Химия, биология и косметология

Минеральное стекло с сапфировым напылением. Что такое сапфировое стекло? Свойства, сравнения и применение

Искусственный сапфир представляет собой отличный оптический материал для изготовления стекла. Сапфировые стекла стали одним из прорывов в стекольной промышленности и постепенно начинают завоевывать свою долю на рынке. О свойствах и области применения сапфиров рассказывает портал ОКНА МЕДИА.
Фото: Сапфировое стекло

Сапфировое стекло – технология будущего

Сапфировые стекла, изготовленные из синтетического сапфира, являются одними из наиболее устойчивых материалов к механическим повреждениям, высоким температурам и химическому воздействию, в отличие от обычного стекла.

Сапфир обладает особыми прочностными характеристиками, являясь очень твердым минералом, по своим свойствам уступая лишь алмазу. Синтетический монокристалл стал (сапфир) прорывной технологией, благодаря своим свойствам.

Свойства сапфира и метод производства

Открытый в 1902 году французским химиком Огюстом Вернейлем, искусственный сапфир начал завоевывать рынок. Это анизотропный кристаллический материал, который способен сохранять свою целостность даже в сложной физической среде.

Он имеет температуру плавления свыше 2000˚С, что делает его идеальным для применения при высоких температурах. Также синтетический монокристалл является химически инертным и легко выдерживает агрессивное химические вещества (например, промышленные газы). Кроме того, он способен передавать лучи видимого, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, диапазон светопропускания которых составляет от 150 нм до 6,0 мкм, что намного шире, чем у большинства материалов. Это делает его идеальным материалом для окон, мобильных устройств (лучше передает сигнал), и особенно востребованным в военной и авиационной промышленности.

Фото: Прозрачное сапфировое стекло

Рост кристалла происходит из расплава оксида алюминия и осуществляется в печах в вакуумной среде при температуре плавления выше 2000˚С. Тщательный контроль и регулирование температурного режима позволяет выращивать монокристаллические сапфиры различной формы (стекло, пластины, цилиндры и т.д.). Полученные монокристаллические куски затем выкраиваются по форме, обрезаются и полируются до совершенства.

Высокая устойчивость к истиранию и царапинам (9 по шкале Мооса), широкий спектр передачи оптического света делает искусственный сапфир почти идеальным материалом для применения.

Практическое применение сапфировых стекол

Искусственный сапфир является отличным материалом для применения в различных сферах промышленности. Сапфировые стекла используются в гражданском и военном секторах авиации для того, чтобы облегчить посадку и взлет в ночное время и при плохой видимости (туман, дождь и т.д.). Сапфировое стекло используется в инфракрасных камерах на носу самолетов, которые анализируют расстояние от и до земли и обеспечивают маневренность авиалайнера. Также сапфировые стекла применяются и в наземных транспортных средствах в сочетании с несколькими слоями ламинированных стекол.

Высокие оптические, электрические, химические и механические свойства сапфировых стекол делают их идеальными для различного применения, зачастую благодаря своим характеристикам сапфировые стекла становятся единственным материалом для решения сложных задач инженерного проектирования.

Единственный в России завод «Монокристалл» - стартап, который появился благодаря поддержке РОСНАНО, активно занимается выращиванием искусственных сапфиров и поставкой сапфирового стекла на мировой рынок. Льготный кредит на разработку высокотехнологичного оборудования для производства искусственных монокристаллов больших размеров, позволит компании в будущем занять до 30% мирового рынка.

Доля сапфирового стекла интенсивно растет в последние годы, оно не заменит традиционное флоат-стекло, так как его размеры ограничены, но станет все больше применяться в различных отраслях промышленности, где необходимы повышенные требования к прочности и устойчивости стекла.

Сапфировое стекло на часах что это такое?

Сапфировое стекло на часах является искусственным материалом, который по своим свойствам мало чем уступает натуральному сапфиру. Производят его довольно интересным способом: в разогретый до 200 градусов оксид алюминия добавляют сапфировый кристалл. Под воздействием высоких температур атомы двух элементов взаимодействуют, образуя в процессе затвердевания искусственный сапфир. После охлаждения готовый материал подвергается обработке и шлифовке. Изготовленное таким методом стекло обладает высокой степенью прочности и износостойкости. Технология изготовления считается сложной и дорогостоящей, что соответственно отражается на цене готового изделия.

П люсы и минусы менерала

Минеральное стекло бывает двух видов: кварцевое и силикатное. Для его изготовления используются различные разновидности сырья, в которое в процессе плавления добавляются оксиды металлов. Горячему веществу придают необходимую форму, постепенно охлаждая его. К преимуществам минерала относятся его хорошая прочность, прозрачность, а также невысокая стоимость. При бережном отношении срок службы саксессуара может быть неограничен. Но при ударе острого предмета оно может лопнуть или растрескаться. Также не рекомендуется использовать это изделие в густо запыленных местах или при работе вблизи химических реагентов. Его поверхность может потускнеть. Для улучшения уровня прозрачности минеральный материал необходимо подвергнуть небольшой шлифовке.

Какое стекло лучше?

Сравнивая минеральное и сапфировое стекло, первое конечно немного уступает по износостойкости. Прочнее искусственного сапфира только натуральный алмаз. Поэтому его можно поцарапать только алмазом или очень острым предметом. К мелким царапинам оно абсолютно не подвержено, чего нельзя сказать о минеральном. Но не стоит расстраиваться, если на часах с минеральным стеклом появились царапины, их можно легко устранить методом полировки.
Минеральный вариант такой же прозрачный и чистый, как и сапфировый, и внешне их сложно отличить друг от друга, но под прямыми лучами на таком нем появляются блики. По цене часы с сапфиров немного дороже, что может быть важно для рядового покупателя.

На прошлой неделе издание Wall Street Journal сообщило о том, что Apple собирается потратить $700 миллионов на новый материал для экрана iPhone . Этот материал называется «сапфир», он является суперпрочным материалом, который сможет прекрасно защитить сенсорный экран смартфона. Мы приготовили несколько интересных фактов о сапфире, о которых вы непременно должны знать.

Что это такое?

Это твердое кристаллическое вещество, обладающее рядом свойств, схожих со стеклом Gorilla Glass, которое в настоящий момент используется для экранов iPhone. Сапфир прозрачен, невероятно гибок, и на нем, в отличие от стекла, сложно оставить царапину. И самое главное, данный материал более устойчив к появлению трещин, в особенности, при падении устройства.

Сапфир, о котором мы говорим, отличается от природного материала, который можно найти на Земле. Это синтетическое вещество, созданное в лаборатории и приближенное к структуре натурального сапфира. И на самом деле, в вашем iPhone уже есть крошечная часть этого прочного материала.

Подождите, неужели Apple его уже использует?

Конечно! Объектив вашей камеры iPhone уже давно защищен слоем сапфира. В iPhone 5s его также использовали для защиты сканера отпечатков пальцев Touch ID.

А где еще используют сапфир?

В бронетанковой технике, при изготовлении иллюминаторов самолета, в дорогих часах и прочих сферах.

Насколько это твердый материал?

Сапфир является одним из самых сложных минералов на Земле. Он тверже стали, но более хрупкий, по сравнению с алмазом. Химически усиленное стекло может быть превосходным материалом, но сапфир лучше с точки зрения твердости, прочности и стойкости. Сапфир в 4 раза более стойкий материал, чем известный своими прекрасными свойствами Gorilla Glass. По шкале твердости Мооса , используемой для измерения твердости минералов, сапфир набирает 9 из 10.

Почему же его не используют другие производители смартфонов?

У сапфира есть и ряд недостатков. Во-первых, он бликует сильнее, чем стекло, а это может стать большой проблемой. Во-вторых, производители Gorilla Glass говорят о том, что они работали с сапфиром, начиная с 1970-х годов, и что материал не так крепок, как об этом заявляют, это подтверждают и их внутренние тесты. И что немаловажно, сапфир — очень дорогой в производстве материал. Каждый сапфировый экран обойдется Apple в 16 долларов, в то время как дисплей из Gorilla Glass стоит всего 3 доллара.

Где же будут производить сотни миллионов подобных экранов?

В прошлом году Apple купила огромный завод в Аризоне. Вы только представьте себе, по своей площади он занимает 20 футбольных полей! К тому же купертиновцы взяли в аренду оборудование у компании GT Advanced Technologies, специализирующейся на разработке кристаллических материалов. По прогнозам аналитиков, данный завод сможет производить в два раза больше сапфира, чем все остальные компании в мире.

И последний вопрос: будет ли использован сапфир для экрана iPhone 6?

Возможно. У аналитиков нет оптимистических прогнозов по этому поводу, поскольку производство данного материала — весьма проблемный процесс. В общем, на этот вопрос сможет ответить сама Apple, и уже совсем скоро.

Сразу оговоримся, речь пойдет о брендовых статусных наручных часах, которым пластик «не по чину». Не потому, что материал дешевый и не подчеркивает благосостояние. Просто он быстро теряет прозрачность и целостность. Задачей стекла является не только отличная видимость циферблата, но и защита механизма. Учитывая, что во многих моделях часов механика сверхточная, иногда ручной работы, обеспечить его сохранность - дело чести мастера. Поэтому при изготовлении брендовых часов используют минеральные или сапфировые стекла. В чем разница? Давайте разбираться.

Минеральное стекло

75% наручных часов защищены такими стеклами. Они отлично предотвращают попадание пыли и влаги внутрь корпуса, не позволяя «убить» механизм. Обладают следующими свойствами:

прочные. Их сложно разбить прямым ударом;
износостойкие. В процессе ношения редко появляются царапины;
долговечность. Срок службы при правильном уходе более 20 лет;
возможность полировки и несложный уход.

При невысокой стоимости подобные качества делают часы с минеральным стеклом особенно популярными. Следует отметить небольшие недостатки: после длительной эксплуатации мутнеет и нуждается в замене.

Сапфировое стекло

Защита циферблата и механизма, выполненная из искусственного сапфира, отличается высокой износостойкостью. Чтобы нанести царапину на стекло вам понадобится, как минимум, купить алмаз, другими минералами сапфировую поверхность повредить практически невозможно. Кроме того, часы с подобным стеклом у заботливого владельца прослужат почти бесконечно. Может износиться корпус, браслет, а стекло останется прозрачным и целым.

Минус - хрупкость материала. Из-за высокой твердости искусственного сапфира стекло может не выдержать сильного удара и просто расколется.

Как определиться с выбором?

Чтобы знать, где именно «собака зарыта», давайте сравним оба варианта стекол по нескольким показателям:

износостойкость. Минеральное можно повредить в результате неаккуратного обращения, но оно полируется. Сапфир повредить практически невозможно;
прочность. При сильном ударе сапфировое стекло можно разбить, минеральное более устойчиво;
стоимость. Для изготовления минерального стекла используются более дешевые компоненты, поэтому итоговая цена минерального текла ниже, чем сапфирового.

Есть ли альтернатива?

Помните, часовое производство постоянно растет и развивается. Сегодня ведущие бренды предлагают продукцию по приемлемой цене высокого качества не только с сапфировыми стеклами. В чем хитрость? Недорогое минеральное стекло покрывается сапфировым напылением или добавляется антибликовый эффект. Многие бренды дополнительно закаливают материал, повышая влагостойкость и прочность стекла и, соответственно, обеспечивают лучшую защиту циферблата и механизма. Правда от помутнения минерального стекла пока «лекарства» не изобрели.

Заходите в , чтобы лично убедиться: статусные аксессуары для любого бюджета легко подобрать в несколько кликов. Профессиональную консультацию и оригинальное качество - гарантируем.

Для защиты экранов современных популярных средств связи сегодня используется два равноправных варианта — искусственный сапфир или измененное химическим образом стекло Gorilla Glass. Каждое из решений имеет целый ряд достоинств и недостатков, поэтому объективно назвать какое-то из них более интересным нельзя при всем желании. В данной статье мы проводим полный сравнительный анализ этих материалов — от момента производства до возможности замены.

Так что лучше для защиты экрана — сапфир или Gorilla Glass?

Сапфир и Gorilla Glass — вводные

Что собой представляет сапфировое стекло

Сапфир представляет собой сверхтвёрдую форму прозрачного кристалла. Внешне он напоминает стекло, однако по физико-химическим свойствам он куда ближе к алмазу.

Интересный факт
Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернейлем.

Сегодня подобный материал используется для создания различных медицинских приспособлений, а также для защиты циферблатов дорогостоящих часов и экранов некоторых современных телефонов класса люкс, большая часть из которых имеет на своем корпусе логотип Vertu.

Что собой представляет Gorilla Glass

Gorilla Glass — это стекло, которое имеет повышенное сопротивление к царапинам, изгибу и ударам. Это достигается путем его химической обработки, а именно — ионного обмена, во время которого соответствующие элементы натрия в материале заменяются частицами калия.

Интересный факт
Проект Project Muscle — праотец Gorilla Glass — был закрыт в 1959 году и возрожден по личной просьбе Стива Джобса только в 2006.

Сегодня Gorilla Glass, в подавляющем большинстве случаев, используется для защиты экранов современных мобильных телефонов, однако его также начинают применять в производстве ноутбуков с сенсорными дисплеями, а также в автомобильной промышленности и даже строительстве.

Сравнение твердости сапфира и Gorilla Glass

Сапфир — значительно более твердый материал, чем любой доступный для использования в телефонах.

Примечание
Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) — набор из десяти эталонных минералов — от талька до алмаза — для определения относительной твёрдости методом царапания.

Самым твердым является алмаз — 10 баллов. Твердость сапфира оценивается в 9 баллов , видоизмененного химическим образом стекла Gorilla Glass — 6,8 баллов . Для сравнения, твердость золота — 2,5 баллов, стали — 4 балла, обычного стекла — 5 баллов, титана пятого класса — 7 баллов, кованной стали — 7 баллов. Более твердый материал без проблем царапает мягкий — сапфир можно поцарапать только алмазом, Gorilla Glass — даже простой связкой ключей.

Действительно ли нельзя пацарапать сапфир ничем, кроме алмаза? — на этот вопрос мы и хотим ответить. У Vertu была проблема с царапинами на экране, и многие пользователи сомневались, что это действительно сапфир, ведь каждый убежден, что в быту обычного человека нет ничего, что могло бы его повредить. Царапины появлялись — если речь о женщинах с Vertu — от сережек с бриллиантами, которые контактировали с дисплеем в момент разговора — они имеют бОльшую твердость, чем сапфир

Наш собственный наглядный тест-сравнение твердости сапфира и Gorilla Glass

Цифры — это, конечно, здорово, однако мы решили провести самостоятельный тест на устойчивость сапфира к царапинам. У нас как раз завалялось сапфировое «стеклышко» от Vertu Ascent, поэтому, как говорится, сам Бог велел.

Для проведения эксперимента мы использовали самую обыкновенную наждачную бумагу P400, купленную в автомагазине. Мы хорошенько потерли ею тестовый образец. Чтобы добиться видимого эффекта, пришлось применить немало усилий, но все же нам удалось поцарапать сапфир.

Как и почему так получилось? Все дело в том, что в составе наждачной бумаге есть корунд, он, также как и сапфир, имеет твердость 9.

Чтобы усилить эффект воздействия в несколько раз, мы применили бор-машину с абразивной насадкой. Но, судя по всему, в составе абразива были менее твердые частицы, чем корунд и сапфир вообще никак не удалось поцарапать, насадка просто скользила по поверхности, не оставим ни следа. Идеальный результат. Сапфир действительно твердый.

Мы продолжили практический тест, заменив сапфир на GorillaGlass. Благо, у нас под рукой оказалось оригинальное стекло с iPhone 6 после ремонта. Для чистоты эксперимента мы применили точно такую же наждачную бумагу, как и в случае с предыдущим испытуемым. Результат оказался весьма предсказуемым — поцарапать материал не составило большого труда.

Замена наждачной бумаги на бор-машинку оказалась еще более впечатляющей — насадка вошла как нож в масло, на стекле образовались заметные невооруженным глазом углубления. Без сомнений, сапфир противостоял подобным действиям с большим достоинством.

Достоинства и недостатки сапфира и Gorilla Glass

Каждый обладает своими плюсами и минусами.

Характеристики	Сапфир	Gorilla Glass
Твердость	Сапфир обладает куда большей твердостью, чем любые другие решения для защиты экрана, поэтому поцарапать его очень сложно. Тем не менее, как показывают наши личные тесты, нет ничего невозможного.	Gorilla Glass имеет меньшую прочность, чем сапфир. Данный материал можно поцарапать даже металлическими предметами — например, ключами.
Гибкость	Сапфир очень сильно проигрывает по показателю гибкости, поэтому при давлении на устройство он без каких-либо проблем может треснуть.	Gorilla Glass — очень гибкий материал, поэтому давление на экран устройства любыми посторонними предметами не сможет критично повредить его.
Прочность	Прочность сапфира оставляет желать лучшего — он очень хрупкий и может быть легко поврежден при ударе. Именно поэтому, кстати, в телефонах Vertu сапфировое стекло имеет внушительную толщину, которая частично нивелирует подобный недостаток.	Учитывая куда больший, в сравнении с сапфиром, показатель прочности, повредить Gorilla Glass при падении гораздо сложнее.
Прозрачность	Прозрачность хорошо отполированного сапфира можно назвать эталоном. Это гарантирует беспрецедентный уровень яркости и контрастности изображения.	По показателю прозрачности Gorilla Glass явно проигрывает сапфиру — это видно невооруженным глазом.
Стоимость	Сапфир в десять раз дороже, чем Gorilla Glass, на что точно придется обратить внимание при ремонте.	Заменить экран, прикрытый Gorilla Glass, можно с куда меньшими денежными тратами — это безусловный плюс материала.

Gorilla Glass обладает куда большей устойчивостью к изгибу, чем сапфир. Именно поэтому давление на него вряд ли сможет нанести ему значимые повреждения — он поцарапается, но точно не треснет. Сапфир, напротив, скорее треснет, чем поцарапается. Тем не менее, на устройства Vertu, например, устанавливаются достаточно толстые пластины прозрачного сапфира, поэтому данный недостаток отчасти нивелируется.

Хорошо отполированный искусственный сапфир обладает куда большей прозрачностью, чем любое стекло, включая то самое Gorilla Glass. Это делает изображение на экране современного мобильного устройства гораздо более ярким и четким, что очень сильно улучшает восприятие с него любой информации. Учитывая факт его использования как для ввода информации, так и для его вывода — это является немаловажным фактором для использования для защиты экранов телефонов именно сапфира.

Несмотря на то, что сапфир, имея огромную твердость, куда лучше любого стекла противостоит царапинам и очень долго сохраняет первозданный вид изделия, у него есть неочевидный недостаток. Данный материал является очень хрупким, поэтому разбить его при падении устройства не составит никакого труда. По данному параметру Gorilla Glass превосходит его в пару раз. Именно поэтому в массивных «добротных» телефонах Vertu, например, используются достаточно толстые пластины сапфира, которые бы были неприменимы, например, для тех же iPhone.

Даже учитывая многочисленные потуги по снижению стоимости искусственного сапфира, к которым прибегают компании по всему миру, его цена на данный момент превышает аналогичный показатель Gorilla Glass в десять раз. В первом случае — около 30 долларов за лист, во втором — всего 3 доллара. Следует принять во внимание, что в данном случае обозначена стоимость не готовой комплектующей, а только заготовки, поэтому для масс-маркета сегодня сапфир точно не подходит.

Возможность и стоимость замены сапфирового экрана и Gorilla Glass

В зависимости от возможности отдельной замены «стекла» и экрана, стоимость починки поврежденного дисплея Vertu сильно разнится. Так, например, в классическом кнопочном телефоне Signature S это реально, поэтому цена на сапфировое стеклышко находится на уровне 15 000 рублей. В современных же смартфонах компании они склеены вместе для уменьшения воздушной прослойки и повышения качества изображения, поэтому в том же Constellation V, например, при повреждении экрана придется расстаться с суммой в 60 000 рублей.

В подавляющем числе случаев экраны современных мобильных телефонов приклеены к защитным стеклам GorillaGlass, что позволяет уменьшить общую толщину их дисплеев и улучшить качество изображения, убрав воздушную прослойку. Именно поэтому при повреждении стекла необходимо менять его в сборе вместе с дисплеем. Стоимость подобной процедуры в современных моделях iPhone находится на уровне 10 000 рублей, что значительно ниже аналогичных операций с сапфиром.

Процесс производства искусственного сапфира и стекла Gorilla Glass

Для выращивания сапфира, который бы подошел по размеру для экранов мобильных телефонов, компанией Vertu была создана новая технология, являющаяся коммерческой тайной компании. Тем не менее, точно известно, что базой для процесса является использование высокой температуры и давления на оксид алюминия. После создания сапфировой «колбасы» она разрезается на отдельные части нужного размера и длительное время шлифуется до полной прозрачности. В обработке сапфира используются инструменты из алмаза — только ему может поддаться подобный материал.

Чтобы придать обычному стеклу повышенной твердости и прочности специалисты компании Corning применят химические методы его обработки — процесс обмена ионами. Для этого обычное стекло помещается в раствор расплавленных солей калия с температурой около 400 градусов по Цельсию. Во время процедуры небольшие ионы натрия в стекле замещаются ионами калия большего размера. После охлаждения стекла ионы калия начинают давить друг на друга сильнее, в сравнении с натрием, давая новому материалу — тому самому GorillaGlass — повышенной сопротивляемости повреждениям.

Недалекое будущее средств защиты экрана

Если проанализировать текущие разработки и планы компаний-производителей защитных стекол для экранов телефонов, можно выделить три направления для развития этих комплектующих. Первое базируется на снижении стоимости сапфировых стекол и их массовом распространении, второе — на увеличении твердости Gorilla Glass и подобных решений физико-химическим образом, третье — на комбинированном использовании стекла и сапфира. В последнем случае на устойчивое к ударам стекло может наносится тонкий слой устойчивого к царапинам сапфира — что-то вроде напыления.