое место в списке того, что покупатели хотели бы увидеть усовершенствованным в экранах устройств.

Формула Gorilla Glass 4 была создана, чтобы избежать разбитого экрана, и на настоящее время она обеспечивает максимальную прочность, значительно уменьшая вероятность получить разбитый экран, уронив устройство. Компания утверждает, что Gorilla Glass 4 выдержало такую нагрузку до 2 раз эффективнее конкурентов. И если речь идет о падении на твердую поверхность, Gorilla Glass 4 выживает до 80% случаев, а известково-натриевое стекло бьется с вероятностью, близкой к 100%.

Преимущества Gorilla Glass

Конечно, главное преимущество Corning Gorilla Glass – это устойчивость к повреждениям. Gorilla Glass химически закалено за счет процесса ионного обмена и обладает глубоким слоем сжатия на поверхности. Этот слой – своего рода броня, которая предотвращает проникновение трещин.

Также стекло создается с исключительно чистой, гладкой и плоской поверхностью, невероятной оптической прозрачностью, что делает его отличным покрытием для сенсорных экранов. Оно достаточно прочное, чтобы выдерживать привычные для таких устройств нажатия, и исключительно тонкое, что дает более точный отклик на них.

Gorilla Glass производится с толщиной от 0.4 до 2 мм и даже в случае 0.4-мм стекла компания утверждает, что стекло работает эффективнее, чем многие другие варианты покрытия.