昆仑玻璃是哪国的(昆仑玻璃的强度之谜)

1、引言

9月6日,华为的Mate50如约而至,虽然没有了5G,但是依旧带来了不少惊喜。首个获得业内瑞士SGS五星抗跌耐摔权威认证的十倍耐摔的昆仑玻璃、全球首款支持北斗卫星通信消息、首发超变光XMAGE影像系统、首发鸿蒙3.0系统、创新应急模式,等等。硬件方面,没有麒麟芯片的加持,其配备的昆仑玻璃成为最大的亮点。十倍于普通玻璃的强度,究竟是如何做到的呢?

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昆仑玻璃

2、普通玻璃为什么很弱

玻璃这种东西,相信大家都熟悉。它有很多的特性,比如透明的,比如脆的一掉就碎。再比如,猛砸不碎。肯定还有些同学知道,玻璃它模糊了固体与流体的界限,就像那个滴了快一百年的沥青一样。玻璃的主要成分为二氧化硅和其他氧化物,是一种无规则结构的非晶态固体。也就是说,玻璃内部原子分子排列完全没有规律可言。而另一些材料,比如金属,它的原子排列就非常规整。

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沥青实验

实际上,整齐划一的原子或分子排列结构,是影响其整体强度的主要因素,排列得越整齐,其强度就越强。材料的破坏,本质上是内部分子间或原子间相互作用力的分开。对于不规则排列的非晶态固体,微观角度下,原子或分子间的距离有大有小。间距大的地方,空隙就大,也更加的薄弱。这一现象,在宏观上,有专业术语,叫应力集中。而如果是排列规则的晶体结构,则原子或分子间距离处处相等,不存在薄弱环节。当然,这是理想情况。实际的微观结构中,不管是不是晶体结构,都会存在生产制造过程中的微观内缺陷。但是,整体上非晶态固体依然偏弱。

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微观结构

所以,实际生活中,普通玻璃很脆,一掉就碎。它的抗拉强度约60MPa,抗压强度约1000MPa。玻璃同其他材料一样,抗压不抗拉。作为对比,我们看一下同样是脆性的铸铁的拉压强度,HT200的抗拉大概是200MPa,抗压则是750MPa。从对比中可以看出,玻璃非常的不耐拉,但是却非常耐压。其本质就是微观层面的原子或分子排列的问题。

3、如何增强普通玻璃的强度

既然如此,那么能否从微观的层面,人为操纵玻璃原子或分子的排列,以提升其强度呢?答案显然是不现实的。人类还没有从微观层面大批量摆弄原子分子的能力。人类目前可以做的是,通过各种处理工艺,改变玻璃外层的致密度,也就是钢化、强化玻璃。力学分析发现,当物体表层非常挤压,形成一层致密的挤压层,存在着压缩的残余应力时,这个物体的整体强度就会大大提升。

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原子尺度的操控不切实际

表层存在着压应力,内部一般也会有残余拉应力。这种应力状态下,外层紧紧地包裹着内层,大大提升整体的强度。一方面,表层因挤压而变得更加致密,内缺陷偏少,表层玻璃本身的强度得到了大大的提升。另一方面,玻璃破坏必定是拉伸破坏,表层玻璃必须从初始的压应力状态变成拉应力状态,这就平白增加了先抵消压应力的载荷,从而提升了整体的强度。

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鲁伯特之泪

4、昆仑玻璃怎么做到的?

这次华为的昆仑玻璃,其强度是普通玻璃的十倍,究竟如何做到?物理的处理工艺是达不到这个程度的,只有离子交换的化学工艺才有可能。将高温的玻璃浸泡在离子溶液中,玻璃原本含有的钠、钾离子,跟溶液中的大离子相互交换。这样大离子进入表层,本身就会撑大,对周围形成挤压。另一方面,离子交换后形成新的化学物质,其热膨胀系数不同,冷却之后也会对周围形成挤压。广告语中的复合离子强化注入,就是指这个离子交换。

离子交换的多少和离子进入表层的深度,就决定了成品昆仑玻璃的强度。显然,想要获得更好的强度,就需要大离子进入更深层,这样才能使外层的压应力层更加的厚实。这就造成处理工艺非常耗时,效率低下。所以广告语中的24h,大概就是指这个过程。另外,正如前面所述,玻璃模糊了流体和固体的界限,时间久了之后,昆仑玻璃同样会发生应力松弛,影响其整体的强度。所以,千万别拿旧手机做实验。

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离子交换

此外,纳米晶体的生成,也很大程度上改善了内部的分子结构,使之变得更加规整,从而从源头上提升了整体的强度。

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纳米晶体

5、总结

昆仑玻璃强度十倍于普通玻璃,得益于离子交换的处理工艺,使得外压内拉,提升了整体的强度;而纳米晶体的形成,改善了玻璃的微观结构,从源头上提升了其强度。

值得一提的是,昆仑玻璃完全是国内企业生产的,达到甚至超过了国际水平。未来,我们必将在国产手机屏幕上越来越多地看到昆仑玻璃的身影。

PS:强度不是硬度。

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