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칼륨 물유리 필름으로 플로트유리를 이온교환한 고강도 서리 유리의 제조

전문가 제언: ○ 물유리에는 실리카성분과 각각 나트륨, 칼륨 또는 리튬성분이 들어있으며 불연재, 투명, 저가, 강도, 표면의 광택 등의 특색이 있으나 내수성이 약해 고령토질 점토 등을 첨가하여 사용한다. 유리의 화학강화에는 고온 및 저온 이온교환법이 있다.
○ 고온 이온교환법은 Na2O 또는 K2O를 함유하는 유리를 전이온도 이상, 연화점 이하의 온도에서 Li용융염 중에서 이온교환 시킨다. 이때 발생하는 인장응력은 유리가 전이온도 이상이기 때문에 완화되어 스트레인이 없는 상태로 되나 이것을 실온까지 냉각하면 표면층의 Li유리와 내부의 Na 또는 K유리와의 팽창계수의 차이로 표면에 압축, 내부에 인장응력이 남게 된다. 또 유리 중에 Al2O3, TiO2 등이 함유되어 있으면 이온교환 중에 열팽창계수가 매우 작은 결정이 석출되어 냉각 후 유리표면에 매우 강한 압축응력을 발생시킬 수 있다.
○ 실용 면에서는 저온 이온교환법이 널리 사용되고 있다. 이 법은 유리내부에 알칼리가 4mol%이상으로 많아야 하며 서냉온도보다 낮은 온도에서 이온교환을 하여야 한다. 열강화 유리에 비해 화학강화 유리는 자파현상이 없고 충격 강도가 2-3배 이상이라 유리 두께를 1/2로 줄일 수 있고, 표면에 굴곡이 발생하지 않으며, 유리의 절단 및 가공 인쇄 작업이 가능하다. 화학강화 가능한 두께는 0.2-25mm로 제한이 없다.
○ 본고에서는 칼륨 물유리를 플로트유리 상에 코팅한 후 405℃, 20시간 이온교환 하여 굽힘강도를 60%증가시켰다. 저온 이온교환법에 의한 화학강화 유리의 제조법에서 중요한 점은 대량생산에 적합한 공정으로, 침지방법보다는 본고에서와 같이 물유리 코팅법이 유리하며 이온교환 시 온도분포를 균일하게 유지하는 것도 중요하다.
○ 태블릿PC와 스마트 폰과 같은 모바일 기기들의 표면보호를 위해 화학강화유리의 수요가 증가되어 왔으나 화학강화용 유리만을 위한 생산라인을 구축하여야 하며 화학강화 유리인 고릴라 유리의 비커스 경도가 3배 이상인 사파이어 커버유리와 스피넬 미세결정이 석출된 결정화 유리 등을 화학강화유리의 대체 재료로 개발해 나가야 한다.

저자: Mark Patschger, Christian Bocker and Christian Russel
자료유형: 니즈학술정보