深圳市田野儀器有限公司

　　【材料+】說(shuō)

　　隨著三星Galaxy Note 7的上市，第五代大猩猩玻璃正式從幕后走向了臺(tái)前。這種號(hào)稱可以媲美藍(lán)寶石的玻璃技術(shù)，可以進(jìn)一步減少手機(jī)破碎的幾率。但是在實(shí)際的使用中，Note 7今年被稱為“碎屏非常好”。很多人把這歸因于Note 7的曲面屏上，但是不少人還是對(duì)第五代大猩猩玻璃的性能提出質(zhì)疑。但是我們不得不承認(rèn)，康寧公司的大猩猩玻璃確實(shí)改變了人們對(duì)手機(jī)屏幕的認(rèn)識(shí)。今天小編就給大家介紹一下這五代大猩猩玻璃。

　　康寧公司進(jìn)入智能手機(jī)行業(yè)是一個(gè)意外，是喬布斯對(duì)iPhone追求無(wú)缺的附帶產(chǎn)品。這個(gè)已經(jīng)被媒體報(bào)道無(wú)數(shù)次的典故，顯然也是康寧公司值得驕傲的歷史。在此次大猩猩玻璃五代的發(fā)布會(huì)上，他們又一次“假裝無(wú)意”地提到了康寧是如何滿足了蘋果對(duì)手機(jī)屏幕的苛刻要求。

　　由于對(duì)塑料屏幕容易磨花的特性較度不滿，喬布斯在新一代iPhone發(fā)布前一個(gè)月大發(fā)火爆。他找到了康寧公司，要求后者在短短幾周之內(nèi)提供耐磨堅(jiān)硬的玻璃材質(zhì)�？祵幍墓こ處燀斪×藟毫�，打造出了一種既輕薄又堅(jiān)硬的屏幕玻璃，這就是大猩猩玻璃的由來(lái)。

　　至此，智能手機(jī)進(jìn)入了大猩猩玻璃時(shí)代。在過(guò)去的九年時(shí)間，大猩猩玻璃已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到大部分國(guó)家40多個(gè)品牌、1800多款產(chǎn)品的45億部設(shè)備中。事實(shí)上，康寧公司幾乎壟斷了這個(gè)行業(yè)。這家已有165年歷史的百年老店曾經(jīng)為愛(ài)迪生造過(guò)燈泡，也曾發(fā)布大部分國(guó)家一根低損耗光纖，而大猩猩玻璃則是他們迎來(lái)的又一個(gè)春天。雖然相對(duì)低調(diào)，但康寧實(shí)際上卻在財(cái)富500強(qiáng)企業(yè)中國(guó)排名297位，去年的年?duì)I收接近100億美元，市值接近250億美元。而大猩猩玻璃所在的特殊材料部門是近年來(lái)增長(zhǎng)教快的業(yè)務(wù)。

　　大猩猩玻璃的基本制作工藝

　　大猩猩玻璃在生產(chǎn)的過(guò)程中引入了一項(xiàng)名為“熔融下拉”的工藝：玻璃原材料液化后通過(guò)一個(gè)底部有固定寬度縫隙的容器，讓液體自由落體下落從而自動(dòng)形成平整的玻璃。這種工藝的特色在于能夠產(chǎn)生格外清潔、光滑和平整的玻璃表面和底層，具有固有的尺寸恒定性。

　　接下來(lái)，玻璃還需經(jīng)歷一番離子交換的過(guò)程：玻璃成型要浸泡在鉀肥溶液中使其發(fā)生離子交換反應(yīng)，用鉀離子置換原有的鈉離子，終獲得強(qiáng)度更的玻璃面板。當(dāng)然，這期間還有很多更復(fù)雜的工藝和秘密配方，咱們?cè)谶@里就不再探究了。

　　大猩猩玻璃的意外發(fā)明

　　我們都知道大猩猩玻璃的發(fā)明是一個(gè)意外。時(shí)光回溯到1952年，康寧公司的一名化學(xué)家唐納德·斯圖基在研究新型玻璃的試驗(yàn)中，原本想將一塊光敏玻璃樣本加熱到600℃，但控制員操作成了900℃。唐納德心想，這么高的溫度，玻璃有可能融化，火爐也可能因此損壞，這下實(shí)驗(yàn)砸了！但奇跡發(fā)生了，火爐沒(méi)壞，玻璃也沒(méi)有融化，而是變成了一塊白色的薄板。他試圖將這塊玻璃夾起時(shí)，不小心將它滑落在地，意外的是玻璃不僅沒(méi)碎，而且彈了起來(lái)。

　　這個(gè)有驚無(wú)險(xiǎn)的意外，導(dǎo)致一塊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系微晶玻璃的誕生，后來(lái)唐納德將這種材料命名為Pyroceram（微晶玻璃）。其重量比鋁輕，但強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通鈉鈣玻璃，甚至比高碳鋼還高，即使瞬間承受450℃的溫度變化也不會(huì)碎裂�；鸺�、航天飛機(jī)、彈道導(dǎo)彈等都用上了微晶玻璃，唐納德也因此成為富翁。

　　微晶玻璃問(wèn)世之后，康寧公司為了繼續(xù)探索增強(qiáng)玻璃強(qiáng)度的方式，啟動(dòng)了一個(gè)大項(xiàng)目——Project Muscle項(xiàng)目，創(chuàng)造出了稱作Chemcor的玻璃。大量實(shí)驗(yàn)表明，這種玻璃的各項(xiàng)性能都比傳統(tǒng)玻璃要好，尤其是對(duì)日常損傷的抵抗性能。這就是大猩猩玻璃的前身。

　　1962年，康寧將Chemcor玻璃正式推向市場(chǎng)，由于產(chǎn)品價(jià)格太高，加上碎裂時(shí)可能產(chǎn)生爆開(kāi)性后果，雖然吸引了廠商們的關(guān)注，但還是以無(wú)人問(wèn)津告終。根據(jù)Chemcor玻璃的性能，康寧想到它可以用作汽車的擋風(fēng)玻璃，于是就向福特等汽車廠商推銷，但福特等企業(yè)認(rèn)為成本太高，何況膠合玻璃表現(xiàn)良好，無(wú)需更換。再好的產(chǎn)品不被市場(chǎng)認(rèn)可也得被打入冷宮。

　　1971年，康寧關(guān)閉了Project Muscle項(xiàng)目，Chemcor玻璃作為一種技術(shù)儲(chǔ)備，在“冷藏”中等待著它的“用武之地”。2005年，摩托羅拉的RAZR V3手機(jī)用玻璃顯示屏取代了傳統(tǒng)的高度度塑料。受此影響，康寧啟動(dòng)Gorilla Glass項(xiàng)目來(lái)研究Chemcor技術(shù)的重新啟用，這就是我們熟悉的大猩猩玻璃。

　　新一代大猩猩玻璃：

　　2007年，新一代iPhone即將上市，然而，追求無(wú)缺的喬布斯卻憤怒地向下屬宣布：“我們產(chǎn)品的屏幕是不允許這樣輕易被劃傷的，我要換防劃玻璃屏幕，我要在6周之內(nèi)讓它變得無(wú)缺�！庇谑�，喬布斯找到康寧重要地位執(zhí)行官魏文德（Wendell P.Weeks），要求在6周內(nèi)給iPhone換上輕薄耐劃的玻璃屏幕。

　　玻璃本質(zhì)上是較細(xì)粉末的混合物，如石灰?guī)r、沙子和硼酸鈉等。玻璃是一種由“權(quán)衡取舍”法則主要的材料，這也正是玻璃的成分構(gòu)成（尤其是那些經(jīng)過(guò)細(xì)微調(diào)整來(lái)適應(yīng)特定的生產(chǎn)流程的成分構(gòu)成）是受到嚴(yán)密保護(hù)的秘密的原因所在。

　　其次，他們改進(jìn)已有的那就是“熔融下拉”制程。在這種制程中，熔化后的玻璃會(huì)從一個(gè)水箱被倒入一條被稱為“隔熱管”（isopipe）的耐火槽中，從這條耐火槽的兩邊外溢，然后在隔熱管的下方重新匯聚，由滾動(dòng)按照規(guī)定的速度“下拉”，從而形成連續(xù)不斷的玻璃薄片；下拉的速度越快，那么玻璃也就會(huì)越薄。

　　為了能與“熔融下拉”制程兼容，這種玻璃還需在相當(dāng)?shù)偷臏囟认聯(lián)碛刑貏e的延展性，就像是口香糖那樣。問(wèn)題在于，無(wú)論你做什么事情來(lái)提高玻璃的膠黏性，都會(huì)傾向于讓其變得更加難以熔化。這些成分構(gòu)成科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過(guò)同時(shí)改變成分構(gòu)成的7種單個(gè)部分的方式——包括改變幾種氧化物的水平和加入一種新的秘密成分等——他們可以提高玻璃的粘性，同時(shí)還能生產(chǎn)出一種具有較高抗壓應(yīng)力和離子交換速度更快的玻璃。這就是我們所接觸到的新一代“大猩猩”玻璃。

　　第二代大猩猩玻璃：

　　2012年康寧公司推出了第二代大猩猩玻璃，該創(chuàng)新型玻璃的厚度相較新一代降低了20%，從1.0毫米減少為0.8毫米，同時(shí)保持了大猩猩廣為人知的行業(yè)抗損性、堅(jiān)硬度以及抗劃傷性能。厚度降低使得所采用的終端設(shè)備擁有更纖薄、更時(shí)尚的設(shè)計(jì)，同時(shí)也帶來(lái)了亮度更高的畫面和更敏感的觸控性能。

　　第三代大猩猩玻璃：

　　2013年的CES上，第三代康寧大猩猩玻璃推出，第三代大猩猩玻璃采用了康寧公司獨(dú)有的“原生防損”（Native Damage Resistance，以下簡(jiǎn)稱NDR）技術(shù)，從分子層面加強(qiáng)了材質(zhì)強(qiáng)度，能延緩甚至阻止已有損傷的進(jìn)一步擴(kuò)大。依靠NDR技術(shù)，第三代康寧玻璃不僅擁有更強(qiáng)的抗破損能力，劃痕的肉眼可見(jiàn)度也較前減少了40%。即使在受損后，這種玻璃的后續(xù)強(qiáng)度也較前代增加了50%。

　　第三代康寧大猩猩玻璃具備怎樣的特性呢？一個(gè)詞可以概括——原材耐損性。以智能手機(jī)為例，日常生活中用戶習(xí)慣于將智能手機(jī)與鑰匙、各種卡片等放在一起，不經(jīng)意間手機(jī)屏幕就會(huì)遭受各種刮擦和撞擊。這些撞擊可能并不明顯，但長(zhǎng)久的沖擊可能造成手機(jī)玻璃的防護(hù)能力下降，從而加大出現(xiàn)意外的概率。

　　其采用了康寧專利熔融下拉設(shè)備及制程，擁有純凈的表面品質(zhì)。離子交換程序提高了玻璃的強(qiáng)度，抵抗表面損傷能力更強(qiáng)。即使發(fā)生損傷，不僅劃痕的可見(jiàn)度更低，而且玻璃的保留強(qiáng)度會(huì)更高，因此在受壓力下難以破碎。此外，第三代康寧大猩猩還具備另一特性：在受到?jīng)_壓時(shí)能夠?qū)⒁徊糠譀_擊力吸收進(jìn)玻璃之中，這一過(guò)程叫做致密化，可以有效減少玻璃受損的概率。這個(gè)特性保證了第三代康寧大猩猩玻璃具有其它玻璃不具備的強(qiáng)悍性能。

　　到第三代大猩猩玻璃被大量安裝到手機(jī)上的時(shí)候，康寧公司已經(jīng)一飛沖天勢(shì)不可擋。這條產(chǎn)品線的年?duì)I收從零增長(zhǎng)到了10億美元。截至今日，大猩猩玻璃已經(jīng)應(yīng)用于大部分國(guó)家30億臺(tái)設(shè)備。在中國(guó)，大猩猩玻璃幾乎是所有耳熟能詳?shù)氖謾C(jī)廠商的默認(rèn)供應(yīng)商。

　　第四代大猩猩玻璃：

　　2014年11月，康寧推出了第四代大猩猩玻璃，這是這款具有不可比擬的抗損性能的玻璃，在現(xiàn)實(shí)中從1米高處掉落時(shí)，即使掉落到粗糙的表面上，其完好率仍可保持在80%。該款玻璃的堅(jiān)硬度是競(jìng)品鋁硅酸鹽玻璃的兩倍。而用于中國(guó)40%設(shè)備上的鈉鈣玻璃在康寧的這項(xiàng)掉落實(shí)驗(yàn)中破裂率達(dá)到近高標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)這些設(shè)備的制造商不會(huì)告訴你他們選用的蓋板玻璃是鈉鈣玻璃。

　　康寧的科學(xué)家進(jìn)行了數(shù)千個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究玻璃在掉落后的破碎情況以及破碎的原因。從而開(kāi)發(fā)了為嚴(yán)格的跌落實(shí)驗(yàn)，在近似于現(xiàn)實(shí)生活中的街道、人行道以及停車場(chǎng)的粗糙表面上進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示第四代大猩猩玻璃是康寧有史以來(lái)堅(jiān)韌的蓋板玻璃。

　　依照康寧方面給出的測(cè)試、研究數(shù)據(jù)來(lái)看，很多智能手機(jī)造成碎屏的原因是由于手機(jī)與尖銳的著力面進(jìn)行接觸，在接觸之前手機(jī)玻璃已經(jīng)有了細(xì)微劃痕和破損點(diǎn)。當(dāng)然了，這其中有很多磨損點(diǎn)是不為人的肉眼所察覺(jué)的。如果手機(jī)不小心掉到堅(jiān)硬的地面上時(shí)，屏幕就較有可能破碎。

　　針對(duì)這種情況，第四代大猩猩屏幕在耐磨性上要比上一代提升兩倍左右。雖然與之相對(duì)抗的藍(lán)寶石玻璃同樣擁有不錯(cuò)的耐磨性，但在抗摔、抗損方面就顯得有些力不從心。

　　截止2016年上半年，大猩猩玻璃共帶有80%的硬玻璃市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋開(kāi)了日本的Nippon ElectricGlass、德國(guó)Schott等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。雖然大猩猩的收入僅占康寧集團(tuán)總收入的15%，但無(wú)疑是優(yōu)資產(chǎn)，也讓很多普通消費(fèi)者知道了這家公司和它的大猩猩玻璃。

　　第五代大猩猩玻璃：

　　和第四代大猩猩相比，五代大猩猩玻璃延續(xù)了熔融下拉工藝，并引入了離子交換技術(shù)的新材料，且原材料的結(jié)合和壓縮力度也與第四代有著一定的不同，這就讓其在抗摔和抗刮兩個(gè)維度上有所提升。

　　其中，康寧對(duì)第五代大猩猩玻璃的跌落測(cè)試高度標(biāo)準(zhǔn)從第四代時(shí)期的1米提高到了1.6米，當(dāng)屏幕從如此高度正面跌落到粗糙地面，屏幕完好率能達(dá)到80%�？梢哉f(shuō)，1.6米的測(cè)試高度更符合用戶日常使用中的真實(shí)場(chǎng)景：看小說(shuō)玩游戲時(shí)從眼前不慎脫落，而不是剛從褲子的口袋里掏出來(lái)時(shí)的高度跌落。

　　如果需要用數(shù)字量化，那就是五代大猩猩的抗跌落能力是第四代的1.8倍，屏幕完好率則是其他采用鈉鈣等材質(zhì)競(jìng)品玻璃的4倍。與此同時(shí)，在耐磨性方面，五代大猩猩玻璃也較四代提升了2倍，同樣是普通鈉鈣玻璃的4倍。需要注意的是，由于耐摔性和耐磨性的增加，康寧不得不在厚度上做出妥協(xié)，終導(dǎo)致第五代大猩猩玻璃的厚度達(dá)到了0.6mm，而第四代厚度僅為0.4mm。參與上面測(cè)試的玻璃就是0.6mm厚度的版本，而康寧也會(huì)針對(duì)手機(jī)廠商的需求推出0.4mm甚至0.3mm的第五代大猩猩玻璃，也可配合手機(jī)廠商做3 D曲面設(shè)計(jì)，只是這些定制版本的玻璃能否維持測(cè)試數(shù)據(jù)的成績(jī)就不得而知了。

　　結(jié)語(yǔ)

　　藍(lán)寶石的出現(xiàn)對(duì)于康寧來(lái)講或許并非壞事。一個(gè)強(qiáng)勁的對(duì)手，很可能為康寧提供一個(gè)新的契機(jī)。在一百多年的發(fā)展史中，康寧從未停止研發(fā)和創(chuàng)新，如果此次真的因?yàn)樗{(lán)寶石而遭遇危機(jī)，或許又會(huì)有新的技術(shù)儲(chǔ)備跳出來(lái)，比如WillowGlass（柔性玻璃）。Willow Glass是由康寧公司開(kāi)發(fā)的超級(jí)纖薄的柔性玻璃，僅有100微米厚，就像一張紙。試想一下，如果把柔性玻璃用于顯示器，那就意味著以后的屏幕不再只是一塊平整的面板，也不限于有固定的弧度，而是可以隨意彎曲。Willow Glass可用于智能手機(jī)上，也可能用于韌性太陽(yáng)能電池等，讓未來(lái)設(shè)備更加輕便和富有創(chuàng)意。我們期待著，類似Willow Glass這樣的新材料技術(shù)給下一代消費(fèi)和生產(chǎn)產(chǎn)品帶來(lái)新的革命性變化吧。