Филип Новотный Незадолго до запуска первого iPhone Стив Джобс позвонил своим сотрудникам и пришел в ярость от количества царапин, появившихся на прототипе, который он использовал через несколько недель. Было ясно, что использовать стандартное стекло невозможно, поэтому Джобс объединился со стекольной компанией Corning. Однако его история уходит корнями глубоко в прошлый век.
Все началось с одного неудачного эксперимента. Однажды в 1952 году химик Corning Glass Works Дон Стуки протестировал образец светочувствительного стекла и поместил его в печь с температурой 600°C. Однако во время теста произошла ошибка в одном из регуляторов и температура поднялась до 900°С. После этой ошибки Стуки ожидал найти расплавленный кусок стекла и разрушенную печь. Однако вместо этого он обнаружил, что его образец превратился в молочно-белую плиту. Когда он попытался схватить ее, клешни соскользнули и упали на землю. Вместо того, чтобы разбиться о землю, он отскочил.
Дон Стуки тогда еще этого не знал, но он только что изобрел первую синтетическую стеклокерамику; Позже компания Corning назвала этот материал Pyroceram. Легче алюминия, тверже высокоуглеродистой стали и во много раз прочнее обычного натриево-известкового стекла, оно вскоре нашло применение во всем: от баллистических ракет до химических лабораторий. Его также использовали в микроволновых печах, а в 1959 году пирокерамика вошла в дома в виде посуды CorningWare.
Новый материал стал крупным финансовым благом для Corning и позволил запустить Project Muscle — масштабную исследовательскую работу по поиску других способов упрочнения стекла. Фундаментальный прорыв произошел, когда исследователи придумали метод упрочнения стекла путем погружения его в горячий раствор калийной соли. Они обнаружили, что когда они добавляли оксид алюминия в состав стекла перед погружением его в раствор, полученный материал был удивительно прочным и долговечным. Вскоре ученые начали выбрасывать такое закаленное стекло из своего девятиэтажного здания и бомбардировать стекло, известное внутри компании как 0317, замороженными цыплятами. Стекло могло изгибаться и скручиваться до невероятных размеров, а также выдерживало давление около 17 850 кг/см. (Обычное стекло может подвергаться давлению около 1 кг/см.) В 250 году компания Corning начала предлагать материал под названием Chemcor, полагая, что он найдет применение в таких продуктах, как телефонные будки, тюремные окна или очки.
Хотя поначалу к материалу был большой интерес, продажи были низкими. Несколько компаний разместили заказы на защитные очки. Однако вскоре они были отозваны из-за опасений по поводу того, что стекло может разбиться в результате взрыва. Казалось бы, Chemcor может стать идеальным материалом для автомобильных лобовых стекол; хотя он появился в нескольких моделях AMC Javelin, большинство производителей не были убеждены в его достоинствах. Они не верили, что Chemcor стоит увеличения затрат, тем более что они успешно использовали многослойное стекло с 30-х годов.
Компания Corning изобрела дорогостоящую инновацию, которая никого не волновала. Ему, конечно, не помогли краш-тесты, которые показали, что с лобовыми стеклами «человеческая голова демонстрирует значительно более высокие замедления» — Chemcor остался невредимым, а человеческий череп — нет.
После того, как компания безуспешно попыталась продать материал Ford Motors и другим автопроизводителям, проект Muscle был закрыт в 1971 году, а материал Chemcor оказался замороженным. Это было решение, которое должно было дождаться правильной проблемы.
Мы находимся в штате Нью-Йорк, где расположено здание штаб-квартиры Corning. Кабинет директора компании Венделла Уикса находится на втором этаже. И именно здесь Стив Джобс поставил тогдашнему пятидесятилетнему Уиксу, казалось бы, невыполнимую задачу: произвести сотни тысяч квадратных метров сверхтонкого и сверхпрочного стекла, не существовавшего до сих пор. И в течение шести месяцев. История этого сотрудничества, включая попытку Джобса научить Уикса принципам работы стекла и его веру в то, что цель может быть достигнута, хорошо известна. Как Corning на самом деле с этим справилась, уже неизвестно.
Уикс присоединился к фирме в 1983 году; до 2005 года он занимал высший пост, курируя телевизионное подразделение, а также отдел специальных специализированных приложений. Спросите его о стекле, и он скажет вам, что это красивый и экзотический материал, потенциал которого ученые сегодня только начали открывать. Он будет восторгаться его «подлинностью» и приятностью на ощупь, чтобы через некоторое время рассказать вам о его физических свойствах.
Уикс и Джобс разделяли слабость к дизайну и одержимость деталями. Обоих привлекали большие задачи и идеи. Однако со стороны менеджмента Джобс был своего рода диктатором, в то время как Уикс, с другой стороны (как и многие его предшественники в Corning), поддерживает более свободный режим, не слишком заботясь о подчинении. «Между мной и отдельными исследователями нет разделения», — говорит Уикс.
И действительно, несмотря на то, что Corning является крупной компанией (в прошлом году у нее было 29 000 сотрудников и доход составил 7,9 миллиарда долларов), она по-прежнему ведет себя как малый бизнес. Это стало возможным благодаря относительной удаленности от внешнего мира, уровню смертности, который ежегодно колеблется около 1%, а также знаменитой истории компании. (Дона Стуки, которому сейчас 97 лет, и других легенд Corning до сих пор можно увидеть в коридорах и лабораториях исследовательского центра Салливан-Парк.) «Мы все здесь на всю жизнь», — улыбается Уикс. «Мы знаем друг друга здесь уже давно и вместе пережили множество успехов и неудач».
Один из первых разговоров между Уиксом и Джобсом на самом деле не имел ничего общего со стеклом. Одно время ученые Corning работали над технологией микропроекции, точнее, над лучшим способом использования синтетических зеленых лазеров. Основная идея заключалась в том, что люди не хотят весь день смотреть на миниатюрный дисплей своего мобильного телефона, когда хотят посмотреть фильмы или телепередачи, и проекция казалась естественным решением. Однако, когда Уикс обсудил эту идею с Джобсом, руководитель Apple назвал ее чепухой. При этом он упомянул, что работает над чем-то лучшим — устройством, поверхность которого полностью состоит из дисплея. Он назывался iPhone.
Хотя Джобс осуждал зеленые лазеры, они представляют собой «инновацию ради инновации», столь характерную для Corning. Компания настолько уважает эксперименты, что ежегодно инвестирует приличные 10% своей прибыли в исследования и разработки. И в хорошие времена, и в плохие. Когда в 2000 году лопнул зловещий пузырь доткомов и стоимость компании Corning упала со 100 долларов за акцию до 1,50 доллара, ее генеральный директор заверил исследователей не только в том, что исследования по-прежнему лежат в основе компании, но и что именно исследования и разработки поддерживают ее существование. вернуть успех.
«Это одна из немногих технологических компаний, которая способна регулярно переориентироваться», — говорит Ребекка Хендерсон, профессор Гарвардской школы бизнеса, изучавшая историю Corning. «Это очень легко сказать, но трудно сделать». Частично этот успех заключается в способности не только разрабатывать новые технологии, но и понимать, как начать их массовое производство. Даже если Corning добьется успеха в обоих этих направлениях, часто могут потребоваться десятилетия, чтобы найти подходящий – и достаточно прибыльный – рынок для ее продукта. Как говорит профессор Хендерсон, инновации, по мнению Корнинга, часто подразумевают взятие неудачных идей и использование их совершенно для другой цели.
Идея стереть пыль с образцов Chemcor возникла в 2005 году, еще до того, как Apple вмешалась в игру. В то время Motorola выпустила Razr V3, сотовый телефон-раскладушку, в котором вместо типичного жесткого пластикового дисплея использовалось стекло. Компания Corning сформировала небольшую группу, которой было поручено выяснить, возможно ли возродить стекло типа 0317 для использования в таких устройствах, как сотовые телефоны или часы. Старые образцы Chemcor имели толщину около 4 миллиметров. Возможно, их можно было бы проредить. После нескольких исследований рынка руководство компании пришло к выводу, что на этом специализированном продукте компания может заработать немного денег. Проект получил название Gorilla Glass.
К 2007 году, когда Джобс высказал свои идеи по поводу нового материала, проект не продвинулся далеко. Apple явно требовалось огромное количество химически закаленного стекла толщиной 1,3 мм – чего раньше никто не создавал. Может ли Chemcor, который еще не производится серийно, быть связан с производственным процессом, способным удовлетворить огромный спрос? Можно ли сделать материал, изначально предназначенный для автомобильных стекол, ультратонким и при этом сохранить его прочность? Будет ли эффективен процесс химического закаливания для такого стекла? В то время никто не знал ответа на эти вопросы. Поэтому Уикс сделал именно то, что сделал бы любой генеральный директор, не склонный к риску. Он сказал да.
Для материала, который настолько известен, что практически невидим, современное промышленное стекло является чрезвычайно сложным. Обычного натриево-известкового стекла достаточно для производства бутылок или лампочек, но оно совершенно непригодно для других целей, так как может разбиться на острые осколки. Боросиликатное стекло, такое как Pyrex, превосходно противостоит тепловому удару, но его плавление требует много энергии. Кроме того, существует только два метода массового производства стекла — технология вытяжки плавлением и процесс, известный как флотация, при котором расплавленное стекло выливается на основу из расплавленного олова. Одной из проблем, с которой сталкивается стекольный завод, является необходимость согласовать новую композицию со всеми необходимыми характеристиками с производственным процессом. Одно дело придумать формулу. По его словам, второе дело — сделать конечный продукт.
Независимо от состава, основным компонентом стекла является кремнезем (он же песок). Поскольку он имеет очень высокую температуру плавления (1 °C), для ее понижения используются другие химические вещества, такие как оксид натрия. Благодаря этому со стеклом можно работать легче, а также производить его дешевле. Многие из этих химикатов также придают стеклу особые свойства, такие как устойчивость к рентгеновским лучам или высоким температурам, способность отражать свет или рассеивать цвета. Однако при изменении состава возникают проблемы: малейшая корректировка может привести к кардинально другому продукту. Например, если вы используете плотный материал, такой как барий или лантан, вы добьетесь снижения температуры плавления, но рискуете, что конечный материал не будет полностью однородным. А укрепляя стекло, вы также увеличиваете риск его взрывного разрушения в случае его разбивания. Короче говоря, стекло — это материал, в котором правит компромисс. Именно поэтому композиции, особенно настроенные на конкретный производственный процесс, являются таким строго охраняемым секретом.
Одним из ключевых этапов производства стекла является его охлаждение. При массовом производстве стандартного стекла важно охлаждать материал постепенно и равномерно, чтобы минимизировать внутреннее напряжение, из-за которого в противном случае стекло будет легче разбиться. С другой стороны, цель закаленного стекла состоит в том, чтобы добавить напряжение между внутренним и внешним слоями материала. Закалка стекла парадоксальным образом может сделать стекло прочнее: стекло сначала нагревают до размягчения, а затем резко охлаждают его внешнюю поверхность. Внешний слой быстро сжимается, а внутренний остается еще расплавленным. При охлаждении внутренний слой пытается сжаться, воздействуя таким образом на внешний слой. В середине материала создается напряжение, а поверхность уплотняется еще больше. Закаленное стекло можно разбить, если проникнуть через внешний слой давления в зону напряжения. Однако даже закалка стекла имеет свои пределы. Максимально возможное повышение прочности материала зависит от скорости его усадки при охлаждении; большинство композиций сжимаются лишь незначительно.
Взаимосвязь между сжатием и напряжением лучше всего демонстрирует следующий эксперимент: заливая расплавленное стекло в ледяную воду, мы создаем каплевидные образования, самая толстая часть которых способна выдерживать огромное давление, включая многократные удары молотка. Однако тонкая часть на конце капли более уязвима. Когда мы его сломаем, карьер пролетит через весь объект со скоростью более 3 км/ч, снимая таким образом внутреннее напряжение. Взрывоопасно. В некоторых случаях образование может взорваться с такой силой, что испустит вспышку света.
Химическая закалка стекла, метод, разработанный в 60-х годах, создает слой давления так же, как и закалка, но посредством процесса, называемого ионным обменом. Алюмосиликатное стекло, такое как Gorilla Glass, содержит кремнезем, алюминий, магний и натрий. При погружении в расплавленную калийную соль стекло нагревается и расширяется. Натрий и калий находятся в одном столбце периодической таблицы элементов и поэтому ведут себя очень похоже. Высокая температура раствора соли увеличивает миграцию ионов натрия из стекла, а ионы калия, с другой стороны, могут спокойно занять их место. Поскольку ионы калия крупнее ионов водорода, они более сконцентрированы в одном и том же месте. По мере остывания стекла оно еще больше конденсируется, создавая на поверхности слой давления. (Corning обеспечивает равномерный ионный обмен, контролируя такие факторы, как температура и время.) По сравнению с закалкой стекла, химическая закалка гарантирует более высокое сжимающее напряжение в поверхностном слое (таким образом, гарантируя увеличение прочности до четырех раз) и может использоваться на стекле любого типа. толщина и форма.
К концу марта у исследователей была почти готова новая формула. Однако им еще предстояло выяснить способ производства. Об изобретении нового производственного процесса не могло быть и речи, поскольку это заняло бы годы. Чтобы уложиться в сроки, установленные Apple, двум учёным, Адаму Эллисону и Мэтту Дейнеке, было поручено изменить и отладить процесс, который компания уже успешно использовала. Им нужно было что-то, что могло бы производить огромное количество тонкого прозрачного стекла за считанные недели.
По сути, у ученых был только один вариант: процесс термоядерного синтеза. (В этой высокоинновационной отрасли существует множество новых технологий, названия которых зачастую еще не имеют чешского эквивалента.) Во время этого процесса расплавленное стекло выливается на специальный клин, называемый «изопайп». Стекло переливается с обеих сторон более толстой части клина и снова соединяется с нижней узкой стороной. Затем он перемещается по роликам, скорость которых точно задана. Чем быстрее они будут двигаться, тем тоньше будет стекло.
Одна из фабрик, использующих этот процесс, расположена в Харродсбурге, Кентукки. В начале 2007 года эта ветка работала на полную мощность, и ее семь пятиметровых цистерн каждый час привозили в мир 450 кг стекла, предназначенного для ЖК-панелей для телевизоров. Одного из этих резервуаров могло бы хватить для удовлетворения первоначального спроса со стороны Apple. Но сначала необходимо было пересмотреть формулы старых составов Chemcor. Стекло должно было быть не только толщиной 1,3 мм, но и значительно приятнее на вид, чем, скажем, наполнитель телефонной будки. У Элиссона и его команды было шесть недель, чтобы усовершенствовать его. Чтобы стекло можно было модифицировать в процессе «вытяжки плавлением», необходимо, чтобы оно было чрезвычайно гибким даже при относительно низких температурах. Проблема в том, что все, что вы делаете для улучшения эластичности, также существенно увеличивает температуру плавления. Изменив несколько существующих ингредиентов и добавив один секретный ингредиент, ученые смогли улучшить вязкость, обеспечив при этом более высокое напряжение в стекле и более быстрый ионный обмен. Резервуар был запущен в эксплуатацию в мае 2007 года. В июне он произвел достаточно стекла Gorilla Glass, чтобы заполнить четыре футбольных поля.
За пять лет Gorilla Glass превратился из простого материала в эстетический стандарт — крошечную пропасть, которая отделяет нашу физическую сущность от виртуальной жизни, которую мы носим в карманах. Мы прикасаемся к внешнему слою стекла, и наше тело замыкает цепь между электродом и его соседом, преобразуя движение в данные. Gorilla теперь используется в более чем 750 продуктах от 33 брендов по всему миру, включая ноутбуки, планшеты, смартфоны и телевизоры. Если вы регулярно проводите пальцем по устройству, вы, вероятно, уже знакомы с Gorilla Glass.
Выручка Corning за последние годы резко выросла: с 20 миллионов долларов в 2007 году до 700 миллионов долларов в 2011 году. И похоже, что у стекла найдутся и другие возможности применения. Экерсли О’Каллаган, дизайнеры которого ответственны за внешний вид нескольких знаковых магазинов Apple Store, доказал это на практике. На Лондонском фестивале дизайна в этом году они представили скульптуру, сделанную только из стекла Gorilla Glass. Со временем это может снова появиться на автомобильных лобовых стеклах. В настоящее время компания ведет переговоры о его использовании в спортивных автомобилях.
Как сегодня выглядит ситуация со стеклом? В Харродсбурге специальные машины обычно загружают их в деревянные ящики, перевозят на грузовиках в Луисвилл, а затем отправляют поездом на Западное побережье. По прибытии листы стекла помещаются на грузовые суда и транспортируются на заводы в Китае, где они проходят несколько заключительных процессов. Сначала их принимают в горячую калиевую ванну, а затем разрезают на более мелкие прямоугольники.
Конечно, несмотря на все свои волшебные свойства, Gorilla Glass может выйти из строя, причем иногда даже очень «эффективно». Он ломается, когда мы роняем телефон, превращается в паука, когда его сгибают, он трескается, когда мы на него садимся. Ведь это всё равно стекло. И именно поэтому в Корнинге есть небольшая группа людей, которые проводят большую часть дня, разбирая его.
«Мы называем его норвежским молотком», — говорит Джеймин Амин, вытаскивая из коробки большой металлический цилиндр. Этот инструмент обычно используется авиационными инженерами для проверки прочности алюминиевого фюзеляжа самолета. Амин, курирующий разработку всех новых материалов, растягивает пружину молотка и высвобождает целых 2 джоуля энергии в лист стекла толщиной в миллиметр. Такая сила оставит большую вмятину на массиве дерева, но со стеклом ничего не случится.
Успех Gorilla Glass означает несколько препятствий для Corning. Впервые в своей истории компании приходится сталкиваться с таким высоким спросом на новые версии своей продукции: каждый раз, когда она выпускает новую итерацию стекла, необходимо отслеживать, как оно ведет себя с точки зрения надежности и прочности непосредственно в поле. С этой целью команда Амина собирает сотни сломанных мобильных телефонов. «Повреждения, большие или малые, почти всегда начинаются в одном и том же месте», — говорит ученый Кевин Рейман, указывая на почти невидимую трещину на HTC Wildfire, одном из нескольких сломанных телефонов, лежащих на столе перед ним. Как только вы найдете эту трещину, вы сможете измерить ее глубину, чтобы получить представление о давлении, которому подверглось стекло; если вы сможете имитировать эту трещину, вы сможете исследовать, как она распространяется по материалу, и попытаться предотвратить ее в будущем, либо путем изменения состава, либо путем химического отверждения.
Обладая этой информацией, остальная часть команды Амина сможет снова и снова расследовать одну и ту же неисправность материала. Для этого они используют рычажные прессы, проводят испытания на удары о гранитные, бетонные и асфальтовые поверхности, сбрасывают на стекло различные предметы и вообще используют ряд пыточных устройств индустриального вида с арсеналом алмазных наконечников. У них даже есть высокоскоростная камера, способная записывать миллион кадров в секунду, что пригодится для изучения изгиба стекла и распространения трещин.
Однако все эти контролируемые разрушения окупаются для компании. По сравнению с первой версией Gorilla Glass 2 на двадцать процентов прочнее (а третья версия должна появиться на рынке в начале следующего года). Ученые Corning добились этого, доведя сжатие внешнего слоя до самого предела (они были немного консервативны с первой версией Gorilla Glass), не увеличивая при этом риска взрывного разрушения, связанного с этим сдвигом. Тем не менее, стекло – хрупкий материал. И хотя хрупкие материалы очень хорошо сопротивляются сжатию, при растяжении они чрезвычайно слабы: если их согнуть, они могут сломаться. Ключом к использованию Gorilla Glass является сжатие внешнего слоя, что предотвращает распространение трещин по всему материалу. При падении телефона его дисплей может не разбиться сразу, но падение может нанести достаточно повреждений (достаточно даже микроскопической трещины), чтобы кардинально ухудшить прочность материала. Следующее малейшее падение может иметь серьезные последствия. Это одно из неизбежных последствий работы с материалом, который основан на компромиссах, на создании совершенно невидимой поверхности.
Мы вернулись на фабрику в Харродсбурге, где мужчина в черной футболке Gorilla Glass работает с листом стекла толщиной всего 100 микрон (примерно толщиной алюминиевой фольги). Машина, которой он управляет, пропускает материал через ряд валков, из которых стекло выходит изогнутым, как огромный блестящий кусок прозрачной бумаги. Этот удивительно тонкий и раскатываемый материал называется «Ива». В отличие от Gorilla Glass, которое работает как броня, Willow можно сравнить скорее с плащом. Он прочный, легкий и имеет большой потенциал. Исследователи из Corning полагают, что этот материал может найти применение в гибких конструкциях смартфонов и ультратонких OLED-дисплеях. Одна из энергетических компаний также хотела бы, чтобы Willow использовался в солнечных батареях. В Corning даже мечтают об электронных книгах со стеклянными страницами.
Однажды Willow доставит 150 метров стекла на огромных катушках. Это если кто-то действительно закажет. На данный момент катушки простаивают на заводе в Харродсбурге, ожидая возникновения правильной проблемы.
хорошая статья, спасибо!
Интересная статья :) но хотелось бы узнать, как получилось стекло Gorilla у Стива :) как прошла демонстрация проекта :)... вообще-то по моему было бы совсем на 1 :)
Интересная статья :) но хотелось бы узнать, как получилось стекло Gorilla у Стива :) как прошла демонстрация проекта :)... вообще-то по моему было бы совсем на 1 :)
это есть в книге Стива Джобса ;)
Спасибо :)
Хороший! :-)
Хороший! :-)
Мне очень понравилось читать, и я многому научился. Большое спасибо.
Очень хорошая статья, спасибо за нее. Мужчина узнал кое-что интересное. Писатели zive.cz и spol могли бы чему-то научиться..
Именно таким я себе представляю сервер про яблоко! Ябликар лидирует :) спасибо
Безусловно, лучшая статья о Ябликарях в этом году. А в резюме SJ не было и толики информации, приведенной здесь. Спасибо!
Подожди, так первый айфон уже использовал Gorilla, что ли? В остальном отличная статья. :)
Это так. По сути, они перешли с пластика на Gorilla Glass в последнюю минуту.
Отличная статья :D…. Кто-нибудь знает, есть ли у него iphone 5 gorilla glass 2???
Абсолютно отличная статья! Спасибо!
Это именно то, чего я жду и почему прихожу сюда. Только почаще и почаще, пожалуйста!
Отличная статья! Еще таких и я порю перед редактором и переводчиком!
Я восхищаюсь тем, что в то время, когда любой «серьезный» новостной сайт ищет в первую очередь неопубликованные фотографии Кати (даже отечественные серверы на несколько дней забыли об Ивете Бартошовой!), Ябличкарж публикует информативные статьи. Спасибо! :-)
Фродо
Спасибо за отличную статью, так держать.
Потрясающая статья! Прочитал за один присест :-), как отличный детектив (или научную фантастику, хе-хе)
Дикий!
Спасибо за отличную статью, думаю, стоит потратить свое время на сон и на что-то столь ценное.
отличная статья! Спасибо!
О, теперь я совершенно поражен!
Кто-то мне однажды сказал: «Это всегда просто дурацкий телефон!».
Почему-то в этой, в остальном очень хорошо написанной статье, мне не хватает доли компании Corning в поставках оружия для ВВС США. С 60-х годов они снабжали закаленным стеклом определенную часть лобовой части кабины истребителей, чтобы повысить защиту экипажа самолета, например, в случае столкновения с птицами, но, конечно, и от ракет. и если не ошибаюсь здесь собрали много информации и опыта по разработке и производству этих материалов. И, как оказалось, потребовалось более 50 лет, чтобы эти технологии достигли гражданского сектора.
Отличная статья, продолжайте в том же духе :-)
Что ж, такая хорошо написанная технически ориентированная статья... снимаю шляпу, спасибо.
Йенда Пилсенски
Боже, статья!! Кстати, стекло Willow интересно... Мне очень интересно посмотреть, как оно ведет себя при попытке смять, когда оно похоже на оловянную фольгу;) и как оно устойчиво к царапинам.