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유리의 화학 강화와 구조

전문가 제언: ○ 근래 스마트폰이나 태블릿 PC 등의 휴대형 전자기기가 폭발적으로 보급되고 있다. 여기에 사용되는 디스플레이를 보호하는 커버유리는 주로 산화물유리가 사용되고 있다. 이 유리는 전형적인 취성재료이며 유리에 인장응력이 생기면 유리 표면에 존재하는 마이크로 균열 선단에 응력이 집중되고, 균열이 신장되어 파괴에 이른다. 박판유리의 강도를 향상시키는 방법으로 유리 표면에 압축응력을 부여한다. 이때 이온교환법에 의한 화학 강화법이 이용되고 있다.

○ 공업적으로는 유리 표면층에 K+이온을 도입하기 위해서 질산 칼륨 용융염을 이용하는 경우가 많다. 실제로 KNO3 융점 이상인 350～400℃ 정도 온도 범위에서 액체 상태인 KNO3에 유리를 일정시간 침적하여 화학 강화 유리를 생산하고 있다. 질산염은 주로 타 알칼리염과 혼합하여 사용하는 경우에 강도를 높일 수 있다.

○ 화학 강화법에서 이온교환 속도를 향상시키기 위해서 유리 조성 중의 Al2O3을 증가시키는 방법을 이용하는 경우도 있다. Al2O3을 다량 함유한 유리를 알칼리알루미나 규산염유리라 부른다. 유리 중의 SiO2를 Al2O3로 치환하면 알칼리 이온교환이 빨라져서 이온교환 깊이를 크게 할 수 있다. 이 문헌은 유리조성과 구조가 화학 강화에서 발생하는 응력과 강도에 미치는 영향에 대해 설명하였다.

○ 국내에는 다수의 강화유리 제조업체가 있다. 이들은 주로 강화용 기판 유리를 수입하여 가공이나 화학 강화 처리하는 방식으로 커버 유리를 생산하고 있다. Al2O3을 다량 함유한 알칼리알루미나 규산염 유리는 코닝사가 거의 독점하고 있다. 대체용으로 소다석회유리가 있으나, 강화된 유리의 물성특성이 낮아 사용하지 못하고 있다. 국내에서 연구된 화학 강화에 대한 보고는 찾기 어렵다. 향후 유리조성이나 화학 강화 조건 등에 대한 연구와 커버유리를 소다석회 유리로 대체하는 연구가 필요하다고 생각된다.

저자: Yukihito Nagashima
자료유형: 니즈학술정보