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우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 유리. 많은 사람들은 재질이 딱딱해서 유리를 고체라고 생각한다.
그러나 과학적인 관점으로 본다면 유리를 단순히 고체라고 단정 지을 수 없다고 하는데 이유는 무엇인지 알아본다.
[YTN 사이언스 기사원문] http://science.ytn.co.kr/hotclip/view.php?s_mcd=1213\u0026key=201807201359016758
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유리 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
유리(琉璃)는 단단하고 깨지기 쉬운 비결정질 고체(과냉각된 액체)이다. … 이것은 유리 속에 미세한 결정으로 된 할로겐화은이 분산되어 있어, 빛이 닿으면 은이 분리 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 3/1/2022
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유리 – 나무위키:대문
琉璃 / Glass 모래, 탄산소다, 석회암을 적절한 비율로 섞은 후 높은 온도에서 녹인 뒤 냉각하면 나오는, 주로 이산화 규소로 이루어진 물질.
Source: namu.wiki
Date Published: 4/26/2022
View: 2055
유리 – 해시넷 위키
유리. 판유리. 유리구슬의 모습. 크리스탈글라스 … 이것은 유리 속에 미세한 결정으로 된 할로겐화은이 분산되어 있어, 빛이 닿으면 은이 분리되어 …
Source: wiki.hash.kr
Date Published: 4/19/2021
View: 5784
[보고서]기능성 결정화유리 – 한국과학기술정보연구원
일반유리의 제조 또는 열처리 시에 발생하는 실투와 달리 적절한 유리조성을 제어된 조건 하에서 열처리하면 유리내부에 미세한 결정의 집합체가 석출되어 결정화 …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 6/7/2022
View: 5758
유리의 재발견 [1]: 천의 얼굴을 가진 유리
중등 과학에서 물질의 상태와 상 변화를 다룰 때 액체를 냉각시키면 결정이라 불리는 고체로 상전이phase transition를 한다고 배운다. 대표적인 사례로 …
Source: horizon.kias.re.kr
Date Published: 11/4/2021
View: 6262
유리이야기 KFGWA가 유리에대한 정보를 알려드립니다.
그래서 이때는 서냉 이라는 과정을 다시 거칩니다. 유리는 고온에서도 점도가 상당히 높은 용액을 냉각시킨 재료이므로 이온결정이나 혹은 금속과 같이 일정한 용융온도 …
Source: www.flatglass.or.kr
Date Published: 8/19/2021
View: 9825
유리에 대하여! – 블로그
유리는 고온에서도 점도가 상당히 높은 용액을 냉각시킨 재료이므로 이온결정이나 혹은 금속과같이 일정한 용융온도에서 저절로 결정화되는 물질과는 …
Source: blog.naver.com
Date Published: 10/7/2022
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- Author: YTN 사이언스
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- Date Published: 2018. 7. 20.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
유리구슬의 모습.
유리병의 모습.
유리(琉璃)는 단단하고 깨지기 쉬운 비결정질 고체(과냉각된 액체)이다. 투명하고 매끄럽고, 생물학적으로 비활성인 특징이 있어 창문, 병, 안경 등을 만드는 데 쓰지만 깨지기 쉽다는 단점이 있다. 모래나 수정을 구성하는 이산화 규소가 주요 성분인 소다 석회 유리나 붕규산 유리 뿐만 아니라, 아크릴 수지, 설탕 유리, 운모 또는 알루미늄 옥시니트라이드 등도 유리에 포함된다.
역사 [ 편집 ]
흑요석과 같이 자연적으로 생긴 유리질 광석은 석기 시대부터 쓰였다. 인류가 유리를 만들기 시작한 것은 기원전 15세기 이집트에서부터였다. 시칠리아에서는 10세기에 처음 스테인드글라스가 만들어진 것으로 보인다. 15세기에는 유럽으로도 스테인드글라스가 전파되었다. 이 때에는 평판 유리는 만들어낸 유리 덩이를 다리미로 눌러 만들었다(대형 판유리가 만들어지기 시작한 것은 20세기 들어서이다). 그러다 보니 유리는 너무나도 비싸서 귀족들만 유리를 가질 수 있었다.
한국사에서 유리는 한사군의 낙랑유적에서 발굴된 유리이당, 유리함선 등이 있다. 아울러 경주시 내남면 덕천리 성부산 기슭에서 신라의 유리용 가마가 발견된 바 있어 삼국시대에는 유리를 생산하였음을 알 수 있다. 그러나 신라 이후 한국의 유리제조는 거의 단절되다시피 취급되었다. 조선 말기에서야 유리제조술은 다시 발전을 하는데 이는 러시아나 일본의 기술을 받아 발전한 것이다. 해방 이후에는 유엔의 지원계획에 따라 인천에 유리 제조공장이 들어섰는데 이는 한국이 서구권의 발전된 유리제조기법을 받아들일 수 있게 된 계기가 되었다.
구조 [ 편집 ]
유리의 비결정질성으로 인해 유리가 고체인가 액체인가하는 논란이 있다. 그러나 많은 경우 이는 (고체 = 결정)이라는 오래된 개념에 의한 혼동이며, 현대의 관점에서 유리는 고체 – 비결정질 고체 -이다.
유리(비결정질 고체)와 결정질 고체의 팽창성 [ 편집 ]
유리의 구조에는 구멍이 있어 고온이 되어 원자가 크게 진동하여도, 이 구멍이 쿠션과 같은 역할을 하여 잘 깨어지지 않는다. 그러나 소다석회유리와 같이 성형이나 가공에 편리하도록 알칼리를 섞으면, 알칼리이온이 용해되어 이 구멍 속으로 들어간다. 이 때문에 고온이 되어 원자가 크게 진동하기 시작해도 구멍이 쿠션으로 작용하지 못하므로, 원자 사이의 거리가 넓어지는데, 이것이 바로 열팽창이다. 결정의 경우에서도 원자가 밀접히 결합하여 구멍이 없는 것은 열팽창이 크고, 구멍이 있는 것은 열팽창의 정도가 낮다. 원자가 밀접히 결합되어 있는 것으로는 염화나트륨(식염)이 있으며, 100°C의 온도차에서 0.4%의 팽창·수축이 일어난다. 구멍이 있는 것으로는 다이아몬드·석영 등이 있는데 열팽창률은 거의 0이다.
원료 [ 편집 ]
유리에는 여러 종류가 있으나, 대표적인 유리인 판유리 기준이다. 유리의 주성분은 이산화규소(SiO 2 )이며, 여기에는 석영이나 규사가 사용되는데, 두가지 모두 거의 순수한 SiO 2 로 이루어진 광물이다. 여기에 붕사·석회석·탄산나트륨 등을 가하여 녹기 쉽도록 하며, 강도나 내약품성을 높이기 위해 산화알루미늄·탄산바륨·탄산칼륨을 가하기도 하며, 굴절률을 높이기 위해 산화납 등을 가하기도 한다.
부원료 [ 편집 ]
융제 원료를 분쇄·배합하여 탱크 로(tank furnace)에 넣으면 고온에서 녹는다. 공업적으로는 가능한 한 빨리 녹여야 하므로 보조약품을 사용하는데, 이것이 융제라 불리는 것으로, 붕소나 플루오린 화합물인 플루오린화규소나트륨[1]·빙정석 등이 쓰인다. 이 밖에 유리조각을 가하며, 이것은 이미 판유리와 같은 성분으로 된 것으로서, 폐품을 다시 활용한다는 의미 외에 원료가 유리화(化)를 촉진하는 작용을 한다. 말하자면 유리조각(cullet)이 종자가 되어 원료가 차례차례 유리화하는 것이다.
청징제 [ 편집 ]
청징제(淸澄劑)는 탱크 도가니 속에서 녹은 원료에는 기포가 들어 있는데, 이 기포를 없애 주는 것이다. 청징제로는 질산암모늄·황산암모늄·질산칼륨 등이 쓰인다. 청징제를 가하면 고온의 액체 유리는 점성이 감소되어 이들 작은 기포가 이동하기 쉽게 되어 표면으로 떠올라 없어진다.
제조 과정 [ 편집 ]
탱크 요 [ 편집 ]
유리를 녹이는 로(窯：furnace : 화로)는 유리가 녹는 고온에도 견디고, 유리에 의해 침식되지 않는 벽돌을 내장재로 사용한다. 이 벽돌은 산화알루미늄과 산화규소를 주성분으로 하여 만든 것인데, 유리 속에도 같은 성분이 들어 있으므로 오래 사용하면 벽돌 속의 성분이 유리 속으로 녹아 들어가게 된다. 그 때문에 가끔 탱크 요를 식히고 벽돌을 바꾸어 넣는다.
판유리 인상과 연마 [ 편집 ]
탱크 요로부터 유리를 뽑아 올리는 데는 두 가지 방법이 이용된다. 이 때의 주역은 데비토우즈와 롤러이며, 이에 의해서 판유리의 두께가 일정해진다. 이 롤러에 물결무늬나 꽃무늬 등을 조각하면 무늬판 유리가 만들어지며, 유리 속에 철망을 넣으면 그물판 유리(wire glass)를 만들 수 있다. 그러나 이 방법에 의해 작은 요철까지 없앨 수는 없다. 유리창에 비친 상(像)이 일그러진 것을 흔히 볼 수 있는데, 이는 요철 때문에 생기는 현상이다. 따라서 거울이나 자동차의 프론트유리 등 요철 없이 평평한 면이 필요한 것은 표면을 연마해야 한다. 이러한 결점을 보완하기 위해 발명된 것이 플로우트법이며, 납이나 주석이 유리보다 무겁고 유리나 내화로재와도 반응하지 않을 뿐 아니라, 요철이 없이 평평한 표면을 가진 점을 이용한 것이다. 이 방법에 의해 제조된 유리는 연마하는 수고가 덜어지며 앞의 방법보다 능률적이다.
서랭 [ 편집 ]
일정한 두께로 만들어진 뜨거운 유리는 서서히 냉각되는데, 유리의 두께가 두꺼울수록 냉각하는 데 걸리는 시간이 길어진다. 만약 냉각 시간을 단축하면 내부까지 고르게 냉각되지 않아, 먼저 냉각된 바깥 부분만이 고화(固化)하여 내부를 강하게 압박하므로 금이 가고 강도가 떨어진다. 이 결점을 보완한 콜번법(Colburn 法)의 경우에는 서랭요(徐冷窯)가 100m 이상이 되기도 하며, 유리는 이 속을 천천히 이동하면서 내부와 외부가 고르게 냉각된다.
절단은 다이아몬드로 된 유리커터에 의해 자동적으로 이루어진다. 판유리를 상자에 담을 때는 직접 포개서는 안 된다. 신문지나 기타 얇은 종이를 사이에 끼우지 않으면, 유리 속의 알칼리 성분이 공기 중의 수증기에 의해 용해되어 접착제 작용을 하기 때문에 유리가 서로 달라붙는다.
용기 제조 [ 편집 ]
판유리 뿐 아니라 병이나 컵·전구 등 여러 가지 유리제품은 고온으로 하면 물렁물렁해지고 자유로이 모양을 변경할 수 있다는 유리의 성질을 이용하여, 고온으로 가열하여 성형한다. 판유리 제조는 롤러가 그 주역이지만 병이나 그 밖의 용기의 경우는 취간(吹桿)과 형(型)이 주역이 된다. 이 방법은 오랜 옛날부터 사용되었으며 기원전 3천년경의 이집트 벽화에도 입으로 불어 유리를 성형하는 모습이 그려져 있다. 현재 시행되는 방법은 공업적으로 대량생산이 가능하도록 연구된 것이지만 기본원리는 그와 다름이 없다. 또 용융유리를 유리관으로 만들어 이 관을 물렁물렁하게 만들어 여러 가지 모양을 만들 수 있으며, 화학실험용의 기구도 주로 이와 같은 방법으로 만든다.
종류와 성분 [ 편집 ]
유리 원료를 녹일 때 원료의 성분배합을 바꾸면 여러 가지 성질을 가진 유리를 만들 수 있는데, 이는 유리가 여러 가지 성분의 혼합물이므로 각 성분의 배합비율을 자유로이 바꿀 수 있기 때문이다. 만일 유리의 각 성분이 화합물의 형태로 유리를 형성하고 있다면 성분비를 바꿈으로써 여러 가지 유리를 만드는 일은 불가능하다. 판유리 등을 만드는 보통 유리는 산화규소 65 ∼ 75%, 산화칼슘(원료는 석회석) 5 ∼ 15%, 탄산나트륨(탄산소다) 10 ∼ 20%이며, 유리의 주성분이 산화규소 이외에 석회와 소다가 주성분이므로 소다석회유리라고도 불린다.
굴절률이 큰 유리 [ 편집 ]
크리스털글라스
소다석회유리는 굴절률이 별로 크지 않으므로(1.50 ~ 1.52) 렌즈·프리즘 등 광학용 유리로서는 성능이 좋지 않다. 따라서 굴절률을 크게 하기 위해서 산화납을 넣으며(5 ~ 35%), 그렇게 함으로써 굴절률 1.7 이상을 얻을 수 있다. 이것을 납유리라 한다. 산화납이 많아짐에 따라 굴절률이 높아지는 반면 경도가 떨어지므로 카메라의 렌즈 등은 상처가 생기기 쉽다. 굴절률이 크고 투명한 물질은 빛의 반사작용에 의해 몹시 광채가 나며 아름답다. 다이아몬드(2.45)·루비(1.75)와 같은 보석이 그 예라 하겠다. 이러한 빛의 굴절작용을 이용하여 고급식기·장식품·조명기구 등으로 쓰이는 것이 크리스털글라스·컷글라스이며, 굴절률이 큰 유리를 여러 가지 모양으로 커팅함으로써 빛의 전반사에 의해 광택이 나도록 한 것이다.
내약품성의 유리 [ 편집 ]
유리의 성분 가운데 가장 많은 부분을 차지한 것은 산화규소인데, 산화규소의 용융 온도를 내리고 유리의 가공을 용이하게 하기 위해 산화알칼리가 첨가되어 있다. 이 알칼리는 수분에 의해 서서히 용해된다. 알칼리가 용출(溶出)된 유리는 산이나 물에는 녹지 않으나 알칼리에는 녹는다. 이 때문에 유리는 알칼리성 용액에 약하며, 수분의 존재하에 유리와 유리가 접촉되어 있을 때 서로 접착되는 현상이 생길 수 있다. 유리병 속에 알칼리성 용액을 넣어서는 안 되며, 유리병의 뚜껑으로 유리를 사용하지 않는 것도 그 때문이다. 화학실험에 쓰이는 유리로는 물에 의해 유리 속의 알칼리가 용해되지 않는 것, 혹은 알칼리에 대해 상당히 안정성을 가진 것이 사용된다. 유리 속의 알칼리 성분을 줄이면, 약품에 대해 안정성을 가진 것이 만들어지며, 알루미나(alumina：산화 알루미늄)가 많이 함유된 유리도 약품에 강하다. 그러나 알루미나나 규산이 많이 함유된 유리는 잘 용해하지 않으므로 산화붕소를 넣기도 한다. 이와 같은 유리는 화학 실험용기구·약품의 용기·앰플·주사기 등으로 쓰인다. 이러한 유리는 그 성분으로 보아, 소다석회유리의 성분 중에서 소다의 석회를 줄이고, 산화알루미늄을 증가시킨 소다알루미나유리, 붕산을 증가시킨 저 알칼리붕규산유리, 붕산과 산화알루미늄을 증가시킨 붕규산알루미나유리 등으로 분류된다.
급격한 온도변화에 견디는 유리 [ 편집 ]
차가운 유리컵에 갑자기 뜨거운 물을 붓거나 반대로 뜨거운 유리컵에 차가운 물을 부으면 깨진다. 이것은 뜨거운 물이나 차가운 물이 닿은 부분은 팽창하거나 수축하지만 뜨거운 물이나 차가운 물이 닿지 않는 바깥면은 그대로이므로 컵에 무리한 힘이 가해지기 때문이다. 보통의 컵을 만드는 데 쓰이는 소다석회유리나 고급식기 등으로 쓰이는 크리스털글라스(납유리)는 온도를 100°C로 올리면 0.1%팽창한다. 그러나 약품에 침식되지 않는 유리로서 화학실험기구 등으로 쓰이는 붕규산유리나 저 알칼리붕규산유리는 100°C 온도차에서 0.03% 정도밖에 팽창하지 않는다. 그 때문에 소다석회유리의 3배 정도 온도차에 견딜 수 있으며, 증기살균이나 비등에 견디므로 이 점도 화학기구·의료기구용으로서 이용되는 이유 중의 하나이다.
석영유리 [ 편집 ]
유리 구조는 규소원자와 산소원자가 결합하여 만든 그물코에 군데군데 구멍이 남겨진 것 같은 모양으로 이루어졌다. 순수한 규소와 산소만의 그물코로 된 유리를 석영유리라고 부르는데 연화점(軟化點)이 1,500°C 이상(보통 소다석회유리는 약 600°C)으로서 약품에 의해 침식되지도 않을 뿐 아니라 1,000°C 정도의 온도차로 급열·급랭되어도 깨지지 않는다. 석영유리는 이처럼 우수한 여러 성질을 가졌으나 연화하는 온도가 1,500°C 이상이므로 가공·성형이 극히 어렵다. 또한 원료를 유리화하려면 1,717°C 이상의 고온을 만들어 주어야 하므로 도가니의 재료, 고온을 만드는 방법 등 기술적으로 곤란한 점이 많으며, 따라서 값이 몹시 비싸 특수한 경우 이외는 사용되지 않는다.
자외선 투과유리 [ 편집 ]
자외선은 살균이나 비타민D의 생성 등 인간의 건강상 소중한 것이다. 그러나 일반 가정에서 유리창을 닫고 일광욕을 하면 효과가 없는데, 이것은 보통의 소다석회유리 속에 불순물로서 산화철이 0.2% 정도 함유되었기 때문이며, 이것이 3가(Fe3+)의 이온으로 바뀔 때 자외선을 흡수하는 까닭이다. 자외선을 통과시키는 유리를 만들려면 철이 함유되지 않은 원료를 사용하거나, 철이 2가의 Fe2+이온으로 함유되어 있는 저(低)알칼리붕규산유리를 사용한다. 또한 석영유리는 고가이긴 하지만 자외선을 통과시키는 유리로서 가장 우수하며, 의료용·조명용의 태양등이나 수은등에는 이러한 자외선 투과유리가 사용된다.
적외선 차단유리 [ 편집 ]
태양광선이 뜨겁게 느껴지는 것은 태양광선 속의 적외선에 의한 것이다. 유리창이 달린 실내온도를 일광이 비쳐도 심하게 상승하지 않도록 하려면 적외선을 차단하는 유리를 사용하면 된다. 특히 기차 같은 것에서 냉방효과를 얻고, 유리창 밖이 내다보이도록 하기 위해 가시광선은 통과시키고, 눈에는 보이지 않고 열을 내는 적외선은 통과시키지 않는 열선흡수유리라는 것이 사용된다. 이 유리는 철의 2가이온 Fe2+를 많이 함유한 것이다. 또한 산화 세륨을 섞은 것도 적외선을 흡수한다.
감광유리 [ 편집 ]
소다석회유리에 방사선을 비추면 갈색으로 착색된다. 따라서 이 착색된 색의 농도를 측정하면 방사선의 양을 알 수 있으며, 색의 농도를 측정하기 쉽게 한 유리를 방사선측정용 유리라 부른다. 또 빛이 닿으면 검게 착색되고 빛을 제거하면 천천히 탈색되는 유리를 조광(調光)유리라 부르는데, 햇살이 강한 낮에는 검게 흐리어 빛을 차단하고 밤에는 투명해지므로 창유리용으로 연구되고 있다. 이것은 유리 속에 미세한 결정으로 된 할로겐화은이 분산되어 있어, 빛이 닿으면 은이 분리되어 흑색의 입자로 되는 것을 이용한 것이다. 사진 필름의 반응과 같은 원리이지만 이 유리의 경우는 유리 속에서 일어나는 반응이므로 광선이 차단되면 본래의 형태로 되돌아간다는 점에 다르다.
색유리 [ 편집 ]
유리 속에 어떤 종류의 원소를 용해시키면 특수한 색유리를 만들 수 있다. 이 착색제는 유리자체를 구성하는 성분은 아니지만 공예품이나 광학용으로서 널리 이용되고 있다.색유리의 아름다운 광택과 색, 그리고 변색하지 않는 성질을 이용한 미술품에 스테인드 글라스가 있다. 이것은 우선 도안의 색에 맞추어 색유리판을 자르고 이 색유리를 도안과 같은 무늬로 이은 다음 납으로 용착(溶着)한 것이다. 유럽에서는 11세기경부터 성당의 창이나 천장의 장식으로 쓰였으며, 지금까지 원상대로 보존된 것이 많이 있다. 마찬가지로 모자이크라 하여 색유리의 작은 조각을 타일처럼 박아 그림을 그리는 방법도 있는데 건물 벽화에 사용된다.
필터유리 [ 편집 ]
필터는 색유리의 일종으로서 사진 촬영이나 그 밖에 빛에 관한 실험에 있어 특정 파장의 빛만을 필요로 할 때에 쓰이는 것이다. 자외선을 막는 색안경도 일종의 필터이다. 또 금속용접이나 고온인 노(爐)의 작업 등에서 강한 빛을 내는 물체를 보아야 할 때는 자외선·황색광선 외에도 보통의 가시광선도 약하게 하여야 하므로 상당히 진한 색의 보호안경을 사용하게 되는데 이것도 필터유리의 일종이다.
강화유리 [ 편집 ]
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안전유리 [ 편집 ]
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젖빛유리 [ 편집 ]
이 부분의 본문은 이 부분의 본문은 간유리 입니다.
판유리에 압축 공기로 고운 모래를 뿜어 표면에 불규칙한 요철을 만든 것이다. 이러한 표면에서는 광선이 직선적으로 굴곡하지 않고 불규칙하게 반사·굴절을 하므로, 빛이 통과하기는 하지만 보기에는 불투명한 것처럼 보인다. 그러므로 유리창으로 사용하면 눈이 부신 것을 막아 준다.
유리섬유 [ 편집 ]
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유리공예 [ 편집 ]
이 부분의 본문은 이 부분의 본문은 유리공예 입니다.
유리는 비교적 조작하기 쉬운 고온에서 임의의 모양으로 만들 수 있고, 그 광택이나 투명성 또는 착색이 쉽다는 등의 성질을 이용하여 일상 생활품·장식품 등의 공예품을 만들어 내고 있다. 그 성형법에서는 주형을 사용한 취형법(吹型法), 주형을 사용하지 않고 입으로 불고, 가위·인두 등을 사용하여 성형하는 주취법(宙吹法), 금속의 틀에 프레스하는 압형법 등이 있다. 표면에 무늬나 그림 등을 가공하는 방법으로는, 숫돌로 갈아 광선을 전반사시키는 표면을 만드는 커팅법(cutting法), 다이아몬드로 무늬를 조각하는 방법, 플루오린화 수소산 등의 화학 약품으로 부식시켜 새기는 방법, 금속 산화물로 된 그림물감으로 그림을 그리고 굽는 방법 등이 있다. 재료로서는 그 광학적 성질을 이용하기 위해 크리스털 글라스(납유리)가 흔히 사용된다.
위험성 [ 편집 ]
부서진 유리
일단 부서지면 매우 처리하기 힘든 물질 중 하나가 바로 유리다. 그 이유는 큰 조각부터 작은 조각까지 여러 크기로 깨어지고, 일부는 가루가 되기 때문이다. 일단 유리가 깨졌다면 맨발이나 맨손, 또는 옷을 벗은 상태에서는 유리조각이 신체에 박힐 수 있기 때문에 절대 근처에 접근하지 말아야 한다.[2] 유리조각을 치울 때는 두꺼운 장갑을 끼고 신발도 신은 뒤, 옷도 두꺼운 것을 입고 치워야 한다.[3] 이때 덥거나 불편하다고 털이 보이거나 얇은 옷을 입으면 안 된다. 털 사이에 유리조각이 끼게 되면 치우기가 정말 힘들어지기 때문이다. 두꺼운 옷을 입고 큰 조각을 먼저 치우고 작은 조각은 빗자루로 쓸고, 가루는 청소기로 치워야 된다. 일반유리의 경우 전방 1미터 이내의 공간을 청소해야 하며, 압축유리의 경우 깨지면서 파편이 더욱 넓게 튀기 때문에 전체(예를 들어, 주방에서 압축유리 재질의 밀폐용기를 깨뜨렸다면 주방 전체)를 청소해야 한다.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
↑ 규불화(硅弗化)나트륨이라고도 한다. ↑ 유리조각이 맨발이나 맨손, 그 외 신체 일부분에 박히게 되면 최악의 경우, 수술이 필요할 정도로 심각한 상황에 이를 수도 있다. ↑ 이렇게 해도 베이거나 찔리는 경우가 있으니 주의해야 한다.
참고 자료 [ 편집 ]
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[보고서]기능성 결정화유리
초록
○ 일반유리의 제조 또는 열처리 시에 발생하는 실투와 달리 적절한 유리조성을 제어된 조건 하에서 열처리하면 유리내부에 미세한 결정의 집합체가 석출되어 결정화유리(glass-ceramics)를 제조할 수 있다. S.D Stookey(미국 Corning사)에 의해 발명된 결정화유리는 모재유리와 달리 유리내부에 석출된 결정에 의해 특정 물성을 나타낸다.
○ 일반적으로 결정화유리는 모재유리와 달리 열적, 전기적, 기계적, 물리?화학적으로 우수한 물성을 가지게 된다. 이러한 특성을 이용하여 결정화유리는 고온재료, 내열재료, 전자?기기재료, 고강도재료, 건축재료, 생체재료 등에 사용되고 있다.
○ 금후에도 새로운 조성영역의 유리 결정화나 분상에 의한 고기능성 유리개발이 기대되고 있다. 이 문헌에서는 결정화유리의 특징, 종류 및 기능성 나노 결정화유리에 대하여 기술하고 있다.
○ 특히 투명 결정화유리는 결정입자의 크기를 나노 크기로 하여 투명성을 확보하고, 여기에 기능성을 부여해 나노 결정화유리를 제조한다. 일반적으로 투명성을 유지하기 위해서는 결정의 크기가 가시광선의 파장보다 작은 0.1㎛ 이하이거나 결정상의 광학적 이방성이 작고, 결정상과 유리상의 굴절률 차이가 작아야 한다.
○ 최근에는 레이저 조사에 의하여 국부적인 영역에 결정상이나 굴절률이 상이한 결정을 석출시키는 연구가 각광을 받고 있다. 레이저 조사에 의한 결정화는 고품질의 결정을 석출시키는 것이 중요하며, 결정크기나 배향을 제어하는 것이 과제이다.
○ 기능성 결정화유리는 예전의 열적 강도특성에서 광학적 특성의 포토닉스, 에너지?환경, 생체재료 등에 사용이 확대되고 있다. 국내에서는 투광성이나 생체재료에 사용되는 결정화유리 연구가 발표되고 있다. 그러나 기타 분야의 연구는 실적이 미비하여 향후 관련분야 연구자들의 관심이 있기를 기대한다.
유리의 재발견 [1]: 천의 얼굴을 가진 유리
최근 흥미롭게 봤던 리얼 다큐 프로그램 중 <블로잉blown away>이란 프로그램이 있다. 유리glass 아트 서바이벌이라 불리는 이 프로그램에선 유리공예 분야의 참가자들이 불을 이용해 유리를 자유자재로 다루며 아름다운 작품을 만들어 실력을 겨룬다. 핵심이 되는 작업 중 하나는 속이 빈 긴 막대를 이용해 유리를 불어 원하는 부피로 팽창시키는 과정이다. 참가자들이 자유자재로 다루는 유리의 변화무쌍한 모습은 마치 생명체의 활기를 담은 듯 보였다. 그러나 서서히 냉각되고 굳어 최종적으로 탄생한 유리 아트는 우리가 흔히 알고 있는 딱딱한 고체의 모습이며 때론 예기치 못한 실수로 무참히 깨져 버리기도 한다. 재미있는 건 유리의 대롱 불기blowing 기법이 이미 기원전 중동이나 인도 지역에서 유리 성형에 사용되었다는 점이다. 고대 로마 제국의 경우 제국 내 유리 작업장을 여러 곳 운영했던 흔적이 남아 있다. 유리 제품의 자취는 이보다 시대를 더 거슬러 올라가는데, 가령 이집트의 피라미드에서도 유리 제품이 발견되곤 했다. 자연적으로 형성된 흑요석obsidian과 같은 유리가 무기나 도구 등으로 사용된 흔적은 수만 년 전 석기시대의 인류까지 거슬러 올라간다고 한다. 이처럼 유리는 인류의 역사를 넘어서 먼 조상이 도구를 다루던 시기부터 인류와 함께해 온 물질 중 하나다.
그런데 참 신기하다. 대롱 불기로 유리를 다루는 과정을 보면 적당히 가열된 유리는 액체도 아니고 딱딱한 고체도 아닌 것이, 흡사 젤리처럼 행동하면서 형상이 자유롭게 만들어지지만, 온도를 낮추면 우리가 흔히 만지는 딱딱한 고체로 굳어 버린다. 자유롭게 흘러 다니는 액체인 물이 어는 점에서 순식간에 딱딱한 고체인 얼음으로 바뀌는 것과는 사뭇 다른 모습이다. 게다가 투명한 얼음과 투명한 유리는 겉보기에는 비슷해도 내부의 구조가 근본적으로 다르다. 물분자들이 일정한 간격으로 규칙적으로 배열된 얼음 결정crystal과 달리 유리의 내부 속 원자들은 불규칙하고 무질서하게 배열되어 있다. 유리 공예가들이 불(온도)을 이용해 자유자재로 다루는 유리, 원자들이 온통 혼돈스럽게 흩어져 있는 이 독특한 ‘젤리’의 정체는 뭘까? 과학자들은 유리를 어떻게 이해하고 어떤 방식으로 활용하고 있을까? 결론부터 얘기하자면 현재 우리는 기체나, 액체, 그리고 고체인 결정을 이해하는 수준만큼 유리를 충분히 이해하고 있지는 못하다. 한 마디로 잘 모른다는 것이다. 오죽했으면 1977년도 노벨물리학상 수상자인 필립 앤더슨Philip W. Anderson은 1995년 사이언스지에서 다음과 같이 말했다.[1] “고체 상태 이론에서 가장 심오하고 가장 흥미로운 미해결 문제는
아마도 유리와 유리 상전이의 본성에 대한 이론일 것이다.
이 문제는 향후 10년 동안 (과학에서) 새로운 돌파구가 될 수 있을 것이다”
“The deepest and most interesting unsolved problem in solid state theory is probably the theory of the nature of glass and the glass transition.
This could be the next breakthrough in the coming decade.” “유리의 재발견”은 그동안 과학자들을 괴롭혀 왔고 지금도 괴롭히고 있는 유리가 무엇인지, 그리고 유리라는 물질이 오늘날 어떤 기술적 혁신을 이끌고 있는지에 초점을 맞춰 준비했다. 유리를 재발견하고자 하는 두 차례의 짧은 여정에 독자들을 초대한다.
1. 유리란 무엇인가? 유리를 만드는 법 우리 여행의 시발점은 유리가 다른 물질들과 어떤 면에서 근본적으로 다른지 살펴보는 데 있을 것이다. 유리는 어떻게 만들어질까? 그 출발점은 액체다. 액체를 이루는 원자나 분자들은 내부에서 끊임없이 위치와 방향을 바꾸며 자유롭게 움직여서 액체에 유동성을 부여한다. 중등 과학에서 물질의 상태와 상 변화를 다룰 때 액체를 냉각시키면 결정이라 불리는 고체로 상전이phase transition를 한다고 배운다. 대표적인 사례로 거론되는 물을 보자. 고온에서 기체 상태인 수증기의 온도를 섭씨 100도 이하로 낮추면 액체인 물이 되고, 이 물의 온도를 더 낮춰 섭씨 0도 이하로 내리면 고체인 얼음이 된다(라고 배웠다). 얼음 속을 확대해 볼 수 있다면 일정한 간격으로 규칙적으로 배열되어 서로를 붙들고 있는 물분자들을 확인할 수 있을 것이다. 물론 열에너지가 있기 때문에 분자들이 제자리에서 살짝 떨기는 하겠지만 말이다. 이처럼 물질을 구성하는 원자나 분자가 일정한 주기를 가지고 3차원 상에서 규칙적으로 결합되고 배열되어 만드는 물질을 고체, 특히 결정Crystal이라 부른다.
1 유리는 거동이 엄청나게 느려진 액체로 비유할 수 있다는 생각으로부터 유럽의 오래된 교회 창문들은 오랜 기간 동안 아래로 흘러내려서 아랫부분이 더 두껍다는 얘기가 (심지어 과학 시간에도) 유행한 적이 있다. 그러나 이는 잘못된 주장이다. 창유리의 유동성은 수천 년 정도의 시간 동안에 유리의 두께를 바꾸지 못한다. 오히려 당시 창유리 제조 기법의 한계로 인해 균일한 두께의 유리를 만들기 힘들었고 이를 교회 창에 설치하는 과정에서 안정성을 고려해 다소 두꺼운 쪽을 아래에 배치한 것이라는 추정이 더 그럴듯하다.
그런데 어떤 액체는 냉각시키면 어는점에서 결정으로 변하지 않고 유리가 된다. 상당히 많은 물질은 액체 상태에서 냉각 속도를 충분히 높이면 어는점에서 결정화를 회피할 수 있고 액체의 구조적 무질서도가 그대로 동결freezing되어 쉽게 유리를 만들 수 있다. 이렇게 고온에서 용융된 물질을 급랭해서 유리를 만드는 방법을 ‘고온용융법’이라 부른다. 급랭에 의해 액체가 유리가 되는 과정은 액체 속 원자나 분자들의 불규칙한 운동을 슬로우 모션으로 보다가 결국 정지 사진으로 박제화하면서 그 자리에 고정시켜 버리는 과정처럼 묘사할 수 있다. 중간 과정을 생략한 채 액체와 유리만 비교해 보자면 흡사 마구잡이로 돌아다니는 액체 속 모든 분자들에게 “얼음 땡!”을 외쳐 정지시킨 것처럼 말이다. 그렇지만 금속이나 대칭적인 모습의 원자/분자들은 결정으로 변하는 경향성이 매우 높아 냉각 속도를 극단적으로 높이지 않으면 유리를 만들기 힘들다. 일부 금속은 초당 백만~십억도 정도의 엄청난 냉각율을 확보해야 간신히 유리가 되기도 한다. 이처럼 유리의 가장 큰 특징은 무질서disorder다. 유리를 구성하는 원자들은 무작위적으로 어지럽게 배열되어 있다. 그리고 실험실의 스케일에서 보자면 그 자리에서 그대로 정지해 있고 액체처럼 자리를 바꾸거나 흘러 다니지 않는 것처럼 보인다. 게다가 유리는 결정과 비슷한 강도를 가지며 액체와 다르게 형상도 고정되어 있다. 이렇게 보자면 유리는 액체의 구조와 결정의 강도를 동시에 가지는 물질로서 두 상태 사이에서 어중간한 상태로 갇혀 버린 물질이라 할 만하다.1 이 대목에서 흔히 유리와 동의어처럼 사용되는 비정질amorphous 물질의 의미도 생각해 보자. 비정질 물질은 넓은 의미에서는 원자들이 무질서하게 배열되어 있고 구조적 규칙성이 없는 고체 물질을 통틀어 가리키는 말로 종종 사용된다. 그런데 좁은 의미로는 무질서한 구조를 갖지만 (앞으로 설명할) 유리상전이 과정을 겪지 않는 물질들만을 가리키는 용어로 의미를 국한해 사용하기도 한다.[2] 가령 비정질 실리콘이 한 예가 될 수 있다.
유리 속 들여다보기 액체와 이를 냉각해 얻은 유리의 사진을 각각 찍어 순간의 모습을 기록한 후 원자 수준으로 구조를 확대할 수 있다면 둘 사이의 차이를 구분해 낼 수 있을까? 아마 쉽지 않을 것이다. 양쪽 모두 구성 원자나 분자의 위치가 무질서하게 배열되어 있을 것이기 때문이다. 단, 후술하겠지만 유리의 경우 액체에 비해 조금 더 치밀하고 따라서 같은 수의 원자로 비교하면 부피가 더 작다. 그렇다면 유리의 구조는 완전히 무질서한가? 이를 알아보기 위해 [그림2]에 2차원 모식도로 제시된 석영 유리(왼쪽)와 석영 결정(가운데)을 살펴보도록 하자. 실리콘Si과 산소O로만 구성된 석영 결정은 Si 원자를 가운데 놓고 네 개의 산소가 정사면체를 형성하고 이 사면체가 규칙적으로 배치되어 결정을 이룬다. 사면체의 꼭짓점에 있는 각 산소는 두 개의 Si 원자와 결합되어 있다. 석영 유리에서도 각 산소는 두 개의 Si 원자와 연결되어 있지만, 규칙적인 구조 대신 불규칙한 3차원의 그물망 구조를 형성한다.
과학자들은 두 구조를 어떤 실험을 통해 구분할 수 있을까? 장거리 질서도long range order를 가진 결정 구조의 연구에는 엑스선 혹은 중성자 산란 실험이 대표적으로 활용된다. 결정의 경우 주기적으로 배열된 원자들이 형성하는 결정면들이 입사되는 엑스선을 순차적으로 반사시키면서 특정 각도들로 보강 간섭에 해당하는 강한 회절 피크들을 만든다. 반면에 유리와 같은 비정질 고체에 대해 측정한 엑스선 산란 실험에서는 결정 구조에서 보이는 날카로운 회절 피크를 보기 힘들다. 그러나 유리의 구조가 완벽히 무질서하지는 않다. 주기적인 구조가 없기 때문에 장거리 질서는 가지고 있지 않지만, 짧은 거리 내에서는 국소적으로 비슷한 구조가 보인다. 가령 [그림2]의 왼쪽에 있는 석영 유리의 모식도를 보면 하나의 Si 원자에 세 개의 산소가 매달려 있는 걸 확인할 수 있다. 물론 2차원 그림에서는 세 개의 결합만 그렸지만, 3차원 구조에서는 평면의 앞이나 뒤로 하나의 결합이 더 존재한다. 즉 석영 유리 속에 들어가 임의의 Si 원자 위에 서서 주위를 둘러보면 주변의 풍경이 대충 다 비슷하게 보인다는 것이다. 다시 말하면 유리는 짧은 거리 내에서 단거리 질서도short range order를 가지고 있다는 의미다.
그림3 위 가운데 한 원자를 중심으로 반지름 r의 함수로 원자들을 발견할 확률을 구하는 방법을 보여주는 개략도. 아래 반지름의 함수로 그린 액체/유리, 고체, 기체의 전형적인 지름 분포 함수 wikipedia, wikibooks
이를 확인할 수 있는 실험 방법으로는 [그림3]의 상단처럼 원자 하나를 기준(원점)으로 정한 후 이로부터 일정한 반지름을 그려가면서 같은 거리에 원자들이 얼마나 있는지 순서대로 조사하는 것이다. 결정의 경우에는 원자들이 일정한 거리 간격으로 규칙적으로 배열되어 있기 때문에 한 원자를 기준으로 놓고 특정한 반지름을 그리면 그곳에 원자를 반드시 발견할 수 있다. 비유하자면 교실에 책걸상을 일정한 간격으로 정사각형 배열로 배치하고 앉았을 때 나를 기준으로 앞뒤와 좌우의 동일한 거리에 친구들이 4명 있고 그보다 1.4배 정도 더 긴 대각선 거리에도 4명의 친구들을 발견할 수 있다. 물질 속 원자들의 배치에 대해서도 이와 같은 방식으로 조사를 한 후 일정 거리에서 원자를 발견할 확률을 거리의 함수로 조사한 후 “지름 분포 함수radial distribution function”라는 이름을 붙인다. [그림3]의 하단은 기체, 액체/유리, 고체의 일반적인 지름 분포 함수를 보여주고 있다. 고체(결정)의 경우 일정한 거리에 다른 원자들을 발견할 확률 피크가 순차적으로 날카롭게 나타남을 알 수 있다. 그렇지만 유리의 경우에는 이와 같은 규칙성을 찾기는 힘들다. 다시 [그림2]에 있는 석영 유리를 보자. 하나의 Si 원자를 고르고 그 주위를 살펴보면 거의 비슷한 위치에 산소 원자 셋이 (실제 유리의 3차원 구조에서는 4개의 산소 원자가) 발견된다. 그리고 조금 더 거리를 연장하면 역시 비슷한 위치에 (물론 결정처럼 동일한 위치는 아니다) Si 원자들이 위치한다는 것도 알 수 있다. 그러나 이런 규칙성은 유리 내의 무질서도로 인해 거리를 늘릴수록 줄어들다가 사라져 버린다. 따라서 유리 내에서 한 원자를 중심으로 삼고 거리의 함수로 다른 원자를 발견할 확률을 표시하면 가까운 거리에서만 확률 피크가 몇 개 존재하고 거리가 늘어날수록 피크의 존재는 점점 줄어들다가 사라져 버린다. [그림3]의 하단을 보면 액체와 유리의 경우 원자간 거리가 커질수록 이 확률 피크가 진동하면서 점점 줄어들다가 사라지는 걸 볼 수 있다. 물론 결정처럼 완벽히 똑같은 거리에 원자들이 존재하지는 않기 때문에 확률 분포를 나타내는 피크는 날카롭지 않고 어느 정도의 폭을 가진다. 결정과 뚜렷이 구별되는 이런 특징은 유리가 결정처럼 장거리 질서도를 갖지는 않지만 짧은 거리 내에서는 어느 정도 규칙성을 나타내는 단거리 질서도를 가지고 있음을 보여주는 것이다.
2. 인류의 유리 사용법 지금까지 얘기했던 유리의 특징을 보면 유리는 구조적 무질서로 인해 결정이 가지는 다양한 장점을 나타내기는 힘들지만, 이 무질서한 상태가 오히려 유리의 장점이 될 수 있다. 보통 결정은 다이아몬드나 수정처럼 결정 덩어리 자체를 이용하기도 하지만 많은 경우에는 세라믹ceramic 형태로 활용한다. 세라믹이란 일종의 다결정polycrystalline 상태로서 미세영역grain들의 집합이라 볼 수 있는데, 각 미세영역은 원자들이 주기적으로 배열된 작은 결정이고 사이사이의 접합면은 미세영역경계grain boundary라 불린다. 세라믹 내 미세영역들은 각각 매우 작은 결정이라 할 수 있다. [그림4]는 결정과 세라믹, 유리의 미세 구조를 비교해 보여준다.
문제는 미세영역들이 같은 방향으로 정렬해 있지 않아서, 한 미세영역에서 다른 미세영역으로 옮길 때 방향에 따른 결정의 특성이 바뀐다는 것이다. 게다가 미세영역 자체는 투명하다 하더라도 빛이 미세영역경계에서는 산란되어 퍼지기 때문에 세라믹은 일반적으로 불투명하다. 특히 금속이나 반도체처럼 전기를 통해야 하는 경우 미세영역경계의 존재는 전기를 나르는 전자의 이동에도 방해가 된다. 반면에 유리는 구조적 무질서로 인해 미세영역이나 미세영역경계 자체가 존재하지 않아 방향이나 위치가 바뀌더라도 특성이 동일하고 미세영역경계에 의한 빛의 산란이 없으므로 가시광선 대역에서 흡수 대역이 없다면 매우 투명하다. 더군다나 일반적인 고체가 가지고 있는 정도의 기계적 강도도 있다. 따라서 광학을 포함한 다양한 분야에 유리가 광범위하게 사용될 수 있다. 유리의 또 다른 장점으로는 유리를 구성하는 조성의 변경이 비교적 자유롭다는 것이다. 결정은 구조적 규칙성으로 인해 특정 위치에는 반드시 특정 원자가 자리를 잡아야 하고 이에 따라 구성 성분(원자) 사이에 일정한 비율이 성립해야 한다. 반면에 유리는 구조적 무질서로 인해 조성을 비교적 자유롭게 바꿀 수 있고 이에 따라 유리의 성질을 광범위한 영역에서 조정할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 이외에도 유리는 마모와 부식에 대해서도 다른 물질들에 비해 상대적으로 강한 내성을 가지고 있다. 이런 특성들로 인해 유리는 오래전부터 인류 생활 곳곳에서 광범위하게 사용되어 왔다. 유리 활용의 역사
2 오늘날 시리아, 이라크 지역에서는 기원전 4000-5000년 전 제작된 유리구슬들이 발견되곤 한다.
흑요석이나 섬전암Fulgurite처럼 화산이나 번개, 운석 충돌 등 고온을 동반하는 활동으로 바위 등이 녹은 후 급랭해 형성된 자연의 유리를 가공해 활용한 역사는 석기 시대까지 올라간다.[3] 석기 시대의 유물들을 보면 흑요석을 가공해 만든 다양한 도구나 화살촉 등이 남아 있다. 인류가 유리를 언제, 어디에서, 어떤 방법으로 가공하기 시작했는지는 확실하지 않다. 서론에서 기술했던 것처럼 기원전 3500년 정도 된 이집트의 피라미드 내 부장품에선 유리 공예품이 함께 발견되었고 그리스 로마 시대에 제작된 유리 제품들을 박물관에서 보기도 한다. 역사학자들은 이런 유물들을 토대로 인류가 기원전 약 5000년 시리아 지역에서 유리를 가공해 사용하기 시작했을 것으로 추정하고 있다.2 이집트에는 기원전 1500년경 사용되었던 유리 작업장이 발견된 바 있고 가장 오래된 유리 제작법에 대한 기록이 기원전 650년경 아시리아 도서관의 점토판 위에 남아 있다.[3] 초기에는 금속 봉 등의 심 주변에 유리를 감는 코어 성형 기법core-formed glass이나 성형틀 속에 녹인 유리물을 넣어 주조하는 주조 기법cast glass이 주로 사용되었다. 초기 유리는 오늘날 유리처럼 투명하지는 않았고 주로 도자기에 광택을 내거나 목걸이 등의 보석, 그리고 액체를 담는 용기 등으로 활용되었다.[4] 창유리의 사용에 대한 최초의 기록은 기원후 79년 폼페이에 남아 있다고 한다.
유리 기술의 일대 전환점이라 할 수 있는 대롱 불기 기법은 기원전 50년경 시리아 지역에서 발명된 것으로 추정된다. 당시 대롱 불기에 사용된 파이프는 약 1.5미터 길이의 유리 혹은 쇠 파이프로서 유리 덩어리를 효율적으로 붙여 올리기 위해 대롱 끝의 직경이 나팔꽃 모양으로 커졌다고 한다. 작업자는 우선 파이프 끝을 예열하여 유리 용융물 속에 넣고 돌리면서 유리 덩어리를 대칭적 모양으로 붙여 꺼낸 후 불어 커다란 유리 버블을 만들었다. 대롱 불기 기법은 유리 제품의 대중화를 촉진하며 상류 지배계층의 전유물이었던 유리 용기 등이 서민층으로까지 확산되는 계기가 되었다.3
흥미로운 점은 실크로드를 통해 다양한 유리 제품들이 중앙아시아와 중국, 한국, 일본으로도 전달되었다는 것이다.[5,6] 가령 중국에서 유리가 출현한 시기는 춘추전국시대 후기로 이후 서쪽에서 전래된 다양한 유리 제품이 발견되었다. 한국의 경우도 기원 전후로 추정되는 다양한 유리관옥이나 유리구슬 등이 출토된 바 있고, 신라의 대형 무덤에서 대롱 불기 기법으로 제작된 다수의 유리 그릇들과 유리 공예품이 발견되었다. 여기에는 외부로부터 소량 수입된 공예품뿐 아니라 신라 내에서 자체적으로 제작된 구슬들도 포함된다. 특히 로마 및 페르시아의 사산조의 유리들도 발견되어 실크로드를 통한 물품의 교역의 증거로 제시되고 있다.[5,6] 21세기 초 전북의 왕궁리와 미륵사지터에서 다수의 유리구슬과 조각, 그리고 유리를 녹이는 데 사용되었던 도가니 등이 발견되면서 백제의 유리 제조 기술의 일단을 보여줬고 이 기술은 일본으로 전수된 것으로 추정된다.[7]
역사적으로 사용된 몇 가지 유형의 무기질 유리는 대부분 이산화규소SiO 2 를 주성분으로 한다. 모래의 주성분인 이산화규소는 지각의 60%, 맨틀의 44% 정도를 차지할 정도로 지표 근처에는 풍부하다. 그러나 가루화된 석영 결정이라 할 수 있는 모래의 녹는점이 섭씨 약 1700도에 달하기 때문에 이를 녹여 석영 유리를 만드는 것은 매우 높은 온도와 에너지를 필요로 한다. 그래서 소다라고도 불리는 탄산나트륨Na 2 CO 3 이나 탄산칼륨K 2 CO 3 , 탄산칼슘CaCO 3 등을 넣어 녹는점을 낮추어 유리의 가공성을 높였다. [그림2]에서 설명한 것처럼 순수한 석영 유리에서는 하나의 산소 원자가 두 개의 Si 원자와 단단히 결합해 있다. 두 Si 원자를 이어주는 이 산소를 가교산소bridged oxygen이라 부른다. 그러나 Na 등의 알칼리 원소가 들어가면 Si 원자 간의 결합이 끊어지며 Si-O-Na와 같이 산소에 하나의 Si가 결합하는 구조가 만들어지고 이때의 산소를 비가교산소unbridged oxygen라 부른다. 가장 보편적으로 사용되는 소다 석회 유리sodalime glass는 SiO 2 가 약 73%, Na 2 O가 약 17%, CaO가 약 5%, 기타 성분 5% 정도의 조성을 가진다.[4] Na 2 O가 주로 유리상전이 온도를 낮추고 CaO는 유리의 화학적 내구성을 높인다. 이 조성의 유리는 오늘날에도 창유리와 병유리의 대부분을 구성하고 있다.
3 기원전 1세기 로마 시대의 지리학자 스트라본은 [지리지] 권16에서 “매우 많은 발명이 이루어졌다. 그 결과 유리병이나 컵을 동화 한 닢에도 살 수 있게 되었다”고 기록하고 있다. 이는 당시 하루 생활비의 16분의 1 정도였다고 한다.”[5] 4 대롱 불기 기법이나 이를 이용해 스테인드 글라스를 만드는 방법을 영상1과 영상2에서 확인할 수 있다. 5 17세기 이전인 15세기에 이탈리아 무라노Murano섬의 유리 장인이 고순도 모래를 선별해 매우 투명한 유리를 처음으로 만들었다고 한다.[8]
중세 시대에 사용되었던 유리들은 당시 유리 제조 기술의 한계상 불순물을 충분히 제거할 수 없었기에 어두운 연두색이나 어두운 갈색에 가까웠다. 어느 정도 투명한 광학 유리가 본격적으로 제작된 것은 17세기에 들어서였다. 이것은 납유리flint glass라 부르는 종류로서 고순도 석영에 산화납을 포함해 가공 온도를 낮춘 것이었다.[3] 납유리는 굴절률이 높고 가공성이 좋아 연마나 절단도 쉬웠고 따라서 다양한 그릇이나 술잔 등의 제작에 활용되었다.5 이와 더불어 새로운 유리 가공 기술의 개발로 소다 석회 유리의 투명도도 향상되었다. 광학적 특성이 뛰어난 유리가 초기 망원경과 현미경의 제작에 활용되면서 갈릴레오와 케플러 등 많은 과학자들이 17세기에 거둔 발견과 성취에 기여했다. 그러나 오늘날의 유리 기술에 비교하면 당시 유리의 질은 상대적으로 조악한 것이었고 광학 장치들은 빛의 굴절이 파장에 의존해 변하는 색수차chromatic aberration라는 문제를 피할 수 없었다. 이를 개선하기 위해 굴절 대신 반사를 이용하는 장치가 편평한 유리를 이용해 개발되었고, 이후 두 개의 렌즈를 조합해 색수차를 개선한 혁신적 디자인이 발명되었다. 원래 투명하고 빛나는 물질을 지칭하던 ‘글래슘glaesum’이란 라틴어의 어원[7] 그대로 유리glass는 시간이 지나면서 투명성이 증가되는 방향으로 발전해 온 것이다. 유리가 이끈 혁신들 산업혁명 이후 현대문명에 이르기까지 유리가 이끈 기술적 혁신의 사례는 셀 수 없을 정도로 많다. 우리의 삶에서 유리가 빠지는 경우를 상상해 본다면, 즉 조명, 디스플레이, 부엌의 찬장, 건물 자재에서 유리가 없어진다면 제대로 남아 있을 것이 있을지 의문이 들 정도로 오늘날 유리가 차지하는 비중과 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 모든 사례를 다 다루는 것은 이 글의 범위를 넘어서는 것이 될 것이다. 따라서 본 글에서는 현재 우리가 활용하는 대표적 몇 가지 사례를 다루며 유리가 이끈 혁신의 일면을 살펴보려 한다. 여기서는 특히 오늘날 대표적인 정보 전달의 수단인 디스플레이와 광통신이 주된 사례로 포함될 것이다.
6 코카콜라의 판매량은 1903년 연간 3억 병에서 1910년에는 20억 병으로 늘어났다고 한다.[8] 이것이 오언스가 발명한 유리병 제조 기술의 진전에 기인함은 분명하다. 산업혁명의 주요한 측면 중 하나는 바로 생산의 ‘자동화’일 것이다. 같은 맥락에서 산업혁명이 이루어지는 동안 유리 가공 기술의 경우도 끊임없는 개선과 혁신이 이루어졌다. 이는 곧 대량생산을 위한 공정의 개선으로 이어졌다. 가령 유리 덩어리의 공급 및 대롱 불기 과정의 자동화는 용기 산업에 일대 혁신을 가져왔는데, 1903년 미국의 오언스Owens가 발명한 유리병 제조기계는 수작업으로 제조하던 유리병의 제작 속도를 6배 이상 빨리 하며 유리 용기의 대량 생산 시대를 열었다.6 판유리 역시 제조 공정 및 연마 과정의 자동화로 인해 생산 효율이 크게 증가했다. 이런 일련의 자동화 과정의 도입은 유리를 사치재의 지위에서 일상용품의 수준으로 끌어내렸다.
판유리 분야에서는 특히 20세기 초반부 접합 유리laminated glass와 강화 유리tempered glass의 발명이 자동차 유리를 포함한 창유리의 안정성 개선에 큰 도움이 되었다. 접합 유리는 두 장의 유리 사이에 고분자 필름을 끼워 접착시킨 것으로 주로 자동차의 앞 유리로 사용된다. 사고로 창유리가 깨지더라도 고분자 필름의 접착 기능으로 인해 유리가 분리되지 않아 추가적인 부상을 줄일 수 있다. 강화 유리는 동일한 조성이라 하더라도 유리상을 형성하는 과정에 따라 다양한 특성의 유리가 얻어질 수 있다는 유리의 특성에 기반해 발명되었다. 강화유리는 유리 표면을 내부보다 더 빠르게 냉각시켜 만드는데, 이 경우 내부에 쌓인 스트레스로 인해 유리가 파괴될 때 매우 작은 여러 조각으로 폭발하듯이 쪼개진다. 자동차유리를 포함한 창유리에 사용되는 유리는 실수나 사고로 유리가 부서질 때 날카로운 조각에 큰 부상을 입을 수 있으므로 일반적으로 잘게 부서져 부상의 위험을 줄인 강화유리가 사용된다. 1959년 개발된 소위 플로트float 공법은 판유리 생산에 획기적 전기를 마련했다. 그전에는 두 롤러 사이에 용융된 유리를 끼워 올리거나 내리면서 식혀 커팅해 판유리를 생산하는 것이 일반적이었다. 플로트 공법에선 용융된 금속의 매끈한 표면을 이용해 유리를 지지하는 것이 핵심 포인트다. 보통 유리보다 밀도가 높은 용융된 주석의 표면에 녹은 유리를 부으면 유리가 매우 평탄하고 균일한 두께로 퍼진다. 이를 적절히 가이드하고 서냉해서 판유리를 얻는다. (플로트 공법은 동영상을 통해 확인할 수 있다.) 이 방법은 연마라는 귀찮고 비싼 공정 없이 훨씬 우수한 평탄도의 유리를 얻을 수 있다는 장점을 갖고 있어, 오늘날 판유리의 주된 생산 공정으로 자리 잡았다. [그림6]의 유리창을 보면 왼쪽 위의 유리만 매우 선명한 반사 이미지를 보여준다. 이 유리만 플로트 공법으로 제조된 것이고 나머지는 기존의 방식으로 제조된 것이다. 플로트 공법이 얼마나 매끈하고 평탄한 표면을 만드는지 단적으로 보여주는 그림이라 할 만하다.
그러나 이런 플로트 공법조차도 오늘날 특정 분야에서 요구하는 두께와 평탄도를 만족하지는 못한다. 대표적인 분야가 바로 디스플레이다. 다양한 디스플레이의 화면은 보통 한 장 혹은 두 장의 유리 기판을 활용해 구현한다. 가령 오늘날 가장 많이 사용되는 디스플레이인 액정표시장치라 불리는 LCDLiquid Crystal Display를 보면 표면 처리가 된 두 장의 유리 기판 사이의 수~수십 마이크로미터 두께의 공간에 액정을 주입해 액정 패널을 만든다. 따라서 디스플레이용 기판 유리에 요구되는 평탄도는 수십mm의 길이에 30nm를 넘으면 안 된다. 이런 스펙은 기존의 플로트 공법으로는 달성할 수 없기에, 플로트 공법으로 만든 판유리를 연마하거나 다른 획기적인 유리 제조 공법이 필요했다. 오늘날 디스플레이용 기판 제조에 사용되는 방법 중 가장 감탄을 자아내는 방법은 소위 퓨전Fusion 공법이다. 퓨전 공법은 흡사 도끼날처럼 아래로 갈수록 뾰족해지는 틀의 외벽을 따라, 유리가 중력에 의해 아래로 흘러내리며 그대로 굳는 방법을 활용하는 생산법이다. 퓨전 유리는 평탄도와 정밀도의 면에서 다른 제조 방법보다 월등히 뛰어나다.(미국 코닝의 퓨전 공법은 동영상을 통해 확인할 수 있다.) 이를 통해 두께는 기껏 0.5~0.7mm 정도에 가로와 세로가 어른 키보다 훨씬 긴 평판디스플레이용 유리 기판이 만들어지고, 이 기판은 거대한 로봇들에 의해 조정되고 잘려 적절한 크기의 디스플레이로 재탄생한다. [그림7]은 디스플레이 공정에 투입되는 유리 기판의 크기를 1세대(1G)부터 10세대(10G)까지 일부 세대의 크기만 포함시켜 보여주고 있다. 1세대는 가로 400mm, 세로 300mm의 길이에 불과한 유리가 사용되었다면, 현재 투입되는 가장 큰 유리인 10세대 기판의 경우 가로 3.13m, 세로 2.88m 정도로 65인치 TV용 패널을 무려 8장이나 얻을 수 있는 면적이다. 8세대 유리 기판에서 65인치 패널을 불과 3장만 얻을 수 있었던 것과 비교해보면 유리 기판의 면적을 늘리는 것이 생산성 향상에 어느 정도로 기여하는지 실감할 수 있다. 디스플레이 전시회장에 가 보면 퓨전 공법으로 탄생한 거대한 면적의, 그러나 엄청나게 얇은 유리가 수직으로 세워져 공중에 매달려 전시되곤 한다. 절대 손으로 만지지 말라는 경고문구에도 불구하고 유리를 건드려 깨뜨리는 관람객은 항상 나온다. 유리 공학의 결정체라 할 수 있는 거대한 디스플레이 기판 유리 앞에 그 정도 호기심이 들지 않는 게 오히려 이상할 것 같기는 하지만 말이다. 디스플레이가 정보를 스크린 위에 가시광선의 형태로 직접적으로 보여준다면, 그런 정보를 나르는 네트워크의 일등공신은 광통신이다. 적외선 펄스를 이용해 디지털 신호를 전달하는 광통신은 오늘날 정보 네트워크의 기본으로서 남극 대륙을 제외한 전 세계가 엄청난 길이의 광통신망으로 연결되어 있다. 광통신용 케이블에서 적외선 펄스 정보는 광섬유를 통해 전달된다. 광섬유는 일종의 광기능성 유리로 구성되는데, [그림8]과 같이 빛의 내부전반사를 이용하기 위해 가운데에 코어core라는 고굴절률 유리가 있고, 이를 그보다 굴절률이 약간 낮은 클래딩cladding이 감싼 구조를 가진다. 광섬유 끝단의 코어를 통해 적절한 각도로 입사된 빛은 코어와 클래딩 사이의 계면에서 내부전반사를 거치며 정보를 실어 나른다. 유리를 섬유 형태로 뽑아내는 기술은 1930년대에 개발되었다. 용융된 유리를 금속에 나 있는 홈을 통해 뽑아내고 후처리를 함으로써 파이버글라스Fiberglas라는 상표명으로 처음 세상에 선 보인 유리 섬유는 강화 플라스틱, 단열재 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.[3] 그러나 이런 범용의 유리 섬유는 광통신에 사용할 수 없다. 조금만 빛이 진행해도 금방 흡수되어 버리기 때문이다. 구부러진 유리를 통해 빛을 전송한다는 아이디어는 19세기 말과 20세기 초반에 이미 어느 정도 퍼져서 치과 등에서 내부를 비추는 용도로 활용되기 시작했다. 광섬유를 통한 정보의 전달에 대해서도 연구가 이루어지며 일부 영상 전송에 활용되기도 했다. 하지만 빛이 거의 흡수되지 않는 고순도의 광섬유는 1970년 정도에 개발되었다. 1960년대 엔지니어이자 물리학자였던 중국계 학자인 카오Sir Charles Kuen Kao, 1933-2018는 광섬유 내 빛의 손실에 대한 정교한 이론적 탐색을 수행하며 빛의 손실이 유리 내 포함된 불순물에 의한 것임을 밝혔다. 이에 기반해 그는 광통신이 가능한 광 손실의 한계를 정립한 후 손실이 적은 후보 물질로 순도가 높은 석영 유리를 제시했다. 이를 통해 장거리 정보 전송이 가능한 광섬유가 개발될 수 있었고, 덕분에 오늘날 세계는 거대한 광통신망으로 연결되었다. 이런 공로로 인해 카오는 “광통신의 아버지”라 불렸고 2009년 노벨물리학상을 공동 수상했다.
[그림8]의 왼쪽 그림은 광섬유의 원리인 내부전반사를 보여주는 사진이고, 가운데와 오른쪽은 실제로 사용되는 광케이블 내부의 구조를 자세히 보여준다. 광섬유는 순도가 매우 높고 불순물의 함량이 극히 낮은 석영 유리가 주로 사용되고, 굴절률의 변조를 위해 이산화게르마늄GeO 2 등이 첨가된다. 보통 코어와 클래딩을 구성하는 광섬유 모재를 준비한 후 이를 고온에서 가늘게 뽑아 광섬유를 완성한다고 한다.[7] 코어와 클래딩 사이의 굴절률의 차이는 보통 1%보다 작기 때문에 광섬유의 한쪽을 통해 펄스 형태로 신호를 입력할 때 내부전반사가 유지되는 일정한 각도로 넣어주게 된다. 광섬유 기술을 이용해 정보를 실어 나르는 광통신망, 그리고 전송된 정보를 가시광선의 영상 정보로 표현하는 디스플레이 등 현대 정보통신문명을 이루는 기술들은 적절한 유리 공학의 뒷받침이 없었다면 구현되지 못했을 것이다. 게다가 최근 급속히 확산하고 있는 재생에너지 기술 중 하나인 태양전지 기술 역시 투과도가 높고 반도체를 보호할 수 있는 유리 기판의 기술이 필수적인 요소다. 20세기를 전자의 시대라 부른다면 21세기는 빛의 시대라 부를 만하고, 빛의 시대를 뒷받침하는 것은 바로 유리다!
유리 정의와 성분! 유리(정의와 성분) : 유리란 고체화되면서 생기는 투명도가 높은 물질인 동시에 점도가
무난히 높은 용액상태로 고체화된 물질을 뜻한다. 유리의 어원 BC 1세기경에, 이태리어에 ‘vitrum’ 이라는 말이 출현하여 현재 불어의 verre, 독어의 vetro, 스페인어의vitro 등으로 변 화되었습니다. 독일에서는 로마에서 수입한 vitrum이 장식용으로 사용된 파리(破璃)와 유사하였으므로 파리(破璃) 의 라틴어인 Glesum 으로부터 변화한 glass 라는 말이 만들어졌습니다. 유리의 정의 유리란 일반적으로 규사, 소다회, 탄산석회 등의 혼합물을 고온에서 녹인 후 냉각하는 과정에서 결정화가 일어나지 않은 채 고체화되면서 생기는 투명도가 높은 물질을 유리라고 합니다. 또한 아무리 끓여도 끓지 않으며 수증기로 증발하 지도 않고 녹았다가 급냉을 시킬 때 그 구조가 매우 불규칙한 특성을 갖고 있습니다. 이렇게 액체상태에서 제자리를 찾 아가지 못하고 그냥 굳어지기 때문에 유리는 열역학적으로 액체(동결된 냉각액체)에 속합니다. 이렇게 차갑게 냉각되 어 굳어진 유리는 너무 빨리 차가워졌기 때문에 상당히 불안정합니다. 강도가 낮기 때문에 쉽게 깨져버립니다. 그래서 이때는 서냉 이라는 과정을 다시 거칩니다. 유리는 고온에서도 점도가 상당히 높은 용액을 냉각시킨 재료이므로 이온결정이나 혹은 금속과 같이 일정한 용융온도 에서 저절로 결정화되는 물질과는 달리 고온의 작업온도에서도 유리구조 단위들(사면체, 팔면체)은 결정격자와 같이 규칙적인 배열을 이루지 못합니다. 유리는 점도가 무한히 높은 용액상태로 고화된 물체입니다. 유리 용융 액(유리 물)을 냉각시키면 열역학적 임계영역을 통과한 후 액체의 구조와 유사한 불안정한 과냉각 액체로 동결되며 유리 용융 액은 냉각 시 준 안정한 상태인 유리상 태로 전환됩니다. 유리 용융 액(유리 물)을 900±100℃에서 장시간 방치하면 내부구조가 규칙적으로 배열되어 결정이 석출되기 때문에 불투명하게 되고 순수 유리로서의 특성을 상실하게 됩니다. 이와 같은 현상으로부터 소위 결정화 유리(유리, glass ceramics)란 새로운 재료가 개발되었습니다. 예를 들어 우주선 기술 등에 사용되는 극한적인 내열성을 가진 재 료를 들 수 있으며, 결정화가 일어났음에도 불구하고 투명한 성격을 갖고 있는 것도 있습니다. 소다-라임 Glass의 원료 성분 함량 사용원료 주요기능 SiO₂ 70~72 규사 망목구조기능 Al₂O₃ 0.1~0.2 장석 내구성 증대 CaO 9~10 석회석 화학적 안정제 MgO 3~5 백운석 물리적 안정제 Na₂O 13~15 소다회 융점 저하 SO₃ 0.3 망초 청징제 Fe₂O₃ 0.13(0.35~0.55) 산화철 착색제 CoO (10~40 PPM) 산화코발트 착색제 Se (30 PPM) 셀레늄 착색제
일반적 성질 판유리의 일반적인 특징 판유리는 광학적 성질, 기계적 성질을 비롯하여 물리적 성질까지
여러 다양한 일반적인 성질을 지닌다. 광학적 성질 광학적 성질 유리의 굴절율이란 공기 중의 빛의 속도와 유리 중 빛의 속도의 비율을 말합니다. 유리의 굴절율은 가시광선에 대해 약 1.52 입니다. 빛의 반사, 흡수, 투과 반사율 + 흡수율 + 투과율 = 1 기계적 성질 탄성적 성질 유리는 상온에서 어떤 방향에서든 동일한 탄성적성질을 갖는 등방성 물질입니다. 강도 유리는 그 원자 결합상 공유 결합을 기본으로 하고 있기 때문에 이론적인 강도는 이 공유 결합력에 의해 상당히 높게 나타납니다. 그러나 실제로 유리가 높은 강도를 나타내지 못하는 이유는 유리 표면에 생성된 흠집(Flaw) 때문입니다. 이러한 흠집은 유리 제조 공정 중에서 또는 제조된 유리를 취급하는 과정에서 형성됩니다. 경도 다이아몬드 압자로 유리 표면에 힘을 가하면 초기에 탄성 변형이 일어난 다음에 소성 변형이 일어나고 마침내 균열이 일어납니다. 이때, 눌린 압자 자국의 크기로부터 경도를 측정할수 있습니다. 연화온도 유리가 연화하기 시작하는 온도로 작업 온도범위의 최하한치입니다. 판유리의 물리적, 기계적 성질 구분 수치 물성 굴절율 약 1.52 태양광의 최대속도가 공기중에서 유리속으로 들어가게 되면, 광은 유리를 구성하고 있는 이온들과의 상호작용으로 광속도로 감소된 다. 이 때 수직입사광일 경우 광로가 변하지 않지만 사각의 입사 광일 경우 굴절이 일어난다. 반사율 약 8% (수직입사) 유리면에 비친 광선은 일부가 반사 또는 흡수되고, 나머지는 직접 투과한다.반사율은 입사각에 따라 다르지만 수직입사이면 광선이 대기중에서 판유리로 들어올 때 또는 나갈 때 입사광선의 약 8% 가 반사한다. 비열 0.18cal/g℃(0~50℃) 물질 1g을 1℃올리는 데 필요한 열량을 의미한다. 조성 및 온도에 따라 변하며 일반적으로 온도가 증가할수록 비열은 증가한다. 연화온도 720~730℃ 유리는 결정체와는 달리 녹는점이 분명하지 않고, 점도는 온도의 상승에 따라 반대로 감소한다 이값은 점도가 4.5 x 107 Poise인 온 도를 가리킨다. 열전도율 0.65℃kcal/mhr℃ 사료 양면의 온도차이로 인하여 물체의 단위면적과 단위두께, 단 위시간에 통과하는 열량을 가리키는데, 단위는 kcal/mhr℃, W/mk Btu/fthr˚F로 나타낸다. 비중 2.5 어떤 물질의 질량과 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과 의 비율을 의미한다 열팽창율 8.5×10-6/℃(20~300℃) 일반적으로 유리는 온도가 증가함에 따라 팽창하며 이때 선팽창의 비를 온도차로 나눈 평균 선팽창계수를 열팽창율(열팽창계수)라고 한다. 포아송비 0.25 재료의 압축 또는 인장응력에 의해 발생되는 세로 방향의 변형과 가로방향의 변형비를 말한다. 모스경도 약 6.5도 금강석을 10으로 했을때의 상대경도를 말한다. 참고) 형석 4도, 인회석 5도, 장석 6도, 석영7도, 금강석 10도 표면항장력 약 500kg/㎤ 인장강도 혹은 횡응력, 표면저항력이라고도 하며 휨모멘트에 의하 여 일어나는 인장응력 저항치를 말한다. 압축강도 6,000~12,000kg/㎠ 물체가 휨모멘트를 받으면 중립축의 윗부분에는 압축응력이 일어나 고 아랫부분은 인장응력이 일어나게 되는데, 발생하는 압축응력에 대한 저항차를 압축강도라 한다. 영율 750,000kg/㎠ 압축 혹은 인장 시의 탄성계수를 말하며 영계수 혹은 종탄성계수라 고도 한다.일반적으로 유리는 하중이 적은 동안은 탄성적으로 변 하며 응력과 전 변형량에 비례한다. 내후성 변화없음 구조, 강도 및 표면상태 등이 일정기간에 걸쳐서 사용에 견딜 수 있 는 품질을 유지하고 있는 정도로서 실제로 유리표면이 대기의 영향 을 받지 않는다고 할 수 는 없지만, 유리 내부구조는 거의 변하지 않는다.
분류 다양한 유리! 산업의 발전에 따라 새로운 용도의 유리가 요구되고 신기능 유리가 개발되면서,
유리는 조성, 형태 , 용도에 따라 구분된다. 판유리 코팅유리 전자용유리 용기유리 광학유리 섬유유리 기타유리 기존유리 건축용판유리, 강화유리 접합유리, 복층유리 무늬유리, 망입유리 마판유리, 열선흡수 판유리, 붕규산유리, 규산알루미늄 유리 거울, 반사유리, 스팬드럴유리, 미장유리 형광등 유리, 전구유리, TV벌브유리 병유리, 식기유리, 공예유리, 법랑유리, 내열 붕규산 유리용기, 앰플유리 안경용 렌즈 유리, 광학유리, 프리즘유리, 구면반사경 단열재용 유리솜, 유리장섬유, 암면 스테인드 글라스, 크리스탈 유리, 장식유리, 유리블록, 타일용 프리트, 온도계 유리 등 신기능유리 PDP 판유리, LCD 기판유리, HARD DISK 기판유리, 태양전지 기판유리, 박판유리, 유백판유리, 건축용 결정화유리, 판형
무팽창유리 전도성 코팅유리, 무반사 코팅유리, 발수유리, Low-E유리 (단열유리), 박막형 태양전지, 자외선 차단유리, 전자파 차폐유리, LCD용 컬러필터, 태양광 선택 차단유리 반도체용 석영유리, 봉착용 전자기능유리, 저온소결 HIC기판, 이온전도성 유리, 포토마스크 기판유리, 광학디스크 기판유리, 고내열 결정화유리, 고강도 결정화 식기유리 광학필터, 카메라용렌즈, 포토크로믹 유리, 레이저유리, 굴절율 분포유리, 광도파로 광파장 변환소자, 비구면반사경 광파이버, 마이크로 파이버, 광파이버 증폭기, 미라플렉스 생체기능유리, 발포유리, 내열 결정화유리, 건축용 결정화유리, 현무암계 결정화 유리등
유리의 제조과정 녹여서 만드는 유리! 유리는 여러가지 원료로 배합, 용해, 성형, 급냉, 서냉 과정을 거쳐서
여러가지 형태의 유리제품을 만들 수 있습니다. 유리의 정의 유리는 녹여서 만들기 때문에 여러가지 형태의 유리 제품이 가능합니다. 물론 이 때 완전히 녹은상태에서는 형상을 이루는것이 힘듭니다. 이를테면 엿을 한번 생각해보십시오. 엿이 녹아서 막 굳어지려고 하는 물렁물렁한 상태, 그 상태를 생각하시면 됩니다. 그 상태에서 여러가지 형상의 유리제품을 만들수 있습니다. 유리를 만들기 위해서는 일단 원료들이 필요합니다. 우리가 사용하는 병유리나 판유리는 거의 다 소다석회유리로 만들어진답니다. 왜 소다석회유리라는 이름이 붙었을까요? 그것은 바로 소다(Na2O)와 석회(CaO)가 들어갔기 때문 입니다. 원래 SiO2는 뛰어난 성질을 가지고 있습니다. 높은 내열성(높은 온도에서 잘 견딜수 있다는 뜻)과 높은 내열충격성(높은 온도에서의 충격에 강하다는 뜻)을 가지고 있습니다. 하지만 이 SiO2의 단점은 녹는점이 매우 높다는 것입니다. (약 2,000℃ 이상입니다.) 녹는점이 높으면 연료비가 엄청나게 올라갑니다. 1℃에서 100℃까지 온도를 올리는 것은 쉽지만 1600℃에서 1700℃까지 온도를 올리는 것은 막대한 열이 필요합니 다. 그러면 자연적으로 유리의 단가가 높아지게 됩니다. 이것을 위해서 Na2O나 CaO, MgO,Al2O3를 넣어주게 되면 원래 석영유리(SiO2로만 이루어진 유리를 석영유리라고 합니다.)의 장점(위에서 얘기한 내열성, 내열충격성)을 최대한 살리면서 녹는점을 많이 낮출 수 있습니다. 그래서 조성성분들이 저렇게 되는 것 입니다. 왜 양이 저만큼 씩 들어가는가에 대한 이유는 여러 실험 결과를 거쳐 위와 같은 최적조성이 나왔기 때문입니다. 배합과정 소다와 석회등의 원료들을 섞는 과정. 배합과정에서는 이 원료들을 아주 잘, 골고루 섞는 것이 중요합니다. 조금이라도 잘 섞이지 않은 부분이 있으면 품질에 영향을 주는 요인으로 작용하기 때문 입니다. 용해과정 배합과정 후 잘 혼합된 원료들을 용해로(furnace)에넣고, 1300-1500℃까지 가열 시킵니다. 이때 원료들이 녹으면서 끈적끈적한 액체(유리물)상태로 변하게되는 것입니다. 성형과정 펄펄 끓는 녹은 유리물을 성형틀안에 부어 넣습니다. 성형틀은 보통 금속조가 사용됩니다. 이 금속조에서는 용해공정에서 제품성형에 알맞게 용해된 유리물을 적절한 두께(제품형태)로 만들어 주며 이 과정중에 품질에 영향을 주는 많은 요소들이 결정되어 집니다. 서냉과정 유리물이 급속하게 굳어진 경우 유리는 매우 불안정한 상태가 됩니다. 이때는 살짝만 건드려도 그냥 깨져 버리게 됩니다. 이에 성형된 유리물을 서냉로에 넣고 서서히 온도를 낮춰가면서 완전한 제품의 유리가 탄생하게 되는 것 입니다 .
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