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이온교환법에 의한 유리강화

전문가 제언: ○ 유리는 우수한 투명성, 경도, 내구성과 성형성이 양호하여 여러 분야에서 사용되고 있다. 지금도 여러 기능을 부가하여 용도가 확대되고 있다고 생각된다. 그러나 유리는 파괴되는 약점을 가지고 있다.

○ 유리의 원자 간 결합력으로 추정한 이론 강도는 1,400㎏/㎟이라고 이야기되고 있으나, 실용 강도는 그의 1/100인 10㎏/㎟ 정도이다. 실용 강도가 이론 강도에 비하여 매우 낮은 현상은 유리 표면의 흠이 원인이며, 이는 Griffith의 이론으로 설명되고 있다.

○ 유리제품의 강도를 유지하기 위해 유리 표면의 미세한 흠을 없애거나, 흠 발생과 흠이 확대되는 것을 방지하여야 한다. 흠의 확대를 방지하는 방법으로 흠을 확대시키는 인장응력에 대항하는 압축응력을 유리 표면에 발생시키는 방법이 있다. 유리 표면의 강화가 하나의 방법이며 여기에는 물리강화와 화학강화가 있다. 이 문헌에서는 주로 화학강화 방법에 대하여 설명하고 있다.

○ 화학강화는 유리에 여러 가지 처리를 하여 표면조성을 변화시키고, 표면층에 압축응력을 형성시키는 방법이다. 여기에는 저온형과 고온형이 있으며, 저온형 이온교환법은 유리의 서랭점 이하 온도 영역에서 강화처리를 실시하여 유리의 변형이 없고 높은 강도를 얻을 수 있어 주목받고 있다.

○ 화학강화는 유리 내부의 알칼리 이온을 다른 알칼리 이온으로 변환하여, 유리 표면응력에 압축응력 층을 설계하는 방법이다. 일반적으로 용융염에 유리를 침적시켜 유리 내부의 알칼리 이온과 용융염 중의 알칼리 이온을 교환하는 방법이 사용된다.

○ 이 방법의 실용화에는 압축응력 층이 얇고, 강화처리에 비교적 장시간이 필요하여 제조비용이 높은 것이 문제가 된다. 향후에 알칼리의 확산, 유리조성 등에 대하여 연구가 진전되어 새로운 유리 제품에 적용이 확대되길 기대한다.

저자: Satoshi Yamamoto, et.al
자료유형: 학술정보