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규산염유리의 압입에 의한 혼합 알칼리효과의 기원

전문가 제언: ○ 유리에서 혼합 알칼리효과에 대한 연구목적은 유리의 전기전도도와 점도에 미치는 영향과 소결온도를 낮추는 소결 촉진제로 응용이다. 1970년대에 이미 혼합 알칼리효과가 이온전도도의 양적 변화뿐만 아니라 이온 확산과정에서 질적인 변화를 일으킨다는 것을 알았으나 유리구조의 변화가 복잡하여 종합적인 결론에 이르지는 못하고 있다.

○ 본고에서는 2가지 알칼리이온을 함유한 알루미노규산염 유리에 대해 혼합 알칼리이온 효과가 압입, 즉 경도에 대해 Na/K 비에 따라 양의 편차를 나타내는 원인을 조사하였다. 유리의 치밀화(밀도변화)와 소성유동의 관계를 탄성 및 소성변형과 치밀화에 관계되는 특성들을 측정하였다. 탄성변형은 영률과 전단탄성계수, 소성변형은 취성지수 및 유리전이온도, 치밀화는 밀도를 측정하였다. 소성유동에 대한 유리의 저항능력은 비선형적이고 치밀화에 대한 저항능력은 소성유동보다 5배 작으며 비선형적이나 지배적 메커니즘은 아니라는 결과를 얻었다.

○ 국내에서는 1980∼1990년대까지 대학의 재료공학과와 세라믹공학과에서 활발히 연구되었다. 한 예로 음극선관(CRT)의 전면 유리는 전형적인 혼합 알칼리유리이며 용융유리의 전기저항과 휘발에 의한 중량 감소는 알칼리 함량에 대해 큰 비선형성을 나타냈고 저온점도, 밀도와 열팽창, 화학적 내구성과 X선 browning에서도 비선형성을 나타냈다. 그러나 표면장력, 실투온도 등은 K2O/R2O 비에 선형적인 특성을 나타냈다. 비선형성은 알칼리 이동도와 관련된 혼합 알칼리효과와 알칼리 혼합에 의한 국부적인 유리구조의 변화로 해석하였다. 생산공정 및 제품특성을 고려할 때 K2O/R2O 몰 분율이 0.25-0.5가 바람직하다고 결론짓고 있다.

○ 알칼리 이온은 이온가와 이온크기가 차이가 있고, 이온장 강도도 다르기 때문에 혼합 알칼리효과라고 하여도 치환된 알칼리 이온의 종류에 따라 유리의 구조와 점성이 다르게 나타난다. 때문에 최종적으로 나타나는 성질도 일률적으로 설명하기는 어렵다고 생각한다.

저자: Jonas Kjeldsen, et al.
자료유형: 니즈학술정보