유리의 이온교환에 대한 최근 연구보고

전문가 제언

○ 근래 스마트폰이나 태블릿 PC 등의 휴대형 전자기기가 폭발적으로 보급되고 있다. 이러한 디스플레이를 보호하는 재료(커버유리)로 산화물유리가 사용된다. 이 커버유리는 기계적인 강도 향상이 요구되고 있어, 유리를 강화하는 방법으로 유리표면을 화학처리(화학강화법)하는 방법의 하나인 「이온교환법」이 이용되고 있다.

 

○ 화학강화법은 유리 표면에 존재하는 알칼리 금속이온을 보다 이온반경이 큰 다른 알칼리 금속이온으로 치환하는 것이다. 일반적으로 유리표면의 Na+와 K+를 상호 이온교환 시킨다. 이 결과 체적 팽창으로 인하여 유리 표면에 압축응력이 생긴다. 공업적으로는 유리 표면층에 K+이온을 도입하기 위해서 질산칼륨 용융염을 이용하는 경우가 많다. 실제로 KNO3 융점 이상인 350～400℃ 정도의 온도 범위에서 액체 상태인 KNO3에 유리를 일정시간 침적하여 화학강화유리를 생산하고 있다.

 

○ 일반적으로 이온교환 속도를 향상시키기 위해서는 유리조성 중의 Al2O3을 증가시키는 방법이 있다. Al2O3을 다량 함유한 유리를 알칼리알루미나 규산염유리라 하며, 이 유리가 화학강화용으로 사용된다. 이 유리 시장은 대부분 미국 코닝사가 점유하고 있다.

 

○ 이 문헌에서는 화학강화의 이론과 표면 완화 과정에서 보고가 되고 있는 물의 확산, 완화 가속 및 원자 수준에서 물이 유리 구조에 미치는 영향에 대해 설명하고 있다. 유리 중에 물이 존재하면 다양한 구조변화를 야기한다. 화학강화에 대해 생기는 표면의 압축응력의 완화현상에 대해서는 많은 연구가 필요하다.

 

○ 국내는 스마트폰에 사용되는 기본 기판유리는 수입에 의존하고 있으나, 가공이나 화학강화는 국내 업체가 생산을 하고 있다. 선진국인 미국은 「Usable Glass Strength Coalition(UGSC)」과 일본의 「고강도 유리」에 대한 산학연이 결성되어 활동하고 있다. 향후 유리의 고강도화 및 복합 기능화와 이에 따른 새로운 유리소재, 표면처리 기술, 표면의 고기능화에 대한 연구가 산학연을 중심으로 진행되길 바란다.

저자

Tetsuji Yano

자료유형

니즈학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

30(114)

잡지명

ニュ－ガラス

과학기술
표준분류

재료

페이지

11~16

분석자

김*환

분석물

• 유리의 이온교환에 대한 최근 연구보고.pdf [508,829 byte]

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