康寧玻璃的關鍵製程 熔融溢流製程與強化造就強悍大猩猩

康寧玻璃的關鍵製程 熔融溢流製程與強化造就強悍大猩猩
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在 2007 年時,康寧因應 Apple 的需求,推出令人驚豔的 Corning Gorilla 保護玻璃。當時的智慧型手機有許多使用塑膠材料的手機外層保護,而 Gorilla 的出現,讓所有人了解原來這樣輕薄的一片玻璃,居然可以提供如此強大的保護,除了較塑膠材料更為耐刮,而且還不易破損。能夠造就這樣輕薄又有強度的玻璃,康寧有兩大關鍵製程,其一為熔融溢流製程(Fusion Process),另一為強化製程,才能讓大猩猩玻璃成為眾多智慧型手機的首選。

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對於製作一片平整又平滑的玻璃來說,傳統的製程方式會使用浮式製程(Float Process)來生產,這樣的方式是將熔融的玻璃材料以連續的方式倒入熔融的錫浴上,經擴散而成為平整的玻璃。這樣的方式上方沒有接觸錫浴的那一面是平滑的,但下方接觸面會較為粗糙並有錫的殘料,必須進行拋光處理。

而康寧所採用的製程為熔融溢流製程(Fusion Process),這方法最早在 1930 年時被發明使用,後來在 1960 年時由康寧改善後使用。他將熔融的玻璃原材通過耐火導管,原材填滿導管後自上方兩側溢出,最後在導管底部融合,成為一片素玻璃,因為凝結後的玻璃非常平滑,所以無需再經過研磨。熔融溢流製程具有更好的熱安定性與熱收縮性,也具有較低的密度與抗化學腐蝕能力,所以除了質地更輕盈外,也更為安定。

 

其實康寧當時為什麼捨棄浮式製程而使用熔融溢流製程呢?據說當時有車廠需要質地輕盈的前擋玻璃,所以康寧開始進行熔融溢流製程並改善,但無奈最後車廠並未使用。一直到 80 年代日本面板大廠 Sharp 希望康寧以此製程來製作 LCD 素玻璃基板,才又開始這樣的製程,其過程也是相當有故事。

 

Gorilla 另一個關鍵製程就是強化製程,傳統的強化製程是將玻璃加熱到攝氏 650 度,將玻璃表面軟化後迅速冷卻,讓玻璃的外層形成高壓縮狀態,在硬度不變的狀況下,可提供更好的彎曲能力。這方式就像是 Prince Rupert's drop 一樣,可讓玻璃有非常好的強度,但只要特定點受到破壞,整個玻璃就會完全粉碎。底下是 Kisplay 在康寧於記者會場外展出的 Prince Rupert's drop 過程,就可說明這樣強化後的力量。

 

而康寧所使用的強化方式,是以離子交換的方式進行,他將生產出來的素玻璃浸置在充滿鉀離子的溶液中,透過高濃度的鉀離子來取代玻璃中的鈉離子而強化。為什麼鉀離子來取代鈉離子可強化玻璃呢?以分子大小來說,鈉離子的半徑為 102pm,鉀離子為 138pm,經過置換後的部分密度更為緊密,就好比熱強化一樣提高壓縮狀態,但強化的表現更為出色。

 

當然熔融溢流製程與強化製程並非康寧獨家所有,但康寧以改善後的製程與方式,並投入更多原材開發的研究,才能造就強度一流的 Gorilla。全新發表的 Gorilla 5 更改寫了保護玻璃強度的定義,就讓我們期待使用全新 Gorilla 5 的產品問世吧!









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