Închide anunțul

Cu puțin timp înainte de lansarea primului iPhone, Steve Jobs și-a chemat angajații și a fost furios de o grămadă de zgârieturi care au apărut pe prototipul pe care îl folosea după câteva săptămâni. Era clar că nu se poate folosi sticlă standard, așa că Jobs a făcut echipă cu compania de sticlă Corning. Cu toate acestea, istoria sa merge înapoi adânc în secolul trecut.

Totul a început cu un experiment eșuat. Într-o zi din 1952, chimistul de la Corning Glass Works, Don Stookey, a testat o probă de sticlă fotosensibilă și a pus-o într-un cuptor de 600°C. Cu toate acestea, în timpul testului, a apărut o eroare la unul dintre regulatoare și temperatura a crescut la 900 °C. Stookey se aștepta să găsească un bulgăre de sticlă topită și un cuptor distrus după această greșeală. În schimb, a descoperit că proba lui s-a transformat într-o placă albă lăptoasă. În timp ce încerca să o prindă, cleștii au alunecat și au căzut la pământ. În loc să se spargă pe pământ, a revenit.

Don Stookey nu știa asta la acea vreme, dar tocmai inventase prima sticlă ceramică sintetică; Corning a numit mai târziu acest material Pyroceram. Mai ușor decât aluminiul, mai dur decât oțelul cu conținut ridicat de carbon și de multe ori mai puternic decât sticla soda-calcică obișnuită, a găsit în curând o utilizare în orice, de la rachete balistice la laboratoare chimice. A fost folosit și în cuptoarele cu microunde, iar în 1959 Pyroceram a intrat în case sub formă de vase CorningWare.

Noul material a reprezentat un avantaj financiar major pentru Corning și a permis lansarea Proiectului Muscle, un efort masiv de cercetare pentru a găsi alte modalități de a întări sticla. O descoperire fundamentală a avut loc atunci când cercetătorii au venit cu o metodă de întărire a sticlei prin scufundarea acesteia într-o soluție fierbinte de sare de potasiu. Ei au descoperit că, atunci când au adăugat oxid de aluminiu în compoziția de sticlă înainte de a o scufunda în soluție, materialul rezultat a fost remarcabil de puternic și durabil. Oamenii de știință au început curând să arunce astfel de sticlă întărită din clădirea lor cu nouă etaje și să bombardeze sticla, cunoscută în interior sub numele de 0317, cu pui înghețați. Sticla putea fi îndoită și răsucită într-un grad extraordinar și, de asemenea, a rezistat la o presiune de aproximativ 17 kg/cm. (Sticlă obișnuită poate fi supusă unei presiuni de aproximativ 850 kg/cm.) În 1, Corning a început să ofere materialul sub numele Chemcor, crezând că va găsi aplicații în produse precum cabinele telefonice, ferestrele închisorilor sau ochelarii de vedere.

Deși la început a existat mult interes pentru material, vânzările au fost scăzute. Mai multe companii au făcut comenzi pentru ochelari de protecție. Cu toate acestea, acestea au fost retrase în curând din cauza preocupărilor legate de modul exploziv în care sticla s-ar putea sparge. Chemcor aparent ar putea deveni materialul ideal pentru parbrizurile auto; deși a apărut în câteva AMC Javelins, majoritatea producătorilor nu erau convinși de meritele sale. Ei nu credeau că Chemcor merită creșterea costurilor, mai ales că au folosit cu succes sticlă laminată încă din anii 30.

Corning a inventat o inovație costisitoare de care nimănui nu i-a păsat. Cu siguranță nu a fost ajutat de testele de impact, care au arătat că cu parbrize „capul uman prezintă decelerații semnificativ mai mari” - Chemcor a supraviețuit nevătămat, dar craniul uman nu a făcut-o.

După ce compania a încercat fără succes să vândă materialul Ford Motors și altor producători de automobile, Proiectul Muscle a fost încheiat în 1971, iar materialul Chemcor a ajuns pe gheață. A fost o soluție care trebuia să aștepte problema corectă.

Ne aflăm în statul New York, unde se află clădirea sediului Corning. Directorul companiei, Wendell Weeks, are biroul la etajul doi. Și tocmai aici Steve Jobs i-a atribuit Weeks-ului, în vârstă de cincizeci și cinci de ani, o sarcină aparent imposibilă: să producă sute de mii de metri pătrați de sticlă ultra-subțire și ultra-rezistentă care nu exista până acum. Și în șase luni. Povestea acestei colaborări - inclusiv încercarea lui Jobs de a-l învăța pe Weeks principiile modului în care funcționează sticla și credința sa că scopul poate fi atins - este bine cunoscută. Nu se mai știe cum a reușit Corning de fapt.

Weeks sa alăturat companiei în 1983; mai devreme de 2005, a ocupat postul de vârf, supraveghend divizia de televiziune, precum și departamentul pentru aplicații speciale de specialitate. Întrebați-l despre sticlă și vă va spune că este un material frumos și exotic, potențialul căruia oamenii de știință abia au început să-l descopere astăzi. El se va bucura de „autenticitatea” și plăcerea sa la atingere, doar pentru a vă spune despre proprietățile sale fizice după un timp.

Weeks and Jobs au împărtășit o slăbiciune pentru design și o obsesie pentru detalii. Amandoi au fost atrasi de mari provocari si idei. Din partea managementului, însă, Jobs a fost un pic un dictator, în timp ce Weeks, pe de altă parte (ca mulți dintre predecesorii săi de la Corning), susține un regim mai liber, fără prea multă atenție pentru subordonare. „Nu există nicio separare între mine și cercetătorii individuali”, spune Weeks.

Și într-adevăr, în ciuda faptului că este o companie mare – a avut 29 de angajați și 000 miliarde de dolari în venituri anul trecut – Corning încă se comportă ca o mică afacere. Acest lucru este posibil prin distanța relativă față de lumea exterioară, o rată a mortalității care se situează în jur de 7,9% în fiecare an și, de asemenea, istoria faimoasă a companiei. (Don Stookey, acum 1 de ani, și alte legende Corning pot fi încă văzute pe holurile și laboratoarele unității de cercetare din Sullivan Park.) „Suntem cu toții aici pentru viață”, zâmbește Weeks. „Ne cunoaștem aici de mult timp și am experimentat împreună multe succese și eșecuri”.

Una dintre primele conversații dintre Weeks și Jobs nu a avut nicio legătură cu sticla. La un moment dat, oamenii de știință de la Corning lucrau la tehnologia de microproiecție - mai precis, o modalitate mai bună de a folosi lasere verzi sintetice. Ideea principală a fost că oamenii nu vor să se uite la un ecran în miniatură de pe telefonul mobil toată ziua când vor să se uite la filme sau la emisiuni TV, iar proiecția părea o soluție firească. Cu toate acestea, când Weeks a discutat ideea cu Jobs, șeful Apple a respins-o ca o prostie. Totodată, el a menționat că lucrează la ceva mai bun – un dispozitiv a cărui suprafață este formată în întregime dintr-un display. Se numea iPhone.

Deși Jobs a condamnat laserele verzi, acestea reprezintă „inovația de dragul inovației”, care este atât de caracteristică Corning. Compania are un astfel de respect pentru experimentare, încât investește un respectabil 10% din profiturile sale în cercetare și dezvoltare în fiecare an. Și în vremuri bune și rele. Când amenințarea bulă dot-com a izbucnit în 2000 și valoarea lui Corning a scăzut de la 100 de dolari pe acțiune la 1,50 dolari, CEO-ul său i-a asigurat pe cercetători nu numai că cercetarea se află încă în centrul companiei, ci că cercetarea și dezvoltarea au fost cele care au continuat-o. aduce înapoi la succes.

„Este una dintre puținele companii bazate pe tehnologie care este capabilă să se reorienteze în mod regulat”, spune Rebecca Henderson, profesor la Harvard Business School, care a studiat istoria lui Corning. „Este foarte ușor de spus, dar greu de realizat.” O parte a acestui succes constă în capacitatea nu numai de a dezvolta noi tehnologii, ci și de a descoperi cum să începem să le produci la scară masivă. Chiar dacă Corning are succes în ambele moduri, poate dura adesea zeci de ani pentru a găsi o piață adecvată – și suficient de profitabilă – pentru produsul său. Așa cum spune profesorul Henderson, inovarea, potrivit lui Corning, înseamnă adesea a lua idei eșuate și a le folosi într-un scop complet diferit.

Ideea de a curăța eșantioanele Chemcor a apărut în 2005, înainte ca Apple chiar să intre în joc. La acea vreme, Motorola a lansat Razr V3, un telefon mobil cu clapetă care folosea sticlă în loc de afișajul tipic din plastic dur. Corning a format un grup mic însărcinat să vadă dacă este posibil să revigoreze sticla tip 0317 pentru a fi utilizată în dispozitive precum telefoanele mobile sau ceasurile. Mostrele vechi Chemcor aveau o grosime de aproximativ 4 milimetri. Poate ar putea fi subțiate. După mai multe studii de piață, conducerea companiei s-a convins că compania poate câștiga puțini bani din acest produs specializat. Proiectul a fost numit Gorilla Glass.

Până în 2007, când Jobs și-a exprimat ideile despre noul material, proiectul nu a ajuns prea departe. Apple a necesitat în mod clar cantități masive de sticlă întărită chimic, cu o grosime de 1,3 mm - ceva ce nimeni nu a mai creat până acum. Ar putea Chemcor, care nu a fost încă produs în masă, să fie legat de un proces de fabricație care ar putea satisface cererea masivă? Este posibil să se realizeze un material destinat inițial sticlei auto ultra-subțire și, în același timp, să-și mențină rezistența? Va fi eficient procesul de întărire chimică pentru o astfel de sticlă? La acea vreme, nimeni nu știa răspunsul la aceste întrebări. Așa că Weeks a făcut exact ceea ce ar face orice CEO cu atitudine neplăcută. El a spus da.

Pentru un material atât de notoriu încât să fie practic invizibil, sticla industrială modernă este remarcabil de complexă. Sticla obișnuită de soda-var este suficientă pentru producerea de sticle sau becuri, dar este foarte nepotrivită pentru alte utilizări, deoarece se poate sparge în cioburi ascuțite. Sticla borosilicată precum Pyrex este excelentă pentru a rezista șocului termic, dar topirea sa necesită multă energie. În plus, există doar două metode prin care sticla poate fi produsă în masă - tehnologia prin fuziune și un proces cunoscut sub numele de plutire, în care sticla topită este turnată pe o bază de staniu topit. Una dintre provocările cu care se confruntă fabrica de sticlă este nevoia de a potrivi o nouă compoziție, cu toate caracteristicile necesare, procesului de producție. Un lucru este să vii cu o formulă. Potrivit lui, al doilea lucru este să faci produsul final.

Indiferent de compoziție, componenta principală a sticlei este silice (alias nisip). Deoarece are un punct de topire foarte ridicat (1 °C), pentru a-l scădea sunt folosite și alte substanțe chimice, cum ar fi oxidul de sodiu. Datorită acestui lucru, este posibil să lucrați cu sticla mai ușor și, de asemenea, să o produceți mai ieftin. Multe dintre aceste substanțe chimice conferă, de asemenea, proprietăți specifice sticlei, cum ar fi rezistența la raze X sau la temperaturi ridicate, capacitatea de a reflecta lumina sau de a dispersa culorile. Cu toate acestea, problemele apar atunci când compoziția este schimbată: cea mai mică ajustare poate duce la un produs radical diferit. De exemplu, dacă folosești un material dens precum bariu sau lantan, vei obține o reducere a punctului de topire, dar riști ca materialul final să nu fie complet omogen. Și când întăriți sticla, creșteți și riscul de fragmentare explozivă dacă se sparge. Pe scurt, sticla este un material guvernat de compromis. Tocmai de aceea compozițiile, și mai ales cele reglate pe un anumit proces de producție, sunt un secret atât de bine păzit.

Unul dintre pașii cheie în producția de sticlă este răcirea acesteia. În producția de masă a sticlei standard, este esențial să se răcească materialul treptat și uniform pentru a minimiza tensiunile interne care, altfel, ar face ca sticla să se spargă mai ușor. Cu sticlă călită, pe de altă parte, scopul este de a adăuga tensiune între straturile interior și exterior ale materialului. Călirea sticlei poate face paradoxal sticla mai puternică: sticla este mai întâi încălzită până se înmoaie și apoi suprafața sa exterioară este răcită brusc. Stratul exterior se micșorează rapid, în timp ce interiorul rămâne încă topit. În timpul răcirii, stratul interior încearcă să se micșoreze, acționând astfel asupra stratului exterior. Se creează un stres în mijlocul materialului, în timp ce suprafața este și mai densificată. Sticla călită poate fi spartă dacă trecem prin stratul de presiune exterior în zona de stres. Cu toate acestea, chiar și întărirea sticlei are limitele sale. Creșterea maximă posibilă a rezistenței materialului depinde de rata de contracție a acestuia în timpul răcirii; majoritatea compozițiilor se micșorează doar puțin.

Relația dintre compresie și stres este cel mai bine demonstrată prin următorul experiment: turnând sticlă topită în apă cu gheață, creăm formațiuni asemănătoare lacrimilor, cea mai groasă parte a cărora este capabilă să reziste la cantități uriașe de presiune, inclusiv lovituri repetate de ciocan. Cu toate acestea, partea subțire de la sfârșitul picăturilor este mai vulnerabilă. Când o spargem, cariera va zbura prin întregul obiect cu o viteză de peste 3 km/h, eliberând astfel tensiunea internă. Exploziv. În unele cazuri, formațiunea poate exploda cu o astfel de forță încât emite un fulger de lumină.

Călirea chimică a sticlei, o metodă dezvoltată în anii 60, creează un strat de presiune la fel ca temperarea, dar printr-un proces numit schimb ionic. Sticla aluminosilicat, cum ar fi Gorilla Glass, conține silice, aluminiu, magneziu și sodiu. Când este scufundat în sare de potasiu topită, sticla se încălzește și se extinde. Sodiul și potasiul au aceeași coloană în tabelul periodic al elementelor și, prin urmare, se comportă foarte similar. Temperatura ridicată a soluției de sare crește migrarea ionilor de sodiu din sticlă, iar ionii de potasiu, în schimb, le pot lua locul netulburați. Deoarece ionii de potasiu sunt mai mari decât ionii de hidrogen, ei sunt mai concentrați în același loc. Pe măsură ce sticla se răcește, se condensează și mai mult, creând un strat de presiune la suprafață. (Corning asigură un schimb de ioni uniform prin controlul factorilor precum temperatura și timpul.) În comparație cu călirea sticlei, călirea chimică garantează o presiune de compresiune mai mare în stratul de suprafață (garantând astfel de până la patru ori rezistența) și poate fi utilizată pe sticlă de orice fel. grosimea si forma.

Până la sfârșitul lunii martie, cercetătorii aveau noua formulă aproape gata. Cu toate acestea, ei mai trebuiau să-și dea seama o metodă de producție. Inventarea unui nou proces de producție era exclusă, deoarece ar dura ani de zile. Pentru a respecta termenul stabilit de Apple, doi dintre oamenii de știință, Adam Ellison și Matt Dejneka, au fost însărcinați să modifice și să depaneze un proces pe care compania îl folosea deja cu succes. Aveau nevoie de ceva care să poată produce cantități uriașe de sticlă subțire și limpede în câteva săptămâni.

Oamenii de știință au avut practic o singură opțiune: procesul de extragere prin fuziune. (Există o mulțime de tehnologii noi în această industrie extrem de inovatoare, ale căror nume adesea nu au încă un echivalent ceh.) În timpul acestui proces, sticla topită este turnată pe o pană specială numită „izopipă”. Sticla se revarsă pe ambele părți ale părții mai groase a panei și se unește din nou pe partea îngustă inferioară. Apoi se deplasează pe role a căror viteză este setată cu precizie. Cu cât se mișcă mai repede, cu atât sticla va fi mai subțire.

Una dintre fabricile care utilizează acest proces este situată în Harrodsburg, Kentucky. La începutul anului 2007, această sucursală funcționa la capacitate maximă, iar cele șapte rezervoare ale sale de cinci metri aduceau în lume 450 kg de sticlă destinate panourilor LCD pentru televizoare în fiecare oră. Unul dintre aceste rezervoare ar putea fi suficient pentru cererea inițială de la Apple. Dar mai întâi a fost necesar să se revizuiască formulele vechilor compoziții Chemcor. Nu numai că sticla trebuia să aibă o grosime de 1,3 mm, dar trebuia să fie mult mai plăcută la vedere decât, să zicem, o umplutură pentru cabină telefonică. Elisson și echipa sa au avut șase săptămâni să-l perfecționeze. Pentru ca sticla să poată fi modificată în procesul de „aspirare prin fuziune”, este necesar ca aceasta să fie extrem de flexibilă chiar și la temperaturi relativ scăzute. Problema este că orice faci pentru a îmbunătăți elasticitatea crește substanțial și punctul de topire. Prin modificarea mai multor ingrediente existente și adăugarea unui ingredient secret, oamenii de știință au reușit să îmbunătățească vâscozitatea, asigurând în același timp o tensiune mai mare în sticlă și un schimb de ioni mai rapid. Tancul a fost lansat în mai 2007. În luna iunie, a produs suficient Gorilla Glass pentru a umple patru terenuri de fotbal.

În cinci ani, Gorilla Glass a trecut de la un simplu material la un standard estetic - o mică diviziune care separă sinele nostru fizic de viețile virtuale pe care le purtăm în buzunare. Atingem stratul exterior de sticlă și corpul nostru închide circuitul dintre electrod și vecinul său, transformând mișcarea în date. Gorilla este acum prezentat în peste 750 de produse de la 33 de mărci din întreaga lume, inclusiv laptopuri, tablete, smartphone-uri și televizoare. Dacă treceți în mod regulat degetul peste un dispozitiv, probabil că sunteți deja familiarizat cu Gorilla Glass.

Veniturile lui Corning au crescut vertiginos de-a lungul anilor, de la 20 de milioane de dolari în 2007 la 700 de milioane de dolari în 2011. Și se pare că vor exista și alte utilizări posibile pentru sticla. Eckersley O'Callaghan, ai cărui designeri sunt responsabili pentru apariția mai multor magazine emblematice Apple, a dovedit acest lucru în practică. La Festivalul de Design de la Londra din acest an, au prezentat o sculptură realizată numai din Gorilla Glass. Acest lucru ar putea reapărea în cele din urmă pe parbrizele auto. Compania negociază în prezent utilizarea sa în mașinile sport.

Cum arată astăzi situația din jurul sticlei? În Harrodsburg, mașinile speciale le încarcă în mod obișnuit în cutii de lemn, le transportă la Louisville și apoi le trimit cu trenul spre Coasta de Vest. Odată ajunse acolo, foile de sticlă sunt plasate pe nave de marfă și transportate la fabrici din China unde sunt supuse mai multor procese finale. Mai întâi li se face o baie fierbinte cu potasiu și apoi se taie dreptunghiuri mai mici.

Desigur, în ciuda tuturor proprietăților sale magice, Gorilla Glass poate eșua și, uneori, chiar foarte „eficient”. Se rupe când scăpăm telefonul, se transformă în păianjen când este îndoit, crapă când stăm pe el. E tot sticla pana la urma. Și de aceea există o echipă mică de oameni în Corning care își petrec cea mai mare parte a zilei să-l distrugă.

„Îi spunem ciocanul norvegian”, spune Jaymin Amin în timp ce scoate un cilindru mare de metal din cutie. Acest instrument este folosit în mod obișnuit de inginerii aeronautici pentru a testa rezistența fuselajului de aluminiu al aeronavelor. Amin, care supraveghează dezvoltarea tuturor materialelor noi, întinde arcul în ciocan și eliberează 2 jouli de energie în foaia de sticlă subțire milimetrică. O astfel de forță va crea o adâncitură mare în lemnul masiv, dar nu se va întâmpla nimic cu sticla.

Succesul Gorilla Glass înseamnă mai multe obstacole pentru Corning. Pentru prima dată în istoria sa, compania se confruntă cu o cerere atât de mare pentru versiuni noi ale produselor sale: de fiecare dată când lansează o nouă iterație de sticlă, este necesar să monitorizeze modul în care se comportă în ceea ce privește fiabilitatea și robustețea direct în camp. În acest scop, echipa lui Amin colectează sute de telefoane mobile sparte. „Daunele, fie că sunt mici sau mari, încep aproape întotdeauna în același loc”, spune omul de știință Kevin Reiman, arătând spre o crăpătură aproape invizibilă a HTC Wildfire, unul dintre mai multe telefoane sparte de pe masa din fața lui. Odată ce găsiți această fisură, puteți măsura adâncimea acesteia pentru a vă face o idee despre presiunea la care a fost supus sticla; dacă puteți imita această fisură, puteți investiga modul în care s-a propagat prin material și puteți încerca să o preveniți în viitor, fie prin modificarea compoziției, fie prin întărire chimică.

Cu aceste informații, restul echipei lui Amin poate investiga aceeași defecțiune materială din nou și din nou. Pentru a face acest lucru, folosesc prese cu pârghie, teste de cădere pe suprafețe de granit, beton și asfalt, aruncă diverse obiecte pe sticlă și, în general, folosesc o serie de dispozitive de tortură cu aspect industrial, cu un arsenal de vârfuri de diamant. Au chiar și o cameră de mare viteză capabilă să înregistreze un milion de cadre pe secundă, ceea ce este util pentru studiile de îndoire a sticlei și de propagare a fisurilor.

Cu toate acestea, toată această distrugere controlată dă roade pentru companie. Comparativ cu prima versiune, Gorilla Glass 2 este cu douăzeci la sută mai puternic (iar a treia versiune ar trebui să ajungă pe piață la începutul anului viitor). Oamenii de știință de la Corning au reușit acest lucru împingând compresia stratului exterior până la limită - au fost puțin conservatori cu prima versiune de Gorilla Glass - fără a crește riscul de spargere explozivă asociat cu această schimbare. Cu toate acestea, sticla este un material fragil. Și în timp ce materialele fragile rezistă foarte bine la compresiune, sunt extrem de slabe când sunt întinse: dacă le îndoiți, se pot rupe. Cheia Gorilla Glass este comprimarea stratului exterior, care previne răspândirea fisurilor pe tot materialul. Când scăpați telefonul, este posibil ca afișajul acestuia să nu se rupă imediat, dar căderea ar putea provoca suficiente daune (chiar și o fisură microscopică este suficientă) pentru a afecta fundamental rezistența materialului. Următoarea cea mai mică cădere poate avea consecințe grave. Aceasta este una dintre consecințele inevitabile ale lucrului cu un material care se referă la compromisuri, la crearea unei suprafețe perfect invizibile.

Ne-am întors la fabrica din Harrodsburg, unde un bărbat cu un tricou negru Gorilla Glass lucrează cu o foaie de sticlă subțire de 100 de microni (aproximativ grosimea foliei de aluminiu). Mașina pe care o operează trece materialul printr-o serie de role, din care sticla iese îndoită ca o bucată uriașă strălucitoare de hârtie transparentă. Acest material remarcabil de subțire și rulabil se numește Willow. Spre deosebire de Gorilla Glass, care funcționează un pic ca o armură, Willow poate fi comparată mai mult ca o haină de ploaie. Este durabil și ușor și are mult potențial. Cercetătorii de la Corning cred că materialul ar putea găsi aplicații în modele flexibile de smartphone-uri și ecrane OLED ultra-subțiri. Una dintre companiile energetice ar dori, de asemenea, să vadă Willow utilizat în panouri solare. La Corning, își imaginează chiar cărți electronice cu pagini de sticlă.

Într-o zi, Willow va livra 150 de metri de sticlă pe role uriașe. Adică dacă cineva chiar îl comandă. Deocamdată, bobinele stau inactiv la fabrica din Harrodsburgh, așteptând să apară problema potrivită.

sursa: Wired.com
.