Проведя ряд исследований, инженеры-технологи Huawei выяснили, что большинство применяемых в отрасли методов химического упрочнения стекла направлены на укрепление его поверхности, которая в результате становится в определенной степени устойчивой к воздействию внешних сил. Достигается это путем замены крупных ионов на поверхности стекла мелкими с дальнейшим формированием упрочняющего слоя в высокотемпературной соляной ванне.
Однако у полученного данным методом стекла структурная прочность ограничена — упрочняющий слой повреждается, как только величина внешних сил превышает критический уровень. В результате трещины углубляются, что приводит к разрушению стекла. Существующая толщина упрочняющего слоя поверхности традиционной стеклянной панели составляет около 150 мкм, и такую панель можно дополнительно усилить только увеличением этой толщины. Вот почему разработчики решили прибегнуть к другим методам изготовления небьющегося экрана.
Huawei MATE 50
Поиск вдохновения в практичном мире
Свое вдохновение инженеры-технологи компании Huawei черпали в прочных железобетонных конструкциях. Несущие стены традиционного здания после добавления упрочняющего слоя способны сохранять стабильную конструкцию даже при повреждении поверхности. По аналогии технологи применили метод ввода большого количества нанокристаллов в структуру стекла смартфона. Сформированный таким образом плотный каркас повышает устойчивость экрана при падениях.
Микрокристаллическая структура стекла нашла в свое время широкое применение при изготовлении облицовки зданий и кухонной посуды. Однако в силу большого размера кристаллов и неравномерного распределения компонентов в структуре традиционного микрокристаллического стекла частицы кристаллов создают эффект рассеяния света, что не позволяет достичь «полной прозрачности». Однако стеклянные панели для смартфонов должны обладать сверхвысокой светопропускающей способностью.
При повышении прочности мобильных телефонов необходимо добиться высокой концентрации кристаллов и учесть требования к светопроницаемости. В структуре традиционного стеклокерамического материала количество и способ распределения кристаллов, которые зависят от типа материала, значительно уменьшают эффект рассеяния света. Это свойство очень важно при изготовлении экранов. Кроме того, стеклокерамика прочнее обычного стекла.
Huawei MATE 50
В результате сложную задачу разработки идеального экрана инженеры-технологи Huawei решали в сотрудничестве с предприятиями, специализирующимися на производстве стекла. Четыре года научно-исследовательских работ дали свои плоды — разработан принципиально новый технологический процесс изготовления стекла.
На одной из стадий в структуру стекла вводятся нанокристаллы из оксида определенного металла. Нанокристаллы выращиваются в течение 24 часов при высоких температурах. Материалы с микрокристаллической матрицей и панели из этих материалов подвергаются 108-ступенчатой закалке и обработке в расплаве платины при температуре 1600°C. После стадии высокотемпературного нагрева только что образовавшиеся кристаллы в матричном материале стекла выращивают до нанометрового размера, в результате структура становится настолько плотной, что кристаллы сращиваются со стеклом.
В итоге инженерам Huawei удалось сформулировать решение отраслевой задачи сочетания оптических свойств стеклокерамики с характеристиками прочности.
Стекло Kunlun, состоящее из нанокристаллов сверхмалого размера, очень стойкое. Технологический процесс, включающий стадию упрочнения композитной структуры методом ионного обмена, 108-ступенчатую закалку микролита и панелей, а также обработку в расплаве платины при температуре 1600°C, позволяет получить кристаллы достаточно малого размера и достаточно высокой плотности, чтобы образовать компактную структуру. При этом кристаллы «вливаются» в структуру стекла как единое целое, чтобы свет не рассеивался и не снижал светопропускающую способность экрана устройства. Так новый процесс позволил повысить стойкость экрана при падении в 10 раз.
Простая, но важная защита
Huawei MATE 50
Во время научно-исследовательской работы, которую вели инженеры-технологи Huawei до запуска производства стекла Kunlun, случались и взлеты, и падения. Промежуточные варианты материалов были крайне нестабильны, в результате либо не удавалось добиться оптической прозрачности, либо было невозможно получить трехмерный изгиб стекла в нагретом состоянии. Через четыре года непрерывных разработок и внесения в процесс многочисленных изменений производство стекла Kunlun наконец-то было запущено, теперь оно используется в смартфонах серии MATE 50.
Оптимизация силами Huawei затронула процесс получения ударопрочного стекла на глубоком уровне — инновационные технологии были применены и с точки зрения компонентов, и сырья, а это значительно сложнее, чем просто улучшить качество стекла.
По статистике, более 50% обращений в послепродажные сервисные центры связаны с ремонтом стеклянной панели смартфона. Немаловажный факт, что в большинстве случаев экран повреждается в результате случайного падения или рассеянности пользователя. Жалуясь на трещины, появившиеся по оплошности, пользователи любят утверждать, что это дефекты изготовления, но таких жалоб не будет, если стеклянная панель останется целой даже при досадном падении.
Производитель, продолжающий вкладывать инвестиции в свойства продукта, которые потребитель не замечает в повседневном использовании до первого случайного повреждения, должен быть твердо и решительно настроен. В этом и заключается истинный смысл концепции «Kunlun», гарантирующей стойкость в экстремальных условиях.
