揭秘康寧第五代大猩猩玻璃

隨著三星Galaxy Note 7的上市，第五代大猩猩玻璃正式從幕後走向了台前。這種號稱可以媲美藍寶石的玻璃技術，可以進一步減少手機破碎的幾率。但是在實際的使用中，Note 7今年被稱為「碎屏之王」。很多人把這歸因於Note 7的曲面屏上，但是不少人還是對第五代大猩猩玻璃的性能提出質疑。但是我們不得不承認，康寧公司的大猩猩玻璃確實改變了人們對手機屏幕的認識。今天材料+小編就給大家介紹一下這五代大猩猩玻璃。

康寧公司進入智能手機行業是一個意外，是喬布斯對iPhone追求完美的附帶產品。這個已經被媒體報道無數次的典故，顯然也是康寧公司最值得驕傲的歷史。在此次大猩猩玻璃五代的發布會上，他們又一次「假裝無意」地提到了康寧是如何滿足了蘋果對手機屏幕的苛刻要求。

由於對塑料屏幕容易磨花的特性極度不滿，喬布斯在第一代iPhone發布前一個月大發雷霆。他找到了康寧公司，要求後者在短短几周之內提供耐磨堅硬的玻璃材質。康寧的工程師頂住了壓力，打造出了一種既輕薄又堅硬的屏幕玻璃，這就是大猩猩玻璃的由來。

至此，智能手機進入了大猩猩玻璃時代。在過去的九年時間，大猩猩玻璃已經被廣泛運用到全球40多個品牌、1800多款產品的45億部設備中。事實上，康寧公司幾乎壟斷了這個行業。這家已有165年歷史的百年老店曾經為愛迪生造過燈泡，也曾發布全球第一根低損耗光纖，而大猩猩玻璃則是他們迎來的又一個春天。雖然相對低調，但康寧實際上卻在財富500強企業中國排名297位，去年的年營收接近100億美元，市值接近250億美元。而大猩猩玻璃所在的特殊材料部門是近年來增長最快的業務。材料+微信，內容不錯。

大猩猩玻璃的基本製作工藝

大猩猩玻璃在生產的過程中引入了一項名為「熔融下拉」的工藝：玻璃原材料液化後通過一個底部有固定寬度縫隙的容器，讓液體自由落體下落從而自動形成平整的玻璃。這種工藝的特色在於能夠產生格外清潔、光滑和平整的玻璃表面和底層，具有固有的尺寸恆定性。

接下來，玻璃還需經歷一番離子交換的過程：玻璃成型要浸泡在硝酸鉀溶液中使其發生離子交換反應，用鉀離子置換原有的鈉離子，最終獲得強度更出色的玻璃面板。當然，這期間還有很多更複雜的工藝和秘密配方，咱們在這裡就不再探究了。

大猩猩玻璃的意外發明

我們都知道大猩猩玻璃的發明是一個意外。時光回溯到1952年，康寧公司的一名化學家唐納德·斯圖基在研究新型玻璃的試驗中，原本想將一塊光敏玻璃樣本加熱到600℃，但控制員操作成了900℃。材料+微信，內容不錯。唐納德心想，這麼高的溫度，玻璃有可能融化，火爐也可能因此損壞，這下實驗砸了！但奇蹟發生了，火爐沒壞，玻璃也沒有融化，而是變成了一塊白色的薄板。他試圖將這塊玻璃夾起時，不小心將它滑落在地，意外的是玻璃不僅沒碎，而且彈了起來。

這個有驚無險的意外，導致第一塊有機微晶玻璃的誕生，後來唐納德將這種材料命名為Pyroceram（微晶玻璃）。其重量比鋁輕，但強度遠高於普通鈉鈣玻璃，甚至比高碳鋼還高，即使瞬間承受450℃的溫度變化也不會碎裂。火箭、太空梭、彈道導彈等都用上了微晶玻璃，唐納德也因此成為富翁。

微晶玻璃問世之後，康寧公司為了繼續探索增強玻璃強度的方式，啟動了一個大項目——Project Muscle項目，創造出了稱作Chemcor的玻璃。大量實驗表明，這種玻璃的各項性能都比傳統玻璃要好，尤其是對日常損傷的抵抗性能。這就是大猩猩玻璃的前身。

1962年，康寧將Chemcor玻璃正式推向市場，由於產品價格太高，加上碎裂時可能產生爆炸性後果，雖然吸引了廠商們的關注，但還是以無人問津告終。根據Chemcor玻璃的性能，康寧想到它可以用作汽車的擋風玻璃，於是就向福特等汽車廠商推銷，但福特等企業認為成本太高，何況膠合玻璃表現良好，無需更換。再好的產品不被市場認可也得被打入冷宮。

1971年，康寧關閉了Project Muscle項目，Chemcor玻璃作為一種技術儲備，在「冷藏」中等待著它的「用武之地」。2005年，摩托羅拉的RAZR V3手機用玻璃顯示屏取代了傳統的高強度塑料。受此影響，康寧啟動Gorilla Glass項目來研究Chemcor技術的重新啟用，這就是我們熟悉的大猩猩玻璃。

第一代大猩猩玻璃：

2007年，第一代iPhone即將上市，然而，追求完美的喬布斯卻憤怒地向下屬宣布：「我們產品的屏幕是不允許這樣輕易被劃傷的，我要換防劃玻璃屏幕，我要在6周之內讓它變得完美。」於是，喬布斯找到康寧首席執行官魏文德（Wendell P.Weeks），要求在6周內給iPhone換上輕薄耐劃的玻璃屏幕。

玻璃本質上是極細粉末的混合物，如石灰岩、沙子和硼酸鈉等。玻璃是一種由「權衡取捨」法則主導的材料，這也正是玻璃的成分構成（尤其是那些經過細微調整來適應特定的生產流程的成分構成）是受到嚴密保護的秘密的原因所在。

其次，他們改進已有的那就是「熔融下拉」製程。材料+微信，內容不錯。在這種製程中，熔化後的玻璃會從一個水箱被倒入一條被稱為「隔熱管」（isopipe）的耐火槽中，從這條耐火槽的兩邊外溢，然後在隔熱管的下方重新匯聚，由滾動按照規定的速度「下拉」，從而形成連續不斷的玻璃薄片；下拉的速度越快，那麼玻璃也就會越薄。

為了能與「熔融下拉」製程兼容，這種玻璃還需在相當低的溫度下擁有特別的延展性，就像是口香糖那樣。問題在於，無論你做什麼事情來提高玻璃的膠黏性，都會傾向於讓其變得更加難以熔化。這些成分構成科學家發現，通過同時改變成分構成的7種單個部分的方式——包括改變幾種氧化物的水平和加入一種新的秘密成分等——他們可以提高玻璃的粘性，同時還能生產出一種具有較高抗壓應力和離子交換速度更快的玻璃。這就是我們所接觸到的第一代「大猩猩」玻璃。

第二代大猩猩玻璃：

2012年康寧公司推出了第二代大猩猩玻璃，該創新型玻璃的厚度相較第一代降低了20%，從1.0毫米減少為0.8毫米，同時保持了大猩猩廣為人知的行業領先抗損性、堅硬度以及抗劃傷性能。厚度降低使得所採用的終端設備擁有更纖薄、更時尚的設計，同時也帶來了亮度更高的畫面和更敏感的觸控性能。

第三代大猩猩玻璃：

2013年的CES上，第三代康寧大猩猩玻璃推出，第三代大猩猩玻璃採用了康寧公司獨有的「原生防損」（Native Damage Resistance， 以下簡稱NDR）技術，從分子層面加強了材質強度，能延緩甚至阻止已有損傷的進一步擴大。依靠NDR 技術，第三代康寧玻璃不僅擁有更強的抗破損能力，劃痕的肉眼可見度也較前減少了40%。即使在受損後， 這種玻璃的後續強度也較前代增加了50%。

第三代康寧大猩猩玻璃具備怎樣的特性呢？一個詞可以概括——原材耐損性。以智能手機為例，日常生活中用戶習慣於將智能手機與鑰匙、各種卡片等放在一起，不經意間手機屏幕就會遭受各種刮擦和撞擊。這些撞擊可能並不明顯，但長久的衝擊可能造成手機玻璃的防護能力下降，從而增大出現意外的概率。

其採用了康寧專利熔融下拉設備及製程，擁有純凈的表面品質。離子交換程序提高了玻璃的強度，抵抗表面損傷能力更強。即使發生損傷，不僅劃痕的可見度更低，而且玻璃的保留強度會更高，因此在受壓力下難以破碎。此外，第三代康寧大猩猩還具備另一特性：在受到衝壓時能夠將一部分衝擊力吸收進玻璃之中，這一過程叫做緻密化，可以有效減少玻璃受損的概率。這個特性保證了第三代康寧大猩猩玻璃具有其它玻璃不具備的強悍性能。

到第三代大猩猩玻璃被大量安裝到手機上的時候，康寧公司已經一飛衝天勢不可擋。這條產品線的年營收從零增長到了10 億美元。截至今日，大猩猩玻璃已經應用於全球30 億台設備。在中國，大猩猩玻璃幾乎是所有耳熟能詳的手機廠商的默認供應商。

第四代大猩猩玻璃：

2014年11月， 康寧推出了第四代大猩猩玻璃，這是一款具有無與倫比的抗損性能的玻璃， 在現實中從1 米高處掉落時， 即使掉落到粗糙的表面上， 其完好率仍可保持在80%。材料+微信，內容不錯。該款玻璃的堅硬度是競品鋁硅酸鹽玻璃的兩倍。而用於中國40% 設備上的鈉鈣玻璃在康寧的這項墜落實驗中破裂率達到近100%， 不過這些設備的製造商不會告訴你他們選用的蓋板玻璃是鈉鈣玻璃。

康寧的頂尖科學家進行了數千個小時的實驗來研究玻璃在墜落後的破碎情況以及破碎的原因。從而開發了最為嚴格的跌落實驗，在最近似於現實生活中的街道、人行道以及停車場的粗糙表面上進行測試。結果顯示第四代大猩猩玻璃是康寧有史以來最堅韌的蓋板玻璃。

依照康寧方面給出的測試、研究數據來看，很多智能手機造成碎屏的原因是由於手機與尖銳的著力面進行接觸，在接觸之前手機玻璃已經有了細微劃痕和破損點。當然了，這其中有很多磨損點是不為人的肉眼所察覺的。如果手機不小心掉到堅硬的地面上時，屏幕就極有可能破碎。

針對這種情況，第四代大猩猩屏幕在耐磨性上要比上一代提升兩倍左右。雖然與之相對抗的藍寶石玻璃同樣擁有不錯的耐磨性，但在抗摔、抗損方面就顯得有些力不從心。

截止2016年上半年， 大猩猩玻璃共持有80% 的硬玻璃市場份額， 遠遠拋開了日本的Nippon ElectricGlass、德國Schott 等競爭對手。雖然大猩猩的收入僅占康寧集團總收入的15%， 但無疑是最優資產， 也讓很多普通消費者知道了這家公司和它的大猩猩玻璃。

第五代大猩猩玻璃：

和第四代大猩猩相比，五代大猩猩玻璃延續了熔融下拉工藝，並引入了離子交換技術的新材料，且原材料的融合和壓縮力度也與第四代有著一定的不同，這就讓其在抗摔和抗刮兩個維度上有所提升。

其中，康寧對第五代大猩猩玻璃的跌落測試高度標準從第四代時期的1米提高到了1.6米，當屏幕從如此高度正面跌落到粗糙地面，屏幕完好率能達到80%。材料+微信，內容不錯。

可以說，1.6米的測試高度更符合用戶日常使用中的真實場景：看小說玩遊戲時從眼前不慎脫落，而不是剛從褲子的口袋裡掏出來時的高度跌落。

如果需要用數字量化，那就是五代大猩猩的抗跌落能力是第四代的1. 8倍，屏幕完好率則是其他採用鈉鈣等材質競品玻璃的4倍。與此同時，在耐磨性方面，五代大猩猩玻璃也較四代提升了2倍，同樣是普通鈉鈣玻璃的4倍。需要注意的是，由於耐摔性和耐磨性的增加，康寧不得不在厚度上做出妥協，最終導致第五代大猩猩玻璃的厚度達到了0.6mm，而第四代厚度僅為0.4mm。參與上面測試的玻璃就是0.6mm厚度的版本，而康寧也會針對手機廠商的需求推出0.4mm甚至0.3mm的第五代大猩猩玻璃，也可配合手機廠商做3 D曲面設計，只是這些定製版本的玻璃能否維持測試數據的成績就不得而知了。

結語

藍寶石的出現對於康寧來講或許並非壞事。一個強勁的對手，很可能為康寧提供一個新的契機。在一百多年的發展史中，康寧從未停止研發和創新，如果此次真的因為藍寶石而遭遇危機，或許又會有新的技術儲備跳出來，比如WillowGlass（柔性玻璃）。Willow Glass是由康寧公司開發的超級纖薄的柔性玻璃，僅有100微米厚，就像一張紙。試想一下，如果把柔性玻璃用於顯示器，那就意味著以後的屏幕不再只是一塊平整的面板，也不限於有固定的弧度，而是可以隨意彎曲。Willow Glass可用於智能手機上，也可能用於韌性太陽能電池等，讓未來設備更加輕便和富有創意。我們期待著，類似Willow Glass這樣的新材料技術給下一代消費和生產產品帶來新的革命性變化吧。

本文封面來源Visual Hunt，基於CC0協議。

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