Kratzfest

Hintergrund: Was bringt Saphirglas?

Saphirglas ist weder Saphir, noch Glas, aber die Härte - das neue Material soll noch haltbarer sein als Gorilla Glass. Allerdings ist es nicht einfach herzustellen und noch schwerer zu verarbeiten. Was bringt der Einsatz von Saphirglas?
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Seinen außergewöhnlichen Eigenschaften - große Härte, hohe Beständigkeit - zum Trotz lässt sich Korund viel einfacher künstlich herstellen als zum Beispiel Diamant: Bei der Aluminiumproduktion wird das Rohmaterial Bauxit in großen Mengen gereinigt, wobei insbesondere Eisen abgetrennt wird, so dass reiner Gibbsit entsteht. Letzterer enthält neben Aluminium und Sauerstoff noch Wasserstoff. Wird der Gibbsit geglüht, verbrennt der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft zu Wasserdampf. Das Ergebnis ist dann bereits Korund-Pulver. Durch Aufschmelzen bei knapp über 2 000 °C und langsames Wiedererstarrenlassen können daraus große Kristalle gezüchtet werden. Geschliffene Korunde (Saphire).Geschliffene Korunde (Saphire).

Aufwendigster Schritt ist das Aufschmelzen des Korund bei den genannten hohen Temperaturen. Zum Vergleich: Gewöhnliches Fensterglas muss je nach genauer Zusammensetzung auf 1 400 bis 1 500 °C erhitzt werden, um die richtigen chemischen Reaktionen zwischen den Rohstoffen auszulösen. Diese lassen sich in einem mit Erdgas beheizten Ofen erreichen. Für Korund muss man hingegen schon mit Wasserstoff und reinem Sauerstoff oder mit elektrischem Strom heizen. Zudem darf die Schmelze nur langsam erstarren, damit sich auch ein Kristall bildet. Entsprechend höher liegen die Kosten.

Schwierige Verarbeitung zur bruchfesten Scheibe

Noch schwieriger ist die Weiterverarbeitung. Aufgrund der großen Härte ist es schwierig, einen Korund-Kristall in viele dünne Saphirglasscheiben zu zersägen, wie sie für Smartphone-Touchscreens oder Uhrengläser benötigt werden. Selbst mit Diamant-besetzten Sägeblättern geht den Angaben zufolge ein großer Teil der Scheiben beim Sägen zu Bruch.

Gelingt es einem Hersteller, durch geeignete Zumischungen schon dem Korundkristall als Ganzen die Splitterneigung auszutreiben, würde er zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Die Ausbeute beim Zersägen in Scheiben steigt, und beim fertigen Produkt sinkt die Gefahr des oben beschriebenen "Unfallbruchs". Es ist aber fraglich, ob so eine Zumischung existiert, die nicht zugleich den Kristall wieder anfärbt.

Wahrscheinlicher ist daher, dass, wie beim Gorilla Glass auch, die Bruchfestigkeit vor allem durch Oberflächenveredelung erreicht werden kann: Wird zum Beispiel auf die Saphirscheibe eine weitere dünne Schicht aufgebracht, die auf Druck vorgespannt ist (oder alternativ durch chemische Veränderung die äußerste Schicht des Korund selber auf Druck vorgespannt), dann bewirkt der oben erwähnte Schlag nicht direkt eine Zugspannung auf der Rückseite, sondern zunächst eine Druckentspannung der Rückseite. Das ist auch beim Gorilla Glass der wichtigste Trick, um die Bruchfestigkeit zu erreichen.

Bei der Oberflächenveredelung von Saphirglas könnte sogar ein Produktionsverfahren helfen, das bei der Herstellung von Smartphones bereits umfangreich Anwendung findet: Weiße LEDs, wie sie auch in der Hintergrundbeleuchtung der TFT-Displays von Smartphones Anwendung finden, werden überwiegend aus einer dünnen Galliumnitridschicht hergestellt, die auf einem Korund/Saphir-Kristall als Basismaterial aufgebracht wird. Diese GaN-auf-Korund-Schichten sind tatsächlich auf Druck vorgespannt, ebenfalls durchsichtig, so gut wie nicht ablösbar, und recht kratzfest, wenn auch nicht ganz so hart wie Saphir. Vielleicht revolutionieren sie in Zukunft nicht nur die Display-Hintergrundbeleuchtung, sondern auch die Display-Abdeckungen. Letzteres ist - anders, als der Rest dieses Artikels - pure Spekulation.

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