KR101538053B1 - Strengthening method of borosilicate glass, and borosilicate glass strengthened by the same - Google Patents

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KR101538053B1 KR1020130160522A KR20130160522A KR101538053B1 KR 101538053 B1 KR101538053 B1 KR 101538053B1 KR 1020130160522 A KR1020130160522 A KR 1020130160522A KR 20130160522 A KR20130160522 A KR 20130160522A KR 101538053 B1 KR101538053 B1 KR 101538053B1
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Abstract

본 발명은 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화되는 보로실리케이트 유리에 관한 것으로서, 보로실리케이트 유리의 적어도 일면에 알칼리 이온을 도포하는 단계 및 상기 알칼리 이온이 도포된 보로실리케이트 유리를 열처리함으로써 도포된 알칼리 이온이 보로실리케이트 유리 내부로 침투하도록 하는 단계를 포함하는 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 제조되는 보로실리케이트 유리를 제공한다.The present invention relates to a method of strengthening borosilicate glass and a borosilicate glass reinforced thereby, comprising applying alkali ions to at least one side of a borosilicate glass, and applying the applied alkaline ion to the borosilicate glass by heat treating the alkali- Thereby allowing ions to penetrate into the borosilicate glass, and a borosilicate glass produced thereby.

Description

보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화된 보로실리케이트 유리{STRENGTHENING METHOD OF BOROSILICATE GLASS, AND BOROSILICATE GLASS STRENGTHENED BY THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for strengthening borosilicate glass and a borosilicate glass reinforced by the borosilicate glass,

본 발명은 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화되는 보로실리케이트 유리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보로실리케이트 유리에 칼륨염을 도포 후 열처리함으로써 보로실리케이트 유리를 강화시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for strengthening borosilicate glass and a borosilicate glass reinforced thereby, and more particularly to a method for strengthening borosilicate glass by applying a potassium salt to a borosilicate glass followed by heat treatment.

국방산업에서 중요한 소재인 방탄유리 (bulletproof glass)는 외부의 위협으로부터 인명, 장비를 보호하기 위해서 제작된 강화 유리이다. 방탄소재의 방탄성능 기준은 미국방성의 MIL-G-5485D 규격을 따르고 있으며, 성능 평가용 방탄소재의 세부기준은 면적 40×57×60mm2 이며, 50m 거리에서 851m/s의 탄속으로 충돌하는 탄자에 대해 완전방호 및 두께별 광 투과율을 만족해야 한다. Bulletproof glass, an important material in the defense industry, is tempered glass designed to protect people and equipment from external threats. The ballistic performance standard of the bulletproof material conforms to the American specification MIL-G-5485D standard, and the detailed standard of the bulletproof material for the performance evaluation is the area of 40 × 57 × 60mm 2 , and the bullet which collides with the bullet speed of 851m / And the light transmittance according to the thickness should be satisfied.

방탄유리를 제조함에 있어서, 일반 창유리 조성인 soda-lime silicate(SLS) 유리에 PVB(polyvinyl butyral), PU(poly urethane), main defense (200MD), safety 필름 중 선택되는 적어도 하나인 고분자 필름을 접합하여 제조하는 기술이 개발된 바 있다. 상기 SLS와 고분자 필름을 접합하여 제조되는 방탄유리는 소재의 적층배열 조절만으로 완전방호용 방탄소재의 두께를 40mm에서 29mm까지 박형화하는 것이 가능하였다. 이러한 방탄소재 두께의 박형화는 그 기계적 물성을 훼손하지 않는 범위내에서 구현될 때, 방탄소재의 경량화, 취급의 용이화 등의 관점에서 매우 바람직한 것이다.In producing bulletproof glass, at least one polymer film selected from PVB (polyvinyl butyral), PU (polyurethane), main defense (200MD) and safety film is bonded to soda-lime silicate (SLS) Has been developed. The bulletproof glass manufactured by bonding the SLS and the polymer film could be thinned from 40 mm to 29 mm in the thickness of the full protective bulletproof material only by adjusting the lamination arrangement of the materials. The thinning of the bulletproof material thickness is highly desirable from the viewpoints of lightening the bulletproof material and facilitating handling when the bulletproof material is realized within a range that does not compromise its mechanical properties.

그러나, 방탄유리에 가해지는 충격량은 총기의 종류, 총기에 적용되는 기술의 발달에 따라서 점차 증가되고 있기 때문에, 이에 대응하여 보다 기계적 성질이 우수한 방탄유리 재질 및 기계적 성질의 보강 방법에 관한 기술 개발이 요구되고 있다. However, since the amount of impact applied to the bulletproof glass gradually increases according to the type of the gun and the development of the technology applied to the firearm, the development of a bulletproof glass material and a mechanical property reinforcing method, Is required.

이러한 방탄유리는 인명이나 재산을 안전하게 보호할 수 있도록 각종 시설물 및 차량 등에 다양하게 사용되고 있는데, 특히, 강한 충격력을 갖는 총기류에 장착되는 탄환이나, M19 대전차지뢰, M16 대인지뢰, M14 대인지뢰, 수류탄, 크레모아 등 폭탄류의 탄두, 파편 등이 이를 투과할 수 없도록 하는데 목적이 있다.Such bulletproof glass is widely used in various facilities and vehicles to safeguard human lives and property. In particular, bulletproof bullets mounted on firearms having strong impact force, M19 antitank land mines, M16 civilian mines, M14 civilian mines, grenades, It is aimed to prevent warheads, fragments, etc. of bombs, such as cremona, from permeating them.

현재까지 알려진 종래 기술에 따라 제조된 방탄유리의 경우, 이러한 기능에 부합하기 위해서는 방탄유리가 최소한 34㎜이상의 두께를 가져야만 하고, 특히, M60 경기관총의 탄두까지 막을 수 있는 방탄능력을 갖추려면 45㎜ 이상의 두께를 가져야만 가능한 것으로 파악되고 있다.In order to comply with this function, the bulletproof glass must have a thickness of at least 34 mm. In particular, in order to have the bulletproof ability to prevent the warhead of the M60 lightning strike gun, Of the total thickness of the film.

현재 국내에서는 상기와 같은 방탄능력을 갖는 방탄유리나 방탄 가공 처리된 폴리에스터 필름을 이용한 방탄유리 및 렉산 소재를 이용한 방탄유리를 수입에 의존하고 있는 실정이다.Currently, in Korea, bulletproof glass using bulletproof glass or bulletproof processed polyester film having bulletproof ability and bulletproof glass using Lexan material are being imported.

특히, 34㎜ 이상 또는 45㎜ 이상의 두께를 갖는 방탄유리를 제조하기 위해서는 일반유리를 복수개 적층하여야 하거나, 복수의 층을 갖는 방탄용 필름을 유리에 적용하여야 하여, 무거우며, 비용이 많이 소요되며, 공정이 복잡한 문제점이 있었다. In particular, in order to manufacture a bulletproof glass having a thickness of 34 mm or more or 45 mm or more, it is necessary to laminate a plurality of general glass or a bulletproof film having a plurality of layers to a glass, which is heavy, The process is complicated.

또한, 이러한 방탄유리가 시설물에 적용되는 경우, 무거워진 하중을 지탱하기 위해 여러 가지 설계상의 보완책을 강구해야만 하는 복잡성이 있었다.In addition, when such bullet-proof glass is applied to a facility, there is a complexity in that various designing complementary measures have to be taken to support the heavy load.

아울러, 이러한 방탄유리가 차량, 함정 또는 군용 장비 등에 적용되는 경우, 높은 하중으로 인해 기동성이 떨어지는 한편, 과다한 연료를 소모하게 되는 문제점도 있었다. In addition, when such a bulletproof glass is applied to a vehicle, a vessel, or a military equipment, there is a problem in that mobility is reduced due to a high load, and excessive fuel is consumed.

본 발명의 일 목적은 비커스 경도, 파괴인성, 강도가 다른 유리에 비하여 상대적으로 매우 높은 것으로 평가되는 보로실리케이트 유리를 강화하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for strengthening borosilicate glass wherein Vickers hardness, fracture toughness, strength are evaluated to be relatively high relative to other glasses.

본 발명의 다른 일 목적은 강화된 보로실리케이트 유리를 방탄유리의 용도로 적용함으로써, 방탄유리의 박형화 및 경량화, 방탄유리 제조공정의 간소화, 방탄유리의 기능성을 제고하는데 있다.Another object of the present invention is to improve the thickness and weight of the bulletproof glass, simplify the bulletproof glass manufacturing process, and improve the functionality of the bulletproof glass by applying the reinforced borosilicate glass to the use of the bulletproof glass.

또한, 본 발명의 일 목적은 강화된 보로실리케이트 유리를 차량, 함정 및 군용 장비 등에 적용하였을 때, 일반 유리를 장착한 경우와 거의 동일한 중량감을 갖도록 하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a reinforced borosilicate glass having almost the same weight feeling as that of the ordinary glass when applied to vehicles, traps, and military equipment.

또한, 본 발명은 기존의 SLS 유리에 비하여 박형화가 가능하므로, 상대적으로 광 투과율의 증진효과를 쉽게 얻을 수 있는 보로실리케이트 유리의 강화방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for strengthening borosilicate glass that can attain a relatively light transmittance enhancing effect because it can be made thinner than conventional SLS glass.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 보로실리케이트 유리의 적어도 일면에 알칼리 이온을 도포하는 단계 및 상기 알칼리 이온이 도포된 보로실리케이트 유리를 열처리함으로써 도포된 알칼리 이온이 보로실리케이트 유리 내부로 침투하도록 하는 단계를 포함하는 보로실리케이트 유리의 강화방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of forming a borosilicate glass comprising the steps of: applying alkali ions to at least one side of a borosilicate glass; and heat treating the alkali silicate coated borosilicate glass to cause the applied alkali ions to penetrate into the borosilicate glass A method of strengthening the borosilicate glass can be provided.

상기 알칼리 이온은, K+, Cs+, Li+ 및 Rb+으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 일 예로 칼륨염에 포함된 K+일 수 있다.The alkali ion may be at least one selected from the group consisting of K + , Cs + , Li + and Rb + , and may be, for example, K + contained in the potassium salt.

또한, 상기 열처리는, 540 ~ 560℃의 온도범위에서, 8 ~ 15분간 유지하는 것을 특징으로 한다.The heat treatment is performed at a temperature of 540 to 560 캜 for 8 to 15 minutes.

이때, 상기 보로실리케이트 유리는 SiO2, Na2O, Al2O3 및 B2O3를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In this case, the borosilicate glass includes SiO 2 , Na 2 O, Al 2 O 3 and B 2 O 3 .

나아가, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강화방법 중 어느 하나에 의해 제조되는 보로실리케이트 유리가 제공될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, a borosilicate glass produced by any one of the above strengthening methods can be provided.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도가 다른 조성의 유리에 비하여 상대적으로 매우 높은 것으로 평가되는 보로실리케이트 유리를 강화하고 이를 방탄유리로 적용함으로써, 방탄유리의 박형화 및 경량화, 방탄유리 제조공정의 간소화, 방탄유리의 기능성 제고 등이 가능하다.According to the embodiment of the present invention as described above, the borosilicate glass which is evaluated as relatively high in Vickers hardness, fracture toughness and three-point bending strength as compared with glass of other compositions is reinforced and applied as a bulletproof glass, It is possible to reduce the thickness and weight of the bulletproof glass, to simplify the bulletproof glass manufacturing process, and to improve the functionality of the bulletproof glass.

또한, 보로실리케이트 유리를 방탄유리로서 차량, 함정 및 군용 장비 등에 적용하였을 때, 일반 유리를 장착한 경우와 거의 동일한 중량감을 가지므로 그 기동성이 저하되지 않도록 할 수 있다. Further, when the borosilicate glass is applied to vehicles, traps, and military equipments as a bulletproof glass, since it has almost the same weight feeling as in the case of attaching ordinary glass, its maneuverability can be prevented from deteriorating.

나아가, 보로실리케이트 유리는 기존의 SLS 방탄유리에 비하여 높은 강도, 경도, 파괴인성을 나타내어 보다 더 박형화가 가능하므로, 상대적으로 더 높은 광 투과율을 보다 쉽게 구현할 수 있다.Further, the borosilicate glass exhibits higher strength, hardness and fracture toughness than conventional SLS bulletproof glass, and thus can be made thinner, so that a relatively higher light transmittance can be realized more easily.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 보로실리케이트 유리의 강화방법에 있어서, (a) 강화온도 및 (b) 강화유지시간에 따른 K+ 이온의 침투깊이 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 보로실리케이트 유리의 강화방법에 있어서, 강화온도에 따른 (a) 비커스 경도, (b) 파괴인성, (c) 3점 굽힘 강도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 보로실리케이트 유리의 강화방법에 있어서, 강화유지시간에 따른 (a) 비커스 경도, (b) 파괴인성, (c) 3점 굽힘 강도를 각각 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 보로실리케이트 유리의 강화방법에 있어서, 강화 조건에 따른 가시광 영역에서 측정된 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a graph showing the penetration depth change of K + ions according to the strengthening temperature (a) and the strengthening holding time (b) in the method for strengthening borosilicate glass according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the (a) Vickers hardness, (b) the fracture toughness, and (c) the three-point bending strength according to the tempering temperature in the method for strengthening borosilicate glass according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing (a) Vickers hardness, (b) fracture toughness, and (c) three-point bending strength according to the reinforcing holding time in the method of reinforcing borosilicate glass according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating light transmittance measured in a visible light region according to an enhancement condition in a method for strengthening borosilicate glass according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명과 관련된 보로실리케이트 유리의 강화방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of strengthening a borosilicate glass according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부되는 도면을 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments and accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에서는 지금까지 적용된 바 없는 보로실리케이트 유리의 방탄소재로서의 용도를 밝히고 이를 적용하되, 보로실리케이트 유리를 이온교환방법에 의하여 강화함으로써 탁월한 성능을 보유하는 방탄소재를 제공한다. In one embodiment of the present invention, the use of a borosilicate glass as a bulletproof material which has not been applied so far has been clarified and applied, and borosilicate glass is reinforced by an ion exchange method to provide a bulletproof material having excellent performance.

상기 이온교환방법은 고상 또는 액상 도포법이나 용융염 침지법이 사용될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 최선의 실시예로서 고상 또는 액상 도포법을 적용하여 실험한 실험예 및 결과이다.In the ion exchange method, a solid phase or liquid phase coating method or a molten salt immersion method can be used. In one embodiment of the present invention, experimental examples and results obtained by applying a solid phase or liquid phase coating method are shown as the best examples.

하기 [표 1]은 종래에 방탄유리 재질로 적용되었던 SLS 유리와 보로실리케이트(borosilicate) 유리의 기계적 물성을 비교하여 나타낸 것이다. Table 1 below shows mechanical properties of SLS glass and borosilicate glass which have been conventionally applied as bulletproof glass materials.

아래 표로부터 확인되는 바와 같이, SLS 유리의 비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도는 각각 569kg/mm2, 0.7190MPam1 /2, 150MPa 이며, 보로실리케이트 유리의 경우에는 610kg/mm2, 0.7657MPam1/2, 219MPa로서, 보로실리케이트 유리가 SLS 유리보다 비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도가 각각 7%, 6%, 46%씩 우수한 것으로 나타났다. As will be found from the table below, the Vickers hardness, fracture toughness, and 3-point bending strength of the glass SLS are each 569kg / mm 2, 0.7190MPam 1/ 2, 150MPa, if the borosilicate glass is 610kg / mm 2, 0.7657MPam 1/2 , and 219 MPa, respectively. The Vickers hardness, fracture toughness, and three-point bending strength of borosilicate glass were 7%, 6%, and 46% superior to those of SLS glass.

즉, 이와 같은 측정결과는 보로실리케이트 유리의 방탄소재로서의 가능성 및 SLS 유리에 대한 대체가능성, 그리고 실제 적용상 우수성을 예측할 수 있는 의미있는 결과이다.In other words, such a measurement result is a meaningful result for predicting the possibility of borosilicate glass as a bulletproof material, the possibility of substituting for SLS glass, and the actual application superiority.

구 분division 비커스 경도(kg/mm2)Vickers hardness (kg / mm 2 ) 파괴인성(MPam1 /2)Fracture Toughness (MPam 1/2) 3점 굽힘 강도(MPa)3 point bending strength (MPa) SLS 유리SLS glass 569569 0.71900.7190 150150 보로실리케이트 유리Borosilicate glass 610610 0.76570.7657 219219 강화된 보로실리케이트 유리Reinforced borosilicate glass 775775 1.911.91 764764

80.4SiO2-4.2Na2O-2.4Al2O3-13B2O3(mol%)의 조성을 갖는 보로실리케이트 유리는 화학적 내구성 및 기계적 성질이 우수하여 이화학용 제품으로 많이 사용되며, 현재 사용 중인 방탄소재는 일반 SLS 유리가 사용되고 있다. 일반 SLS 유리의 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도는 569kg/mm2, 0.7190MPam1 /2, 150MPa 이며, 이온교환방법에 의해 강화된 보로실리케이트 유리는 775kg/mm2, 1.91MPam1 /2, 764MPa 으로, SLS 유리보다 36%, 166%, 409% 씩 증가하였다. 따라서, 현재 방탄소재용으로 적용되고 있는 일반 SLS 유리를 강화된 보로실리케이트 유리로 대체하면, 박형화 및 경량화가 구현된 새로운 방탄소재를 제작할 수 있다. Borosilicate glass having a composition of 80.4SiO 2 -4.2Na 2 O-2.4Al 2 O 3 -13B 2 O 3 (mol%) is excellent in chemical durability and mechanical properties and is widely used as a chemical product. The material is made of ordinary SLS glass. Hardness, fracture toughness, and 3-point bending strength of normal glass SLS is 569kg / mm 2, 0.7190MPam 1/ 2, borosilicate glass enhanced by 150MPa, and the ion exchange method is 775kg / mm 2, 1.91MPam 1/ 2, 764MPa, which is 36%, 166% and 409% higher than that of SLS glass. Therefore, by substituting reinforced borosilicate glass for general SLS glass, which is currently used for bulletproof materials, it is possible to produce a new bulletproof material with reduced thickness and weight.

아래 표 2는 현재 사용중인 일반 SLS 유리 및 고분자 등을 적층하여 제조되는 방탄유리 적층소재를 나타내는 것이고, 아래 표 3은 이온교환에 의해 강화된 보로실리케이트 및 고분자 등을 적층하여 제조되는 방탄유리 적층소재를 나타내는 것이다.Table 2 below shows bulletproof glass laminated materials produced by laminating general SLS glass and polymers currently in use, and Table 3 below shows bulletproof glass laminated materials prepared by laminating borosilicate and polymers reinforced by ion exchange Lt; / RTI >

구성
Configuration
GG PVBPVB GG PUPU PCPC PUPU GG Safety FilmSafety Film 전체두께(mm)Total thickness (mm) 무게
(kg)
weight
(kg)
두께
(mm)
thickness
(mm)
1010 1.521.52 55 1.251.25 55 1.251.25 55 0.350.35 29.3729.37 18.5018.50

여기서, G는 유리를 나타내고 있으며, 기계적 물성을 강화하고, 유리의 비산을 방지하기 위하여 적용된 PVB(폴리비닐부티랄), PU(폴리우레탄), PC(폴리카보네이트)는 필름 또는 벌크상의 고분자 소재를 각각 나타낸다. 아래 표 3도 동일하다. 다만, G는 표 2에서는 일반 SLS 유리를 표 3에서는 이온교환에 의하여 강화된 보로실리케이트 유리를 각각 나타낸다.Here, G denotes glass, and PVB (polyvinyl butyral), PU (polyurethane), and PC (polycarbonate), which are applied to enhance mechanical properties and prevent glass scattering, Respectively. Table 3 below is also the same. In Table 2, G is a general SLS glass, and in Table 3 is a borosilicate glass reinforced by ion exchange.

구성
Configuration
GG PVBPVB GG PUPU PCPC PUPU GG Safety FilmSafety Film 전체두께(mm)Total thickness (mm) 무게
(kg)
weight
(kg)
두께
(mm)
thickness
(mm)
44 1.521.52 33 1.251.25 55 1.251.25 33 0.350.35 19.3719.37 13.3013.30

여기서, 보로실리케이트 유리의 밀도는 2.23g/cm3 이며, 미국 국방성 방탄성능 규격(405mm × 760mm)과 보로실리케이트 유리가 적층된 방탄유리 적층소재의 두께 (19.37mm) 및 밀도를 이용하여 무게를 계산하면, 13.3kg 으로 일반 SLS 유리가 적층된 종래의 방탄소재보다 10mm 이상 박형화가, 그리고 5kg 이상 경량화가 가능하다.Here, the density of the borosilicate glass is 2.23 g / cm 3 , and the weight is calculated by using the thickness of the bulletproof glass laminated material (19.37 mm) and the density of the bulletproof glass laminated material (405 mm × 760 mm) , It is thinner than 10mm than the conventional bulletproof material in which general SLS glass is laminated with 13.3kg, and it can be lightened more than 5kg.

즉, 위 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 일반 SLS 유리에 비하여 보로실리케이트 유리의 경우에 있어서 그 두께를 보다 얇게 할 수 있으므로, 광투과율 면에서도 유리함은 물론, 경량화를 구현할 수 있어, 이온교환에 의해 강화된 보로실리케이트 유리는 일반 SLS 유리에 비하여 방탄소재로서의 적용가능성을 보다 확대시킬 수 있는 좋은 대안이 될 수 있다. In other words, as can be seen from the above table, since the thickness of the borosilicate glass can be made thinner than that of the ordinary SLS glass, it is advantageous in terms of light transmittance as well as light weight, Reinforced borosilicate glass can be a good alternative to general SLS glass to expand its applicability as a bulletproof material.

이러한 새로운 방탄소재의 제작을 위하여 방탄소재의 용도에 충실하도록 보로실리케이트 유리를 가공하는 기술이 개발되어야 하며, 이에 본 발명의 일 실시예에서는 이온교환법을 사용하여 보로실리케이트 유리를 강화하고 방탄유리로서의 적용 가능성을 검토하였다. 만약, 보로실리케이트 유리의 방탄 소재로서의 활용가능성이 입증된다면, SLS 유리를 적층한 완전방호 방탄소재(29mm)에 비하여 박형화, 경량화의 관점에서 더 유리할 것이다.In order to manufacture such a new bulletproof material, a technique of processing the borosilicate glass so as to faithfully use the bulletproof material should be developed. In one embodiment of the present invention, the borosilicate glass is reinforced using the ion exchange method, Possibility. If the possibility of using the borosilicate glass as a bulletproof material is proved, it will be more advantageous from the viewpoint of thinning and weight saving compared with a fully protective bulletproof material (29 mm) in which SLS glass is laminated.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 보로실리케이트 유리의 강화방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of strengthening borosilicate glass according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 보로실리케이트 유리의 이온교환법에 의한 강화 공정에 대하여 설명한다.First, the reinforcing process by the ion exchange method of borosilicate glass will be described.

고강도를 갖는 보로실리케이트 유리의 기계적 물성을 더 보강하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 보로실리케이트 유리를 K+ 이온을 이용하여 이온교환하였다. 상기 이온교환에 의한 유리의 강화는 주로 원자반경이 큰 K+, Cs+, Li+, Rb+ 등 다종의 원소가 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는, 고가의 희귀금속을 제외하고, 융점, 이온반경 등에 있어서 높은 강화효과를 도출할 수 있는 K+ 이온이 가장 적합하게 사용될 수 있다.To further enhance the mechanical properties of the borosilicate glass with high strength, the borosilicate glass was ion-exchanged using K + ions in one embodiment of the present invention. Various kinds of elements such as K + , Cs + , Li + , and Rb + having a large atomic radius can be used for strengthening the glass by ion exchange. However, in an embodiment of the present invention, K + ions that can provide a high strengthening effect in the melting point, ion radius, etc., except for expensive rare metals, can be most suitably used.

이온교환을 통한 반응식은 다음 식 (1)과 같이 일반적으로 표현될 수 있다.The reaction equation through ion exchange can be generally expressed as the following equation (1).

XA+ + B+ --> XB+ + A+ -----------------------(1)XA + + B + - > XB + + A + ----------------------- (1)

여기서, X는 유리 기지를 나타내며, A+는 유리기지 내의 알칼리 이온을, B+는 용융염 이온교환방식의 경우 용융염 내에 존재하는 원자반경이 큰 알칼리 이온을 각각 나타내는데, 각 알칼리 이온 사이에 특정온도와 유지시간을 유지하면 확산(diffusion)에 의해서 상호 치환된다. Here, X represents a glass base, A + represents an alkali ion in a glass base, and B + represents an alkali ion having a large atomic radius in a molten salt in the case of a molten salt ion exchange system. When temperature and holding time are maintained, they are interchanged by diffusion.

여기서, 이온반경(ionic radius)이 큰 이온이 유리기지 내에 침투하면, 이온의 침투 깊이에 따라 표면 압축응력을 형성하여 유리가 강화된다.Here, when ions having a large ionic radius penetrate into a glass base, the glass is strengthened by forming a surface compressive stress according to the penetration depth of the ions.

본 발명의 일 실시예에서는 보로실리케이트 유리를 이온교환 강화 후, K+ 이온의 이온침투 깊이에 따른 기계적 성질 및 광 투과율을 측정함으로써 이온교환 최적 조건을 확보하고, 강화된 보로실리케이트 유리의 박형화, 경량화 가능성을 평가하여 투명 방탄소재로의 활용 가능성을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, after ion-exchange strengthening the borosilicate glass, the ion exchange optimum condition is secured by measuring the mechanical properties and the light transmittance according to the depth of ion penetration of K + ions, and the thickness and weight of the reinforced borosilicate glass And evaluated the possibility of using it as a transparent bulletproof material.

먼저, 80.4SiO2-4.2Na2O-2.4Al2O3-13B2O3(Product, 3mm, Germany)의 조성을 갖는 보로실리케이트 유리를 두께(t)×폭(w)×길이(l)가 3×4×36mm3가 되도록 절단한 후 단계적으로 #400, #1,000, #2,000의 거칠기를 갖는 SiC paper를 사용하여 절단된 보로실리케이트 유리의 옆면 및 모서리를 연마하였다. 이와 같은 내용은 전술한 표 1에 나타낸 SLS 유리와 보로실리케이트 유리에 공통적으로 적용된 규격이다. First, a borosilicate glass having a composition of 80.4SiO 2 -4.2Na 2 O-2.4Al 2 O 3 -13B 2 O 3 (Product, 3mm, Germany) was laminated in a thickness (t) × width (w) × length 3 × 4 × 36 mm 3, and the sides and edges of the cut borosilicate glass were polished step by step using SiC paper having a roughness of # 400, # 1,000 and # 2,000. This is a standard commonly applied to SLS glass and borosilicate glass shown in Table 1 above.

이온교환을 위해서 KNO3 분말(Ducsan, Korea)을 사용하였는데, 상기 분말은 실험용 고순도(Extra Pure grade, 3N, 99.9%)의 것을 채택하였다.KNO 3 powder (Ducsan, Korea) was used for the ion exchange, and the powder was of high purity (Extra Pure grade, 3N, 99.9%).

상기 KNO3 분말을 알루미나 사각 트레이에 도포한 후 절단된 보로실리케이트 유리를 그 위에 위치시키고, 다시 보로실리케이트 유리상에 KNO3 분말을 도포하고 열처리함으로써 이온교환을 실시하였다. 이 때, 사용된 이온교환방법은 도포방법으로서, 종래의 용융염 방식에 비하여 이온교환의 균일성, 공정의 간이성 등 장점을 갖는다. The KNO 3 powder was applied to an alumina square tray, the cut borosilicate glass was placed thereon, and KNO 3 Powder was applied and heat treatment was performed to perform ion exchange. At this time, the ion exchange method used has advantages such as uniformity of ion exchange and simplicity of the process as compared with the conventional molten salt method.

이때, 열처리 온도 및 유지시간은 이온교환 후 K+ 이온의 최적 침투깊이를 확보하기 위해서 530 ~ 570℃에서 0 ~ 20분간 유지하였다. At this time, heat treatment temperature and holding time were maintained at 530 ~ 570 ℃ for 0 ~ 20 minutes to ensure the optimum penetration depth of K + ion after ion exchange.

상기와 같이 이온교환방법에 의해 강화된 보로실리케이트 유리의 물성을 평가하였다. The physical properties of the borosilicate glass reinforced by the ion exchange method were evaluated as described above.

먼저, 이온교환 온도 및 유지시간에 따른 K+ 이온의 침투깊이는 SEM/EDS (S-4200, Hitachi, Japan)를 이용해서 line profile로 측정하였다.First, the penetration depth of K + ions according to ion exchange temperature and holding time was measured by line profile using SEM / EDS (S-4200, Hitachi, Japan).

또한, 강화된 보로실리케이트 유리의 3점 굽힘 강도(3-point bending strength)는 UTM (H10K-C, Hounsfield, U.K.)을 이용하여 측정하였다. 3점 굽힘 강도는 다음의 식 (2)로부터 계산하였다.The 3-point bending strength of the reinforced borosilicate glass was also measured using UTM (H10K-C, Hounsfield, U.K.). The three-point bending strength was calculated from the following equation (2).

Figure 112013117162556-pat00001
---------------------(2)
Figure 112013117162556-pat00001
---------------------(2)

여기서, σ는 3점 굽힘 강도, P는 시편의 하중, L은 시편 길이, w는 시편의 폭, t는 시편의 두께를 각각 나타낸다. Where σ is the 3-point bending strength, P is the load of the specimen, L is the specimen length, w is the width of the specimen, and t is the specimen thickness.

또한, 강화된 보로실리케이트 유리의 비커스 경도(Vickers hardness, HV)는 Vickers micro hardness tester (MXD-CX3E, Matsuzawa, Japan)를 이용하여 식 (3)으로부터 계산하였다. 압흔시 하중(P)은 1,000gf로하여 30초간 유지하였고, 시편당 10번씩 측정하여 평균값을 계산하였다.The Vickers hardness (HV) of the reinforced borosilicate glass was calculated from equation (3) using Vickers micro hardness tester (MXD-CX3E, Matsuzawa, Japan). The indentation load (P) was maintained at 1,000 gf for 30 seconds and the average value was calculated by measuring 10 times per specimen.

Figure 112013117162556-pat00002
--------------------(3)
Figure 112013117162556-pat00002
-------------------- (3)

여기서, HV는 비커스 경도, P는 압흔시의 하중, a는 압흔 반경을 각각 나타낸다.Here, HV is the Vickers hardness, P is the load at the time of indentation, and a is the indentation radius.

또한, 강화된 보로실리케이트 유리의 파괴인성(Fracture toughness, KIC)은 비커스 경도값을 바탕으로 아래 식 (4)에 대입하여 계산하였다.In addition, the fracture toughness (KIC) of the reinforced borosilicate glass was calculated by substituting the following equation (4) based on the Vickers hardness value.

Figure 112013117162556-pat00003
---------------------(4)
Figure 112013117162556-pat00003
---------------------(4)

여기서, KIC는 파괴인성, Φ는 억제상수, P는 압입시 하중(1,000gf), K는 상수, c는 압입 후 균열 길이, a는 압흔 반경, Hv는 비커스 경도이다. 이때, 상기 억제상수는 3, K는 3.2이다.Where K is the fracture toughness, Φ is the suppression constant, P is the load at the press-in (1,000 gf), K is a constant, c is the crack length after indentation, a is the indentation radius, and Hv is Vickers hardness. At this time, the inhibition constant is 3 and K is 3.2.

또한, 강화된 보로실리케이트 유리의 광 투과율은 UV/VIS spectrophotometer (Jasco, V-570, Japan)를 이용하여 측정하였다. 측정 파장은 200~800nm, scan speed는 400nm/min으로 이온교환시 광 투과율을 측정하였다.The light transmittance of the reinforced borosilicate glass was measured using a UV / VIS spectrophotometer (Jasco, V-570, Japan). The light transmittance was measured at 200 ~ 800nm wavelength and 400nm / min scan speed.

이하에서는 상기 측정 결과에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the measurement results will be described.

먼저, K+ 이온 침투속도에 대하여 살펴보기로 한다.First, the K + ion penetration rate will be examined.

보로실리케이트 유리를 530 ~ 570℃의 온도범위에서 0분 초과 20분 이하의 시간 동안 이온교환시 K+ 이온의 유리내 침투깊이를 도 1에 나타내었다.The penetration depth of the K + ion into the glass during the ion exchange for a period of from 0 to 20 minutes at a temperature in the range of 530 to 570 ° C is shown in FIG.

도 1a는 온도별 이온 침투깊이를, 도 1b는 유지시간별 이온 침투깊이를 각각 나타낸 것이다. FIG. 1A shows the depth of ion penetration by temperature, and FIG. 1B shows the depth of ion penetration by the holding time.

도 1a 및 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 이온교환시 유리내 침투하는 K+ 이온의 깊이는 온도 및 유지시간에 비례하여 증가하였다. 530℃에서 10분간 유지한 결과 K+ 이온의 침투 깊이는 38.8㎛이고, 이온교환 온도를 570℃로 하여 10분간 유지하면 K+ 이온의 침투 깊이는 88.6㎛로 증가하였다. 또한, 같은 550℃의 온도에서 0분(매우 잠깐), 10분, 20분 유지한 후 K+ 이온의 침투 깊이를 비교해 보면, 50.2㎛, 59.8㎛, 65.5㎛로 각각 증가하였다. 아래 식 (5)와 (6)과 같이 K+ 이온의 확산계수는 온도와 시간에 비례하기 때문이다.As can be seen from FIGS. 1A and 1B, the depth of K + ions penetrating into the glass during ion exchange increased in proportion to the temperature and the holding time. The penetration depth of K + ion was maintained at 530 ℃ for 10 min. The penetration depth of K + ion increased to 88.6 ㎛ when the ion exchange temperature was maintained at 570 ℃ for 10 min. The penetration depths of K + ions after 50min, 0min (very fast), 10min, and 20min were increased to 50.2μm, 59.8μm and 65.5μm, respectively. The diffusion coefficients of K + ions are proportional to temperature and time as shown in the following equations (5) and (6).

Figure 112013117162556-pat00004
-----------------------(5)
Figure 112013117162556-pat00004
----------------------- (5)

여기서, d는 이온 침투깊이, Deff는 유효확산계수(Effective diffusion coefficient), τ는 유지시간을 각각 나타낸다. Where d is the depth of ion penetration, Deff is the effective diffusion coefficient, and τ is the retention time.

유효확산계수가 온도에 의존하는 것은 아래 식 (6)으로부터 확인할 수 있다.The dependence of effective diffusion coefficient on temperature can be confirmed from the following equation (6).

Figure 112013117162556-pat00005
-----------------(6)
Figure 112013117162556-pat00005
----------------- (6)

여기서, D는 유효확산계수(Effective diffusion coefficient), D0는 pre-exponential term이며, Q는 유효확산의 활성화 에너지(Activation energy of effective diffusion)이고, R은 상수(Molar gas constant)를 각각 나타낸다. Where D is the effective diffusion coefficient, D0 is the pre-exponential term, Q is the activation energy of the effective diffusion, and R is the molar gas constant.

따라서, 보로실리케이트 유리의 이온교환 온도 및 유지시간에 따른 K+ 이온의 침투속도(㎛/min)를 바탕으로 기계적 성질(비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도)을 평가하여 이온교환 최적 조건을 확보할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, the mechanical properties (Vickers hardness, fracture toughness, 3-point bending strength) of the borosilicate glass were evaluated on the basis of the penetration rate (㎛ / min) of K + ion depending on the ion exchange temperature and the holding time, Can be obtained.

이하에서는 이온교환방법에 의한 유리 강화시, 기계적 성질에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, the mechanical properties of glass reinforced by the ion exchange method will be described.

도 2는 이온교환 시간을 10분으로 유지하고 온도(530 ~ 570℃)에 따른 비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도를 나타낸 그래프이다. 이온교환 온도 및 유지시간이 증가하면 K+ 이온 침투속도는 비례하여 증가하지만, 도 2의 기계적 성질을 확인한 결과 550℃까지는 기계적 성질이 증가하다가 그 이후에는 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 현상은 이온교환 온도 및 시간이 증가하게 되면 K+ 이온의 유리내 침투량이 증가하지만 임계 이온교환량을 넘을 경우, 유리의 망목형성(network former) 구조인 Si-O를 K+ 이온이 파괴하여, 오히려 응력을 완화시키는 현상이 발생하여 기계적 성질이 감소되는 것이다. 이를 응력완화(stress relaxation) 현상이라고 하며, 보로실리케이트 유리의 이온교환 온도 및 유지시간에 따른 최적 K+ 이온 침투량을 확보할 필요가 있다.FIG. 2 is a graph showing Vickers hardness, fracture toughness, and three-point bending strength according to temperature (530 to 570 ° C) while maintaining the ion exchange time at 10 minutes. As the ion exchange temperature and the retention time increased, the penetration rate of K + ion increased proportionally. However, the mechanical properties of FIG. 2 were confirmed, and the mechanical properties increased until 550 ° C., and then decreased. This phenomenon shows that as the ion exchange temperature and time increase, the penetration amount of K + ions increases in the glass, but when the amount exceeds the critical ion exchange capacity, the K + ion destroys Si-O, which is a network former structure of glass , Rather, a phenomenon that relaxes the stress occurs, thereby reducing the mechanical properties. This phenomenon is called stress relaxation phenomenon and it is necessary to secure the optimum K + ion infiltration amount depending on the ion exchange temperature and the holding time of the borosilicate glass.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 의한 보로실리케이트 유리의 550℃에서의 이온교환 온도에서 0분 초과 20분 이하의 온도범위에서 유지한 후 기계적 성질을 측정하여 나타낸 그래프이다. 이온교환 온도를 550℃로 고정한 후, 이온교환 시간을 5분 간격으로 0분을 초과하여 20분까지 증가시킨 결과, 10분까지는 기계적 성질이 증가하지만 이후에는 급격히 감소하는 응력완화 현상을 확인하였다. FIG. 3 is a graph showing the mechanical properties of a borosilicate glass according to an embodiment of the present invention, measured at an ion exchange temperature of 550.degree. After the ion exchange temperature was fixed at 550 ° C, the ion exchange time was increased from 0 minutes to 20 minutes at intervals of 5 minutes. As a result, the mechanical properties were increased up to 10 minutes, but then the stress relaxation phenomenon rapidly decreased.

따라서, 도 2 및 도 3을 통해 응력완화 현상을 확인함과 동시에, 3mm 두께의 보로실리케이트 유리의 이온교환 최적조건인 550℃, 10분을 확보할 수 있었으며, 최적 조건에서의 비커스 경도, 파괴인성, 3점 굽힘 강도는 각각 775kg/mm2, 1.91MPam1 /2, 764MPa으로, 강화되지 아니한 보로실리케이트 유리보다 각각 27% 150%, 249% 씩 증가하였다. 2 and 3, it was confirmed that the stress relaxation phenomenon was observed, and at the same time, the optimum conditions for ion exchange of borosilicate glass having a thickness of 3 mm were maintained at 550 ° C for 10 minutes. The Vickers hardness, fracture toughness , three-point bending strength was increased by 27% to 150%, 249% from borosilicate glass which have, not strengthen each 775kg / mm 2, 1.91MPam 1/ 2, 764MPa.

한편, 방탄소재 적층시 다양한 두께의 보로실리케이트 유리가 소요되어, 유리를 두께별(3mm, 4mm, 6mm)로 분류하고, 이를 각각 550℃에서 이온교환의 최적조건을 확보하기 위하여 3점 굽힘 강도 측정결과를 하기 [표 4]에서와 같이 나타내었다.On the other hand, when laminated bulletproof materials, various thicknesses of borosilicate glass are required, and the glass is classified into thicknesses (3 mm, 4 mm, 6 mm) and the three point bending strength measurement The results are shown in Table 4 below.

이온교환시간(분)Ion exchange time (min) 3 점 굽힘 강도 (MPa)3 point bending strength (MPa) 두께(mm)Thickness (mm) 3mm3mm 4mm4mm 6mm6mm 8mm8mm Parent(이온교환하지않음)Parent (no ion exchange) 219219 221221 230230 245245 1010 764764 772772 764764 -- 1212 -- 783783 791791 -- 1515 650650 767767 810810 792792 1717 -- -- -- 815815 1818 -- -- -- 835835 1919 -- -- -- 802802 2020 643643 750750 801801 --

두께별 보로실리케이트 유리의 이온교환 최적 조건은 3mm의 경우 550℃, 10분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 59㎛ 였으며, 굽힘강도는 약 764MPa이다. 4mm 보로실리케이트 유리는 550℃, 12분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 72㎛ 였으며, 이 때 굽힘강도는 783MPa이다. 6mm 두께는 550℃, 15분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 90㎛ 였으며, 굽힘강도는 810MPa 까지 증가하였다. 마지막으로 8mm 두께는 550℃, 18분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 110㎛ 였으며, 굽힘강도는 810MPa 까지 증가하였다.Optimum ion exchange conditions of borosilicate glass by thickness was 3mm In case the exchange 10 minutes 550 ℃, ions, K + ions penetration depth 59㎛, the bending strength was about 764MPa. The 4 mm borosilicate glass had a K + ion penetration depth of 72 μm when ion exchanged at 550 ° C. for 12 minutes, wherein the bending strength was 783 MPa. When ion exchanged at 550 ℃ for 15 min, the K + ion penetration depth was 90 ㎛ and the bending strength was increased to 810 MPa. Finally, when ion exchanged at 550 ℃ for 18 minutes, the K + ion penetration depth was 110 ㎛ and the bending strength increased to 810 MPa.

이러한 강화된 보로실리케이트 유리는 현재 방탄소재로 사용되는 일반 SLS 유리보다 기계적 성질이 36%, 166%, 409% 씩 증가하여 방탄소재를 SLS 유리에서 강화된 보로실리케이트 유리로 대체할 경우 방탄소재의 박형화, 경량화가 가능할 것으로 판단된다.These reinforced borosilicate glasses have increased mechanical properties by 36%, 166% and 409% compared to ordinary SLS glass, which is currently used as a bulletproof material, so that when bulletproof materials are replaced by reinforced borosilicate glass from SLS glass, , And weight reduction.

이온교환시간(분)Ion exchange time (min) 3 점 굽힘 강도 (MPa)3 point bending strength (MPa) 두께thickness 3mm3mm 4mm4mm 6mm6mm Parent(이온교환하지않음)Parent (no ion exchange) 145145 154154 160160 1010 630630 640640 653653 1212 618618 700700 712712 1515 610610 691691 761761 1717 607607 688688 750750 2020 595595 683683 727727

상기 표 5에서는 일반 SLS 유리를 480℃로 온도를 고정하고 이온교환시간을 변화시키면서 강화시킨 후 각각 3점 굽힘 강도를 측정하여 나타낸 것이다. 두께별 SLS 유리의 이온교환 최적 조건은 3mm의 경우 480℃, 10분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 15㎛ 였으며, 굽힘 강도는 약 630MPa이다. 4mm 두께의 SLS 유리는 480℃, 12분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 21㎛ 였으며, 이 때 굽힘 강도는 700MPa이다. 6mm 두께의 SLS 유리는 480℃, 15분 이온교환 할 경우, K+ 이온 침투 깊이가 34㎛ 였으며, 굽힘 강도는 761MPa 까지 증가하였다.In Table 5, the general SLS glass was fixed at a temperature of 480 캜 and the three-point bending strength was measured by changing the ion exchange time. The optimal conditions for ion exchange of SLS glass by thickness were 3 μm and 480 ° C for 10 min ion exchange, K + ion penetration depth was 15 μm and bending strength was about 630 MPa. The SLS glass with a thickness of 4 mm had a K + ion penetration depth of 21 μm when subjected to ion exchange at 480 ° C. for 12 minutes, wherein the bending strength was 700 MPa. In the 6mm thick SLS glass, the K + ion penetration depth was 34μm and the bending strength was increased to 761MPa when ion exchanged at 480 ℃ for 15 minutes.

그러나, 상기 강화된 SLS 유리의 굽힘 강도는 본 발명에 의한 강화된 보로실리케이트 유리의 굽힘 강도에 비하여 다소 낮았으며, 따라서 보로실리케이트 유리는 SLS 유리의 대안으로 평가될 수 있을 것이다.However, the bending strength of the reinforced SLS glass was somewhat lower than the bending strength of the reinforced borosilicate glass according to the present invention, so that borosilicate glass could be evaluated as an alternative to SLS glass.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의해 강화되는 보로실리케이트 유리의 광학적 성질에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, the optical properties of the borosilicate glass reinforced according to one embodiment of the present invention will be described.

방탄소재로 활용하기 위해서 고려되어야 하는 물성으로서, 기계적 성질과 함께 가시광 영역에서 두께별로 요구되는 광학적 성질인 광 투과율이 있다. As a physical property to be considered for use as a bulletproof material, there is a mechanical property and a light transmittance which is an optical property required for each thickness in a visible light region.

하기 [표 6]에서는 방탄소재의 제품규격인 MIL-G-5485D 규격으로 제조된 방탄유리의 두께별 요구되는 최소 광 투과율(%)을 나타내었다. Table 6 below shows the minimum light transmittance (%) required for the thickness of the bulletproof glass manufactured according to the MIL-G-5485D standard, which is a product standard of the bulletproof material.

두께(mm) Thickness (mm) Minimum Transmittance(%)Minimum Transmittance (%) 12.712.7 8181 19.019.0 7878 25.425.4 7676 31.831.8 7373 38.138.1 7070 44.544.5 6868 50.850.8 6666

상기 [표 6]에서와 같은 두께별 최소 광 투과율을 참고하여 이온교환시 최적조건에서 확보된 기계적 성질과 함께 광학적 성질도 측정해서 요구조건을 만족해야 투명 방탄소재로 실제 제작 및 활용이 가능하다. The minimum optical transmittance according to the thickness as shown in Table 6 above is used to measure the optical properties as well as the mechanical properties obtained under the optimum conditions at the time of ion exchange.

본 발명의 일 실시예에서 이온교환 강화된 보로실리케이트 유리의 이온교환 온도 및 시간에 따른 광 투과율을 도 4의 그래프로 나타냈다. In one embodiment of the present invention, the ion exchange temperature and time-dependent light transmittance of the ion-exchanged borosilicate glass are shown in the graph of FIG.

도 4에서 이온교환 온도 및 시간이 증가하면서 가시광 영역에서 측정된 광 투과율은 91.2%로서, 강화되지 아니한 보로실리케이트 유리의 광 투과율인 91.6% 보다 근소하게 감소하였으나, 최적 이온교환 조건인 550℃, 10분간 이온교환한 보로실리케이트 유리의 광 투과율은 91.4%으로 측정되어, 투명 방탄소재로의 활용이 가능한 것으로 확인되었다.In FIG. 4, as the ion exchange temperature and time were increased, the light transmittance measured in the visible region was 91.2%, which was slightly lower than the light transmittance of unreinforced borosilicate glass of 91.6% The light transmittance of the borosilicate glass subjected to the minute ion exchange was measured to be 91.4%, and it was confirmed that it can be used as a transparent bulletproof material.

또한, 표에 기재하지는 아니하였으나, 동일강도의 SLS 유리는 당연히 보로실리케이트 유리에 비하여 두껍게 구현되어야 할 것이므로, 그만큼 광 투과율의 손실이 예상된다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 보로실리케이트 유리는 동일강도의 SLS 유리에 비하여 광 투과율 면에서 보다 더 우수하다고 할 것이다.Although not shown in the table, SLS glass of the same strength should naturally be made thicker than borosilicate glass, so that a loss of light transmittance is expected to be expected. Therefore, the borosilicate glass according to one embodiment of the present invention is superior to the SLS glass of the same strength in light transmittance.

이상에서 설명된 보로실리케이트 유리의 강화방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described reinforcing method of borosilicate glass is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively combined .

또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

Claims (7)

보로실리케이트 유리의 적어도 일면에 99% 이상의 순도를 갖는 KNO3 분말을 도포하는 단계; 및
상기 KNO3 가 도포된 보로실리케이트 유리를 열처리함으로써 도포된 알칼리 이온이 보로실리케이트 유리 내부로 침투하도록 하는 단계를 포함하고,
상기 알칼리 이온은 KNO3 에 포함된 K+이고,
상기 열처리는 540 ~ 560℃의 온도범위에서 8 ~ 18분간 유지하여, 상기 K+ 이온이 상기 보로실리케이트 유리내로 침투되는 깊이가 38~90㎛가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 보로실리케이트 유리의 강화방법.
Applying KNO 3 powder having at least 99% purity on at least one side of the borosilicate glass; And
Heat treating the borosilicate glass coated with KNO 3 to cause the applied alkali ions to penetrate into the borosilicate glass,
The alkali ion is K + contained in KNO 3 ,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 540 to 560 캜 for 8 to 18 minutes so that the depth of the penetration of the K + ions into the borosilicate glass is 38 to 90 탆.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보로실리케이트 유리는 SiO2, Na2O, Al2O3 및 B2O3를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보로실리케이트 유리의 강화방법.
The method according to claim 1,
Wherein the borosilicate glass comprises SiO 2 , Na 2 O, Al 2 O 3 and B 2 O 3 .
제1항 또는 제6항 중 어느 하나의 항에 의해 강화되는 보로실리케이트 유리.A borosilicate glass reinforced by any one of claims 1 to 6.
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