KR101395559B1 - 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법 - Google Patents

가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101395559B1
KR101395559B1 KR1020120051715A KR20120051715A KR101395559B1 KR 101395559 B1 KR101395559 B1 KR 101395559B1 KR 1020120051715 A KR1020120051715 A KR 1020120051715A KR 20120051715 A KR20120051715 A KR 20120051715A KR 101395559 B1 KR101395559 B1 KR 101395559B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
glass
chemical strengthening
source solution
chamber
Prior art date
Application number
KR1020120051715A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130127884A (ko
Inventor
김형준
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020120051715A priority Critical patent/KR101395559B1/ko
Publication of KR20130127884A publication Critical patent/KR20130127884A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101395559B1 publication Critical patent/KR101395559B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/007—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in gaseous phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0075—Cleaning of glass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

본 발명은, 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하기 위한 공간을 제공하는 가압챔버와, 상기 가압챔버 내에 설치되고 유리의 화학강화 처리를 위한 칼륨 소스 용액이 담기는 작업조와, 상기 가압챔버 내에 설치되어 상기 작업조를 가열하기 위한 가열수단과, 상기 가압챔버 내로 분위기 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 가압챔버 내의 분위기 가스를 배출하기 위한 배기펌프를 포함하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 가스 가압을 이용하여 화학강화처리의 구동력을 강화시켜 이온교환 깊이와 이온교환량을 증가시킬 수 있다.

Description

가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법{Gas pressure apparatus for chemical reinforcement of glass and manufacturing method of chemical reinforced glass using the apparatus}
본 발명은 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 강화유리의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 가압을 이용하여 화학강화처리의 구동력을 강화시켜 이온교환 깊이와 이온교환량을 증가시킬 수 있는 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법에 관한 것이다.
유리는 압축 응력에는 강하지만 인장 응력에는 약한 특성을 가진다. 따라서, 유리를 강화시키기 위하여 유리 표면에 압축응력층을 형성시킨다.
유리를 강화시키는 방법에는 크게 물리적으로 강화시키는 방법과 화학적으로 강화시키는 방법이 있다.
물리적으로 강화시키는 방법은 일반적으로 두께 1㎜ 이상의 유리를 550℃ 내지 700℃ 사이의 온도에서 가열하여 급냉함으로써 유리의 내부 강도를 강화하는 방식으로서, 이렇게 물리적으로 강화된 유리는 강화 유리문, 자동차용 유리 등에 주로 사용된다.
화학적으로 강화시키는 방법은 강화시키고자 하는 유리를 화학처리하되 전이온도 이하에서 유리 중에 함유되어 있는 이온반경이 작은 나트륨 이온을 이온반경이 큰 칼륨 이온과 접촉시켜 유리 표면층에 압축응력을 발생시켜 강화시키는 방법이다.
화학적으로 강화시키는 방법은 복잡한 형태나 얇은 유리를 뒤틀림 없이 강화하여 높은 강도를 얻을 수 있으며, 두께가 균일하지 않은 유리에도 적용할 수 있고, 크기자 작은 유리에 대하여도 저렴한 비용으로 강화시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나, 소다석회 유리 또는 소다라임 실리카 유리 등은 내부 구조적으로 화학강화 성분(칼륨 이온)의 확산이 매우 어려워 이온침투 깊이가 작고, 강화 깊이가 낮아 흠집 발생시 강도 저하 문제가 발생한다. 따라서, 소다석회 유리의 압축응력층의 두께를 높일 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가스 가압을 이용하여 화학강화처리의 구동력을 강화시켜 이온교환 깊이와 이온교환량을 증가시킬 수 있는 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하기 위한 공간을 제공하는 가압챔버와, 상기 가압챔버 내에 설치되고 유리의 화학강화 처리를 위한 칼륨 소스 용액이 담기는 작업조와, 상기 가압챔버 내에 설치되어 상기 작업조를 가열하기 위한 가열수단과, 상기 가압챔버 내로 분위기 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 가압챔버 내의 분위기 가스를 배출하기 위한 배기펌프를 포함하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치를 제공한다.
상기 작업조는 하부에 위치된 작업조지지대에 의해 지지될 수 있고, 상기 작업조 하부와 상기 가압챔버 하부 사이에 상기 분위기 가스의 유동을 위한 빈 공간이 제공될 수 있다.
상기 유리는 트레이에 담겨 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있으며, 상기 트레이는 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있도록 트레이지지대에 의해 지지되며, 상기 트레이에는 화학강화 처리를 위한 유리가 복수 개 담겨질 수 있다.
상기 가압챔버에는 적어도 하나 이상의 가스유입관이 연결되어 있고, 상기 가스유입관은 상기 가스공급부와 연결되어 있다.
상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스일 수 있고, 상기 분위기 가스의 공급 압력은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
상기 가압챔버에는 적어도 하나 이상의 가스배출관이 연결되어 있고, 상기 가스배출관은 상기 배기펌프와 연결되어 있다.
상기 가압챔버 둘레에 열 방출을 억제하기 위한 단열재가 구비될 수 있고, 상기 단열재는 상기 가압챔버의 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
상기 가압챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 가압챔버를 수냉시켜 상기 작업조가 과열되는 것을 억제하고 상기 가압챔버를 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, (a) 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하는 공간을 제공하는 가압챔버 내에 칼륨 소스 용액이 담기는 작업조를 설치하는 단계와, (b) 상기 작업조 내에 저장된 칼륨 소스 용액에 유리를 담그는 단계와, (c) 상기 가압챔버 내부를 밀폐하는 단계와, (d) 상기 칼륨 소스 용액의 온도가 가열수단에 의해 가열되어 목표하는 화학강화 처리 온도로 상승되는 단계와, (e) 가스공급부에서 공급된 분위기 가스가 가스유입관을 통해 가압챔버 내부로 공급되는 단계와, (f) 유리의 유리전이온도보다 낮은 상기 화학강화 처리 온도에서 목표 시간 동안 유지하여 이온 치환에 의해 유리의 화학적 강화가 이루어지는 단계와, (g) 상기 가스공급부를 통한 분위기 가스의 공급을 차단하고, 배기펌프를 작동시켜 상기 가압챔버 내에 잔류하는 분위기 가스를 퍼지하여 가스배출관을 통해 배기시키며, 상기 가열수단의 작동을 멈추고 상기 가압챔버 내부를 냉각하는 단계 및 (h) 화학강화 처리된 유리를 상기 작업조로부터 인출하고, 인출된 유리를 세정하는 단계를 포함하는 화학강화유리의 제조방법을 제공한다.
상기 칼륨 소스 용액은 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl) 및 인산칼륨(K2PO4) 중에서 선택된 1종 이상의 용액일 수 있고, 상기 (f) 단계에서 상기 칼륨 소스 용액은 상기 유리의 유리전이온도보다 낮은 온도인 400℃∼500℃로 1∼48시간의 목표 시간 동안 유지되는 것이 바람직하다.
상기 칼륨 소스 용액에 질산나트륨(NaNO2)이 혼합되어 있을 수 있다.
상기 작업조는 하부에 위치된 작업조지지대에 의해 지지될 수 있고, 상기 작업조 하부와 상기 가압챔버 하부 사이에 상기 분위기 가스의 유동을 위한 빈 공간이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 유리는 트레이에 담겨 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있으며, 상기 트레이는 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있도록 트레이지지대에 의해 지지되며, 상기 트레이에는 화학강화 처리를 위한 유리가 복수 개 담겨질 수 있다.
상기 가압챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 가압챔버를 수냉시켜 상기 작업조가 과열되는 것을 억제하고 상기 가압챔버를 냉각시킬 수 있다.
상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 사용할 수 있고, 상기 분위기 가스의 공급 유량은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지하며, 상기 (f) 단계에서 상기 가압챔버 내의 압력은 대기압보다 높은 1.1∼100기압으로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 가스 가압을 이용하여 화학강화처리의 구동력을 강화시켜 이온교환 깊이와 이온교환량을 증가시킬 수 있다. 가스 가압식 화학강화의 처리 시간 및 처리 온도가 증가함에 따라 이온교환 깊이와 이온교환량이 증가하게 되며, 이에 따라 유리의 강도가 증가한다. 또한, 상기 가스 가압식 화학강화의 처리 시간 및 처리 온도가 증가함에 따라 이온교환 깊이와 이온교환량이 증가하게 되어 취성(brittleness)이 감소하게 된다.
도 1은 화학강화유리를 제조하기 위한 가스 가압식 화학강화 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
가스 가압식 화학강화법은 칼륨 소스 용액을 가압 챔버에서 압력을 변수로 추가하여 화학강화 처리하는 새로운 방식이다. 상기 가스 가압식 화학강화법은 400∼500℃의 저온에서 화학강화를 통한 잔류응력 완화를 예방할 수 있고, 유리의 이온침투 깊이 및 이온교환량의 증진을 통해 강도를 증가시킬 수 있으며, 화학강화 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 소다석회 유리, 소다라임 실리카 유리 뿐만 아니라 화학강화를 행하고자 하는 모든 유리에 적용할 수 있다.
도 1은 화학강화유리를 제조하기 위한 가스 가압식 화학강화 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 가스 가압식 화학강화 처리 장치(100)는 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하기 위한 공간을 제공하는 가압챔버(110)와, 상기 가압챔버(110) 내에 설치되고 유리의 화학강화 처리를 위한 칼륨 소스 용액(135)이 담기는 작업조(115)와, 상기 가압챔버(110) 내에 설치되어 상기 작업조(115)를 가열하기 위한 가열수단(120)과, 상기 가압챔버(110) 내로 분위기 가스를 공급하는 가스공급부(125)와, 상기 가압챔버(110) 내의 분위기 가스를 배출하기 위한 배기펌프(130)를 포함한다.
가압챔버(110)에는 적어도 하나 이상의 가스유입관(145)이 연결되어 있고, 가스유입관(145)은 가스공급부(125)와 연결되어 있다.
또한, 가압챔버(110)에는 적어도 하나 이상의 가스배출관(150)이 연결되어 있고, 가스배출관(150)은 배기펌프(130)와 연결되어 있다.
가압챔버(110) 둘레에 열의 방출을 억제하기 위한 단열재(155)가 구비될 수 있으며, 단열재(155)는 가압챔버(110) 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
가압챔버(110)의 상단에는 챔버 덮개(112)가 구비된다. 일반적으로 챔버 덮개가 닫혀있을 때에 가압챔버(110)는 밀폐되게 된다.
또한, 가압챔버(110)에는 온도 센서(미도시) 및 압력 센서(미도시)가 구비되어 가압챔버(110) 내의 온도와 압력을 수시로 확인할 수 있다.
유리의 화학강화 처리 시에 가압챔버(110) 내의 압력은 대기압보다 높은 1.1∼100기압 정도인 것이 바람직하다.
작업조(115)는 가압챔버(110) 내에 설치되고 유리와 칼륨 소스 용액(135)이 담겨 유리를 화학강화 처리하는 공간을 제공한다. 작업조(115)는 하부에 위치된 작업조지지대(160)에 의해 지지될 수 있으며, 이에 의해 작업조(115) 하부와 가압챔버(110) 하부 사이에 상기 분위기 가스의 유동을 위한 빈 공간이 제공될 수 있다.
유리는 트레이(tray)(140)에 담겨 칼륨 소스 용액(135)의 중앙부에 위치될 수 있다. 상기 트레이(140)는 칼륨 소스 용액(135)의 중앙부에 위치될 수 있도록 트레이지지대(165)에 의해 지지될 수 있으며, 상기 트레이(140)에는 화학강화 처리를 위한 유리가 복수 개 담겨 있을 수 있다.
가열수단(120)은 가압챔버(110) 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 목표하는 화학강화 처리 온도로 유지하는 역할을 한다. 가열수단(120)에 의해 작업조(115)의 온도는 목표하는 화학강화 처리 온도(예컨대, 400∼500℃)로 상승되고 일정하게 유지된다. 이에 따라 상기 칼륨 소스 용액의 온도가 목표하는 화학강화 처리 온도로 상승되고 유지되면서 유리를 화학강화 처리하게 된다.
가스유입관(145)은 가스공급부(125)에 연결되어 분위기 가스를 공급받아 가압챔버(110) 내부로 분위기 가스를 공급하는 역할을 한다. 상기 가압챔버(110)의 외부에는 분위기 가스를 제공하는 가스공급부(125)가 배치되고, 가스유입관(145)을 통하여 분위기 가스가 가압챔버(110)로 유입되게 된다. 상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스인 것이 바람직하다. 상기 분위기 가스의 공급 압력은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
상기 가스배출관(150)은 분위기 가스를 배출하는 통로 역할을 하며, 가스배출관(150)에는 배기펌프(130)가 연결되어 있다. 상기 배기펌프(130)에 의하여 분위기 가스가 외부로 배출될 수 있고, 상기 가압챔버(110) 내의 압력이 조절될 수 있으며 목표하는 압력 상태로 만들 수 있다. 화학강화 처리 후의 배기 시에는 가압챔버(110) 내에 잔류하는 분위기 가스와 반응 부산물을 퍼지(purge)하여 가스배출관(150)을 통해 배기시킬 수 있다.
상기 가스공급부(125)는 가압챔버(110) 내로 분위기 가스를 주입하는 역할을 한다. 상기 가스공급부(125)는 가스 공급펌프(미도시), 분위기 가스의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(MFC)(미도시), 컨트롤 밸브 (control valve)(미도시), 셧오프 밸브(shutoff valve)(미도시) 등을 포함할 수 있다.
또한, 가압챔버(110)의 둘레에는 냉각수가 흐를 수 있도록 구비되어 가압챔버(110) 내의 온도를 조절하거나 냉각할 수 있다. 이를 위해 가압챔버(110)의 둘레에는 냉각 실린더(170)가 구비될 수 있고, 냉각 실린더(170) 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 가압챔버(110)를 수냉시켜 작업조(115)가 과열되는 것을 억제하고 가압챔버(110)를 빠르게 냉각시킬 수 있게 한다. 냉각 실린더(170)에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더(170)를 순환되게 하여 가압챔버(110)가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 한다.
이하에서, 가스 가압식 화학강화 처리 장치(100)를 이용하여 유리를 화학강화 처리하는 방법을 설명한다.
먼저, 화학강화를 위한 유리의 표면을 연마하는 평탄화 공정을 수행한다. 상기 평탄화 공정은 유리의 평활도를 확보할 뿐만 아니라 후술하는 화학강화처리 공정을 수행할 때에 칼륨 소스 용액 내의 칼륨 이온(K+)과 유리 내의 나트륨 이온(N+)이 용이하게 상호 교환되도록 하기 위한 공정으로, 유리의 표면을 평탄하게 연마하는 공정이다. 상기 평탄화 공정은 산화세륨 연마제 등을 이용할 수 있으며, 일반적으로 잘 알려진 공정이므로 여기에서는 그 상세한 설명은 생략한다.
분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하는 공간을 제공하는 가압챔버(110) 내에 작업조(115)를 설치한다.
평탄화가 완료된 유리를 트레이(140)에 담고, 유리가 담긴 트레이(140)를 칼륨 소스 용액(140)이 저장된 작업조(115)에 담가 유리를 화학적으로 처리하는 화학강화처리 공정을 수행한다. 상기 화학강화처리 공정은 소정 온도로 가열된 질산칼륨(KNO3)과 같은 칼륨 소스 용액에 유리를 투입하여 소정 시간 동안 이온교환시킴으로써 유리 표면에 강화가 이루어지도록 하는 구성을 갖는다.
상기 화학강화처리 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어질 수 있다.
화학강화처리를 위해 유리를 트레이(140)에 담고, 질산칼륨(KNO3) 용액과 같은 칼륨 소스 용액이 담긴 작업조(115)로 이송한다.
유리가 담긴 트레이(140)를 작업조(115)에 담그고, 챔버 덮개(112)를 덮어 가압챔버(110) 내부를 밀폐한다.
상기 가압챔버(110) 내부는 가열수단(120)에 의해 가열되어 목표하는 화학강화 처리 온도로 상승된다. 가열수단(120)에 의해 작업조(115)의 온도는 목표하는 화학강화 처리 온도(예컨대, 400∼500℃)로 상승되고 일정하게 유지된다.
가스공급부(125)는 분위기 가스를 가스유입관(145)을 통해 가압챔버(110) 내부로 공급한다. 상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스인 것이 바람직하다. 상기 분위기 가스의 공급 유량은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지하며, 화학강화 처리 시에 상기 가압챔버 내의 압력은 대기압보다 높은 1.1∼100기압으로 일정하게 유지한다.
상기 작업조(115)의 내부에는 칼륨 이온(K+)을 포함하는 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl), 인산칼륨(K2PO4) 등의 칼륨 소스 용액(135)이 담겨 있다. 상기 칼륨 소스 용액(135)에는 질산나트륨(NaNO3)과 같은 나트륨 소스 용액이 더 혼합되어 있을 수 있다. 칼륨 소스 용액(135)에 나트륨 소스 용액이 혼합되는 경우, 칼륨 소스 용액과 나트륨 소스 용액은 중량비로 40∼80:60∼20(칼륨 소스 용액:나트륨 소스 용액)의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
질산칼륨과 같은 칼륨 소스 용액(135)은 유리의 유리전이온도(glass transition temperature)보다 낮은 온도(에컨대, 400℃∼500℃)로 가열되어 있으며, 유리를 작업조(115) 내부에 소정 시간 이상(예컨대, 3∼12시간) 동안 담가두면 이온 치환에 의해 화학적 강화가 이루어지게 된다. 즉, 유리를 상기 작업조(115) 내의 칼륨 소스 용액에 담그게 되면, 유리 표면의 나트륨(Na+) 이온과 칼륨 소스 용액의 칼륨(K+) 이온이 서로 이온치환이 이루어지며, 유리 표면에 분포하는 작은 이온(나트륨 이온)은 빠져나오고, 그 자리에 칼륨 소스 용액 내의 큰 이온(칼륨 이온)이 들어가게 된다. 나트륨 이온(Na+)의 원자 크기는 0.98Å이고, 칼륨 이온(K+)의 원자 크기는 1.33Å 이므로 나트륨 이온(Na+) 자리에 칼륨 이온(K+)이 들어가게 되면, 유리 표면에 압축응력층을 형성하게 되어 큰 표면 밀도를 갖는 강화유리가 형성되게 된다.
이와 같은 가스 가압식 화학강화의 처리 시간 및 처리 온도가 증가함에 따라 이온교환 깊이와 이온교환량이 증가하게 되며, 이에 따라 유리의 강도가 증가한다.
또한, 상기 가스 가압식 화학강화의 처리 시간 및 처리 온도가 증가함에 따라 이온교환 깊이와 이온교환량이 증가하게 되어 취성(brittleness)이 감소하게 된다. 이는 이온반경이 작은 Na 사이트(site)에 이온반경이 큰 칼륨이 치환되어 들어가서 칼륨 사이트 주위에 압축응력을 형성하게 되고, 외부 하중에 의한 변형과 파괴에 소비되는 에너지를 흡수하게 되어 그 만큼 취성이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.
화학강화 처리가 완료되면, 가스공급부(125)를 통한 분위기 가스의 공급을 차단하고, 배기펌프(130)를 작동시켜 화학강화 처리 후 가압챔버(110) 내에 잔류하는 분위기 가스와 반응 부산물을 퍼지(purge)하여 가스배출관(150)을 통해 배기시킨다. 또한, 가열수단(120)의 작동을 멈추고, 가압챔버(110) 내부를 냉각한다.
작업조(115)로부터 화학강화 처리된 유리를 인출하고, 인출된 유리는 소정 온도(예컨대, 약 80℃)로 세팅된 온수가 담긴 세정조로 이송시켜 유리에 묻은 이물질 등을 세정한다.
세정조에서 유리를 인출하고, 세정된 유리를 건조로로 이송하여 건조한다. 건조로에서 소정 온도(예컨대, 약 80℃)의 열풍 건조를 통해 건조될 수 있다.
건조된 유리는 모서리의 상하부를 면취하는 공정, 세정 및 건조 공정이 수행된 후, 화학강화유리로 제품화될 수 있다.
제품화를 위해 화학강화유리는 외형 검사와 비접촉식 응력 검사가 이루어질 수 있다. 상기 비접촉식 응력 검사는 압축응력층의 두께를 측정하고 그에 따른 응력 분포를 예측함으로써 화학강화유리의 강도를 측정하는 것이다. 화학강화유리에서 바람직한 압축응력층의 두께는 유리 두께에 따라 40∼200㎛ 정도인 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 가스 가압식 화학강화 처리 장치
110: 가압챔버
115: 작업조
120: 가열수단
125: 가스공급부
130: 배기펌프
135: 트레이
140: 칼륨 소스 용액
145: 가스유입관
150: 가스배출관
155: 단열재
160: 작업조지지대
165: 트레이지지대
170: 냉각 실린더

Claims (13)

  1. 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하기 위한 공간을 제공하는 가압챔버;
    상기 가압챔버 내에 설치되고 유리의 화학강화 처리를 위한 칼륨 소스 용액이 담기는 작업조;
    상기 가압챔버 내에 설치되어 상기 작업조를 가열하기 위한 가열수단;
    상기 가압챔버 내로 분위기 가스를 공급하는 가스공급부; 및
    상기 가압챔버 내의 분위기 가스를 배출하기 위한 배기펌프를 포함하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작업조는 하부에 위치된 작업조지지대에 의해 지지되고, 상기 작업조 하부와 상기 가압챔버 하부 사이에 상기 분위기 가스의 유동을 위한 빈 공간이 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리는 트레이에 담겨 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치되며, 상기 트레이는 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있도록 트레이지지대에 의해 지지되며, 상기 트레이에는 화학강화 처리를 위한 유리가 복수 개 담겨지는 것을 특징으로 하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가압챔버에는 적어도 하나 이상의 가스유입관이 연결되어 있고, 상기 가스유입관은 상기 가스공급부와 연결되어 있으며,
    상기 가압챔버에는 적어도 하나 이상의 가스배출관이 연결되어 있고, 상기 가스배출관은 상기 배기펌프와 연결되어 있으며,
    상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스이고, 상기 분위기 가스의 공급 압력은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가압챔버 둘레에 열 방출을 억제하기 위한 단열재가 구비되고, 상기 단열재는 상기 가압챔버의 둘레를 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학기상합성 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가압챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비되고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 가압챔버를 수냉시켜 상기 작업조가 과열되는 것을 억제하고 상기 가압챔버를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 가스 가압식 화학강화 처리 장치.
  7. (a) 분위기 가스로 가압하면서 유리를 화학강화 처리하는 공간을 제공하는 가압챔버 내에 칼륨 소스 용액이 담기는 작업조를 설치하는 단계;
    (b) 상기 작업조 내에 저장된 칼륨 소스 용액에 유리를 담그는 단계;
    (c) 상기 가압챔버 내부를 밀폐하는 단계;
    (d) 상기 칼륨 소스 용액의 온도가 가열수단에 의해 가열되어 목표하는 화학강화 처리 온도로 상승되는 단계;
    (e) 가스공급부에서 공급된 분위기 가스가 가스유입관을 통해 가압챔버 내부로 공급되는 단계;
    (f) 유리의 유리전이온도보다 낮은 상기 화학강화 처리 온도에서 목표 시간 동안 유지하여 이온 치환에 의해 유리의 화학적 강화가 이루어지는 단계;
    (g) 상기 가스공급부를 통한 분위기 가스의 공급을 차단하고, 배기펌프를 작동시켜 상기 가압챔버 내에 잔류하는 분위기 가스를 퍼지하여 가스배출관을 통해 배기시키며, 상기 가열수단의 작동을 멈추고 상기 가압챔버 내부를 냉각하는 단계; 및
    (h) 화학강화 처리된 유리를 상기 작업조로부터 인출하고, 인출된 유리를 세정하는 단계를 포함하는 화학강화유리의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 칼륨 소스 용액은 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl) 및 인산칼륨(K2PO4) 중에서 선택된 1종 이상의 용액이고,
    상기 (f) 단계에서 상기 칼륨 소스 용액은 상기 유리의 유리전이온도보다 낮은 온도인 400℃∼500℃로 1∼48시간의 목표 시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 칼륨 소스 용액에 질산나트륨(NaNO2)이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 작업조는 하부에 위치된 작업조지지대에 의해 지지되고, 상기 작업조 하부와 상기 가압챔버 하부 사이에 상기 분위기 가스의 유동을 위한 빈 공간이 제공되는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 유리는 트레이에 담겨 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치되며, 상기 트레이는 칼륨 소스 용액의 중앙부에 위치될 수 있도록 트레이지지대에 의해 지지되며, 상기 트레이에는 화학강화 처리를 위한 유리가 복수 개 담겨지는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 가압챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비되고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수에 의해 상기 가압챔버를 수냉시켜 상기 작업조가 과열되는 것을 억제하고 상기 가압챔버를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 분위기 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(O2) 및 공기(air) 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 사용하고, 상기 분위기 가스의 공급 유량은 1.1∼100기압 범위로 일정하게 유지하며, 상기 (f) 단계에서 상기 가압챔버 내의 압력은 대기압보다 높은 1.1∼100기압으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 화학강화유리의 제조방법.
KR1020120051715A 2012-05-15 2012-05-15 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법 KR101395559B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120051715A KR101395559B1 (ko) 2012-05-15 2012-05-15 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120051715A KR101395559B1 (ko) 2012-05-15 2012-05-15 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130127884A KR20130127884A (ko) 2013-11-25
KR101395559B1 true KR101395559B1 (ko) 2014-05-15

Family

ID=49855260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120051715A KR101395559B1 (ko) 2012-05-15 2012-05-15 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101395559B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200026436A (ko) 2018-09-03 2020-03-11 한국세라믹기술원 찜기형 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화 유리의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015143160A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 日本電気硝子株式会社 強化ガラスの製造方法および強化ガラス
CN106458733A (zh) * 2014-04-10 2017-02-22 康宁股份有限公司 通过加压离子交换的抗微生物和强化‑玻璃制品
KR102052687B1 (ko) * 2019-09-02 2019-12-05 이준우 습식 이온 교환에 의한 방화유리 강화 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6191043A (ja) * 1984-10-12 1986-05-09 Seiko Epson Corp 高強度ガラス
KR950002229B1 (ko) * 1992-12-08 1995-03-15 박웅기 Lcd용 유리기판의 가압경화 방법 및 장치
JP2003347266A (ja) 2002-05-30 2003-12-05 Shibaura Mechatronics Corp 基板の処理装置及び処理方法
KR20040079595A (ko) * 2003-03-08 2004-09-16 최순기 오토클레이브 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6191043A (ja) * 1984-10-12 1986-05-09 Seiko Epson Corp 高強度ガラス
KR950002229B1 (ko) * 1992-12-08 1995-03-15 박웅기 Lcd용 유리기판의 가압경화 방법 및 장치
JP2003347266A (ja) 2002-05-30 2003-12-05 Shibaura Mechatronics Corp 基板の処理装置及び処理方法
KR20040079595A (ko) * 2003-03-08 2004-09-16 최순기 오토클레이브 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200026436A (ko) 2018-09-03 2020-03-11 한국세라믹기술원 찜기형 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화 유리의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130127884A (ko) 2013-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101395559B1 (ko) 가스 가압식 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법
KR100864956B1 (ko) 강화유리 제조장치 및 이를 이용한 강화유리 제조방법
KR101413626B1 (ko) 화학강화를 이용한 강화유리 제조장치 및 제조방법
US6548113B1 (en) Vacuum/gas phase reactor for dehydroxylation and alkylation of porous silica
KR101143303B1 (ko) 균일 강화유리 제작을 위한 화학 강화로 장치
JP6695672B2 (ja) 装置部品の個別的焼入れ硬化処理のための装置
JP5579153B2 (ja) ガラス強化装置
KR100659558B1 (ko) 표시창용 강화유리의 제조장치
KR20160096020A (ko) 기어, 샤프트, 링 및 유사 가공물의 진공 침탄 및 켄칭을 위한 다-챔버 노
US20160312352A1 (en) Carburizing device
KR102153318B1 (ko) 찜기형 화학강화 처리 장치 및 이를 이용한 화학강화 유리의 제조방법
US4102665A (en) Diffusion treatments for modifying the properties of glass and vitrocrystalline materials
KR20110099826A (ko) 교반수단이 구비된 유리강화 열처리장치
US20150267292A1 (en) Cleaning method of silicon oxide film forming apparatus, silicon oxide film forming method, and silicon oxide film forming apparatus
JP5770042B2 (ja) 熱処理装置
KR20140104088A (ko) 화학강화처리 장치 및 이를 이용한 화학강화유리의 제조방법
KR20230171585A (ko) 유리병의 화학강화처리 장치 및 이를 이용한 유리병의 화학강화처리 방법
KR101976069B1 (ko) 공기공급부를 가지는 판유리 적재용 지그
JP6292961B2 (ja) 真空洗浄機
KR200458852Y1 (ko) 기판 처리 장치
KR20160087390A (ko) 내-지문 코팅 어닐링용 장치 및 방법
JP2008274349A (ja) 鋼材の熱処理方法及び冷却装置
SU1375596A1 (ru) Устройство дл упрочнени изделий из стекла
JP2001004282A (ja) 真空加熱装置
KR101714423B1 (ko) 강화 유리 제조방법 및 이에 의해 제조되는 강화 유리

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170502

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180509

Year of fee payment: 5