沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

2019-09-18     把科學帶回家

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來源 CNET等

編譯 七君

新款蘋果家的 iPhone 11 和 11 Pro 手機,摔幾次不會破呢?

官方的數字是1年15次。

同樣,如果你用的是下面這些牌子的手機或平板的最新款,理論上一年也能經摔7次——

查看你的手機/平板理論上是否能摔一年7次(列表中的型號使用了大猩猩玻璃第5代,因此理論上1年能從1米的高度摔7次):

www.corning.com/gorillaglass/worldwide/en/glass-types/gorilla-glass-5.html

這個官方,指的是幾乎所有品牌手機螢幕玻璃的製造商,但是你可能從來沒聽過的康寧(Corning)。

大多數品牌智慧型手機和平板電腦螢幕,包括蘋果的 iPhone,iPad,十有八九是康寧製造的。你不知道這件事,是因為蘋果這些企業從來不主動公布零配件供應商,蘋果甚至禁止康寧在官網上寫出蘋果的招牌。

不過,從2007年的第一代 iPhone開始,康寧就在為蘋果製造玻璃。在2007年,在第一代 iPhone 發布前的6個月,喬布斯給康寧的老闆打了個電話,要求康寧幫忙造出能夠防劃防摔的玻璃出來。

就這樣,第一代大猩猩玻璃(Gorilla Glass)誕生了。從那一代 iPhone 開始,每一代的 iPhone 用的都是大猩猩玻璃。2017年,蘋果還為康寧注入了2億美金的研發經費。

為什麼叫大猩猩玻璃呢?

因為這個玻璃特別耐摔。第5代大猩猩玻璃理論上一年可從1米的高度摔7次而不破,第6代一年可以摔15次。

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

根據蘋果官方的說法,這次蘋果推出的 iPhone 11和 11 Pro 的「玻璃比以往任何智慧型手機都要牢固」,而且新的玻璃的牢固來源於「複式離子交換技術」(dual ion-exchange)。(我們下文會介紹)

按照蘋果一貫的態度,他們沒有公布玻璃供應商的名字。但由於康寧和蘋果一直保持著合作關係,而康寧早在幾個月前就公布了新一代的大猩猩玻璃,因此 CNET 等大型科技媒體推斷,這次 iPhone 11 和 11 Pro 採用的就是新一代的大猩猩玻璃,也就是能一年摔15次的大猩猩玻璃第6代。

除了蘋果家的移動產品,三星、諾基亞、谷歌、摩托羅拉、LG、OPPO、小米、聯想、索尼、華碩的智慧型手機和平板電腦也在用大猩猩玻璃。

從2007年大猩猩玻璃誕生算起,目前全球至少有60億手機安裝了大猩猩玻璃。這恐怕比全球帶眼鏡的人還要多。

從上面的描述你可以看出,在移動產品的玻璃螢幕方面,康寧處於世界霸主的地位。

康寧這個企業的歷史也堪稱傳奇。康寧成立於1851年,已屬於百年老店。康寧最開始是靠製造鐵道信號燈玻璃起家。它家的玻璃可以在受熱,又被雨打的情況下不破裂,特別適用於鐵道信號燈的使用環境。

1879年,康寧為愛迪生燈泡製造了玻璃外殼。

後來,我們常用的派洛塞拉姆鋼化玻璃(一種抗高溫的防碎玻璃,用作炊具)也被康寧發明了出來。

60年代開始,每個美國載人航天飛行任務,包括美國第一個載人航天計劃水星計劃到太空梭的玻璃都是康寧製造的。

1969年7月20日,阿姆斯特朗駕駛的阿波羅11號的玻璃就是康寧製造的。

在60年代,華裔物理學家高錕發表了一篇論文,提出了光纖的概念。他指出,如果能製造出透明的光纖,那麼就可以利用雷射傳輸數據,它的傳輸速度將比銅質電線快得多。後來他因為光纖傳輸理論而獲得了諾貝爾物理學獎。

70年代,康寧就開始製造第一批超低損耗系列光纖。這種光纖能攜帶的信息數量是傳統銅線的6.5萬倍。

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

康寧的玻璃光纖

而用目前的技術,光纖的傳輸速度可以達到每秒1百萬吉比特以上。用這種傳輸速度,可以在1秒內下載完成1.7萬部高清電影。

千禧年之後,康寧開始為智慧型手機和平板電腦製造特別耐摔的大猩猩玻璃。

2018年,康寧發布了新一代的大猩猩玻璃:第6代。

康寧大猩猩玻璃的副總裁 John Bayne 表示,和第5代大猩猩玻璃相比,第6代大猩猩玻璃可以承受更高的掉落,而且可以掉更多次而不會碎,甩市面上其他玻璃螢幕一大截。

他說,根據康寧的研究,手機從1.6米及以上的高處掉落的頻率是1年一次,1米以下掉落的頻率是1年4次。

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

因此研發部門的目標就是讓大猩猩玻璃從1米的高度掉7次以上而不會碎。

在研發的時候,大猩猩玻璃經歷了殘酷的掉落實驗。看,手機從這個測試台上連續蹦極。

根據測量,第6代大猩猩玻璃可以從1米的高度連續摔15次而不會破,這個數字是第5代大猩猩玻璃的2倍。

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

在康寧的可靠性測試實驗室,每年要進行幾千次大猩猩玻璃的測試。除了上面講的掉落測試,還要進行球擊測試——

摩擦測試——

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

彎曲測試——

滾筒測試(tumble test),模擬手機在口袋裡經歷的修羅場,手機和化妝品、鑰匙,還有硬幣在一起滾——

大猩猩玻璃還要做這個撞擊測試。這個擺錘模擬重物的撞擊,能夠算出撞擊時的能量。

接著,工程師還要在顯微鏡下研究玻璃碎裂的原因。

這就是市面上最耐用的玻璃螢幕了。

說了這麼多,你肯定想知道大猩猩玻璃的製造過程。

來看一下康寧的廠房。在這裡,機器人007——24小時無休地製造玻璃。

一開始就像烤麵包一樣,這裡的機器按照配比把原材料抽到一個大缸里進行混合。

接著,混合後的材料被運輸到一個7層樓高的製作台上。在這裡,一個大熔爐可以用980攝氏度的高溫把原材料熔化。

然後,岩漿一般的熔化玻璃從7層樓高的槽里流下。在這個過程中,慢慢形成了一大片平整的玻璃。

這個技術叫做熱熔成型技術(Fusion Forming),是康寧在1964年發明的。為了技術保密,外界只能通過動畫了解熱熔成型的大致過程。

在這個過程中,只有空氣和玻璃接觸過,因此玻璃十分平整光潔。利用熱熔成型技術,可以製造從2毫米到100微米(0.1毫米)的不同厚度的玻璃。

接著,機器按照客戶需要切割玻璃。切出來的玻璃大概是2.7米乘以3米那麼大。

在這個過程中,只有機器人能碰到玻璃,因為人類不太靠譜。一開始,康寧也曾嘗試過人工,不過容易出現安全問題,因此後來就完全放棄人力,全部用機器人代替了。

沒想到蘋果、三星的新手機摔這麼多次才裂屏,做一塊手機玻璃真太難了

但有時候,機器人也會犯錯。不知道打破玻璃的機器人晚上是不是會被關小黑屋,不給插電爆打屁股呢。

接著,還要對玻璃進行離子交換(ion exchange process)的強化處理。

還記得我們上次介紹過的魯伯特之淚麼?(點我查看)

只要把普通的熔化玻璃(或者高濃度糖漿)注入冷水裡,就可以得到魯伯特之淚。

冷水使魯伯特之淚的表面迅速冷卻變硬,但是內部還沒有變成固體。當內部緩慢冷卻的時候,它不斷收縮,想把外表面拉緊。這就讓魯伯特之淚具有了無與倫比的抗壓強度(compressive strength)。

大猩猩玻璃防劃防跌利用的就是抗壓強度。不過,康寧採用的是離子交換強化技術來產生抗壓強度。

離子交換強化技術是這樣的:玻璃做一下熱鹽浴,鈉離子被置換成了更大的鉀離子。

最後,機器人再給玻璃做一下夾層,然後就可以裝入木頭框里,運輸給客戶啦。

看完大猩猩玻璃的製造過程我們明白,康寧不肯對外公布的保密玻璃配方,毫無疑問是諾基亞。

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https://shimo.im/docs/Xj68vw9RqWQhCRVt/

文章來源: https://twgreatdaily.com/bMR9Qm0BJleJMoPMpnMg.html