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揭秘康宁未来玻璃是如何诞生的

2012-09-27 11:36
九一隐士
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  压缩与张力之间的相互作用能用所谓“鲁珀特王子的玻璃滴”(Prince Rupert’s drop,鲁珀特是莱茵王子,据说他喜欢用这种方式来恶作剧)的方法来进行最好的展示,也就是把熔化后的玻璃滴入冰水中,然后这些蝌蚪形状的玻璃滴将会迅 速冷却和压缩,其“头部”将可承受数量庞大的“惩罚”,如连续的锤击等。但与此同时,“尾部”的条状玻璃则更脆弱一些;如果这一部分的条状玻璃破裂,那么 裂痕就会以每小时2000英里(约合3218千米)的速度在整个玻璃滴中迅速传播开来,从而产生猛烈的后果。在某些情况下,“鲁珀特王子的玻璃滴”会发生 爆炸,发出耀眼的光芒。

  用来强化玻璃的化学钢化方法是在二十世纪六十年代开发出来的, 通过所谓“离子交换”的方式来创造一个压缩层。“大猩猩玻璃”等玻璃所包含的铝硅酸盐成分包括二氧化硅、铝、镁和纳等元素,当这种玻璃被放入加热熔化后的 钾盐中时,就会受热扩张。纳和钾在元素周期表中处于同一个纵列中,这意味着它们的行为是相似的。

  来自于钾盐的热量会提高钠离子从玻璃中向外移动的速度,类 似的钾离子也会比较容易地游入,找到自己的位置。但是,由于钾离子比钠离子大的缘故,前者会更加紧密地挤在这个空间中。在玻璃冷却时,这些离子被挤在变得 狭小的空间里,这样一来玻璃表面的抗压应力层就形成了。与热强化玻璃相比,化学钢化玻璃拥有更强的表面压缩度。

  康宁工程师使用一系列设备来测试其产品的极限

  到 3月底的时候,康宁完成了自己的公式设计。但是,这家公司还需要生产出这种玻璃。发明一种新的制造工艺是不可能的,因为那可能需要几年时间。为了在苹果给 出的最后期限以前完成这项工作,康宁的两名成分构成科学家亚当•埃里森(Adam Ellison)和马特•德吉内卡(Matt Dejneka)接到了一项任务,内容是找出如何改造公司已在使用的一种工艺,并对其进行故障排解。他们需要找出一种适合的工艺,能让康宁在短短几个星期 时间里生产出大量超薄的玻璃。

  当时实际上仅有一种选择,那就是“熔融下拉”制程。在这 种制程中,熔化后的玻璃会从一个水箱被倒入一条被称为“隔热管”(isopipe)的耐火槽中,从这条耐火槽的两边外溢,然后在隔热管的下方重新汇聚,由 滚动按照规定的速度“下拉”,从而形成连续不断的玻璃薄片;下拉的速度越快,那么玻璃也就会越薄。

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