چگونه ها: گوریلا گلس چگونه ساخته می شود؟

یکی دو دهه قبل کامپیوترهای شخصی چندان قابل حمل نبودند و تلفن های همراه نیز ابزارهای لوکسی بودند در شمارگان کم. امروز اما کیست که پیشی جستن ابزار های قابل حمل از کامپیوترها را به چشم نبیند. نگاهی به چهره فروشگاه های الکترونیکی گویای همه چیز است. گجت ها همیشه اسباب کار و سرگرمی ما بوده اند و حالا گجت های همراه با نمایشگرهای بزرگ و درخشان شان همه آنهای دیگر را کنار زده اند.

اما در کنار سرعت پردازشگرها که هر سال بهتر می شود، و نیز کیفیت و دقت آنها که با آمدن تکنولوژی های جدید رنگ و تصویر بهتری در اختیارمان قرار می دهند، می توان دید که شرکت ها وقت و دقتی مشابه را در عرصه زیبایی و دوام محصولات هم به نمایش می گذارند. شاید هیچ پیشرفتی پرجلوه تر از این نباشد: “شیشه ها جان سخت می شوند.”

امروزه نمایشگر زیبای اکثر محصولات پرچمدار، پشت لایه ای از شیشه مقاوم در برابر خش و شکستگی قرار دارد و در این عرصه، نام شرکت شیشه کورنینگ (Corning) و شیشه های مقاومش با برند گوریلا (Gorilla) بیش از سایرین شنیده می شود. شیشه های مهندسی شده توسط این شرکت برای دستگاه هایی با کاربردها و ابعاد مختلف استفاده می شوند.

ما انسان ها تمایل داریم لپتاپ، تبلت، تلفن هوشمند، پخش کننده موسیقی، و سایر دستگاه های مان را با خود حمل کنیم و در عین حال با این کار آنها را در معرض مخاطرات اتفاقی قرار می دهیم. شیشه گوریلا ساخت شرکت کورنینگ با دو کیفیت قابل توجه، یعنی مقاومت در برابر خراشیدگی و همچنین مقاومت در برابر شکستگی عرضه می شود. این کیفیت ها در کنار رویکرد کورنینگ که عرضه شیشه هایی تا حد امکان باریک است، به معنای همراهی نمایشگرهای موبایل با شیشه های مقاوم است بدون آنکه قابلیت های لمسی دستگاه و وزن آن، تحت تاثیر استفاده از گوریلا قرار بگیرد.

هر چند کورنینگ رقبایی نیز پیدا کرده ولی همچنان پیشتاز این عرصه است. راز کار این شرکت در چیست؟ چه چیزی شیشه های گوریلا را از سایر انواع شیشه ها متمایز می کند؟ پاسخ را می توان در چند عبارت خلاصه کرد: مقادیر بسیار زیادی گرما، استفاده از ربات های خودکار، برش دقیق و یک حمام در مایع داغ شیمیایی با اثر مقاوم کنندگی. نتیجه نهایی یک ورق شیشه مقاوم است که تحمل تنبیه های فراوانی را دارد.

در ادامه مطلب با دیجیاتو همراه شوید. از همان مطلب اول در شاخه چگونه ها می دانستیم که عاشق این طور مطالب هستید. این بار می خواهید به راز کار شرکت شیشه کورنینگ بپردازیم.

روش گداخت

امروزه تولید شیشه در شرکت های بزرگی مثل آساهی، کورنینگ، نیپون الکتریک، و شرکت مشترک سامسونگ و کورنینگ، با استفاده از روش گداخت یا سرریز نزولی صورت می گیرد. الآن شما به شکل نهایی شیشه فکر می کنید، ولی واقعیت این است که مواد استفاده شده در ساخت شیشه، همگی از دل طبیعت آمده اند. سنگ ها و مواد معدنی خاص بعد از گرم شدن زیاد تبدیل به شیشه می شوند. این معمولا در مکان هایی که صاعقه فرود آمده یا جریان های مواد مذاب در طبیعت جاری شده رخ می دهد و کریستال هایی مثل الماس را می سازد.

بشر از هزار سال قبل شیشه می ساخته. امروزه کوره های ذوب قادر به تامین گرمای فوق العاده زیادی هستند که برای حرارت دادن به سنگ ها و ذوب کردن آنها به قصد حصول شیشه مذاب نیاز است. پس از به دست آوردن شیشه مذاب می توان آن را به شکل های مختلف در آورد. تکنیک مورد استفاده برای این کار را دمیدن در شیشه می نامند که حتما آن را در مستندهای صنعتی دیده اید.

شیشه های تجاری از سه منبع اصلی می آیند. یکی ماسه است، که نام شیمیایی آن سیلیسیم دی اکسید است. شرکت کورنینگ هم از همین ماده در فرآیند تولیدی خود استفاده می کند. دو ماده دیگری که استفاده از آنها در تولید شیشه تجاری رایج است، شامل سنگ آهک و سدیم کربنات می شود.

شرکت کورنینگ سیلیسیم دی اکسید را قبل از ذوب کردن با چند ماده شیمیایی دیگر ترکیب می کند و سپس در کوره ذوب می ریزد. شیشه حاصل از این روند از خانواده آلومینوسیلیکات است. یعنی در خود آلومینیوم، سیلیسیم و اکسیژن دارد و در ضمن، دارای یون های سدیم هم هست که در فاز بعدی تولید گوریلا گلس، اهمیت ویژه خود را نشان می دهند.

کورنینگ شیشه مذاب را در آخر داخل یک تغار V شکل می ریزد ولی ریختن آن را بعد از پر شدن تغار متوقف نمی کند. در روش این شرکت، آنقدر به ریختن شیشه مذاب در تغار ادامه داده می شود تا زمانی که از لبه های دو طرف سرریز کند. سپس بازوهای رباتیک خودکار ورقه های شیشه را از لبه تغار می بُرند. هر ورقه کمی بیش از نیم میلیمتر ضخامت دارد.

اگر از این ورقه ها بر روی نمایشگر محصولات الکترونیکی استفاده شود، یک محافظ بسیار شفاف خواهیم داشت. ولی در این مرحله هنوزویژگی دیگر یعنی مقاومت بالا به آن افزوده نشده. یعنی شیشه به مقاومی شیشه گوریلا نیست، بلکه تنها شیشه آلومینوسیلیکات است.

برای اینکه قابلیت مقاومت در برابر خراشیدگی و شکستگی را به این شیشه بیافزایند، آن را در مایعی خاص قرار می دهند.

تبادل یون

ابتدا حتما شما می خواهید بدانید که "اصلا یون چه هست؟"

یون، یک اتم است که «یا الکترونی را از دست داده یا الکترونی اضافه به دست آورده» و بنابراین دارای بار خالص است. الکترون چیست؟ الکترون ها ذراتی داخل اتم هستند که بار منفی دارند. پس اگر یونی الکترون به دست آورده باشد دارای بار منفی است و اگر الکترون از دست داده باشد دارای بار مثبت است. عناصر شیمیایی در قالب اتمی شان دارای بار طبیعی خنثی هستند زیرا تعداد الکترون های منفی، و پروتون ها که دارای بار مثبت هستند، با هم برابر است.

نقش یون ها در رابطه با مقاوم سازی شیشه چیست؟

آن ورقه های شیشه آلومینوسیلیکاتی را یادتان هست؟ همان ها که در مرحله اول ساخت گوریلا گلس به وجود آمدند. آنها حاوی یون های سدیم هستند. کورنینگ در مرحله بعدی، آن ورقه ها را در حمامی از یون های پتاسیم فرو می کند. اگر به جدول تناوبی عناصر بنگرید، خواهید دید که سدیم درست بالای پتاسیم است. دیمیتری مندلیف، مردی که خالق جدول تناوبی است، عناصر را بر اساس وزن اتمی تنظیم کرد. به این صورت که عناصر هم گروه دارای ویژگی های مشترکی هستند. ولی سدیم و پتاسیم به گروهی موسوم به “فلزات فعال” متعلق هستند. فلزات این گروه با دیگر مواد واکنش های قوی می دهند و این کلید کار مقاوم سازی شیشه است.

سدیم در جدول تناوبی بالاتر از پتاسیم است که این یعنی، یک اتم سدیم کوچکتر از یک اتم پتاسیم است. شاید فکر کنید که اندازه ها در ابعاد اتمی اهمیتی ندارند ولی اصلا این طور نیست! ریزتر فکر کنید. اگر بتوان یون های سدیم را از شیشه آلومینوسیلیکات خارج کرد و آنها را با یون های بزرگتر پتاسیم جایگزین نمود، ورقه شیشه ماحصل از آن، یک نوع تراکم و به هم فشردگی عجیب را تجربه می کند.

برای اینکه تصور بهتری پیدا کنید، یک مثال ساده می زنیم:

یک توری بافته شده (مثل توری دروازه فوتبال و ...) را تصور کنید. خطوط در این توری منعطف هستند ولی در عین حال، در هم پیچیده. حالا فکر کنید که هر سوراخ در این توری میزبان یک توپ گلف باشد. اگر آنها را یکی یکی برداریم و با توپ های تنیس جایگزین کنیم، چه اتفاقی می افتد؟ همان فشردگی عجیب! بله، در مقوله تبادل یون هم یک چنین اتفاقی رخ می دهد.

تبادل یونی یعنی جایگزین کردن اتم های باردار کوچک، توسط اتم های بزرگتر. و این فشردگی و مقاومت به وجود می آورد.

اما این فرآیند چگونه پیش می رود؟ برای جایگزینی سدیم با پتاسیم، ابتدا باید پیوند یونی را که سدیم با شیشه برقرار کرده شکست. به همین خاطر است که محلول پتاسیمی را بسیار داغ می کنند تا به ۴۰۰ درجه سانتی گراد برسد. در این دما، انرژی گرمایشی باعث شکسته شدن پیوند یون های سدیم با آلومینوسیلیکات می شود.

یکی از کیفیت های فلزات کمتر فعال (در مقابل فلزات فعال سبک) این است که قادر به حفظ پیوند یونی خود در دماهای بالاتر هستند. پتاسیم جرم بالاتری نسبت به سدیم دارد و از این رو دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد برای جدا نگه داشتن یون های پتاسیم از آلومینوسیلیکات کافی نیست و آنها به راحتی جایگزین یون های قدیمی سدیم می شوند.

بعد از یک حمام داغ در نمک پتاسیم، آلومینوسیلیکات توسط یون های پتاسیم متراکم شده و این فشرده سازی باعث شکل گرفتن یک لایه محافظتی مقاوم بر روی شیشه می شود و سختی لازم را که شیشه های معمولی ندارند، به گوریلا می بخشد. فعالان محیط زیست نیز می توانند آسوده خاطر باشند، چرا که شیشه گوریلا قابل بازیافت است و زمین را آلوده نمی کند.

گوریلی در شیشه

فرآیند تبادل یون جدید نیست و شیشه گوریلای شرکت کورنینگ هم تنها محصولی نیست که به روش شیمیایی مقاومت سازی شده. اما کورنینگ مقاومت شیشه های خود را در جاهایی مثل نمایشگاه سالانه محصولات مصرفی (CES) به نمایش گذاشته و مردم را به تست کردن آن دعوت کرده تا میزان فشاری را که گوریلا می تواند تحمل کند، به چشم ببینند.

شیشه های مقاوم نشده تقریبا به آسانی می شکند. شیشه های استاندارد مقاوم شده به روش شیمیایی نیز گرچه می شکنند ولی فشار زیادی برای این کار لازم است. شیشه گوریلا نسبت به صدمات مقاومت بیشتری دارد.

شیشه گوریلا چطور به محصولات نهایی راه می یابد؟

به عنوان بخشی از فرآیند توسعه محصول، کورنینگ با سازندگان محصولات نهایی هم همکاری می کند. یعنی مشتری نهایی شیشه ارتباطی با کورنینگ نخواهد داشت ولی می تواند در مشخصات محصولات مورد نظرش برای خرید، بررسی کند که آیا شیشه روی نمایشگر، گوریلای کورنینگ است یا خیر.

البته کورنینگ مجاز نیست که تمام محصولات تحت پوشش شیشه گوریلا را اعلام کند ولی به عنوان مثال تلویزیون های براویای سونی، تلفن های هوشمند سری گلکسی اس سامسونگ (بررسی گلکسی اس ۵) و پرچمدارهای اچ تی سی از این شیشه برخوردارند.

موقعیت خوب کورنینگ و کیفیت شیشه های گوریلا، این شرکت را از سایر رقبا بالاتر قرار داده و به نظر می رسد همچنان شاهد رشد استفاده از شیشه گوریلا در محصولات مصرفی به خصوص تبلت و تلفن هوشمند باشیم.

البته چندی است که یاقوت کبود نیز تبدیل به یکی از کریستال های مورد علاقه شرکت ها برای محفاظت از بخش های حساس گجت های تولیدی شده ولی به نظر می رسد قیمت مناسب گوریلا، همچنان کاربرد آن را وسیع تر از چنین جایگزین هایی کند. ماجرای شرکت های ثروتمندی مثل اپل که با هزینه های خودشان به دنبال نمایشگرهای یاقوتی هستند، جدا است.