Sule kuulutus

Vahetult enne esimese iPhone'i turuletoomist helistas Steve Jobs oma töötajatele ja oli raevunud tema kasutatavale prototüübile mõne nädala pärast ilmunud kriimustuste arvu pärast. Oli selge, et tavalist klaasi pole võimalik kasutada, nii et Jobs tegi koostööd klaasifirmaga Corning. Selle ajalugu ulatub aga sügavale möödunud sajandisse.

Kõik sai alguse ühest ebaõnnestunud katsest. Ühel päeval 1952. aastal katsetas Corning Glass Works keemik Don Stookey valgustundliku klaasi proovi ja pani selle 600 °C ahju. Testi käigus tekkis aga ühes regulaatoris viga ja temperatuur tõusis 900 °C-ni. Stookey lootis pärast seda viga leida sula klaasi ja hävinud ahju. Selle asemel avastas ta aga, et tema proov oli muutunud piimvalgeks plaadiks. Kui ta püüdis teda haarata, libisesid näpitsad ja kukkusid maapinnale. Selle asemel, et maas puruneda, põrkas see tagasi.

Don Stookey ei teadnud seda tol ajal, kuid ta oli just leiutanud esimese sünteetilise klaaskeraamika; Corning nimetas seda materjali hiljem Pyroceramiks. See on alumiiniumist kergem, kõrge süsinikusisaldusega terasest kõvem ja tavalisest sooda-lubiklaasist mitu korda tugevam. Seda kasutati peagi kõiges alates ballistilistest rakettidest kuni keemialaboriteni. Seda kasutati ka mikrolaineahjudes ja 1959. aastal jõudis Pyroceram kodudesse CorningWare'i kööginõude kujul.

Uus materjal oli Corningile suur rahaline õnnistus ja võimaldas käivitada projekti Muscle, mis on ulatuslik uurimistöö, et leida muid klaasi karastamise viise. Põhimõtteline läbimurre toimus siis, kui teadlased leidsid meetodi klaasi tugevdamiseks, kastes seda kuuma kaaliumsoola lahusesse. Nad leidsid, et kui nad lisasid klaasikompositsioonile enne lahusesse kastmist alumiiniumoksiidi, oli saadud materjal märkimisväärselt tugev ja vastupidav. Peagi hakkasid teadlased oma üheksakorruselisest hoonest sellist karastatud klaasi viskama ja pommitama klaasi, sisemiselt tuntud kui 0317, külmutatud kanadega. Klaasi sai erakordselt painutada ja väänata ning talus ka umbes 17 850 kg/cm survet. (Tavalisele klaasile võib avaldada rõhku umbes 1 kg/cm.) 250. aastal hakkas Corning seda materjali pakkuma Chemcori nime all, uskudes, et see leiab rakendust sellistes toodetes nagu telefonikabiinid, vanglaaknad või prillid.

Kuigi algul oli materjali vastu suur huvi, oli müük madal. Mitmed ettevõtted on tellinud kaitseprille. Need võeti aga peagi tagasi, kuna kardeti, et klaas võib puruneda plahvatusohtlikult. Näib, et Chemcorist võib saada ideaalne materjal autode tuuleklaaside jaoks; kuigi see ilmus mõnes AMC Javelinis, ei olnud enamik tootjaid selle eelistes veendunud. Nad ei uskunud, et Chemcor on kulude kasvu väärt, eriti kuna nad olid lamineeritud klaasi edukalt kasutanud alates 30. aastatest.

Corning leiutas kuluka uuenduse, millest keegi ei hoolinud. Kindlasti ei aidanud teda kokkupõrketestid, mis näitasid, et tuuleklaaside puhul "näitab inimese pea oluliselt suuremaid aeglustusi" – Chemcor jäi vigastamata ellu, inimese kolju aga mitte.

Pärast seda, kui ettevõte üritas seda materjali Ford Motorsile ja teistele autotootjatele edutult müüa, lõpetati Project Muscle 1971. aastal ja Chemcori materjal sattus jääle. See oli lahendus, mis pidi ootama õiget probleemi.

Oleme New Yorgi osariigis, kus asub Corningi peakorteri hoone. Ettevõtte direktori Wendell Weeksi kabinet asub teisel korrusel. Ja just siin andis Steve Jobs tollal viiekümne viie aasta vanusele Weeksile võimatuna näiva ülesande: toota sadu tuhandeid ruutmeetreid üliõhukest ja ülitugevat klaasi, mida seni polnud. Ja kuue kuu jooksul. Selle koostöö lugu – sealhulgas Jobsi katse õpetada Weeksile klaasi tööpõhimõtteid ja tema veendumust, et eesmärk on saavutatav – on hästi teada. Kuidas Corning sellega tegelikult hakkama sai, pole enam teada.

Weeks liitus ettevõttega 1983. aastal; varem kui 2005. aastal töötas ta kõrgeimal ametikohal, juhendades nii televisiooniosakonda kui ka erirakenduste osakonda. Küsige talt klaasi kohta ja ta ütleb teile, et see on ilus ja eksootiline materjal, mille potentsiaali on teadlased alles täna avastama hakanud. Ta kiidab selle "autentsuse" ja puudutuse meeldivuse üle, kuid mõne aja pärast räägib teile selle füüsilistest omadustest.

Weeksil ja Jobsil oli disaini nõrkus ja detailide kinnisidee. Mõlemaid köitsid suured väljakutsed ja ideed. Juhtkonna poolelt oli Jobs siiski pisut diktaator, samas kui Weeks seevastu (nagu paljud tema eelkäijad Corningis) toetab vabamat režiimi, ilma alluvusega liigselt arvestamata. "Minu ja üksikute teadlaste vahel ei ole eraldumist," ütleb Weeks.

Ja tõepoolest, hoolimata sellest, et tegemist on suure ettevõttega – eelmisel aastal oli sellel 29 000 töötajat ja 7,9 miljardit dollarit käivet –, tegutseb Corning endiselt nagu väikeettevõte. Selle teeb võimalikuks selle suhteline kaugus välismaailmast, igal aastal 1% ringis olev suremus ja ka ettevõtte kuulus ajalugu. (Praegu 97-aastane Don Stookey ja teised Corningi legendid on endiselt näha Sullivan Parki uurimisasutuse koridorides ja laborites.) „Me kõik oleme siin kogu elu,” muigab Weeks. "Oleme siin üksteist tundnud juba pikka aega ning koos kogenud palju õnnestumisi ja ebaõnnestumisi."

Ühel esimestest vestlustest Weeksi ja Jobsi vahel polnud tegelikult klaasiga midagi pistmist. Omal ajal töötasid Corningi teadlased mikroprojektsioonitehnoloogia kallal – täpsemalt sünteetiliste roheliste laserite kasutamise parema viisiga. Põhiidee oli selles, et inimesed ei taha filme või telesaateid vaadata terve päeva mobiiltelefonis miniatuurset ekraani vahtida ning projektsioon tundus loomulik lahendus. Kui aga Weeks seda ideed Jobsiga arutas, lükkas Apple'i boss selle kui jama. Samas mainis ta, et töötab millegi parema kallal – seadmega, mille pind koosneb täielikult ekraanist. Seda kutsuti iPhone'iks.

Kuigi Jobs mõistis rohelised laserid hukka, esindavad need Corningile nii iseloomulikku "innovatsiooni innovatsiooni nimel". Ettevõte peab eksperimenteerimisest nii lugu, et investeerib igal aastal arvestatavad 10% oma kasumist teadus- ja arendustegevusse. Ja nii headel kui halbadel aegadel. Kui 2000. aastal lõhkes pahaendeline dot-com mull ja Corningi väärtus langes 100 dollarilt aktsia kohta 1,50 dollarile, kinnitas selle tegevjuht teadlastele mitte ainult seda, et teadusuuringud on endiselt ettevõtte keskmes, vaid ka teadus- ja arendustegevus, mis seda edasi hoiab. tuua tagasi edu.

"See on üks väheseid tehnoloogiapõhiseid ettevõtteid, mis suudab regulaarselt keskenduda," ütleb Harvardi ärikooli professor Rebecca Henderson, kes on uurinud Corningi ajalugu. "Seda on väga lihtne öelda, kuid raske teha." Osa sellest edust seisneb võimes mitte ainult välja töötada uusi tehnoloogiaid, vaid ka välja mõelda, kuidas alustada nende massilist tootmist. Isegi kui Corning on mõlemal viisil edukas, võib sageli kuluda aastakümneid, et leida oma tootele sobiv – ja piisavalt tulus – turg. Nagu ütleb professor Henderson, tähendab innovatsioon Corningi sõnul sageli ebaõnnestunud ideede võtmist ja nende kasutamist hoopis teisel eesmärgil.

Idee Chemcori näidistelt tolm pühkida tekkis 2005. aastal, enne kui Apple üldse mängu jõudis. Sel ajal andis Motorola välja taskutelefoni Razr V3, mis kasutas tüüpilise kõva plastist ekraani asemel klaasi. Corning moodustas väikese rühma, kelle ülesandeks oli näha, kas on võimalik 0317 tüüpi klaasi taaselustada kasutamiseks sellistes seadmetes nagu mobiiltelefonid või kellad. Vanad Chemcori proovid olid umbes 4 millimeetri paksused. Võib-olla saaks neid harvendada. Pärast mitmeid turu-uuringuid jõudis ettevõtte juhtkond veendumusele, et ettevõte võib selle spetsialiseeritud tootega veidi raha teenida. Projekt sai nimeks Gorilla Glass.

Aastaks 2007, kui Jobs oma ideid uue materjali kohta avaldas, ei jõudnud projekt kuigi kaugele. Apple vajas selgelt tohutul hulgal 1,3 mm õhukest keemiliselt karastatud klaasi – midagi, mida keegi polnud varem loonud. Kas Chemcori, mida pole veel masstootmises, saaks siduda tootmisprotsessiga, mis rahuldaks tohutu nõudluse? Kas algselt autoklaasile mõeldud materjali on võimalik teha üliõhukeseks ja samal ajal säilitada selle tugevus? Kas keemiline kõvenemisprotsess on sellise klaasi puhul üldse tõhus? Sel ajal ei teadnud keegi neile küsimustele vastust. Nii et Weeks tegi täpselt seda, mida iga riskikartlik tegevjuht teeks. Ta ütles jah.

Nii kurikuulsa materjali jaoks, mis on sisuliselt nähtamatu, on kaasaegne tööstuslik klaas märkimisväärselt keeruline. Tavalisest sooda-lubiklaasist piisab pudelite või lambipirnide tootmiseks, kuid muuks kasutuseks on see väga sobimatu, kuna võib puruneda teravateks kildudeks. Borosilikaatklaas, näiteks Pyrex, talub suurepäraselt termilist šokki, kuid selle sulatamine nõuab palju energiat. Lisaks on klaasi masstootmiseks vaid kaks meetodit – fusioonitõmbetehnoloogia ja floatatsioonina tuntud protsess, mille käigus sulaklaas valatakse sulatina alusele. Üks väljakutsetest, millega klaasivabrik silmitsi seisab, on vajadus sobitada tootmisprotsessiga uus koostis koos kõigi vajalike omadustega. Üks asi on valemi välja mõtlemine. Teine asi on tema sõnul lõpptoote tegemine.

Olenemata koostisest on klaasi põhikomponendiks ränidioksiid (alias liiv). Kuna sellel on väga kõrge sulamistemperatuur (1 °C), kasutatakse selle alandamiseks muid kemikaale, näiteks naatriumoksiidi. Tänu sellele on võimalik klaasiga lihtsamini töötada ja ka odavamalt toota. Paljud neist kemikaalidest annavad klaasile ka spetsiifilisi omadusi, nagu vastupidavus röntgenikiirgusele või kõrgetele temperatuuridele, võime peegeldada valgust või hajutada värve. Probleemid tekivad aga koostise muutmisel: väikseimagi korrigeerimise tulemuseks võib olla kardinaalselt erinev toode. Näiteks kui kasutate tihedat materjali nagu baarium või lantaan, saavutate sulamistemperatuuri vähenemise, kuid riskite sellega, et lõplik materjal ei ole täiesti homogeenne. Ja kui tugevdate klaasi, suurendate ka plahvatusohtliku killustumise ohtu, kui see puruneb. Lühidalt, klaas on materjal, mille valitsejaks on kompromiss. Just seetõttu on kompositsioonid ja eriti need, mis on häälestatud konkreetsele tootmisprotsessile, nii väga kaitstud saladus.

Klaasitootmise üks võtmeetappe on selle jahutamine. Standardklaasi masstootmisel on oluline materjali järk-järgult ja ühtlaselt jahutada, et minimeerida sisemist pinget, mis muidu klaasi kergemini puruneks. Karastatud klaasiga on seevastu eesmärk lisada pinget materjali sisemise ja välimise kihi vahele. Klaasi karastamine võib paradoksaalsel kombel muuta klaasi tugevamaks: esmalt kuumutatakse klaasi pehmenemiseni ja seejärel jahutatakse järsult selle välispinda. Väliskiht kahaneb kiiresti, samas kui sisemine jääb endiselt sulaks. Jahtumisel püüab sisemine kiht kokku tõmbuda, toimides nii väliskihile. Materjali keskele tekib pinge, samal ajal kui pind tiheneb veelgi. Karastatud klaas võib puruneda, kui pääseme läbi välimise survekihi pingepiirkonda. Kuid isegi klaasi kõvenemisel on omad piirid. Materjali tugevuse maksimaalne võimalik suurenemine sõltub selle kokkutõmbumise kiirusest jahutamise ajal; enamik kompositsioone kahaneb vaid veidi.

Kompressiooni ja pinge seost näitab kõige paremini järgmine katse: sulaklaasi jäävette valades tekitame pisarataolisi moodustisi, mille paksem osa suudab taluda tohutut survet, sealhulgas korduvaid haamrilööke. Õhuke osa tilkade lõpus on aga haavatavam. Kui me selle purustame, lendab karjäär läbi kogu objekti kiirusega üle 3 km/h, vabastades seeläbi sisepinged. Plahvatuslikult. Mõnel juhul võib moodustis plahvatada sellise jõuga, et kiirgab valgussähvatust.

Klaasi keemiline karastamine, 60. aastatel välja töötatud meetod, tekitab survekihi täpselt nagu karastamine, kuid läbi protsessi, mida nimetatakse ioonivahetuseks. Alumosilikaatklaas, näiteks Gorilla Glass, sisaldab ränidioksiidi, alumiiniumi, magneesiumi ja naatriumi. Sulatatud kaaliumsoola sisse kastmisel klaas kuumeneb ja paisub. Naatrium ja kaalium jagavad elementide perioodilisuse tabeli sama veergu ja käituvad seetõttu väga sarnaselt. Soolalahusest tulenev kõrge temperatuur suurendab naatriumiioonide migratsiooni klaasist ja kaaliumiioonid võivad seevastu häirimatult oma kohale asuda. Kuna kaaliumiioonid on suuremad kui vesinikuioonid, on need samas kohas kontsentreeritumad. Kui klaas jahtub, kondenseerub see veelgi, tekitades pinnale survekihi. (Corning tagab ühtlase ioonivahetuse, kontrollides selliseid tegureid nagu temperatuur ja aeg.) Võrreldes klaasi karastamisega tagab keemiline karastamine suurema survepinge pinnakihis (tagades seega kuni neljakordse tugevuse) ja seda saab kasutada mis tahes klaasil. paksus ja kuju.

Märtsi lõpuks oli teadlastel uus valem peaaegu valmis. Kuid nad pidid ikkagi välja mõtlema tootmismeetodi. Uue tootmisprotsessi väljamõtlemine ei tulnud kõne allagi, kuna see võtab aastaid. Apple'i seatud tähtajast kinnipidamiseks tehti kahele teadlasele, Adam Ellisonile ja Matt Dejnekale ülesandeks muuta ja siluda protsessi, mida ettevõte juba edukalt kasutas. Nad vajasid midagi, mis suudaks mõne nädalaga toota tohutul hulgal õhukest läbipaistvat klaasi.

Teadlastel oli põhimõtteliselt ainult üks võimalus: termotuumasünteesi tõmbamise protsess. (Selles üliinnovaatilises tööstusharus on palju uusi tehnoloogiaid, mille nimedel pole sageli veel tšehhi vastet.) Selle protsessi käigus valatakse sulaklaas spetsiaalsele kiilule, mida nimetatakse "isopipiks". Klaas voolab mõlemalt poolt üle kiilu paksema osa ja liitub uuesti alumisel kitsal küljel. Seejärel liigub see rullikutel, mille kiirus on täpselt seadistatud. Mida kiiremini nad liiguvad, seda õhem on klaas.

Üks tehastest, mis seda protsessi kasutab, asub Kentucky osariigis Harrodsburgis. 2007. aasta alguses töötas see filiaal täisvõimsusel ja selle seitse viiemeetrist paaki tõid igas tunnis maailma 450 kg telerite LCD-paneelide jaoks mõeldud klaasi. Ühest neist tankidest võib Apple'i esialgseks nõudluseks piisata. Kuid kõigepealt oli vaja üle vaadata vanade Chemcori kompositsioonide valemid. Klaas ei pidanud olema mitte ainult 1,3 mm õhuke, vaid see pidi olema ka oluliselt kenam vaadata kui näiteks telefonikabiini täitematerjal. Elissonil ja tema meeskonnal oli selle täiustamiseks kuus nädalat. Klaasi modifitseerimiseks "fusioonitõmbe" protsessis on vajalik, et see oleks äärmiselt paindlik ka suhteliselt madalatel temperatuuridel. Probleem on selles, et kõik, mida teete elastsuse parandamiseks, suurendab oluliselt ka sulamistemperatuuri. Mitmete olemasolevate koostisosade kohandamisega ja ühe salajase koostisosa lisamisega suutsid teadlased viskoossust parandada, tagades samal ajal klaasi suurema pinge ja kiirema ioonivahetuse. Tank lasti vette 2007. aasta mais. Juunis tootis see piisavalt Gorilla Glassi, et täita neli jalgpalliväljakut.

Viie aastaga on Gorilla Glass muutunud pelgalt materjalist esteetiliseks standardiks – pisikeseks lõheks, mis eraldab meie füüsilise olemuse virtuaalsest elust, mida me taskus kaasas kanname. Puudutame klaasi välimist kihti ja meie keha sulgeb elektroodi ja selle naabri vahelise vooluringi, muutes liikumise andmeteks. Gorillat on nüüd esindatud enam kui 750 tootes 33 kaubamärgilt üle maailma, sealhulgas sülearvutid, tahvelarvutid, nutitelefonid ja telerid. Kui jooksete regulaarselt sõrmega üle mõne seadme, olete tõenäoliselt Gorilla Glassiga juba tuttav.

Corningi tulud on aastate jooksul hüppeliselt kasvanud, 20 miljonilt dollarilt 2007. aastal 700 miljonile 2011. aastal. Ja näib, et klaasil on ka muid võimalikke kasutusviise. Eckersley O'Callaghan, kelle disainerid vastutavad mitme ikoonilise Apple Store'i väljanägemise eest, on seda praktikas tõestanud. Tänavusel Londoni disainifestivalil esitlesid nad ainult Gorilla Glassist valmistatud skulptuuri. See võib lõpuks uuesti ilmneda autode esiklaasidel. Ettevõte peab praegu läbirääkimisi selle kasutamise kohta sportautodes.

Milline näeb olukord klaasi ümber täna välja? Harrodsburgis laadivad spetsiaalsed masinad need regulaarselt puidust kastidesse, veokiga Louisville'i ja saadavad seejärel rongiga läänerannikule. Seal asetatakse klaasilehed kaubalaevadele ja transporditakse Hiina tehastesse, kus need läbivad mitu lõppprotsessi. Esmalt tehakse neile kuum kaaliumivann ja seejärel lõigatakse need väiksemateks ristkülikuteks.

Muidugi, hoolimata kõigist oma maagilistest omadustest, võib Gorilla Glass ebaõnnestuda ja mõnikord isegi väga "tõhusalt". See puruneb, kui telefoni maha kukutame, painutades muutub see ämblikuks, praguneb, kui sellele istume. Lõppude lõpuks on see ikkagi klaas. Ja sellepärast on Corningis väike tiim inimesi, kes veedavad suurema osa päevast selle lõhkumisega.

"Me kutsume seda Norra haamriks," ütleb Jaymin Amin, kui tõmbab karbist välja suure metallsilindri. Seda tööriista kasutavad lennundusinsenerid tavaliselt õhusõidukite alumiiniumist kere tugevuse testimiseks. Amin, kes jälgib kõigi uute materjalide väljatöötamist, venitab haamris vedru ja vabastab millimeetri õhukesesse klaaslehte tervelt 2 džauli energiat. Selline jõud tekitab täispuidust suure mõlgi, kuid klaasiga ei juhtu midagi.

Gorilla Glassi edu tähendab Corningule mitmeid takistusi. Esimest korda oma ajaloos peab ettevõte silmitsi seisma nii suure nõudlusega oma toodete uute versioonide järele: iga kord, kui ta laseb välja uue klaasi iteratsiooni, on vaja jälgida, kuidas see käitub töökindluse ja vastupidavuse osas otse valdkonnas. Selleks kogub Amini meeskond sadu katkiseid mobiiltelefone. "Kahjud, olgu need väikesed või suured, saavad peaaegu alati alguse samast kohast," ütleb teadlane Kevin Reiman, osutades peaaegu nähtamatule mõrale HTC Wildfire'il, mis on üks mitmest tema ees laual olevast katkisest telefonist. Kui olete selle prao leidnud, saate mõõta selle sügavust, et saada aimu klaasile avaldatud rõhust; kui suudate seda pragu jäljendada, saate uurida, kuidas see kogu materjalis levis, ja proovida seda edaspidi vältida, kas koostist muutes või keemiliselt kõvenedes.

Selle teabe abil saavad ülejäänud Amini meeskonnaliikmed sama materiaalset riket ikka ja jälle uurida. Selleks kasutavad nad kangipresse, graniidi-, betoon- ja asfaltpindadele langetamise teste, tilgutavad klaasile erinevaid esemeid ja üldiselt kasutavad mitmeid tööstusliku välimusega piinamisvahendeid, millel on teemantotsikute arsenal. Neil on isegi kiire kaamera, mis suudab salvestada miljon kaadrit sekundis, mis on kasulik klaasi painutamise ja pragude levimise uuringutes.

Kogu see kontrollitud hävitamine tasub aga ettevõttele ära. Võrreldes esimese versiooniga on Gorilla Glass 2 paarkümmend protsenti tugevam (ja kolmas versioon peaks turule jõudma järgmise aasta alguses). Corningi teadlased saavutasid selle, surudes väliskihi kokkusurumise piirini – Gorilla Glassi esimese versiooni puhul olid nad pisut konservatiivsed –, suurendamata selle nihkega seotud plahvatusohtliku purunemise ohtu. Sellest hoolimata on klaas habras materjal. Ja kuigi rabedad materjalid peavad kompressioonile väga hästi vastu, on need venitamisel äärmiselt nõrgad: kui neid painutada, võivad need puruneda. Gorilla Glassi võtmeks on väliskihi kokkusurumine, mis takistab pragude levimist kogu materjali ulatuses. Telefoni maha kukkudes ei pruugi selle ekraan kohe puruneda, kuid kukkumine võib tekitada piisavalt kahju (piisab isegi mikroskoopilisest praost), et materjali tugevust oluliselt halvendada. Järgmisel väikseimal kukkumisel võivad siis olla tõsised tagajärjed. See on üks vältimatuid tagajärgi, kui töötate materjaliga, mis on seotud kompromissidega, täiesti nähtamatu pinna loomisega.

Oleme tagasi Harrodsburgi tehases, kus mustas Gorilla Glassi T-särgis mees töötab kuni 100 mikroni paksuse (umbes alumiiniumfooliumi paksuse) klaasiga. Tema juhitav masin juhib materjali läbi rullide, millest klaas väljub painutatult nagu tohutu läikiv läbipaistva paberitükk. See märkimisväärselt õhuke ja rullitav materjal kannab nime Willow. Erinevalt Gorilla Glassist, mis töötab natuke nagu soomus, võib Willowit võrrelda pigem vihmamantliga. See on vastupidav ja kerge ning sellel on palju potentsiaali. Corningi teadlased usuvad, et materjal võib leida rakendusi paindlikes nutitelefonide disainides ja üliõhukestes OLED-ekraanides. Üks energiafirmadest sooviks ka Willowi kasutamist päikesepaneelides. Corningis näevad nad isegi klaaslehtedega e-raamatuid ette.

Ühel päeval tarnib Willow tohututel rullidel 150 meetrit klaasi. See tähendab, et kui keegi seda tegelikult tellib. Praegu seisavad poolid Harrodsburghi tehases jõude ja ootavad õige probleemi tekkimist.

Allikas: Wired.com
.