Zirkonium de oorzaak van scheuren in iPhone-behuizing?

We hebben twee weken geleden al eens geschreven over het opmerkelijke feit dat de achterkant van de iPhone 3G intact bleef bij Will It Blend. We schreven toen, dat het waarschijnlijk komt omdat de achterkant van de iPhone 3G niet van plastic is gemaakt, maar van een combinatie van zirkonium en yttrium. Zirkonium is zeer hard, maar daardoor ook gevoeliger voor breuken. Het krimpt bij hogere temperaturen en dat zou wel eens de reden kunnen zijn dat er de laatste tijd zoveel scheuren in de behuizing van de iPhone 3G optreden.

Als je (zoals ik) een blauwe maandag werktuigbouwkunde hebt gestudeerd en trekbankproeven in het laboratorium hebt gedaan, weet je dat er een verband is tussen de hardheid en brosheid van een stuk staal: hoe harder het materiaal, hoe sneller het breekt. Een ander voorbeeld is de vleugel van een vliegtuig: de constructie daarvan is niet hard en onbuigzaam gemaakt, omdat de vleugel bij turbulentie dan al snel zou breken.

Terug naar zirkonium (Nederlandse Wikipedia-pagina): dat is als glimmend steentje bij de juwelier te koop (en wordt dan meestal zirconia genoemd) en kan in synthetische vorm worden gemaakt, waarbij de eigenschappen lijken op die van diamant. Ter vergelijking: een diamant heeft een hardheid van 10 op de hardheidsschaal van Mohs, terwijl zirkonium op 8,5 tot 9 zit.

Zirkonium zelf is volgens het woordenboek “een wit, hard metaal dat in de natuur alleen gebonden voorkomt, o.a. in zirkoon”. De Engelstalige Wikipedia-pagina over zirconiumdioxide (of zirconia) noemt ook het patent van Apple:

On August 7, 2006, Apple Computer filed a patent for using zirconia as casing for mobile devices. Future iPods likely will contain radios for Bluetooth and wide area wireless. Using zirconia rather than steel or aluminum for its radio transparency characteristics enables antennas to be hidden internally in the device. Additionally, some iPods with plastic fronts have been known to scratch easily.

Apple heeft blijkbaar niet zozeer voor zirkonium gekozen vanwege de hardheid, maar omdat het beter radiogolven doorlaat in vergelijking met staal of aluminium en omdat het minder krast in vergelijking met plastic. Dit experiment (want als het expliciet in het Wikipedia-artikel wordt genoemd is het blijkbaar nog niet zo gangbaar) heeft nu wat anders uitgepakt dan gedacht. Daar komt nog bij, dat zirkonium de neiging heeft om bij hogere temperaturen te krimpen, terwijl andere materialen gewoonlijk uitzetten.

In 2002 (!) schreef Tweakers al over zirkonium (dat in het Nederlands eigenlijk met een k moet worden geschreven):

Wat zirconium nu zo bijzonder maakt is dat het krimpt in plaats van uitzet als het warm wordt, het tegenovergestelde dus van dat wat men al jong leert. Hoewel het niet het enige materiaal is dat deze eigenschap bezit, is zirconium wel het enige dat dit constant en bij kamertemperatuur doet. Technici zijn nu bezig om een legering te maken van zirconium en andere stoffen, bijvoorbeeld koper, om zo een materiaal te ontwikkelen dat bestand is tegen zogeheten thermische schokken.

Een gedeelte van die tekst is ook terug te vinden bij iphonenieuwsblog.nl, die het hele verhaal voorzien van foto’s op een rijtje heeft gezet – met de kanttekening dat het niet helemaal klopt om van keramisch staal te spreken: het gaat hier immers niet om een ijzerlegering.

Het is tijd om de $250.000 kostende elektronenmicroscoop weer uit de kast te pakken, zoals ook al bij de eerste generatie iPhone is gedaan.