智能手机外观件材质 迎来潜在新成员

苹果此次采用的超瓷晶属于微晶玻璃（GlassCeramic），俗称玻璃水晶或者陶瓷玻璃，众所周知，玻璃是非晶体材料，内部没有规则排列的晶体结构亦是玻璃易碎的原因之一。微晶玻璃的制造其实是一种玻璃改质工艺，在玻璃的生产过程中加入了金属氧化物晶粒作为晶种，通过增加新的高温结晶步骤使玻璃基体内的陶瓷晶体生长晶体化，改变玻璃态的非晶体结构比例，来改变晶体与非晶体在玻璃本体里的比例，从而形成致密的微晶相与玻璃相结合的多相复合固体材料。

微晶相的出现保障了材料的本征强化机制，玻璃相的剩余则使得该类材料仍具备玻璃的可加工属性。简而言之，由于微晶相和玻璃相的同时存在，微晶玻璃兼备了玻璃和陶瓷的双重特性，其强度、硬度、透光度、膨胀系数、色调、可加工性和成本等都介于玻璃和陶瓷之间，而且通过玻璃原材料、微晶种类、尺寸、数量等的控制，可以调节其光学、电学、磁学、热学等多种性能。

凭借其种类的多样性和优异的产品性能，微晶玻璃在高新技术领域有广泛的应用，举例而言，以铝硅酸盐系玻璃为原材料，析出β-石英固溶体晶相的微晶玻璃，兼具极低的热膨胀系数和较高的透光度，已被应用于大型望远镜镜坯、太阳能电池、光学器件、炊具/餐具、高温观察窗和太空机器人、航天飞机、宇宙飞船、卫星等航空航天设备领域；具备优良介电性能、机械强度和热稳定性的堇青石微晶玻璃已应用于集成电路基板、雷达天线罩等领域；CAS系微晶玻璃凭借其较高的机械强度、高光泽度、强耐腐蚀性以及与天然大理石类似的花纹等特点，常在建筑装饰领域替代天然石材。

使用铝硅酸盐系玻璃可以制备高透光率和低膨胀系数的微晶玻璃，是极具潜力的盖板材料，而且该系列微晶玻璃的透光率除了少量的光吸收外，主要受到晶粒对光的散射效应的影响，因此可以通过工艺的有效控制，制备透过率超过90%的产品，下表中是铝硅酸盐微晶玻璃和康宁大猩猩第六代玻璃部分参数的比较，可以明显看出，其机械力学性能（强度、硬度、弹性模量和耐磨性等）、电绝缘性和化学稳定性均优于普通玻璃。

特别是在抗摔落能力方面，微晶玻璃远强于普通玻璃。固体的抗摔落能力一般与其延展性相关，而其延展性在微观层面的表现则是是否具备规则排列的晶格，举例而言，正常情况下，金属属于晶体材料，其内部存在排列整齐的晶格形状，在受到外力冲击时，晶格之间会率先展现滑移现象，宏观层面的展现便是物体塑性形变，只有当外力足够强时，晶格滑移无法完全抵消外力，只能通过脆性断裂释放能量，宏观层面看则是发生断裂现象，而在特殊情况下制备的非晶态金属材料，因为其内部多为非晶结构，几无晶格滑移，因此显得更为脆弱易碎。从这一理解出发，微晶玻璃的制备是先通过特殊处理使得普通玻璃析出微小晶相，然后在一定温度下使之长大，最终的成品是非晶体和晶体的结合体，晶体结构的存在，使得微晶玻璃在抗摔落性能上优于普通的玻璃因此，微晶玻璃有望成为当前智能手机领域最为普及的高性能盖板玻璃的升级版本。

以上我们所提及的，其实都是传统的微晶玻璃或者说陶瓷玻璃的做法，实际上iPhone12的超瓷晶玻璃应该是有进一步的改良与提升。在10月13日的发表会上，苹果公司营销副总裁Kaiann Drance对超瓷晶面板的介绍中提到这是一种“纳米晶体”微晶玻璃，这种表达实际上的意思应该是指把微晶玻璃内部的晶态晶粒做得很小，尽可能在体积态保留玻璃非晶态的特性，让其容易做薄，而在玻璃表面新增纳米级的微晶态，以获得微晶玻璃的表面特征。

此外，值得注意的是，当前康宁的大猩猩系玻璃选用的是铝硅酸盐玻璃，具备较为深厚的铝硅酸盐玻璃的加工工艺积淀，这为制备高质量的微晶玻璃奠定了潜在的原材料优化基础，这也是为何康宁能够在Stookey的基础工作上实现低膨胀系数、高透光率的微晶玻璃在发展和生产上的突破。