Filip Novotny Strax innan lanseringen av den första iPhonen efterlyste Steve Jobs sina anställda och blev rasande över ett gäng repor som dök upp på prototypen han använde efter några veckor. Det var tydligt att det inte gick att använda standardglas, så Jobs slog sig ihop med glasföretaget Corning. Dess historia går dock tillbaka djupt in i förra seklet.
Allt började med ett misslyckat experiment. En dag 1952 testade Corning Glass Works kemist Don Stookey ett prov av ljuskänsligt glas och placerade det i en 600°C ugn. Men under testet uppstod ett fel i en av regulatorerna och temperaturen steg till 900 °C. Stookey förväntade sig att hitta en smält glasklump och en förstörd ugn efter detta misstag. Istället fann han dock att hans prov hade förvandlats till en mjölkvit platta. När han försökte ta tag i henne gled tången och föll till marken. Istället för att krossas på marken studsade den tillbaka.
Don Stookey visste det inte vid den tiden, men han hade precis uppfunnit den första syntetiska glaskeramiken; Corning kallade senare detta material för Pyroceram. Lättare än aluminium, hårdare än stål med hög kolhalt och många gånger starkare än vanligt soda-kalkglas, fann det snart användning i allt från ballistiska missiler till kemiska laboratorier. Den användes också i mikrovågsugnar, och 1959 kom Pyroceram in i hemmen i form av CorningWare-kokkärl.
Det nya materialet var en stor ekonomisk välsignelse för Corning och möjliggjorde lanseringen av Project Muscle, en massiv forskningsinsats för att hitta andra sätt att härda glas. Ett grundläggande genombrott inträffade när forskare kom på en metod för att stärka glas genom att doppa det i en het lösning av kaliumsalt. De fann att när de tillsatte aluminiumoxid till glaskompositionen innan de sänktes ned i lösningen, var det resulterande materialet anmärkningsvärt starkt och hållbart. Forskarna började snart kasta sådant härdat glas från sin nio våningar höga byggnad och bombardera glaset, internt känt som 0317, med frusna kycklingar. Glaset kunde böjas och vridas extraordinärt och klarade även ett tryck på ca 17 850 kg/cm. (Vanligt glas kan utsättas för ett tryck på cirka 1 250 kg/cm.) 1962 började Corning erbjuda materialet under namnet Chemcor, i tron att det skulle hitta tillämpningar i produkter som telefonkiosker, fängelsefönster eller glasögon.
Även om intresset för materialet var stort till en början var försäljningen låg. Flera företag har lagt beställningar på skyddsglasögon. Dessa drogs dock snart tillbaka på grund av oro över det explosiva sätt på vilket glaset kunde krossas. Chemcor verkar kunna bli det idealiska materialet för bilvindrutor; även om det dök upp i några AMC-spjut, var de flesta tillverkare inte övertygade om dess fördelar. De trodde inte att Chemcor var värt den ökade kostnaden, särskilt eftersom de framgångsrikt hade använt laminerat glas sedan 30-talet.
Corning uppfann en kostsam innovation som ingen brydde sig om. Han blev verkligen inte hjälpt av krocktesterna, som visade att med vindrutor "visar människohuvudet betydligt högre retardationer" - Chemcoren klarade sig oskadd, men det gjorde inte människans skalle.
Efter att företaget utan framgång försökt sälja materialet till Ford Motors och andra biltillverkare, avslutades Project Muscle 1971 och Chemcor-materialet hamnade på is. Det var en lösning som fick vänta på rätt problem.
Vi befinner oss i delstaten New York, där Cornings huvudkontor ligger. Direktören för företaget, Wendell Weeks, har sitt kontor på andra våningen. Och det är just här som Steve Jobs tilldelade den då femtiofemåriga Weeks en till synes omöjlig uppgift: att producera hundratusentals kvadratmeter ultratunt och ultrastarkt glas som inte funnits förrän nu. Och inom sex månader. Historien om detta samarbete – inklusive Jobs försök att lära Weeks principerna för hur glas fungerar och hans övertygelse om att målet kan uppnås – är välkänd. Hur Corning faktiskt klarade det är inte längre känt.
Weeks gick med i företaget 1983; tidigare än 2005 besatte han den högsta posten och övervakade tv-avdelningen samt avdelningen för specialspecialiserade tillämpningar. Fråga honom om glas och han kommer att berätta att det är ett vackert och exotiskt material, vars potential forskare bara har börjat upptäcka idag. Han kommer att rave om dess "äkthet" och behaglighet vid beröring, bara för att berätta om dess fysiska egenskaper efter ett tag.
Weeks and Jobs delade en svaghet för design och en besatthet av detaljer. Båda lockades av stora utmaningar och idéer. Från ledningens sida var Jobs dock lite av en diktator, medan Weeks å andra sidan (som många av hans föregångare på Corning) stödjer en friare regim utan alltför stor hänsyn till underordning. "Det finns ingen åtskillnad mellan mig och de enskilda forskarna", säger Weeks.
Och faktiskt, trots att det är ett stort företag – det hade 29 000 anställda och 7,9 miljarder dollar i intäkter förra året – fungerar Corning fortfarande som ett litet företag. Detta möjliggörs av dess relativa avstånd från omvärlden, en dödlighet som svävar runt 1% varje år, och även företagets berömda historia. (Don Stookey, nu 97, och andra Corning-legender kan fortfarande ses i korridorerna och laboratoriet på forskningsanläggningen i Sullivan Park.) "Vi är alla här för livet", ler Weeks. "Vi har känt varandra här länge och har upplevt många framgångar och misslyckanden tillsammans."
Ett av de första samtalen mellan Weeks och Jobs hade faktiskt inget med glas att göra. Vid en tidpunkt arbetade Corning-forskare med mikroprojektionsteknik - mer exakt ett bättre sätt att använda syntetiska gröna lasrar. Huvudtanken var att folk inte vill stirra på en miniatyrskärm på sin mobiltelefon hela dagen när de vill se filmer eller tv-program, och projektion verkade vara en naturlig lösning. Men när Weeks diskuterade idén med Jobs avfärdade Apple-chefen det som nonsens. Samtidigt nämnde han att han jobbar på något bättre – en enhet vars yta helt består av en display. Den kallades iPhone.
Även om Jobs fördömde gröna lasrar, representerar de "innovationen för innovationens skull" som är så karakteristisk för Corning. Företaget har sådan respekt för experimenterandet att det investerar respektabla 10 % av sin vinst i forskning och utveckling varje år. Och i goda och dåliga tider. När den olycksbådande dot-com-bubblan brast 2000 och Cornings värde sjönk från 100 dollar per aktie till 1,50 dollar, försäkrade dess VD forskarna inte bara att forskning fortfarande var i hjärtat av företaget, utan att det var forskning och utveckling som höll det igång. föra tillbaka till framgång.
"Det är ett av de mycket få teknikbaserade företagen som kan fokusera om på en regelbunden basis", säger Rebecca Henderson, professor vid Harvard Business School som har studerat Cornings historia. "Det är väldigt lätt att säga, men svårt att göra." En del av den framgången ligger i förmågan att inte bara utveckla ny teknik, utan också ta reda på hur man kan börja producera dem i stor skala. Även om Corning är framgångsrik på båda dessa sätt kan det ofta ta decennier att hitta en lämplig – och tillräckligt lönsam – marknad för sin produkt. Som professor Henderson säger innebär innovation, enligt Corning, ofta att man tar misslyckade idéer och använder dem för ett helt annat syfte.
Idén att damma av Chemcors prover kom till 2005, innan Apple ens kom in i spelet. Vid den tiden släppte Motorola Razr V3, en mobiltelefon som använde glas istället för den typiska hårdplastskärmen. Corning bildade en liten grupp med uppgift att se om det var möjligt att återuppliva Type 0317-glas för användning i enheter som mobiltelefoner eller klockor. De gamla Chemcor-proverna var cirka 4 millimeter tjocka. Kanske kan de tunnas ut. Efter flera marknadsundersökningar blev företagets ledning övertygad om att företaget kunde tjäna lite pengar på denna specialiserade produkt. Projektet fick namnet Gorilla Glass.
År 2007, när Jobs uttryckte sina idéer om det nya materialet, kom projektet inte särskilt långt. Apple krävde uppenbarligen enorma mängder av 1,3 mm tunt, kemiskt härdat glas – något som ingen hade skapat tidigare. Kan Chemcor, som ännu inte har masstillverkats, kopplas till en tillverkningsprocess som skulle kunna möta den massiva efterfrågan? Är det möjligt att göra ett material som ursprungligen var avsett för bilglas ultratunt och samtidigt behålla sin styrka? Kommer den kemiska härdningsprocessen ens att vara effektiv för sådant glas? Vid den tiden visste ingen svaret på dessa frågor. Så Weeks gjorde precis vad alla riskvilliga vd skulle göra. Han sa ja.
För ett material så beryktat att det i princip är osynligt är modernt industriglas anmärkningsvärt komplext. Vanligt soda-lime glas räcker för tillverkning av flaskor eller glödlampor, men är mycket olämpligt för andra användningsområden, eftersom det kan splittras till vassa skärvor. Borosilikatglas som Pyrex är utmärkta på att motstå värmechock, men dess smältning kräver mycket energi. Dessutom finns det bara två metoder för att massproducera glas – fusion draw-teknik och en process som kallas floatation, där smält glas hälls på en bas av smält tenn. En av utmaningarna som glasfabriken måste möta är behovet av att matcha en ny komposition, med alla nödvändiga egenskaper, till produktionsprocessen. Det är en sak att komma på en formel. Enligt honom är det andra att göra slutprodukten.
Oavsett sammansättning är glasets huvudkomponent kiseldioxid (alias sand). Eftersom den har en mycket hög smältpunkt (1 720 °C) används andra kemikalier, såsom natriumoxid, för att sänka den. Tack vare detta är det möjligt att arbeta med glas lättare och även att tillverka det billigare. Många av dessa kemikalier ger också specifika egenskaper till glaset, såsom motståndskraft mot röntgenstrålar eller höga temperaturer, förmågan att reflektera ljus eller sprida färger. Problem uppstår dock när sammansättningen ändras: minsta justering kan resultera i en radikalt annorlunda produkt. Använder man till exempel ett tätt material som barium eller lantan uppnår man en sänkning av smältpunkten, men man riskerar att slutmaterialet inte blir helt homogent. Och när du förstärker glaset ökar du också risken för explosiv fragmentering om det går sönder. Kort sagt, glas är ett material som styrs av kompromisser. Det är just därför kompositioner, och särskilt de som är avstämda till en specifik produktionsprocess, är en så högt bevakad hemlighet.
Ett av nyckelstegen i glasproduktion är dess kylning. Vid massproduktion av standardglas är det väsentligt att kyla materialet gradvis och jämnt för att minimera inre spänningar som annars skulle göra glaset lättare att gå sönder. Med härdat glas däremot är målet att lägga till spänning mellan materialets inre och yttre lager. Glashärdning kan paradoxalt nog göra glaset starkare: glaset värms först tills det mjuknar och sedan kyls dess yttre yta kraftigt. Det yttre lagret krymper snabbt, medan insidan fortfarande är smält. Under kylning försöker det inre skiktet att krympa, vilket påverkar det yttre skiktet. En spänning skapas i mitten av materialet samtidigt som ytan förtätas ännu mer. Härdat glas kan gå sönder om vi tar oss igenom det yttre tryckskiktet in i stressområdet. Men även härdningen av glas har sina gränser. Den maximala möjliga ökningen av hållfastheten hos materialet beror på hastigheten för dess krympning under kylning; de flesta kompositioner krymper endast något.
Sambandet mellan kompression och spänning demonstreras bäst av följande experiment: genom att hälla smält glas i isvatten skapar vi droppliknande formationer, vars tjockaste del klarar av enorma tryck, inklusive upprepade hammarslag. Den tunna delen i slutet av dropparna är dock mer sårbar. När vi bryter den kommer stenbrottet att flyga genom hela föremålet med en hastighet på över 3 000 km/h och därmed släppa inre spänningar. Explosivt. I vissa fall kan formationen explodera med sådan kraft att den avger en ljusblixt.
Kemisk härdning av glas, en metod som utvecklades på 60-talet, skapar ett trycklager precis som härdning, men genom en process som kallas jonbyte. Aluminosilikatglas, såsom Gorilla Glass, innehåller kiseldioxid, aluminium, magnesium och natrium. När det sänks ned i smält kaliumsalt värms glaset upp och expanderar. Natrium och kalium delar samma kolumn i grundämnenas periodiska system och beter sig därför väldigt lika. Den höga temperaturen från saltlösningen ökar migrationen av natriumjoner från glaset, och kaliumjoner kan å andra sidan ta sin plats ostört. Eftersom kaliumjoner är större än vätejoner är de mer koncentrerade på samma plats. När glaset svalnar kondenserar det ännu mer, vilket skapar ett trycklager på ytan. (Corning säkerställer ett jämnt jonbyte genom att styra faktorer som temperatur och tid.) Jämfört med glashärdning garanterar kemisk härdning en högre tryckspänning i ytskiktet (vilket garanterar upp till fyra gånger styrkan) och kan användas på glas av alla tjocklek och form.
I slutet av mars hade forskarna den nya formeln nästan klar. Men de var fortfarande tvungna att hitta en produktionsmetod. Att uppfinna en ny produktionsprocess var uteslutet eftersom det skulle ta år. För att klara Apples deadline fick två av forskarna, Adam Ellison och Matt Dejneka, i uppdrag att modifiera och felsöka en process som företaget redan använde framgångsrikt. De behövde något som skulle kunna producera enorma mängder tunt, klart glas på några veckor.
Forskare hade i princip bara ett alternativ: fusionsdragningsprocessen. (Det finns många nya teknologier i denna mycket innovativa industri, vars namn ofta ännu inte har en tjeckisk motsvarighet.) Under denna process hälls smält glas på en speciell kil som kallas en "isopipe". Glaset svämmar över på båda sidor av den tjockare delen av kilen och sammanfogar igen på den nedre smalsidan. Den färdas sedan på rullar vars hastighet är exakt inställd. Ju snabbare de rör sig, desto tunnare blir glaset.
En av fabrikerna som använder denna process ligger i Harrodsburg, Kentucky. I början av 2007 var denna filial i full kapacitet och dess sju femmeterstankar förde 450 kg glas avsett för LCD-paneler för tv-apparater till världen varje timme. En av dessa tankar kan räcka för det initiala kravet från Apple. Men först var det nödvändigt att revidera formlerna för de gamla Chemcor-kompositionerna. Glaset behövde inte bara vara 1,3 mm tunt, det måste också vara betydligt snyggare att se på än till exempel en telefonkioskfyllare. Elisson och hans team hade sex veckor på sig att fullända det. För att glaset ska kunna modifieras i "fusion draw"-processen är det nödvändigt att det är extremt flexibelt även vid relativt låga temperaturer. Problemet är att allt du gör för att förbättra elasticiteten också avsevärt ökar smältpunkten. Genom att justera flera befintliga ingredienser och lägga till en hemlig ingrediens kunde forskarna förbättra viskositeten samtidigt som de säkerställde en högre spänning i glaset och snabbare jonbyte. Tanken sjösattes i maj 2007. Under juni producerade den tillräckligt med Gorilla Glass för att fylla fyra fotbollsplaner.
På fem år har Gorilla Glass gått från att bara vara ett material till en estetisk standard – den lilla klyftan som skiljer vårt fysiska jag från de virtuella liv vi bär runt i fickan. Vi rör vid det yttre lagret av glas och vår kropp stänger kretsen mellan elektroden och dess granne och omvandlar rörelse till data. Gorilla finns nu i mer än 750 produkter från 33 varumärken världen över, inklusive bärbara datorer, surfplattor, smartphones och tv-apparater. Om du regelbundet kör fingret över en enhet är du förmodligen redan bekant med Gorilla Glass.
Cornings intäkter har skjutit i höjden under åren, från 20 miljoner dollar 2007 till 700 miljoner dollar 2011. Och det ser ut som att det kommer att finnas andra möjliga användningsområden för glas. Eckersley O'Callaghan, vars designers är ansvariga för utseendet på flera ikoniska Apple Stores, har bevisat detta i praktiken. På årets London Design Festival presenterade de en skulptur endast gjord av Gorilla Glass. Detta kan så småningom dyka upp igen på fordonsvindrutor. Företaget förhandlar för närvarande om användningen i sportbilar.
Hur ser situationen kring glas ut idag? I Harrodsburg lastar speciella maskiner dem rutinmässigt i trälådor, lastar dem till Louisville och skickar dem sedan med tåg mot västkusten. Väl där placeras glasskivorna på lastfartyg och transporteras till fabriker i Kina där de genomgår flera slutprocesser. Först får de ett varmt kaliumbad och sedan skärs de i mindre rektanglar.
Naturligtvis, trots alla dess magiska egenskaper, kan Gorilla Glass misslyckas, och ibland till och med mycket "effektivt". Den går sönder när vi tappar telefonen, den förvandlas till en spindel när den böjs, den spricker när vi sitter på den. Det är trots allt fortfarande glas. Och det är därför det finns ett litet team av människor i Corning som tillbringar större delen av dagen med att bryta ner det.
"Vi kallar det den norska hammaren", säger Jaymin Amin när han drar upp en stor metallcylinder ur lådan. Det här verktyget används ofta av flygingenjörer för att testa styrkan hos flygplanets aluminiumkropp. Amin, som övervakar utvecklingen av alla nya material, sträcker ut fjädern i hammaren och släpper ut hela 2 joule energi i den millimetertunna glasskivan. Sådan kraft kommer att skapa en stor buckla i det massiva träet, men ingenting kommer att hända med glaset.
Framgången med Gorilla Glass innebär flera hinder för Corning. För första gången i sin historia måste företaget möta en så hög efterfrågan på nya versioner av sina produkter: varje gång det släpper en ny iteration av glas är det nödvändigt att övervaka hur det beter sig när det gäller tillförlitlighet och robusthet direkt i fält. För det ändamålet samlar Amins team in hundratals trasiga mobiltelefoner. "Skadan, oavsett om den är liten eller stor, börjar nästan alltid på samma plats", säger forskaren Kevin Reiman och pekar på en nästan osynlig spricka på HTC Wildfire, en av flera trasiga telefoner på bordet framför honom. När du väl har hittat denna spricka kan du mäta dess djup för att få en uppfattning om vilket tryck glaset utsattes för; om du kan efterlikna denna spricka kan du undersöka hur den fortplantat sig i materialet och försöka förhindra det i framtiden, antingen genom att modifiera sammansättningen eller genom kemisk härdning.
Med denna information kan resten av Amins team undersöka samma materialfel om och om igen. För att göra detta använder de spakpressar, falltester på granit-, betong- och asfaltytor, tappar olika föremål på glaset och använder i allmänhet ett antal industriellt utseende tortyranordningar med en arsenal av diamantspetsar. De har till och med en höghastighetskamera som kan spela in en miljon bilder per sekund, vilket är praktiskt för studier av glasböjning och sprickutbredning.
Men all den kontrollerade förstörelsen lönar sig för företaget. Jämfört med den första versionen är Gorilla Glass 2 tjugo procent starkare (och den tredje versionen bör komma ut på marknaden i början av nästa år). Corning-forskarna uppnådde detta genom att pressa komprimeringen av det yttre lagret till det yttersta - de var lite konservativa med den första versionen av Gorilla Glass - utan att öka risken för explosivt brott i samband med detta skifte. Ändå är glas ett ömtåligt material. Och även om spröda material motstår kompression mycket bra, är de extremt svaga när de sträcks: om du böjer dem kan de gå sönder. Nyckeln till Gorilla Glass är komprimeringen av det yttre lagret, vilket förhindrar att sprickor sprider sig i materialet. Om du tappar telefonen kanske dess display inte går sönder omedelbart, men fallet kan orsaka tillräckligt med skada (även en mikroskopisk spricka räcker) för att i grunden försämra materialets styrka. Nästa minsta fall kan då få allvarliga konsekvenser. Detta är en av de oundvikliga konsekvenserna av att arbeta med ett material som handlar om kompromisser, om att skapa en helt osynlig yta.
Vi är tillbaka på fabriken i Harrodsburg, där en man i en svart Gorilla Glass T-shirt arbetar med en glasskiva så tunn som 100 mikron (ungefär tjockleken på stålfolie). Maskinen han driver kör materialet genom en serie rullar, ur vilka glaset kommer fram böjt som ett enormt blankt genomskinligt papper. Detta anmärkningsvärt tunna och rullbara material kallas Willow. Till skillnad från Gorilla Glass, som fungerar lite som pansar, kan Willow mer jämföras med en regnrock. Den är tålig och lätt och har mycket potential. Forskare vid Corning tror att materialet kan hitta applikationer i flexibla smartphonedesigner och ultratunna OLED-skärmar. Ett av energibolagen skulle också vilja se Willow användas i solpaneler. På Corning tänker man sig till och med e-böcker med glassidor.
En dag kommer Willow att leverera 150 meter glas på enorma rullar. Det vill säga om någon faktiskt beställer det. För nu står spolarna sysslolösa på Harrodsburgh-fabriken och väntar på att rätt problem ska uppstå.
bra artikel, tack!
Intressant artikel :) men jag skulle vilja veta hur Gorillaglaset blev hos Steve :) hur var demonstrationen av projektet :)... faktiskt, enligt mig skulle det vara helt på 1 :)
Intressant artikel :) men jag skulle vilja veta hur Gorillaglaset blev hos Steve :) hur var demonstrationen av projektet :)... faktiskt, enligt mig skulle det vara helt på 1 :)
det står i Steve Jobs bok ;)
tack :)
Snyggt! :-)
Snyggt! :-)
Jag tyckte verkligen om att läsa och lärde mig mycket. Tack så mycket.
Mycket trevlig artikel, tack för den. Mannen lärde sig något intressant. Författare från zive.cz och spol kan lära sig något..
Så här föreställer jag mig en server om apple! Jablickar leder :) tack
Den i särklass bästa artikeln om Jablickari i år. Och i SJ:s CV fanns inte ens en bråkdel av den information som ges här. Tack!
Vänta, så den första iPhonen använde redan Gorilla, eller vad? Annars bra artikel. :)
Det är så. De bytte i princip från plast till Gorilla Glass i sista minuten.
Bra artikel :D …. Är det någon som vet om han har en iphone 5 gorilla glas 2???
Helt fantastisk artikel! Tack!
Det är precis vad jag väntar på och därför jag kommer hit. Bara oftare och oftare, tack!
Jättebra artikel! Fler av dessa och jag smackar framför redaktören och översättaren!
Jag beundrar att vid en tidpunkt då någon "seriös" nyhetswebbplats i första hand letar efter opublicerade foton av Kate (även inhemska servrar glömde Iveta Bartošová i några dagar!), kommer Jablíčkář med informativa artiklar. Tack! :-)
Frodo
Tack för den bra artikeln, fortsätt så.
Fantastisk artikel! Jag läste den i ett ögonblick :-), som en bra deckare (eller science fiction, hehe)
Tack!
Tack för en bra artikel, jag tycker att det är värt att investera din tid för att sova på något så värdefullt.
bra artikel! Tack!
Åh, nu är jag helt förvånad!
Någon sa en gång till mig: "Det är alltid bara en dum telefon!".
På något sätt, i den här annars väldigt fint skrivna artikeln, saknar jag Cornings andel av vapenförråd till USAF. Sedan 60-talet har de levererat sitt härdade glas till en specifik del av den främre delen av cockpiten på stridsflygplan för att öka skyddet för flygplansbesättningen, t ex vid kollision med fåglar, men givetvis även mot missiler, och om jag inte misstar mig så har de samlat mycket information och erfarenhet här om utveckling och tillverkning av dessa material. Och som det händer tog det mer än 50 år för dessa teknologier att nå den civila sektorn.
Bra artikel, fortsätt så :-)
Tja, en så fint skriven tekniskt fokuserad artikel, ...hatten av, tack.
Jenda Pilsenský
Gud artikel!! BTW Willow-glaset är intressant... Jag är ganska intresserad av att se hur det beter sig när man försöker skrynkla ihop sig när det är som stanniol ;) och hur det klarar sig med reptålighet.