Zapri oglas

Malo pred lansiranjem prvega iPhona je Steve Jobs poklical svoje zaposlene in bil jezen zaradi kopice prask, ki so se po nekaj tednih pojavile na prototipu, ki ga je uporabljal. Jasno je bilo, da standardnega stekla ni mogoče uporabiti, zato se je Jobs povezal s steklarskim podjetjem Corning. Vendar pa njegova zgodovina sega globoko v prejšnje stoletje.

Vse se je začelo z enim neuspelim poskusom. Nekega dne leta 1952 je kemik Corning Glass Works Don Stookey testiral vzorec fotoobčutljivega stekla in ga dal v peč pri 600 °C. Med testom pa je prišlo do napake na enem izmed regulatorjev in temperatura je narasla na 900 °C. Stookey je pričakoval, da bo po tej napaki našel staljeno kozarec stekla in uničeno peč. Namesto tega pa je ugotovil, da se je njegov vzorec spremenil v mlečno belo ploščo. Ko jo je hotel zgrabiti, so klešče zdrsnile in padle na tla. Namesto da bi se razbilo po tleh, se je odbilo.

Don Stookey tega takrat še ni vedel, a je pravkar izumil prvo sintetično steklokeramiko; Corning je kasneje ta material poimenoval Pyroceram. Lažji od aluminija, trši od visokoogljičnega jekla in velikokrat močnejši od običajnega natrijevega stekla je kmalu našel uporabo v vsem, od balističnih raket do kemičnih laboratorijev. Uporabljali so ga tudi v mikrovalovnih pečicah, leta 1959 pa je Pyroceram vstopil v domove v obliki posode CorningWare.

Nov material je bil velika finančna ugodnost za Corning in je omogočil začetek projekta Muscle, obsežnega raziskovalnega prizadevanja za iskanje drugih načinov za utrjevanje stekla. Temeljni preboj se je zgodil, ko so raziskovalci iznašli metodo utrjevanja stekla s potopitvijo v vročo raztopino kalijeve soli. Ugotovili so, da ko so stekleni sestavi dodali aluminijev oksid, preden so jo potopili v raztopino, je bil nastali material izjemno močan in trpežen. Znanstveniki so kmalu začeli metati tako kaljeno steklo iz svoje devetnadstropne zgradbe in steklo, interno znano kot 0317, obstreljevati z zamrznjenimi piščanci. Steklo je bilo mogoče upogniti in zasukati do izredne stopnje in je zdržalo tudi pritisk približno 17 kg/cm. (Navadno steklo je lahko izpostavljeno tlaku približno 850 kg/cm.) Leta 1 je Corning začel ponujati material pod imenom Chemcor, saj je verjel, da bo našel uporabo v izdelkih, kot so telefonske govorilnice, zaporniška okna ali očala.

Čeprav je bilo sprva veliko zanimanja za material, je bila prodaja majhna. Več podjetij je naročilo zaščitna očala. Vendar so bili ti kmalu umaknjeni zaradi pomislekov o eksplozivnem načinu, na katerega bi lahko steklo razbilo. Chemcor bi lahko postal idealen material za avtomobilska vetrobranska stekla; čeprav se je pojavil v nekaj AMC Javelinih, večina proizvajalcev ni bila prepričana o njegovih prednostih. Niso verjeli, da je Chemcor vreden povečanja stroškov, še posebej, ker so laminirano steklo uspešno uporabljali že od leta 30.

Corning je izumil drago inovacijo, za katero nihče ni maral. Zagotovo mu niso pomagali testi trčenja, ki so pokazali, da pri vetrobranskih steklih »človeška glava kaže bistveno večje pojemke« – chemcor je preživel nepoškodovan, človeška lobanja pa ne.

Potem ko je podjetje neuspešno poskušalo prodati material Ford Motors in drugim proizvajalcem avtomobilov, je bil projekt Muscle ukinjen leta 1971 in material Chemcor je končal na ledu. To je bila rešitev, ki je morala počakati na pravi problem.

Smo v zvezni državi New York, kjer je sedež Corningove stavbe. Direktor podjetja Wendell Weeks ima svojo pisarno v drugem nadstropju. In ravno tu je Steve Jobs takrat petinpetdesetletnemu Weeksu zadal na videz nemogočo nalogo: izdelati na stotisoče kvadratnih metrov ultratankega in ultratrdnega stekla, ki ga do zdaj ni bilo. In to v šestih mesecih. Zgodba o tem sodelovanju – vključno z Jobsovim poskusom, da bi Weeksa naučil principov delovanja stekla in njegovim prepričanjem, da je cilj mogoče doseči – je dobro znana. Kako je Corningu to dejansko uspelo, ni več znano.

Weeks se je podjetju pridružil leta 1983; pred letom 2005 je bil na najvišji funkciji, kjer je nadzoroval tako televizijski oddelek kot tudi oddelek za posebne specializirane aplikacije. Vprašajte ga o steklu in povedal vam bo, da je to lep in eksotičen material, katerega potencial so znanstveniki šele danes začeli odkrivati. Navdušil se bo o njegovi »pristnosti« in prijetnosti na dotik, čez nekaj časa pa vam bo povedal o njegovih fizikalnih lastnostih.

Weeks in Jobs sta si delili šibkost do oblikovanja in obsedenost s podrobnostmi. Oba so privlačili veliki izzivi in ​​ideje. Z vodstvene strani pa je bil Jobs nekoliko diktator, Weeks pa po drugi strani (tako kot mnogi njegovi predhodniki v Corningu) podpira svobodnejši režim brez prevelikega upoštevanja podrejenosti. "Med mano in posameznimi raziskovalci ni nobene ločitve," pravi Weeks.

In res, kljub temu, da je veliko podjetje – lani je imelo 29 zaposlenih in 000 milijarde dolarjev prihodkov – Corning še vedno deluje kot majhno podjetje. To je mogoče zaradi relativne oddaljenosti od zunanjega sveta, stopnje smrtnosti, ki se vsako leto giblje okoli 7,9 %, in tudi slavne zgodovine podjetja. (Dona Stookeyja, ki je zdaj star 1 let, in druge legende Corninga je še vedno mogoče videti na hodnikih in v laboratorijih raziskovalne ustanove Sullivan Park.) »Vsi smo tukaj vse življenje,« se nasmehne Weeks. "Tukaj se poznava že dolgo in sva skupaj doživela veliko uspehov in neuspehov."

Eden prvih pogovorov med Weeksom in Jobsom pravzaprav ni imel nobene zveze s steklom. Nekoč so znanstveniki podjetja Corning delali na tehnologiji mikroprojekcij – natančneje, na boljšem načinu uporabe sintetičnih zelenih laserjev. Glavna ideja je bila, da ljudje ne želijo ves dan strmeti v miniaturni zaslon na svojem mobilnem telefonu, ko želijo gledati filme ali TV-oddaje, in projekcija se je zdela naravna rešitev. Ko pa je Weeks o ideji razpravljal z Jobsom, jo ​​je Applov šef zavrnil kot neumnost. Hkrati je omenil, da dela na nečem boljšem – napravi, katere površina je v celoti sestavljena iz zaslona. Imenoval se je iPhone.

Čeprav je Jobs obsojal zelene laserje, ti predstavljajo »inovacijo zaradi inovacije«, ki je tako značilna za Corning. Podjetje tako spoštuje eksperimentiranje, da vsako leto vloži spoštljivih 10 % svojega dobička v raziskave in razvoj. In v dobrih in slabih časih. Ko je leta 2000 počil zlovešči mehurček dot-com in je vrednost Corninga padla s 100 USD na delnico na 1,50 USD, je njen izvršni direktor zagotovil raziskovalcem ne samo, da so raziskave še vedno v središču podjetja, ampak da so raziskave in razvoj tisti, ki ga ohranjajo. vrniti k uspehu.

"Je eno redkih na tehnologiji temelječih podjetij, ki se lahko redno osredotoča," pravi Rebecca Henderson, profesorica poslovne šole Harvard, ki je preučevala zgodovino Corninga. "To je zelo enostavno reči, a težko narediti." Del tega uspeha je v zmožnosti ne le razvoja novih tehnologij, ampak tudi ugotovitve, kako jih začeti proizvajati v velikem obsegu. Tudi če je Corning uspešen na oba načina, lahko pogosto traja desetletja, da najde primeren – in dovolj donosen – trg za svoj izdelek. Kot pravi profesor Henderson, inovativnost po Corningu pogosto pomeni, da vzamemo neuspešne ideje in jih uporabimo za popolnoma drugačen namen.

Zamisel o brisanju prahu s Chemcorjevih vzorcev se je pojavila leta 2005, še preden je Apple vstopil v igro. Takrat je Motorola izdala Razr V3, preklopni mobilni telefon, ki je uporabljal steklo namesto tipičnega trdega plastičnega zaslona. Corning je ustanovil majhno skupino, ki naj bi ugotovila, ali je mogoče oživiti steklo tipa 0317 za uporabo v napravah, kot so mobilni telefoni ali ure. Stari vzorci Chemcorja so bili debeli okoli 4 milimetre. Mogoče bi jih lahko razredčili. Po več tržnih raziskavah je vodstvo podjetja postalo prepričano, da bi podjetje s tem specializiranim izdelkom lahko malo zaslužilo. Projekt so poimenovali Gorilla Glass.

Do leta 2007, ko je Jobs izrazil svoje ideje o novem materialu, projekt ni prišel daleč. Apple je očitno zahteval ogromne količine 1,3 mm tankega, kemično kaljenega stekla – nekaj, česar ni ustvaril še nihče. Bi lahko Chemcor, ki še ni bil množično proizveden, povezal s proizvodnim procesom, ki bi lahko zadovoljil ogromno povpraševanje? Ali je mogoče material, prvotno namenjen avtomobilskemu steklu, narediti ultratanek in hkrati ohraniti njegovo trdnost? Ali bo kemični postopek utrjevanja sploh učinkovit za takšno steklo? Takrat nihče ni vedel odgovora na ta vprašanja. Tako je Weeks naredil natanko to, kar bi storil vsak izvršni direktor, ki ni naklonjen tveganju. Rekel je da.

Za material, ki je tako razvpit, da je v bistvu neviden, je sodobno industrijsko steklo izredno zapleteno. Navadno natrijevo steklo zadostuje za izdelavo steklenic ali žarnic, za druge namene pa je zelo neprimerno, saj lahko razleti na ostre drobce. Borosilikatno steklo, kot je Pyrex, je odlično odporno na toplotni šok, vendar njegovo taljenje zahteva veliko energije. Poleg tega obstajata samo dve metodi za množično proizvodnjo stekla – tehnologija fuzijskega vlečenja in postopek, znan kot flotacija, pri katerem se staljeno steklo zlije na podlago iz staljenega kositra. Eden od izzivov, s katerimi se sooča steklarna, je potreba po prilagajanju nove sestave z vsemi zahtevanimi lastnostmi proizvodnemu procesu. Ena stvar je izmisliti formulo. Druga stvar je po njegovih besedah ​​izdelava končnega izdelka.

Ne glede na sestavo je glavna sestavina stekla kremen (tudi pesek). Ker ima zelo visoko tališče (1 °C), se za znižanje uporabljajo druge kemikalije, kot je natrijev oksid. Zahvaljujoč temu je s steklom lažje delati in tudi ceneje ga proizvajati. Številne od teh kemikalij dajejo steklu tudi posebne lastnosti, kot so odpornost proti rentgenskim žarkom ali visokim temperaturam, sposobnost odbijanja svetlobe ali razpršitev barv. Težave pa nastanejo ob spremembi sestave: že najmanjša prilagoditev lahko povzroči radikalno drugačen izdelek. Na primer, če uporabite gost material, kot je barij ali lantan, boste dosegli znižanje tališča, vendar tvegate, da končni material ne bo popolnoma homogen. In ko steklo okrepite, povečate tudi tveganje za eksplozivne drobce, če se razbije. Skratka, steklo je material, ki mu vlada kompromis. Prav zato so skladbe, še posebej tiste, uglašene na določen proizvodni proces, tako strogo varovana skrivnost.

Eden ključnih korakov pri proizvodnji stekla je njegovo hlajenje. Pri masovni proizvodnji standardnega stekla je bistveno, da se material ohladi postopoma in enakomerno, da se zmanjšajo notranje napetosti, zaradi katerih bi se steklo sicer lažje zlomilo. Pri kaljenem steklu pa je cilj povečati napetost med notranjo in zunanjo plastjo materiala. Kaljenje stekla lahko paradoksalno okrepi steklo: steklo najprej segrejemo, dokler se ne zmehča, nato pa njegovo zunanjo površino močno ohladimo. Zunanja plast se hitro skrči, notranja pa ostane še staljena. Med ohlajanjem se notranja plast poskuša skrčiti in tako deluje na zunanjo plast. V sredini materiala nastane napetost, površina pa se še bolj zgosti. Kaljeno steklo se lahko razbije, če pridemo skozi zunanjo tlačno plast v obremenjeno območje. Vendar ima tudi utrjevanje stekla svoje meje. Največje možno povečanje trdnosti materiala je odvisno od stopnje njegovega krčenja med hlajenjem; večina kompozicij se le malo skrči.

Razmerje med stiskanjem in napetostjo najbolje pokaže naslednji poskus: z vlivanjem staljenega stekla v ledeno vodo ustvarimo solzam podobne tvorbe, katerih najdebelejši del je sposoben prenesti velikanske pritiske, vključno s ponavljajočimi se udarci kladiva. Vendar pa je tanek del na koncu kapljic bolj ranljiv. Ko ga razbijemo, bo kamnolom poletel skozi celoten objekt s hitrostjo preko 3 km/h in tako sprostil notranjo napetost. Eksplozivno. V nekaterih primerih lahko tvorba eksplodira s tako silo, da oddaja blisk svetlobe.

Kemično kaljenje stekla, metoda, razvita v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ustvari tlačno plast tako kot kaljenje, vendar s postopkom, imenovanim ionska izmenjava. Aluminosilikatno steklo, kot je Gorilla Glass, vsebuje silicijev dioksid, aluminij, magnezij in natrij. Ko je steklo potopljeno v staljeno kalijevo sol, se segreje in razširi. Natrij in kalij imata isti stolpec v periodnem sistemu elementov in se zato obnašata zelo podobno. Visoka temperatura iz raztopine soli poveča migracijo natrijevih ionov iz stekla, po drugi strani pa lahko kalijevi ioni nemoteno prevzamejo njihovo mesto. Ker so kalijevi ioni večji od vodikovih ionov, so bolj koncentrirani na istem mestu. Ko se steklo ohlaja, se še bolj kondenzira in na površini ustvari tlačno plast. (Corning zagotavlja enakomerno ionsko izmenjavo z nadzorom dejavnikov, kot sta temperatura in čas.) V primerjavi s kaljenjem stekla kemično utrjevanje zagotavlja višjo tlačno napetost v površinski plasti (s čimer zagotavlja do štirikrat večjo trdnost) in se lahko uporablja na steklu katere koli vrste. debelina in oblika.

Do konca marca so imeli raziskovalci novo formulo skoraj pripravljeno. Vendar pa so še vedno morali ugotoviti način proizvodnje. Iznajdba novega proizvodnega procesa ni prišla v poštev, saj bi trajala leta. Da bi izpolnili Appleov rok, sta bila dva znanstvenika, Adam Ellison in Matt Dejneka, zadolžena za spreminjanje in odpravljanje napak v procesu, ki ga je podjetje že uspešno uporabljalo. Potrebovali so nekaj, kar bi lahko proizvedlo ogromne količine tankega, prozornega stekla v nekaj tednih.

Znanstveniki so imeli v bistvu samo eno možnost: postopek fuzijskega vlečenja. (V tej zelo inovativni industriji je veliko novih tehnologij, katerih imena pogosto še nimajo češkega ekvivalenta.) Med tem postopkom se staljeno steklo vlije na posebno zagozdo, imenovano "isopipe". Kozarec se preliva na obeh straneh debelejšega dela zagozde in se ponovno spoji na spodnji ožji strani. Nato potuje po valjih, katerih hitrost je natančno nastavljena. Hitreje kot se premikajo, tanjše bo steklo.

Ena od tovarn, ki uporablja ta postopek, se nahaja v Harrodsburgu v Kentuckyju. V začetku leta 2007 je ta podružnica delovala s polno zmogljivostjo, njenih sedem petmetrskih rezervoarjev pa je vsako uro v svet prineslo 450 kg stekla, namenjenega za LCD panele za televizorje. Eden od teh rezervoarjev bi lahko zadostoval za prvotno povpraševanje Applea. Toda najprej je bilo treba revidirati formule starih Chemcorjevih sestavkov. Ne samo, da je moralo biti steklo debelo 1,3 mm, moralo je biti tudi bistveno lepše na pogled kot recimo polnilo telefonske govorilnice. Elisson in njegova ekipa so imeli šest tednov časa, da so ga izpopolnili. Za modificiranje stekla v postopku »fusion draw« je nujno, da je izjemno fleksibilno tudi pri relativno nizkih temperaturah. Težava je v tem, da vse, kar naredite za izboljšanje prožnosti, znatno poveča tudi tališče. S prilagajanjem več obstoječih sestavin in dodajanjem ene skrivne sestavine je znanstvenikom uspelo izboljšati viskoznost, hkrati pa zagotoviti višjo napetost v steklu in hitrejšo ionsko izmenjavo. Rezervoar je bil lansiran maja 2007. V juniju je proizvedel dovolj stekla Gorilla Glass, da je napolnil štiri nogometna igrišča.

V petih letih je steklo Gorilla Glass iz zgolj materiala postalo estetski standard – majhna ločnica, ki ločuje naš fizični jaz od virtualnega življenja, ki ga nosimo v svojih žepih. Dotaknemo se zunanje plasti stekla in naše telo sklene tokokrog med elektrodo in sosedom ter pretvori gibanje v podatke. Gorilla je zdaj predstavljena v več kot 750 izdelkih 33 blagovnih znamk po vsem svetu, vključno s prenosniki, tablicami, pametnimi telefoni in televizorji. Če s prstom redno hodite po napravi, steklo Gorilla Glass verjetno že poznate.

Corningovi prihodki so z leti skokovito narasli, z 20 milijonov dolarjev leta 2007 na 700 milijonov dolarjev leta 2011. In zdi se, da bodo steklo še druge možne uporabe. Eckersley O'Callaghan, čigar oblikovalci so zaslužni za videz več ikoničnih trgovin Apple Store, je to dokazal v praksi. Na letošnjem London Design Festivalu so predstavili skulpturo, izdelano samo iz stekla Gorilla Glass. To bi se lahko sčasoma znova pojavilo na avtomobilskih vetrobranskih steklih. Podjetje se trenutno pogaja o njegovi uporabi v športnih avtomobilih.

Kakšne so razmere okoli stekla danes? V Harrodsburgu jih posebni stroji rutinsko naložijo v lesene zaboje, tovorijo v Louisville in nato z vlakom pošljejo proti zahodni obali. Ko so tam, steklene plošče položijo na tovorne ladje in jih prepeljejo v tovarne na Kitajskem, kjer so podvržene več končnim procesom. Najprej jih skuhamo z vročo kalijevo kopeljo, nato pa jih narežemo na manjše pravokotnike.

Seveda Gorilla Glass kljub vsem svojim čarobnim lastnostim lahko odpove in včasih celo zelo »učinkovito«. Zlomi se, ko nam telefon pade, ko ga upognemo, se spremeni v pajka, poči, ko sedemo nanj. Konec koncev je še vedno steklo. In zato je v Corningu majhna ekipa ljudi, ki preživijo večino dneva, ko to razčlenjujejo.

»Imenujemo ga norveško kladivo,« pravi Jaymin Amin, medtem ko iz škatle vleče velik kovinski valj. To orodje pogosto uporabljajo letalski inženirji za testiranje trdnosti aluminijastega trupa letal. Amin, ki nadzoruje razvoj vseh novih materialov, raztegne vzmet v kladivu in sprosti polna 2 joula energije v milimeter tanko stekleno ploščo. Takšna sila bo ustvarila veliko udrtino v masivnem lesu, steklu pa se ne bo zgodilo nič.

Uspeh stekla Gorilla Glass pomeni več ovir za Corning. Podjetje se mora prvič v svoji zgodovini soočiti s tako velikim povpraševanjem po novih različicah svojih izdelkov: vsakič, ko izda novo iteracijo stekla, je treba spremljati, kako se obnaša v smislu zanesljivosti in robustnosti neposredno v polje. V ta namen Aminova ekipa zbere na stotine pokvarjenih mobilnih telefonov. "Poškodba, ne glede na to, ali je majhna ali velika, se skoraj vedno začne na istem mestu," pravi znanstvenik Kevin Reiman in kaže na skoraj nevidno razpoko na HTC Wildfire, enem od več pokvarjenih telefonov na mizi pred njim. Ko najdete to razpoko, lahko izmerite njeno globino, da dobite predstavo o pritisku, ki mu je bilo izpostavljeno steklo; če lahko posnemate to razpoko, lahko raziščete, kako se je razširila po materialu, in jo poskusite preprečiti v prihodnosti, bodisi s spreminjanjem sestave ali s kemičnim utrjevanjem.

S temi informacijami lahko preostali člani Aminove ekipe znova in znova preiskujejo isto materialno napako. Za to uporabljajo stiskalnice z vzvodi, teste padcev na granitne, betonske in asfaltne površine, spuščajo različne predmete na steklo in na splošno uporabljajo številne mučilne naprave industrijskega videza z arzenalom diamantnih konic. Imajo celo visokohitrostno kamero, ki lahko posname milijon sličic na sekundo, kar pride prav za študije upogibanja stekla in širjenja razpok.

Vse to nadzorovano uničevanje pa se podjetju obrestuje. V primerjavi s prvo različico je Gorilla Glass 2 močnejši za dvajset odstotkov (tretja različica pa naj bi prišla na trg v začetku prihodnjega leta). Znanstveniki Corninga so to dosegli tako, da so stiskanje zunanje plasti potisnili do skrajne meje – pri prvi različici stekla Gorilla Glass so bili nekoliko konzervativni – ne da bi povečali tveganje eksplozivnega zloma, povezanega s tem premikom. Kljub temu je steklo krhek material. In medtem ko se krhki materiali zelo dobro upirajo stiskanju, so izjemno šibki, ko se raztegnejo: če jih upognete, se lahko zlomijo. Ključ do stekla Gorilla Glass je stiskanje zunanje plasti, ki preprečuje širjenje razpok po materialu. Ko vam telefon pade, se njegov zaslon morda ne bo takoj razbil, vendar pa lahko padec povzroči dovolj škode (tudi mikroskopska razpoka je dovolj), da bistveno poslabša trdnost materiala. Že naslednji najmanjši padec ima lahko resne posledice. To je ena od neizogibnih posledic dela z materialom, kjer gre predvsem za kompromise, za ustvarjanje popolnoma nevidne površine.

Ponovno smo v tovarni Harrodsburg, kjer moški v črni majici Gorilla Glass dela s stekleno ploščo, tanko kot 100 mikronov (približno debelina aluminijaste folije). Stroj, ki ga upravlja, vodi material skozi vrsto valjev, iz katerih se steklo pojavi upognjeno kot ogromen svetleč kos prozornega papirja. Ta izredno tanek in zvit material se imenuje Willow. Za razliko od stekla Gorilla Glass, ki deluje nekoliko kot oklep, lahko Willow primerjamo bolj z dežnim plaščem. Je vzdržljiv in lahek ter ima veliko potenciala. Raziskovalci pri Corningu verjamejo, da bi material lahko našel aplikacije v prilagodljivih oblikah pametnih telefonov in ultratankih zaslonih OLED. Eno od energetskih podjetij bi prav tako želelo, da bi Willow uporabljali v solarnih kolektorjih. Pri Corningu si zamislijo celo e-knjige s steklenimi stranmi.

Nekega dne bo Willow dostavil 150 metrov stekla na ogromnih kolutih. Se pravi, če ga kdo dejansko naroči. Za zdaj tuljave mirujejo v tovarni Harrodsburgh in čakajo, da se pojavi prava težava.

Vir: Wired.com
.