Når gorillaen er af glas

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Uden glas ingen computere, mobiltelefoner og tablets. Dette materiale, som fremstilles af smeltet silicium (strandsand) tilsat andre stoffer som natriumoxid og aluminiumoxid, er vores port til det databaserede indhold.

Displayglas udgør næsten hele overfladen på den ene side af tablets og smartphones, så det må ikke være skrøbeligt som materialet i et elegant vinglas. Ikke nok med at det skal kunne holde til slag og stød. Det må heller ikke blive ridset alt for hurtigt. Det er der mange løsninger på, men kun få er så radikalt gennemført som glasset fra Corning Incorporated. Gorilla Glass kaldes produktet fra denne amerikanske glasproducent.

Det er et kvalitetsmærke for en mobil enhed at være udstyret med dette displayglas opkaldt efter planetens mest muskuløse abe. Men hvorfor er dette glas egentlig så meget stærkere end alt mulig andet glas?

Som udgangspunkt laver Corning Incorporated glas som alle andre producenter. De nævnte bestanddele smeltes i store ovne til en glasmasse, der hældes op i et såkaldt isopipe-kar. Dette kar har nærmest form som en tagrende, men med skarp og vinkelret bund i stedet for en halvbue.

Glasset fyldes i karret, indtil massen flyder over, glider ned ad begge ydersider og mødes på den skarpe vinkelkant i bunden. Her flyder de to lag sammen til et enkelt lag, der trækkes nedad af tyngdekraften. Resultat er et meget tyndt glasbændel, der stivner til en ultratynd plade på blot en halv millimeters tykkelse. Pladen klippes ud i længder af automatiske robotarme uden menneskelig berøring af nogen art og lægges til afkøling.

Højere atomnummer giver styrke

De afkølede, men endnu ikke hærdede glasplader, føres nu til det sted, hvor Gorilla-glas henter sin særlige styrke og hårdhed. Det er et bad, hvor glasset undergår en proces, der kaldes ion-bytning. Badet består af kalium-salt, der er varmet op, så det er blevet flydende, og meningen er, at få de små natrium-ioner i glasset byttet ud med kalium-ioner fra saltbadet.

Forklaringen er, at natrium (Na) har atomnummeret 11, mens kalium (K) har atomnummer 19, og derfor er kaliumatomer større end natriumatomer. Konkret er størrelsesforskellen 40 picometer, hvilket svarer til 20 procent. Det betyder, at kalium-ionerne bliver presset tættere sammen i glasset, som derved også bliver tilsvarende sværere at ændre og ødelægge.

Det svarer til, at du erstatter det øverste lag af små, bløde bolde i en kasse med store bløde bolde. De store bolde klemmer sig simpelthen hårdere fast i kassen end de mindre og vil derfor være sværere at pille fri. Du kan også sammenligne situationen med et net, hvor du har stukket små bolde ind i maskerne, og nu erstatter dem med større bolde. Hvor der før var lidt udvidelse at give af, er der stort set ingen udvidelsesmuligheder nu, og nettet får derfor en hård og stiv struktur.

Men for at erstatte natrium-ionerne med kalium-ioner, skal natrium-ionernes kemiske bindinger brydes. Og det kan blandt andet ske ved opvarmning, så kalium-badet bliver ophedet til 400 grader. Da kalium-ioner i modsætning til natrium-ioner kan opretholde kemisk binding ved højere temperaturer, bliver natrium-ionerne metodisk i en støt

proces erstattet med kalium-ioner. De fleste erstatninger sker ude ved glassets overflade, og antallet aftager gradvist ind mod glassets midte. Derfor skaber ion-bytningen et tæt lag i glassets overflade, der virker som et panser mod revner og flækker.

Gorilla-glas kan produceres i tykkelser på mellem 0,4 mm og 2 mm, og selv det tyndeste 0,4 mm-lag har en markant bedre brudstyrke end de fleste andre gennemsigtige materialer i samme tykkelse. Da glasset er stærkt nok til at modstå konstante tryk og krads, og da det samtidig er tyndt nok til ikke at begrænse følsomheden af underliggende berøringslag, er Gorilla-glas ideelt til touch-skærme.

Samtidig føjer de ultratynde glasplader stort set ingen ekstra vægt til bærbare apparater. Og fordi fremstillingsprocessen alene sker på grundlag af naturlige kemiske reaktioner, er Gorilla-glas hverken skadeligt for mennesker eller miljø og kan genanvendes uden problemer.

Gorillaen banker rivalerne

Selv om Cornings Gorilla Glass ikke er den eneste hærdede displayglastype på markedet, er mærket markedsledende. Det skyldes ikke mindst, at virksomheden har været særdeles skrap til at profilere sit produkt på store it-udstillinger som eksempelvis Consumer Electronics Show og tilsvarende gigantmesser, hvor publikum er blevet inviteret til selv at prøve, hvor store påvirkninger glasset kan klare.

Store mærkevareproducenter som Samsung, Sony, Acer, HTC, Motorola og HP (samt Apple for visse iPhone-modellers vedkommende) har inddraget glasset i produktionen af såvel smartphones som tv-skærme. Men glassets succes skyldes nok også det malende produktnavn, som er nemt at huske.

Senest er salget af Gorilla-glas toppet med en milliard dollar på årsbasis, og det er en omsætning, som Corning Incorporated forventer vil stige til op mod det dobbelte inden for det næste par år. Ifølge Corning arbejdes der til stadighed på at forbedre den hårdføre glastype, og kommende udgaver skal have bedre antirefleks-egenskaber og være mindre modtagelige over for fingersmuds.

Ud over Gorilla Glass producerer Corning Incorporated også det såkaldte Lotus Glass, der er specielt tilpasset de ret nye OLED-displays og de bedste LCD-displays. Denne glastype forener yderligere brudstyrken med forøget berøringsfølsomhed, hvilket gør glasset velegnet til indkapsling af displays med flydende krystaller. Corning kan altså levere glas både til opbygning af selve displayet og til beskyttelse af overfladen.

Corning Incorporated er dog ikke usårlige. På verdensmarkedet for displayglas slås amerikanerne først og fremmest med amerikanske GT Advanced Tecnologies Incorporated, der blandt andet har Apple som kunde, og med japanske Asahi, der blandt andet har fordelen af at være tæt på de mange asiatiske producenter, og som omsætningsmæssigt er betydelig større.

Asahi har dog også et bredere produktsortiment, så om de kan true Corning Incorporated på det specialiserede marked for særligt stærke displayglas, er uvist. Med i kampen er også danske PanzerGlass. De fire firmaer vil sammen med andre konkurrenter utvivlsomt holde hinanden til ilden i dette ekspanderende marked, så vi kan forvente endnu stærkere og endnu billigere displayglas i fremtiden.

Corning Incorporated er ikke den eneste leverandør af stærkt displayglas. Blandt konkurrenterne er japanske Asahi og amerikanske GT Advanced Tecnologies. Sidstnævnte fremstiller blandt andet de nyeste iPhone-modellers navnkundige Sapphire Glass displaybeskyttelse.

Denne glastype, der også kendes fra armbåndsure, overgås kun i hårdhed af diamant og angives at være fire gange hårdere end Gorilla-glas. Til gengæld er det også 67 procent tungere og en anelse tykkere ved samme styrke. Desuden er fremstillingen dyrere.

Råmaterialet udsmeltes til tykke plader, der skæres i ønsket tykkelse med en diamantsav eller med laser. Det er med til at fordyre produktionen tre-fire gange sammenlignet med Gorilla-glas. Alligevel har Apple planer om at bygge et fabriksanlæg i Arizona udelukkende med henblik på fremstilling af Sapphire Glass.

En tredje konkurrent, der oven i købet er dansk og kan købes i løs vægt, hedder Panzer-Glass. Som dækglas til for eksempel et mobildisplay er det bare 0,4 mm tyndt og vejer kun syv gram. Den danske producent, der er del af Juhl Bach Holding Group, anfører, at det svageste punkt ved hærdet glas typisk er hjørnerne, og derfor har PanzerGlass runde hjørner, som skal styrke holdbarheden og minimere risiko for skår ved slag og fald.

Corning eksperimenterede med kemisk hærdet glas allerede i 1960 og fik på få år udviklet sit såkaldte ”muskelglas” under navnet Chemcor. Glasset blev anvendt til blandt andet biler, fly og til brug inden for medicinalindustrien. Med fremkomsten af mobiltelefoner og andre små bærbare enheder med skærmdisplays så Corning en oplagt markedsmulighed for det tynde og lette, men yderst hårdføre displayglas.

Det oprindelige Gorilla Glass blev lanceret sammen med den første iPhone i 2007, men en forbedret udgave med en tykkelse på blot 0,8 mm kom på markedet i 2012 under betegnelsen Gorilla Glass 2. Nyeste type er Gorilla Glass 3, der blev introduceret på CES sidste år. Den er ikke bare yderligere kemisk hærdet; Corning har ved at analysere atomernes struktur og deres bindinger givet glasset en egenskab, som Corning kalder Native Damage Resistance.

I praksis betyder det en brudstyrke og ridsefasthed, der er tre gange større end forgængeren, så Gorilla Glass 3 er nærmest ekstremt solidt. Selv om der skulle opstå ridser i glasset, så skulle de være meget svære at se. Ridsernes synlighed er reduceret med 40 procent, anfører virksomheden.

Det svarer til, at du erstatter det øverste lag af små, bløde bolde med store, bløde bolde.