Călătoria Apple, care a dus la adoptarea ceramicii de zirconiu, ca material principal, poate fi descrisă ca o epocă a filmului. Vom începe de la sfârșit și, în primul rând, ne vom concentra pe partea științifică și tehnică a problemei.
Ce este zirconiul?
Zirconiu ceramica au cea mai mare rezistență mecanică și duritate la temperatura camerei. Zirconia are o rezistență ridicată la crăpare (rezistența la rupere) în comparație cu orice ceramică avansată din punct de vedere tehnic. Nivelul de duritate, proprietățile mecanice și rezistența la coroziune o fac ideală pentru aplicațiile de înaltă presiune.
În prezent, oxid de zirconiu găsit aplicații industriale în presa-ștanțarea, cabluri și conducte mare măsură, în diverse ghiduri și role sunt supuse uzurii, supape de presiune și materiale implicate în producerea rulmenților. Coeficientul de expansiune termică este foarte apropiat de oțel, această caracteristică face din ceramica de zirconiu un piston ideal pentru utilizare în foraj. Zirconiul are rezistență excelentă la uzură, rezistență chimică și rezistență la coroziune, precum și conductivitate termică scăzută.
În comparație cu cele mai multe alte materiale, ceramica de zirconiu are o rezistență ridicată la zgârieturi. Spre deosebire de aluminiu, care în aproape toate formele este predispus la zgârieturi și abraziuni. În acest caz, ceramica de zirconiu poate avea orice culoare fără a folosi vopsea exterioară.
Stiinta rachetelor: cum foloseste NASA ceramica
Zirconiu ceramica sunt, de asemenea, deosebit de eficiente în disiparea de căldură, poate mai bine decât orice alt material. Eliberarea căldurii este vitală pentru protejarea electronicii. Navetele spațiale Li900 ceramice de siliciu sunt folosite ca un sistem de protecție termică, bariera, care protejează naveta spațială la intrarea în atmosferă (de la NASA are, de asemenea, o versiune mai avansată a Li-2200 -. Translator approx), dispersant
1650 ° C căldură acumulată, pentru comparare, carcasa din aluminiu protejează împotriva gradientelor de temperatură nu mai mare de 177 ° C NASA a început cercetarea folosind ceramică pe straturi termice (izolație la temperaturi înalte de multiple utilizări) la începutul anilor 1960. pentru nave spațiale de nivel de intrare. Studiile realizate de NASA au devenit baza tuturor tehnicilor moderne, inclusiv ideea folosirii ceramicii de zirconiu.
Zirconiu + oxid de aluminiu sau nitrură de aluminiu = conductivitate termică
Siliconul Li900 are un efect secundar care ar putea fi util în cele mai moderne dispozitive electronice, în special pentru eliminarea căldurii. În forma sa pură, este un conductor de căldură foarte slab, dar acest lucru poate fi corectat. În domeniul electronicii, practica utilizării oxidului de aluminiu sau nitrură de aluminiu, care prin coeficientul de conductivitate termică poate depăși aluminiul pur. Adevărat, acest lucru poate face ceramica de zirconiu fragilă, dar această problemă este rezolvată cu ajutorul unui echilibru efectiv.
Ceramica transparentă din zirconiu
Odiseea științei materiale a Apple
Apple este în permanență în căutarea celor mai avansate componente pentru dispozitivele sale. De-a lungul istoriei sale, compania a revoluționat utilizarea aluminiului, de la topirea la mașinile CNC de precizie micro-milimetru. Apple a avansat în utilizarea aluminiului până în prezent, până la atingerea rezultatelor maxime posibile, până la "aluminiu transparent" (oxitribidul de aluminiu) [4].
Dorința companiei de a extinde limitele științei materialelor, poate, a contribuit la criză cu "Bendgate". Când iPhone a devenit mai subțire, a devenit mai ușor să se îndoaie, pe care unii utilizatori l-au întâlnit. Există modalități corective de a utiliza componente în interiorul iPhone pentru a menține integritatea structurală, dar Apple pare să fi atins limita.
"Bypass" calea safir de Apple
Ecranul Sapphire urma să fie principalul punct de atracție al iPhone-ului 6 și să-și mărească semnificativ puterea. Apple a rămas cu aproximativ 5 luni înainte de anunțarea noului iPhone, așa că compania a trebuit să caute un design de compromis. A fost o transformare tragică a evenimentelor, grav afectată de Apple, și afectează încă designul iPhone 7. În mod obișnuit, Apple dezvoltă designul iPhone-ului de 2 ani. Colapsul proiectului cu GT Advanced Technologies a făcut compania să acorde atenție altor materiale. Apple a decis în viitor să nu se bazeze niciodată pe furnizori externi pentru tehnologiile critice ale misiunii. Nu a mai rămas altceva decât să se întoarcă la tablă și să înceapă totul de la zero.
Înapoi la desen sau în urma brevetelor Apple
În mod ideal, materialul pentru producția de iPhone ar trebui să fie radio-transparent [6]. permițând dispozitivului să realizeze o propagare nestingherită a unei game largi de frecvențe radio. În prezent, iPhone-ul are linii pentru antene, chiar și iPhone 7 le are în cea mai mică sumă, deși acestea sunt construite în cazul din metal. Aluminiul blochează cu succes aproape toate frecvențele radio scurte, iar cu cât dispozitivul este mai subțire, cu atât este mai vizibilă influența asupra domeniului de frecvențe radio.
iPhone devine radio-transparent
Nota explicativă a brevetului spune foarte puțin.
Invenția, într-o variantă de realizare, se referă la dispozitive portabile de calcul capabile de comunicații fără fir. Un astfel de dispozitiv portabil de calcul include o carcasă care înconjoară și protejează componentele sale interne. Corpul conține pereți structurați dintr-un material ceramic care trece prin comunicație fără fir prin el însuși. Comunicațiile wireless pot corespunde, de exemplu, comunicațiilor de radiofrecvență, iar în viitor materialul ceramic poate deveni radio-transparent, ceea ce va permite undelor RF să treacă prin el fără obstacole.
Transparența radio rezolvă un număr mare de probleme. IPhone-ul necesită transmisia și / sau recepția unui semnal prin cinci sisteme radio majore, inclusiv rețele celulare, Wi-Fi, Bluetooth, NFC, GPS și așa mai departe. Acesta este marele avantaj al utilizării unui singur caz radio transparente.
Apple patentul patentat pentru zirconia-ceramic iPhone, MacBook și Apple Watch
Brevetul se referă la astfel de elemente de bază:
Cu toate acestea, de regulă, din materialele ceramice în comparație cu plasticul, este mai dificil să se creeze figuri geometrice complexe. Prin urmare, fabricarea de piese de carcase din materiale ceramice poate fi mai complexă decât în cazul altor materiale. În conformitate cu cele de mai sus, articolul descris poate cuprinde un material polimeric solid cu o componentă ceramică pentru formarea componentelor carcasei incluzând materiale ceramice și polimerice în anumite fracții. (Așa cum se utilizează aici, termenii "polimer" și "material polimer" cuprind polimeri naturali și sintetici, materiale plastice, cauciuc etc. etc.).
În conformitate cu cele de mai sus, detaliile care includ componente ceramice și polimeri pot fi produse într-o perioadă mai scurtă de timp și cu o precizie mai mare decât cea obținută atunci când componentele trebuie să fie fabricate separat și apoi unite împreună prin intermediul unui adeziv . În unele variante de realizare, materialul polimer este injectat pe componenta ceramică. În unele compuși, materialul polimeric se formează pe suprafața componentelor ceramice folosind alte metode decât turnarea prin injecție, cum ar fi turnarea gravitațională sau orice altă co-formare adecvată. În punctul în care acest raționament se referă la metoda de turnare prin injecție, trebuie să se înțeleagă că alte metode de turnare pot fi aplicate în astfel de cazuri în locul sau în plus față de turnare.
Apple a creat o tehnică prin care formarea prin injecție poate fi utilizată pentru a crea un corp solid și pentru ao conecta eficient la ecran. Unele caracteristici ale acestei tehnologii sunt deja prezente în Apple Watch Series 2 într-un caz de ceramică.
Descrierea de pe site-ul companiei pentru Apple Watch corespunde pe deplin descrierii acestui brevet și istoricului nostru:
Unic de elegant. Perfect rezistent la zgarieturi.
Elegant, ușor și extrem de durabil, ceramica mai mult de 4 ori mai dură decât oțelul inoxidabil. cu o suprafață perlată, lucioasă, care nu se zgârie și nu se estompează.
Procesul de creare a corpului Apple Watch Edition începe cu o pulbere de zirconiu de înaltă rezistență. și, conectarea cu oxid de aluminiu. atinge o culoare albă saturată. Apoi, fiecare corp este format prin presare, sinterizare și lustruire cu o suspensie de diamant, ceea ce duce la o suprafață neobișnuit de netedă și o luciu rafinat. Cu un nivel de înaltă precizie de îndemânare pentru producerea fiecărui caz al Apple Watch Edition durează mai multe zile.
Pe baza acestor informații, puteți considera că Apple folosește praf de zirconiu cu alumină. Pentru o culoare ideală, precum și pentru transferul de căldură. Așa cum am menționat mai devreme, acest lucru coincide cu ceea ce sa spus mai sus despre creșterea conductivității termice a ceramicii de zirconiu.
Apple Watch Series 2 pentru 1.200 de dolari în cazul de ceramică a fost înlocuit în modelul Apple din prima generație cu un caz de aur pur pentru 17.000 de dolari și acum este promovat ca o versiune premium a ceasurilor inteligente.
Ce înseamnă toate acestea?
Deci, avem o bază nu numai pentru noua generație de iPhone, dar poate pentru toate dispozitivele Apple, inclusiv iPad, laptopurile MacBook și altele. Acest lucru este foarte ușor de evaluat - avantajele ceramicii de zirconiu sunt excelente pentru orice dispozitiv modern de calculator.
Ce împinge Apple să folosească ceramica de zirconiu?
- putere
- Transparența radio
- Conductibilitatea căldurii / disiparea căldurii (cu adaos de oxid de aluminiu / nitrură de aluminiu)
- Rezistența la zgârieturi
- Ușurința de fabricație
Evident, Apple a avansat în producția de aluminiu cât de mult posibil și a atins limitele utilizării sale pentru viitoarele dispozitive iPhone. Unul dintre obstacole a fost acela că dispozitivele devin mai subțiri, iar rezistența transversală la încovoiere este deja la limită. Potrivit ipotezei Apple, noile chips-uri mai avansate vor aloca mai multă căldură, care trebuie să fie disipată efectiv. Această problemă se aplică și iPad-ului și MacBook-ului. Forța și transferul de căldură pentru ele sunt la fel de importante ca și ele. După cum sa menționat mai sus, NASA a ales o ceramică (pentru greutatea sa, dar rămâne foarte fragilă) ceramică pentru 24.000 de plăci LI-900 în sistemele de protecție termică pentru a disipa eficient căldura. Acest lucru funcționează foarte bine, dar nu perfect. Odată cu introducerea ceramicii de zirconiu și alumină și / sau nitrură de aluminiu, coeficientul de transfer termic va depăși aluminiu, făcând astfel dispozitivul iPhone cu cel mai bun coeficient de transfer termic [8].
Cazul iPhone este o baterie mare dintr-o singură bucată. Faceți cunoștință cu bateriile litium-ceramice
Există o posibilitate interesantă că, odată cu noua tehnologie de fabricație litiu-ceramică [9], bateria poate face parte din corpul viitorului iPhone. Această tehnologie nouă permite o modalitate complet nouă și unică de a abandona o baterie separată și de ao încorpora în structura actuală a iPhone-ului. Din păcate, bateriile cu litiu-ceramică până acum nu sunt la fel de eficiente cum am dori.
O baterie litium-ceramică, ca parte a generației viitoare a iPhone-ului, va fi capabilă să aibă o capacitate semnificativ mai mare decât compensează eficiența redusă. Această metodă de producție va fi revoluționară și va face iPhone mai subțire și mai ușoară.
Bateriile litiu-ceramice sunt atât de flexibile încât pot fi îndoite la jumătate și vor continua să funcționeze. În același timp, acestea sunt mult mai sigure și mai ușor de procesat. În prezent, problema de securitate este o problemă gravă: după incidentul cu dispozitivul Samsung Galaxy Note7 a primit o interdicție privind utilizarea rutelor aeriene și produsul Comisia siguranța consumatorilor a făcut la lista de materiale inflamabile și explozive. Litiu-ceramica baterii va fi una dintre cele mai sigure baterii în uz.