KR101398140B1 - 2 단계 이온 교환을 통한 유리 강화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알칼리 금속 혼합염 및 알칼리 금속 단일염 중에서 이루어지는 2 단계 이온 교환을 통하여 유리를 강화하는 방법을 제공한다. 이로부터 압축 응력 (CS)과 이온 침투 깊이 (DOL)를 독립적으로 조절하여 동시에 증진시키기 위한 방법이 제공된다.

Description

2 단계 이온 교환을 통한 유리 강화 방법{GLASS STRENTHENING METHOD BY 2-STEP ION EXCHANGE}

본 발명은 알칼리 금속 혼합염 및 알칼리 금속 단일염 중에서 이루어지는 2 단계 이온 교환을 통하여 유리를 강화하는 방법에 관한 것이다.

규산 알루미늄 유리 (alumino-silicate glass) 또는 소다 석회 유리(soda lime glass)로 이루어진 유리 패널은 대부분의 표시장치나 전기 장치의 구성요소로서 널리 사용된다. 상기 유리는 텔레비전이나 컴퓨터 모니터 등의 제조에 사용되는 음극관용 패널에서부터 최근의 박막 액정 표시장치 (thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD), 플라즈마 디스플레이 패널 (plasma displaypanel), 유기 OEL (organic electro luminescent) 등과 같은 평판 표시장치에 이르기까지 널리 사용되고 있다.

평판 표시장치에 사용되는 유리 패널의 대형화와 함께 두께와 중량을 감소시키기 위한 경량화 및 박형화가 진행됨에 따라 이에 따르는 구조적 취약성을 보완할 수 있는 강화 방법이 연구되고 있다. 유리 패널의 강화 방법으로는 크게 물리 강화 방법과 화학 강화 방법으로 나눌 수 있다. 이 중, 화학 강화 방법은 이온 교환 처리를 통하여 압축 응력층을 유리 패널의 표면에 형성하는 원리를 이용하는 방법이다.

일반적으로 얇은 유리의 강도 증진을 위해서 화학강화법을 사용한다. 화학 강화법은 흔히 이온 교환법이라고 하며 이는 유리 표면의 크기가 작은 이온을 큰 이온을 교환해줌으로써 압축 응력을 발생시키는 방법으로 우수한 강화 효과가 있다. 예컨대, 더 큰 이온은 유리 내에서 더 작은 이온으로 대체되고, 유리 표면에서 더 크고, 조밀하게 밀집된 이온들은 더 높은 압축 응력을 발생시키며, 결국 더 높은 강도를 제공한다.

널리 사용되는 이온 교환 처리 방법으로는, 습식 이온 교환 방법과 건식 이온 교환 방법이 있다. 습식 이온 교환 방법에서는 유리를 용융된 염을 포함하는 염 수조 (salt bath)에 침지하여 유리에 이온을 공급한다. 유리 표면과 용융된 염 사이의 이온 교환 공정은, 상승된 온도 분위기에서 염 수조에 침지된 유리로 이온이 농도 차이에 의한 확산에 의해 침투함으로써 이루어진다. 건식 이온 교환 방법은 염을 함유하는 코팅액 또는 페이스트 (paste)를 유리 표면에 증착함으로써 수행된다.

유리 패널에 대하여 이온 교환 처리를 하면, 상기 유리 패널 표면층의 화학적 조성이 이온 교환 처리 전과 달라진다. 표면층의 화학적 조성은 유리 패널의 표면층으로부터 내층까지 서서히 변화하게 된다. 이에 따라, 이온 유동성 및 전기 전도도 등과 같은 유리의 특성 또한 유리의 표면층으로부터 내층까지 변화하게 된다.

유리 표면층의 전기 전도도는 유리의 화학적 조성에 따라 달라지며, 이는 전기적 파괴 (electrical breakdown)에 대한 유리의 저항성에 강한 영향을 미친다. 이때 유리 표면층에 포함된 이온의 유동성이 낮아질수록 전기 전도도는 낮아지고 유리의 강도는 높아진다.

따라서 작은 크기의 이온을 보다 낮은 유동성을 갖는 다른 큰 이온으로 대체하는 것은 유리 표면층의 이온 유동성을 감소시킬 수 있는 방법 중 하나이다. 이온 유동성의 감소 정도는 이온 교환 과정에 참여하는 이온의 종류 및 농도에 달려있다.

흔히 사용되는 공정은 유리를 KNO₃ 단일 용융염에 넣으면 크기가 작은 Na⁺이온이 유리로부터 확산되어 나오고 크기가 큰 K⁺이온이 Na⁺이온이 있던 자리에 침투한다. K⁺이온은 Na⁺이온에 비해 많은 공간을 차지하며 유리를 냉각시킴에 따라 서로 압력을 가하게 되어 유리 표면에 압축 응력이 발생한다. 이러한 압축 응력층은 균열 발생, 긁힘 등을 방지하는 역할을 한다 [ReneGy, Mater. Sci. Eng., B,149(2008)159].

그런데 이 강화 공정은 용융염의 온도가 높아지면 이온 침투 깊이 (DOL)는 커지지만, 반면 압축 응력 (CS)은 작아지는 문제점으로 인해 특정 한도 이상의 CS 및 DOL을 확보하기가 어렵다. 코닝社의 보고에 따르면 고릴라 유리인 경우 CS는 800 MPa에 도달하지만 DOL은 20 μm 정도밖에 되지 않는다. 반면 DOL을 70 μm로 증진시키면 CS는 700 MPa로 낮아진다. 이것은 온도와 시간의 조절만으로는 CS와 DOL을 동시에 증진시킬 수 없음을 보여준다. 이에 CS와 DOL을 동시에 증진시킬 수 있는 새로운 유리 강화 방법에 대한 요구가 증가하고 있다.

본 발명의 목적은 알칼리 금속 혼합염 및 알칼리 금속 단일염 중에서 이루어지는 2 단계 이온 교환을 통하여 유리를 강화하는 방법을 제공하는 것이다. 이로부터 압축 응력 (CS)과 이온 침투 깊이 (DOL)를 독립적으로 조절하여 동시에 증진시키기 위한 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 강화 방법은 알칼리 금속 이온을 포함하는 유리를 제공하는 단계; 상기 유리를 알칼리 금속 혼합염에 함침하여 이온을 교환하는 제1 이온 교환 단계; 및 상기 제1 이온 교환 단계에서 이온 교환이 이루어진 유리를 알칼리 금속 단일염에 함침하여 이온을 교환하는 제2 이온 교환 단계를 포함한다.

압축 응력 및 이온 침투 깊이는 화학적으로 강화된 유리 성능에 영향을 미치는 두 가지 요인이다. 압축 응력 및 이온 침투 깊이는 일반적인 마무리 공정에 의해서 발생되는 날카로운 충격과 같은 접촉력에 대한 저항성을 제공한다. 이온 침투 깊이가 적당한 경우, 압축 응력과 화학적으로 강화된 유리의 강도 (strength) 및 충격 에너지 저항성은 직접 비례한다. 이온 침투 깊이와 압축 응력을 동시에 증가시키고자 하는 요구에도 불구하고, 종래 이온 교환을 통한 유리 강화 방법에 있어서는 시간과 온도 변수만을 이용하여 상기 두 가지 물성을 조절하고자 하여 용융염의 온도가 높아지면 이온 침투 깊이는 증가시킬 수 있으나 압축 응력은 오히려 작아지는 문제점을 극복하지 못한다. 그러나, 유리 강화시 혼합 용융염을 사용하면 알칼리 혼합 효과에 의하여 용융점이 낮아지게 되고, 동일한 온도에서 활성화 에너지가 높아지게 되므로 교환되는 이온이 유리 표면을 통하여 더 깊숙이 침투할 수 있으므로 표면으로부터의 이온 침투성이 우수하고, 이온이 침투할 수 있는 충분한 깊이가 확보된 후 제2 이온 교환이 이루어지게 되면 이미 확보된 침투 깊이까지 이온 교환이 이루어지므로 제2 이온 교환시 압축 응력을 원하는 수준까지 향상시키는 것이 용이할 수 있다. 따라서, 본 발명의 유리 강화 방법을 이용하면 알칼리 혼합염을 이용한 제1 이온 교환을 통하여 이온 침투 깊이를 충분히 확보하고, 알칼리 단일 용융염을 이용한 제2 이온 교환을 통하여 압축 응력을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 사용되는 유리는 알루미늄 실리케이트계 유리 또는 소다 라임계 유리일 수 있다.

본 발명에 따르면, 이온 교환에 의해 유리 표면층의 화학적 조성을 변화시킴으로써 유리 표면을 강화할 수 있다. 이온 교환에 의해 유리 표면에는 변화된 이온 조성비를 갖는 표면 확산층이 형성되며, 이에 따라 유리의 전기 전도성 및 내구성 등을 향상시킬 수 있다.

유리를 이온 교환에 충분한 시간 동안 상승된 온도의 알칼리염에 함침시켜 고온에서 충분한 시간 동안 유리 표면과 알칼리 금속 혼합염이 접촉하면, 상기 혼합염에 포함된 알칼리 금속 이온이 유리 표면층의 알칼리 금속 이온을 치환하고, 유리 표면층에 존재하던 금속 이온은 반대로 유리 밖으로 빠져나가 이온 교환이 이루어진다. 유리 표면층에는 나트륨 이온이 포함되어 있을 수 있으며, 상기 혼합염에 포함될 수 있는 칼륨 이온, 루비듐 이온 및 세슘 이온 등이 유리 표면층의 나트륨 이온을 치환하는 이온 교환이 이루어질 수 있다. 강화 유리의 물성은 유리 표면층에 포함되는 이온의 이온 유동성 (ion mobility)과 밀접하게 관련된다. 또한 상기 이온 유동성은 이온이 갖는 활성화 에너지가 증가할수록 감소한다. 상기 활성화 에너지는 이온의 종류에 따라 다르며 이온 반지름이 증가함에 따라 현저히 증가하게 된다. 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 루비듐 이온 및 세슘 이온의 순서대로 이온 반지름이 증가하므로, 활성화 에너지는 증가한다. 따라서 유리 표면층의 나트륨 이온이 나트륨 이온보다 이온 반지름이 큰 칼륨 이온, 루비듐 이온 또는 세슘 이온 등으로 교환됨에 따라, 유리 표면의 이온 유동성은 감소하고 이에 따라 유리의 안정성은 증가하게 된다.

혼합염은 유리와 이온 교환이 시작되기 전부터 상기 유리에 포함되어 있는 알칼리 금속을 포함하고 있는 것일 수 있다. 상기 유리에는 나트륨이 포함되어 있을 수 있고, 나트륨을 포함하는 알칼리 금속의 혼합염에 상기 유리를 함침시켜 제1 이온 교환 단계를 실시할 수 있다.

혼합염은 Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ 및 Cs⁺ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 2종의 알칼리 금속 이온을 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 조성을 갖는 혼합물을 사용하여 유리에 대한 이온 교환 처리를 할 때, 상기 유리에 대한 강화 효과가 더욱 증가하여 더 낮은 전기 전도도 및 더 높은 화학적 내성 (chemical durability)을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 유리의 표면층을 나트륨 이온보다 반지름이 큰 1종 이상의 이온으로 치환함으로써 더 낮은 이온 유동성을 갖게 할 수 있다.

상기와 같은 이온 교환은 유리의 온도를 상승시킴으로써 더욱 촉진될 수 있다. 이는 온도가 상승됨에 따라 유리로의 이온 확산 속도가 빨라지기 때문이다. 그러나 온도를 지나치게 상승시킬 경우, 유리 자체의 특성이 열화될 수 있다. 따라서 이온 교환 공정에 있어서 온도의 상승 범위 및 상승된 온도를 유지시키는 시간을 적절히 조절함으로써 유리 표면층의 화학적 구성이 원하는 조성비를 갖도록 변화시킬 수 있다.

혼합염은 LiNO₃, NaNO₃, KNO₃, RbNO₃ 및 CsNO₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 질산염 또는 Li₂SO₄, Na₂SO₄, K₂SO₄, Rb₂SO₄ 및 Cs₂SO₄로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 황산염을 포함하는 것일 수 있다.

단일염은 LiNO₃, NaNO₃, KNO₃, RbNO₃ 및 CsNO₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 질산염 또는 Li₂SO₄, Na₂SO₄, K₂SO₄, Rb₂SO₄ 및 Cs₂SO₄로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 황산염일 수 있다.

혼합염은 NaNO₃와 KNO₃가 혼합된 것일 수 있다.

NaNO₃와 KNO₃의 중량비는 10:90 내지 90:10, 좋기로는 30:70 내지 70:30, 더욱 좋기로는 50:50 또는 70:30일 수 있다.

제1 이온 교환 공정의 온도는 사용되는 유리의 변형 온도 이하의 온도에서 이루어질 수 있다. 좋기로는 제1 이온 교환 공정은 450℃ 내지 사용되는 유리의 변형 온도의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

제1 이온 교환 공정 온도는 제2 이온 교환 공정 온도보다 5℃ 내지 300℃, 좋기로는 90 내지 110℃ 높은 것일 수 있는데, 이는 서로 다른 조건의 강화 Profile을 형성하고 제1 이온 교환의 DOL을 제2 이온 교환의 DOL보다 더 깊이 형성하기 위해서이다. 이로 인해 기존의 화학강화 공법 대비 미세 Crack 및 Scratch에 의한 의도하지 않은 유리의 파손을 방지 할 수 있고, 내 충격성도 증가 시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유리 강화 방법은 알루미노 실리케이트계 유리 또는 소다 라임계 유리를 제공하는 단계; 상기 유리를 예열하는 제1 단계; 상기 유리를 500℃±100℃의 알칼리 금속 혼합염에 함침하여 이온을 교환하는 제2 단계; 상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 제3 단계; 상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 제4 단계; 상기 세척한 유리를 예열하는 제5 단계; 상기 유리를 알칼리 금속 단일염에 함침하여 이온을 교환하는 제6 단계; 상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 제7 단계; 및 상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 제8 단계를 포함한다. 상기 제2 단계는 상기 유리를 500℃±20℃의 알칼리 금속 혼합염에 함침하여 이루어질 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 전술한 유리 강화 방법에 의하여 제조된 강화 유리를 포함한다.

알칼리 금속 혼합염 및 알칼리 금속 단일염 중에서 이루어지는 2 단계 이온 교환을 통하여 유리를 강화하는 방법에 의하여 제조된 강화 유리는 압축 응력과 이온 침투 깊이가 독립적으로 조절되어, 두 가지 물성이 동시에 증진된 강화 유리일 수 있다. 2 단계 이온 교환을 거친 후 강화 유리의 물성은 압축 응력 800 Mpa 및/또는 이온 침투 깊이 60 μm 이상인 것일 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 유리 강화 방법은 유리 강화 시 알카리 금속 혼합염에서의 제1 이온 교환 단계와 알칼리 금속 단일염에서의 제2 이온 교환 단계를 분리 실시함으로써 유리의 압축 응력과 이온 침투 깊이를 각각 조절 할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상대적으로 저가인 NaNO₃를 사용하며 휴대 전자 기기를 포함하여 광범위한 다른 분야에도 유용하게 적용할 수 있는 등 활용 범위가 넓다.

도 1은 실시예 1 중 샘플 1에 의하여 제조되는 강화 유리의 FSM-6000에 의한 표면 응력측정 사진을 나타낸 것이다 (a: 제1 이온 교환 후의 사진, b: 제2 이온 교환 후의 사진).
도 2는 실시예 1 중 샘플 1에 의해서 제조된 강화 유리의 X-선 분광 분석 (EDS)을 실시한 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 제1 이온 교환시 NaNO₃와 KNO₃의 중량비 변화에 따른 DOL과 CS의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 KNO₃ 단일염 이온 교환시 고릴라 유리의 강화 물성 프로파일과 2 단계 이온 교환시 고릴라 유리의 강화 물성 프로파일을 비교하여 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

실시예 1. 제1 단계 이온 강화 및 제2 단계 이온 강화시 온도 및 혼합 용융염의 중량비의 영향 검증

샘플 1

강화 재료로 사용된 고릴라 유리 (코닝社)는 두께 0.7 mm, 폭 60 mm, 길이 115 mm였다. 내부 구조가 변하는 변형 온도 (strain point)는 559℃였다.

제1 단계로 이 유리를 예열존 (Preheating Zone)에서 320℃까지 20 분간 단계별로 예열한 후 중량비 50:50인 NaNO₃와 KNO₃의 혼합 용융염에 함침시켜 500℃에서 6 시간 동안 강화하였다. 그 후에 서냉존 (Cooling Zone)에서 다시 80℃까지 서냉한 후 70℃의 물에서 20 분간 세척 공정을 진행하였다. 예열과 서냉 과정을 진행하는 이유는 고온의 용융염에 의해 유리에 가해지는 영향을 줄이기 위함이다.

제2 이온 교환 공정의 예열과 서냉 및 세척 공정은 위와 동일하였다. 제1 이온 교환을 한 고릴라 유리를 390℃의 KNO₃ 단일염에서 2 시간 동안 강화하였다.

이렇게 얻은 고릴라 유리에 대하여 표면 응력 측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석 (EDS)을 통한 이온 침투 깊이 분석을 실시하였다. 그 결과, 표면 응력측정 장치 (FSM-6000LE, Luceo Co., Ltd, Japan)를 통해 측정한 압축 응력은 835 Mpa로 증가하였고, 3점 굽힘 시험을 통해 얻은 파괴강도 또한 약 812 MPa로 증가함을 확인하였다. 또한 X-선 분광 분석 (EDS, Oxford)을 통해 얻은 이온 침투 깊이 (DOL)는 약 81 μm로 증가하였음을 확인하였다. 결과를 도면 1과 2에 나타내었고, 도면 1은 제1 이온 교환 및 제2 이온 교환 후 CS 및 DOL을 나타내었으며, 이는 세로 줄 형태의 Fringe 및 광탄성계수를 통해 계산되어 진다. 이 결과 제1 이온 교환의 DOL과 제2 이온 교환의 CS를 측정 할 수 있다. 도면 2는 제2 이온 교환 후 EDS를 통해 K⁺의 침투 깊이를 측정하였으며, 약 81μm 정도로 제1 이온 교환의 DOL과 유사함을 알 수 있다.

샘플 2

NaNO₃와 KNO₃의 혼합 용융염에 함침시켜 480℃에서 6 시간동안 제1 이온 교환 공정을 수행한 것을 제외하고는 강화 유리로 사용된 고릴라 유리의 크기, 예열공정을 비롯한 모든 공정을 실시예 1의 경우와 동일하게 실시하였다. 제2 단계에서의 공정은 실시예 1에서와 동일하게 수행되었다.

위의 조건으로 강화한 고릴라 유리를 실시예 1과 마찬가지로 표면 응력 측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석(EDS)을 통한 이온 침투 깊이 분석을 실시하여 물성을 평가하였다. 그 결과를 표 1 에 나타내었다.

샘플 3

제2 이온 교환 단계에서 제1 이온 교환을 통해 얻은 고릴라 유리를 410℃의 KNO₃ 단일염에서 2 시간 동안 강화한 것을 제외하고는 실시예 1의 경우와 동일하게 공정을 수행하였다.

위의 조건으로 강화한 고릴라 유리에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 표면 응력 측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석 (EDS)을 통한 이온 침투 깊이 분석을 실시하여 물성을 평가하였다 (표 1).

샘플 4

제1 이온 교환 공정에서 NaNO₃와 KNO₃ 혼합용융염의 중량비를 70:30으로 한 것을 제외하고는 실시예 1의 경우와 동일하게 공정을 수행하였다.

위의 조건으로 강화한 고릴라 유리에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 표면 응력 측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석(EDS)을 통한 이온 침투 깊이 분석을 실시하여 물성을 평가하였다 (표 1).

샘플 5

제1 이온 교환 공정에서 NaNO₃와 KNO₃ 혼합용융염의 중량비를 70:30으로 하고, 480℃에서 6 시간 강화한 것을 제외하고는 실시예 1의 경우와 동일하게 공정을 수행하였다.

위의 조건으로 강화한 고릴라 유리에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 표면 응력 측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석 (EDS)을 통한 이온 침투 깊이 분석을 실시하여 물성을 평가하였다 (표 1).

샘플 6

제1 이온 교환 공정에서 NaNO₃와 KNO₃ 혼합용융염의 중량비를 70:30으로 하고, 제2 이온 교환 단계를 410℃의 KNO₃ 단일염에서 2 시간 동안 실시한 것을 제외하고는 실시예 1의 경우와 동일하게 공정을 수행하였다.

위의 조건으로 강화한 고릴라 유리에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 표면 응력측정과 3점 굽힘 시험 및 X-선 분광 분석(EDS)을 통한 이온 침투 깊이분석을 실시하여 물성을 평가하였다 (표 1).

상기 샘플 1 내지 6에 대한 물성 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

Glass Sample	CS (Mpa)	DOL (μm)	Fracture strength (Mpa)
Sample 1	835	81	812
Sample 2	820	76	755
Sample 3	690	80	779
Sample 4	870	67	720
Sample 5	860	63	648
Sample 6	820	66	736

상기 표에 나타난 바와 같이, 제1 단계 및 제2 단계 이온 강화시 온도 및 혼합 용융염의 중량비가 강화 유리의 물성에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

실시예 2. 제1 단계 이온 강화에서 혼합 용융염의 중량비가 미치는 영향 검증

실시예 1의 샘플 1에서와 같은 방법으로 하되, NaNO₃와 KNO₃의 중량비를 다르게 한 후, DOL과 CS의 변화를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

실험 결과, NaNO₃의 비중이 높아지면 DOL 값은 감소하는 반면 CS가 증가하고, KNO₃의 비중이 높아지면 DOL 값이 증가하는 대신 CS 값은 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 알카리 혼합 효과에 의하여 단일염에 비해 혼합염의 DOL 이 더 깊게 들어감을 알 수 있었다.

실시예 3. 2 단계 화학 강화 물성 프로파일 평가

고릴라 유리 및 고릴라 유리 2 (코닝社)를 재료로 사용하여 실시예 1의 샘플 1과 동일한 방법으로 2 단계 강화 공정을 수행하였다. 2 단계 화학 강화 단계를 거치는 동안의 물성 프로파일을 평가하기 위하여 제1 단계 이온 강화 및 제2 단계 이온 강화를 수행한 후 각각의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 4. 제1 단계 이온 교환 공정에서 단일염을 사용한 경우와 혼합염을 사용한 경우의 물성 비교

비교 샘플로서 제1 단계 이온 교환 공정에서 NaNO₃와 KNO₃의 혼합염 (50:50) 대신에 KNO₃ 단일 용융염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 샘플 1과 동일한 방법으로 2 단계 강화 공정을 수행하고 그 물성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 단일염을 두번 사용하는 공정은 제1 이온 교환에서 유리 내 Na⁺ 이온이 강화염으로 방출되어 지속적인 사용 시 강도의 영향을 줄 수 있기 때문에, 제2 이온 교환에서 추가적인 교환을 통해 강도의 영향을 줄이기 위함이다.

Glass Sample	CS (Mpa)	DOL (μm)	Fracture strength (Mpa)
Sample 1	835	81	812
비교 샘플	731	36	637

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

1. 알칼리 금속 이온을 포함하는 유리를 제공하는 단계;
   상기 유리를 알칼리 금속 혼합염에 함침하여 이온을 교환하는 제1 이온 교환 단계; 및
   상기 제1 이온 교환 단계에서 이온 교환이 이루어진 유리를 알칼리 금속 단일염에 함침하여 이온을 교환하는 제2 이온 단계를 포함하는 것인 유리를 강화하는 방법으로서,
   상기 알칼리 금속 혼합염은 유리와 이온 교환이 시작되기 전부터 상기 유리에 포함되어 있는 알칼리 금속 이온 및 유리에 포함되어 있는 알칼리 금속 이온보다 반경이 더 큰 알칼리 금속 이온을 포함하고 있는 것인 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 혼합염은 Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ 및 Cs⁺ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 2종을 포함하는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 혼합염은 LiNO₃, NaNO₃, KNO₃, RbNO₃ 및 CsNO₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 질산염 또는 Li₂SO₄, Na₂SO₄, K₂SO₄, Rb₂SO₄ 및 Cs₂SO₄로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 황산염을 포함하는 것인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 단일염은 LiNO₃, NaNO₃, KNO₃, RbNO₃ 및 CsNO₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 질산염 또는 Li₂SO₄, Na₂SO₄, K₂SO₄, Rb₂SO₄ 및 Cs₂SO₄로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리 황산염인 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 혼합염은 NaNO₃와 KNO₃가 혼합된 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 NaNO₃와 KNO₃의 중량비는 30:70 내지 70:30인 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 NaNO₃와 KNO₃의 중량비는 50:50 또는 70:30인 것인 방법.
9. 제1항에 있어서, 제 1이온 교환 단계의 온도가 제2 이온 교환 단계의 온도보다 90 내지 110℃ 높은 것을 특징으로 하는 방법.
10. 알루미노 실리케이트계 유리 또는 소다 라임계 유리를 강화하는 방법에서,
    유리를 제공하는 단계;
    상기 유리를 예열하는 제1 단계;
    상기 유리를 500℃±100℃의 알칼리 금속 혼합염에 함침하여 이온을 교환하는 제2 단계;
    상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 제3 단계;
    상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 제4 단계;
    상기 세척한 유리를 예열하는 제5 단계;
    상기 유리를 알칼리 금속 단일염에 함침하여 이온을 교환하는 제6 단계;
    상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 제7 단계; 및
    상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 제8 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리의 강화 방법으로서,
    상기 알칼리 금속 혼합염은 유리와 이온 교환이 시작되기 전부터 상기 유리에 포함되어 있는 알칼리 금속 이온 및 유리에 포함되어 있는 알칼리 금속 이온보다 반경이 더 큰 알칼리 금속 이온을 포함하고 있는 것인 방법.

Images