iPhone 5 的秘密 - 液態合金(Liquidmetal)

>> 2011年10月21日 星期五

液態合金 (Liquidmetal)是一種無固定形態的金屬,熔點為傳統鈦合金的一半。Liquidmetal 在常溫下是固體的,和金銀銅鐵之類的普通金屬沒什麼兩樣,對任何不知道的人來說,它除了色澤和常見的幾種金屬略有不同之外,並沒有什麼別的不同,但它的硬度卻比不銹鋼強達三倍之多。
純的金屬 -- 例如鐵 -- 裡面的原子大體上是可以自由移動的,因此都有一定的延展性,但是硬度不足。為了要加強鐵的硬度,我們會特別在其中加入一些雜質(通常是碳),讓鐵形成結 晶。不同的鐵結晶會有不同的方向性,當不同方向的結晶碰到時,就會形成一個相互鎖死的邊界,最後產生出一個網格狀的結構。經過這種處理的鐵,我們稱之為 「鋼」,在硬度上比鐵要強太多了。然而,鋼卻也有自已的問題,像是剛才提到的兩個晶體接觸的邊界沒有封死的話就容易因為金屬疲勞,產生裂縫,而且受力之 後,容易在晶體的邊緣斷裂,產生永久的形變。
傳統的解決方式(用極度簡化的方式說)有三種,一是加速冷卻讓結晶來不及長大到形成長的邊界,但這種方式極耗能量,而且產量不大;第二是用很慢的速度冷卻 它,讓裡面的結晶長大到沒有結晶邊界的地步,但這種方式非常花時間;第三是用工業生產的手段,例如冷軋或鍛造來封死細縫,但是這些技術無法應用到鑄造的產 品上。
因此科學家面臨的挑戰,就是要開發出一種能有極高的強度,但又不會受到晶體的物理限制所拖累的合金。經過加州理工學院多年的研究,造出來的金屬就有這樣的 特性:因為裡面一共是鋯(52.5%)、鈦(5%)、銅(17.9%)、鎳(14.6%)、鋁(10%)五種金屬的合金,裡面的原子有大有小,所以雖然不會形成結晶,但是結構上也不會滑來滑去,保有了相當的硬度。
因為是多種金屬混合的非晶型合金,Liquidmetal很多時候表現很像玻璃,兩都同樣都沒有一個固定的熔點(會漸漸軟掉),而且受大力撞擊時都一樣會碎裂,而不是變形。但是也是因為沒有晶體邊 界,Liquidmetal有高硬度、高彈性、高抗蝕性等額外的附加好處,而且Liquidmetal應用在鑄造產品上時,並不會像鋼那樣比處理過的金屬要差很多,因此有很多應用。其中一個主要應用是用Liquidmetal做高爾夫球桿的桿頭,利用它彈性好的特性,可以把球擊得更遠。歐米茄海馬腕錶也有使用Liquidmetal為無瑕光滑的錶圈環賦予非凡的抗磨損性和抗腐蝕性。Liquidmetal被使用在美國陸軍做能穿甲彈的彈頭、被 NASA 拿來做 Genesis 太空船上的太陽風收集器、被 BP 拿來做鑽油平台的鑽頭等。
前一陣子蘋果買下了 Liquidmetal 的專利使用權,而且已經應用到了 iPhone 4 的 SIM 卡退出針上。蘋果正打算為 iPhone5 採用一種耐刮、耐用的新金屬做外殼,Liquidmetal有著無序非晶體原子結構,這種非晶態結構使金屬與強化玻璃得以完美結合,而且等塊狀金屬玻璃的冷卻速度較慢,所以能夠用之製作厚度僅十分一毫米的零件。讓iPhone5可以設計得更精密,更抗磨,更完美。

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