KR102249941B1 - 유리 조성물 및 이로부터 제조된 화학강화 유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 44 내지 64 중량부의 SiO2, 15 내지 25 중량부의 Al2O3, 9 내지 16 중량부의 Na2O, 0.5 내지 4 중량부의 ZrO2 및 0.1 내지 0.5 중량부의 SnO2를 포함하는 유리 조성물, 및 이를 포함하는 화학강화 유리에 관한 것이다.

Description

유리 조성물 및 이로부터 제조된 화학강화 유리{GLASS COMPOSITION AND CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 유리 조성물 및 이로부터 제조되고 기계적 물성이 우수한 화학강화 유리에 관한 것이다.
휴대폰, TV, 노트북, 디지털 카메라 등과 같은 다양한 전자기기 보호용 커버 유리로 화학강화 유리가 적용되고 있다. 또한, 상기 화학강화 유리는 터치스크린 커버용 유리로 적용하고 있으며, 자동차 유리, 태양광, 건물/건축물 등에도 적용 가능하다. 특히, 휴대용 전자기기에 적용되는 화학강화 유리는 두께가 1.0mm 미만으로 얇으며, 내마모성, 내충격성 등과 같은 기계적 물성이 우수해야 한다.
이와 같이 두께가 얇은 박형 유리의 강도를 향상시키기 위해, 유리 조성물 중에 포함하는 알칼리 금속보다 이온 반경이 큰 이온을 함유하는 용융염에 제조된 유리를 침지하는 방법이 제안되었다. 상술한 바와 같은 침지 방법은 유리 중의 알칼리 금속 이온과 용융염 중의 이온이 교환되어 유리 표면에 압축 응력을 형성시켜 유리의 강도를 향상시킬 수 있다. 상술한 바와 같은 이온 교환에 의한 강도 향상 효율을 향상시키기 위해서는 이온 교환 성능이 우수한 유리 조성물의 개발이 필요하다.
이와 관련하여, 일본 등록특허 제5,796,905호(특허문헌 1)에는 SiO2 40~75%, Al2O3 10~20%, B2O3 0.01~8%, Li2O 0~5%, Na2O 10~20%, MgO 0~10%, CaO 0~4% 및 SrO+BaO 0~10%를 함유하는 강화유리 기판이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 강화유리 기판은 용융시 휘발성이 강한 B2O3을 필수 성분으로 함유하여, 용융에 의해 침식이 유발되거나 제조된 유리가 일정한 조성을 갖기 어려운 한계가 있었다. 또한, 상기 특허문헌 1의 강화유리 기판은 알칼리 토금속 산화물인 CaO, BaO 및 SrO를 포함하여 알칼리 금속 이온과 용융염 간의 이온 교환 성능을 방해함으로써 강도 향상 효과가 적은 단점이 있다.
따라서, 제조된 유리가 내마모성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하여 휴대용 전자기기에 적용 가능하고, 알칼리 금속 이온과 용융염 간의 이온 교환 성능이 우수하여 강도 향상 효과가 우수한 유리 조성물에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
일본 등록특허 제5,796,905호 (공개일: 2013. 6. 20.)
이에, 본 발명은 제조된 유리가 내마모성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하여 휴대용 전자기기의 커버유리 또는 터치스크린용으로 적용 가능하고, B2O3, CaO, BaO, SrO, TiO2, CeO2 및 As2O3를 포함하지 않아 알칼리 금속 이온과 용융염 간의 이온 교환 성능이 우수하여 강도 향상 효과가 우수한 유리 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 44 내지 64 중량%의 SiO2, 15 내지 25 중량%의 Al2O3, 9 내지 16 중량%의 Na2O, 0.5 내지 4 중량%의 ZrO2 및 0.1 내지 0.5 중량%의 SnO2를 포함하는, 유리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유리 조성물을 포함하는, 화학강화 유리를 제공한다.
본 발명에 따른 유리 조성물을 포함하는 화학강화 유리는 내마모성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하여 휴대용 전자기기의 커버유리 또는 터치스크린용으로 적합하다. 또한, 상기 화학강화 유리는 B2O3, CaO, BaO, SrO, TiO2, CeO2 및 As2O3를 포함하지 않아 알칼리 금속 이온과 용융염 간의 이온 교환 성능이 우수하여 강도 향상 효과가 우수하다.
유리 조성물
본 발명에 따른 유리 조성물은 SiO2, Al2O3, Na2O, ZrO2 및 SnO2를 포함한다.
이하, 본 발명의 상기 유리 조성물의 각 성분들을 상세히 설명한다.
SiO 2
SiO2는 망목 형성 산화물(network former oxide)로 유리 내 4배위(사면체)에 존재하여 유리의 기본적인 골격을 형성하는 역할을 한다.
상기 SiO2의 함량은 조성물의 고온 점도 및 용융성에 영향을 주는바, 제조된 유리의 내구성 조절을 위해 적절히 조절하는 것이 필요하다. 예를 들어, 상기 SiO2는 44 내지 64 중량부, 또는 46 내지 63 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. SiO2의 함량이 상기 함량을 초과한 경우, 조성물의 고온 점도가 증가되거나 용융성이 낮은 단점이 있고, 상기 함량 미만인 경우, 유리화가 어려워져 제조된 유리의 내구성이 부족한 한계가 발생할 수 있다.
Al 2 O 3
Al2O3는 유리의 강도 및 내구성을 향상시키고, 이온 교환 성능을 향상시켜 제조된 유리의 강도 향상 효과를 향상시키는 역할, 및 네트워크를 형성하는 역할을 한다.
상기 Al2O3는 15 내지 25 중량부, 또는 17 내지 24.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. Al2O3의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 조성물의 고온 점도가 증가하고 용융 부하가 증가하여 작업성이 떨어지는 문제가 발생하거나 실투 온도가 증가하는 단점이 발생할 수 있다. 또한, Al2O3의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 제조된 유리의 내화학성 및 내구성이 취약해지고 화학강화 성능도 부족한 단점이 발생할 수 있다.
Na 2 O
Na2O는 유리 조성물의 용융을 촉진하며, 제조된 유리 내에서 용융염과 이온교환을 하는 필수성분이다.
상기 Na2O는 9 내지 16 중량부, 또는 9.5 내지 15 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. Na2O의 함량이 상기 범위를 초과하면, 제조된 유리의 화학적 내구성이 악화되며 유리의 열팽창계수가 증가하여 열 충격에 약해져 파손의 가능성이 높아진다. 또한, Na2O의 함량이 상기 범위 미만이면, 이온교환 효과가 불충분하여 제조된 유리의 기계적 물성이 부족하고, 고온에서의 점도가 증가되고 용융 부하가 증가하여 작업성이 떨어지는 단점이 발생할 수 있다.
ZrO 2
ZrO2는 이온교환 속도를 증가시키고 유리의 내구성을 개선하는 역할을 한다.
상기 ZrO2는 0.5 내지 4 중량부, 또는 1 내지 3 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. ZrO2의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 조성물의 용융 온도가 높아져 실투 온도가 증가하여 좋은 품질의 유리를 얻기 어려운 한계가 있다. 또한, ZrO2의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 이온교환 성능이 부족하고 제조된 유리의 내구성이 부족한 한계가 있다.
SnO 2
SnO2는 제조된 유리 내의 기포 생성을 억제하여 품질을 향상시키는 역할(청징 역할)을 한다.
상기 SnO2는 0.1 내지 0.5 중량부, 또는 0.3 내지 0.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. SnO2의 함량이 상기 함량 범위를 벗어나면, 제조된 유리 내 기포 생성이 증가하여 유리의 품질이 부족한 문제가 발생할 수 있다.
상기 유리 조성물은 Li2O, K2O, MgO, P2O5 및 FeO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Li 2 O
Li2O는 이온교환이 가능한 성분으로, 이온교환을 촉진시키는 역할 및 유리 조성물의 용융을 촉진하는 역할을 한다.
상기 Li2O는 0 내지 4 중량부, 0 내지 3.5 중량부, 또는 0.001 내지 3.5 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. Li2O의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 제조된 유리의 화학적 내구성이 약화되고, 유리의 열팽창계수가 증가하여 열충격성이 부족하여 열충격에 의한 파손 가능성이 높아진다. 또한, Li2O의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 이온교환 성능이 저하되고 고온 점도가 증가되며 용융 부하가 증가하여 작업성이 부족한 단점이 있다.
K 2 O
K2O는 조성물의 용융성을 향상시키고 혼합 알칼리효과로 제조된 유리의 이온교환 속도를 증대시키는 역할을 한다.
상기 K2O는 0 내지 8 중량부, 0 내지 6 중량부, 또는 0.001 내지 6 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. K2O의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 제조된 유리의 화학적 내구성이 악화되고 유리의 열팽창계수가 증가하여 열충격에 의한 파손 가능성이 높아진다. 또한, K2O의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 조성물의 용융성이 저하되고, 이온교환속도가 낮아지는 단점이 있다.
MgO
MgO는 알칼리 토금속 산화물 중에서도 이온반경이 작아 이온교환 성능을 향상시키는 효과가 높고, 조성물의 용융성을 증가시켜 고온점도를 감소시키는 역할을 한다.
상기 MgO는 0 내지 5 중량부, 0 내지 4 중량부, 또는 0.001 내지 4 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. MgO의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 제조된 유리의 열팽창계수가 높아지고 유리에 실투가 발생하기 쉬운 문제가 있다. 또한, MgO의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 이온교환 성능이 저하되어 제조된 유리의 기계적 물성이 부족한 한계가 있다.
P 2 O 5
P2O5는 유리의 이온교환 성능을 향상시키고, 특히 화학강화 후 내충격성을 향상시키는 역할, 및 네트워크를 형성하는 역할을 한다.
상기 P2O5는 0 내지 10 중량부, 0 내지 9 중량부, 또는 0.001 내지 9 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. P2O5의 함량이 상기 함량 범위를 초과하면, 고온점도 증가로 인해 조성물의 용융성이 감소하는 단점이 발생하다. 또한, P2O5의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, P2O5 첨가로 인한 이온교환 향상 효과가 없어 제조된 유리의 화학강화 성능이 감소하는 단점이 발생한다.
FeO
FeO는 유리 내 Fe2+ 이온으로 존재하여 적외선 및 태양열선 투과율을 감소시키는 착색제 역할을 한다. FeO의 투입을 통하여 산소 가스 방출을 통한 기포 제거에 효과가 있어 제조된 유리의 품질을 향상시키는 역할(청징 역할)을 한다.
상기 FeO는 0.001 내지 0.03 중량부, 0.005 내지 0.02 중량부, 또는 0.04 내지 0.02 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. FeO의 함량이 상기 함량 범위 미만이면, 제조된 유리 내 기포 생성이 증가하여 유리의 품질이 부족한 문제가 발생할 수 있다. 또한, FeO의 함량이 상기 함량 범위 초과이면, 제조된 유리의 색순도가 증가하여 투과도가 떨어지는 단점이 있다.
상기 FeO 함량은 산화제 함량을 통해 조절 가능하며, 상기 산화제는 유리 내 기포를 제거하는 청징 역할을 한다. 이때, 상기 산화제는 NaNO3 및 KNO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 SnO2 및 산화제를 1 : 2.5 내지 4의 중량비로 포함할 수 있다. SnO2 및 산화제의 중량비가 상기 범위 내일 경우, 산화제 투입량 대비 청징 효과가 적절하며, 과량의 산화제, 즉 상기 중량비를 초과하는 함량의 산화제를 첨가할 경우, 유리 내 기포가 증가할 수 있다.
Li2O, K2O, MgO 및 P2O5의 총량은 0 내지 25 중량부, 0 내지 23 중량부, 또는 3 내지 20 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
또한, SiO2, Al2O3 및 P2O5의 총량을 조절하여 조성물의 유리화를 조절할 수 있으며, Al2O3 및 P2O5가 SiO2를 대체하여 제조된 유리의 이온교환 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, SiO2, Al2O3 및 P2O5의 총량이 71 내지 85 중량부, 또는 73 내지 84 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. SiO2, Al2O3 및 P2O5의 총량이 상기 범위를 초과하면, 조성물의 고온점도 증가와 용융부하 및 실투증가로 유리화가 어려워지며, 상기 범위 미만이면, 제조된 유리의 내구성이 감소하고 화학강화 성능이 감소된다.
상기 조성물 내의 Al2O3 및 P2O5의 함량비를 조절함으로써, 제조된 유리의 내구성 및 이온교환 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, P2O5/Al2O3의 중량비가 0 내지 0.5, 또는 0.1 내지 0.5일 수 있다. P2O5/Al2O3의 중량비가 상기 범위를 초과하면, 제조된 유리의 이온교환 성능 및 내구성이 저하될 수 있다.
나아가, 상기 (Na2O+Li2O)/Al2O3의 중량비를 조절함으로써, 조성물의 용융성 및 제조된 유리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 상기 (Na2O+Li2O)/Al2O3의 중량비가 0.55 내지 0.90, 또는 0.58 내지 0.8일 수 있다. (Na2O+Li2O)/Al2O3의 중량비가 상기 범위를 초과하면, 제조된 유리의 내화학성 및 내구성이 저하되며 유리의 열팽창계수가 증가하여 열충격에 의한 파손 가능성이 높아진다. 또한, (Na2O+Li2O)/Al2O3의 중량비가 상기 범위 미만이면, 조성물의 고온점도 증가로 용융부하가 증가되며 Na2O 및 Li2O의 총량의 감소로 인하여 제조된 유리의 이온교환 성능이 감소될 수 있다.
불순물
상기 조성물은 사용되는 원료에 따라, 불순물로서 CaO, MnO 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 성분들로 인해 제조된 유리의 열적 특성이나 물성에 영향을 미치지 않도록, 상기 CaO, MnO 및 TiO2 의 총량은 0.2 중량부 이하, 또는 0.15 중량부 이하로 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 조성물은 0.08 중량부 이하, 또는 0.02 내지 0.08 중량부의 CaO, 0.03 중량부 이하, 또는 0.015 내지 0.03 중량부의 MnO, 0.05 중량부 이하, 또는 0.008 내지 0.05 중량부의 TiO2를 포함할 수 있다.
상기 조성물은 B2O3, CaO, BaO, SrO, TiO2, CeO2 및 As2O3를 포함하지 않아 제조된 유리가 알칼리 금속 이온과 용융염 간의 이온 교환 성능이 우수하여 강도 향상 효과가 우수하다.
화학강화 유리
또한, 본 발명에 따른 화학강화 유리는 상술한 바와 같은 유리 조성물을 포함한다.
상기 화학강화 유리는 연화점이 700 내지 970 ℃이고, ASTM D 3884 방법으로 측정된 헤이즈가 2.5% 이하이며, ASMT E 92-82 방법으로 측정된 비커스 경도가 580 kgf/mm2 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학강화 유리는 연화점이 930℃ 이하, 900℃ 이하, 850℃ 이하, 또는 800℃ 이하일 수 있다. 유리의 연화점은 SiO2, Al2O3, P2O5 또는 ZrO2의 함량을 감소시키거나 Li2O, Na2O, K2O 또는 MgO의 함량을 증가시킴으로써 낮출 수 있다. 다만, 유리의 연화점이 너무 낮으면, 화학강화 처리시 온도를 증가하여 강화를 진행할 때, 유리의 처짐이나 흐물거리는 현상 등이 발생하여 유리의 기능을 상실하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화학강화 유리의 내마모성은, ASTM D 3884 방법으로 측정된 헤이즈가 2.5% 이하로 우수할 수 있다.
나아가, 상기 화학강화 유리의 내손상성 및 내마모성은, ASMT E 92-82 방법으로 측정된 비커스 경도가 580 kgf/mm2 이상, 또는 610 kgf/mm2 이상으로 우수할 수 있다. 유리의 비커스 경도는 Al2O3, P2O5, MgO 또는 ZrO2의 함량을 증가시키거나 Li2O, Na2O 또는 K2O의 함량을 감소시킴으로써 향상될 수 있다. 다만, Al2O3, P2O5, MgO 또는 ZrO2의 함량을 과도하게 증가시키거나 Li2O, Na2O 또는 K2O의 함량을 과도하게 감소시킬 경우 고온점도 증가로 인한 용융성 저하 문제가 발생할 수 있다.
더불어, 상기 화학강화 유리는 ASTM D 1709 방법 중 무게 130g±2g의 강구를 70mm×150mm×0.5mm(가로×세로×두께)의 유리에 자유 낙하시켜 측정한 최대 미파손 높이가 100cm 이상, 110cm 이상, 또는 120cm 이상일 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따른 화학강화 유리는 내충격성이 우수하여 낙하에 의한 파손 가능성이 낮은 장점이 있다.
또한, 상기 화학강화 유리는 상술한 바와 같은 유리 조성물을 플로트법, 다운드로우법 또는 오버플로우 다운드로우법으로 성형하여 판 유리를 제조하는 단계; 및 질산염 용액에 상기 판 유리를 침지하거나 질산염 용액을 상기 판 유리의 표면에 분사하는 화학강화 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학강화 단계는 알칼리 질산염에 상기 판 유리를 침지하거나, 알칼리 질산염을 상기 판 유리의 표면에 스프레이 형식으로 분사하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화학강화 단계는 350 내지 450 ℃에서 30분 내지 6시간 동안 수행할 수 있다. 이때, 상기 알칼리 질산염은 NaNO3 및 KNO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 화학강화 유리는 상술한 바와 같이 경도, 내마모성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하여 휴대용 전자기기의 커버유리 또는 터치스크린용으로 적합하다. 또한, 상기 화학강화 유리는 적절한 연화점을 가져 화학강화 처리시 온도가 증가하여도 유리의 처짐이나 흐름거리는 현상 등이 발생하지 않는다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 7. 유리의 제조
90%Pt-10%Rh 도가니, 가스로 및 전기로를 이용하였으며, 하기 표 1 내지 표 4의 조성을 갖도록 혼합물에 산화제를 첨가하고 500g 기준으로 계량한 후 1,650℃의 가스로에서 1시간 용융하고 급랭하여 유리 파우더로 회수하였다. 이후, 1,650℃의 전기로에서 3시간 동안 2회 용융하여 균질성이 우수한 유리를 제조하였다.
이때, 산화제로는 초석(NaNO3)을 사용하였다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
SiO2 62.4 57.3 59.4 60 51.3
Al2O3 19.1 17.5 20.1 18.4 21.1
Li2O 3.5 3.2 2.2 3.4 3.5
Na2O 10.6 9.7 13.8 10.2 10.6
K2O 0 0 0 3.8 0
MgO 2 1.8 2 1.9 2
ZrO2 2 1.8 2.1 1.9 2
SnO2 0.3 0.3 0.3 0.25 0.5
P2O5 0 8.3 0 0 8.9
FeO 0.019 0.016 0.009 0.017 0.014
CaO 0.035 0.039 0.040 0.065 0.041
TiO2 0.020 0.019 0.028 0.041 0.018
MnO 0.026 0.026 0.023 0.027 0.027
총량 100 100 100 100 100
SiO2+Al2O3+P2O5 81.5 83.1 79.5 78.4 81.3
SiO2+Al2O3 81.5 74.8 79.5 78.4 72.4
P2O5/Al2O3 0 0.474 0 0 0.422
SnO2/산화제의 중량비 2.5 2.6 3.3 2.5 2.8
Li2O+K2O+MgO+P2O5 5.5 13.3 4.2 9.1 14.4
(Na2O+Li2O)/Al2O3 0.738 0.737 0.796 0.739 0.668
구분(중량%) 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10
SiO2 54.4 50.6 46 53.4 52.9
Al2O3 24.1 18 18.6 18.3 18.1
Li2O 3.5 0 0 0 0
Na2O 10.6 14 14 14.1 14.1
K2O 0 4 6 6 2
MgO 2 2 4 0 2
ZrO2 2 2 2 2 2
SnO2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
P2O5 3 9 9 5.8 8.5
FeO 0.015 0.008 0.005 0.006 0.005
CaO 0.051 0.052 0.043 0.056 0.049
TiO2 0.019 0.022 0.030 0.019 0.025
MnO 0.015 0.018 0.022 0.019 0.021
총량 100 100 100 100 100
SiO2+Al2O3+P2O5 81.5 77.6 73.6 77.5 79.5
SiO2+Al2O3 78.5 68.6 64.6 71.7 71
P2O5/Al2O3 0.124 0.5 0.484 0.317 0.47
SnO2/산화제의 중량비 2.7 3.5 3.8 3.7 3.8
Li2O+K2O+MgO+P2O5 8.5 15 19 11.8 12.5
(Na2O+Li2O)/Al2O3 0.585 0.778 0.753 0.770 0.779
구분(중량%) 실시예11 실시예12 실시예13 비교예1 비교예2
SiO2 47.3 59.4 64 54.4 55.5
Al2O3 18.2 20.1 12 27.1 14
Li2O 0 6.4 8 3.5 2
Na2O 14.1 9.5 10 10.6 11
K2O 6 0 0 0 3
MgO 6 2.1 0 2 3.9
ZrO2 2 2.1 1.7 2 0
SnO2 0.3 0.3 0.5 0.3 0.5
P2O5 6 0 1 0 10
ZnO 0 0 2.7 0 0
FeO 0.004 0.038 0.06 0.018 0.015
CaO 0.041 0.029 0.023 0.046 0.037
TiO 0.028 0.015 0.008 0.018 0.022
MnO 0.027 0.018 0.009 0.018 0.026
총량 100 100 100 100 100
SiO2+Al2O3+P2O5 71.5 79.5 77 81.5 79.5
P2O5/Al2O3 0.33 0 0.08 0 0.71
SnO2/산화제의 중량비 3.4 3.2 3.6 2.5 4.2
Li2O+K2O+MgO+P2O5 18 8.5 9 5.5 18.9
(Na2O+Li2O)/Al2O3 0.775 0.791 1.5 0.520 0.929
구분(중량%) 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
SiO2 60.2 70.2 42.8 50.4 66.4
Al2O3 12.2 0.9 20.8 21.8 7.5
Li2O 0 0 2 0 0
Na2O 18.3 13.9 8.3 14.4 15.5
K2O 3 0.2 9 0 0.5
MgO 2 4.6 3 0 0
ZrO2 3 0.05 4 12 6.1
SnO2 0.3 0.2 0 1.3 0.3
P2O5 0 0 10 0 2.4
ZnO 0.9 0.03 0 0 0
FeO 0.034 0.045 0.028 0.018 0.008
CaO 0.031 9.61 0.031 0.022 1.25
TiO 0.021 0.245 0.026 0.034 0.025
MnO 0.014 0.020 0.015 0.026 0.017
총량 100 100 100 100 100
SiO2+Al2O3+P2O5 72.4 71.1 73.6 72.2 76.3
P2O5/Al2O3 0 0 0.48 0 0.32
SnO2/산화제의 중량비 6.2 1.4 0 0.24 0.24
Li2O+K2O+MgO+P2O5 5 4.8 24 0 2.9
(Na2O+Li2O)/Al2O3 1.5 15.4 0.5 0.7 2.1
시험예. 유리의 물성 평가
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 7의 유리의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
(1) 연화점
연화점은 ASTM C 336 규격에 따라 측정하였다.
(2) 비커스 경도
비커스 경도는 ASTM E 92-82 규격에 따라 측정하였으며, 구체적으로, 비커스 경도기를 이용하여 두께 1mm의 유리에 200gf의 힘을 경도를 측정하였다.
(3) 내충격성
내충격성은 ASTM D 1709 규격에 따라 측정하였으며, 구체적으로, 무게 130g±2g의 강구를 70mm×150mm×0.5mm(가로×세로×두께)의 유리에 자유 낙하시켜 측정하였다. 이때, 특정 높이에서 유리 표면에 균열 및 파손이 생기지 않으면, 유리 제품은 그 높이에서 내충격성을 갖는 것으로 했다. 예를 들어, 유리의 표면으로부터 100cm의 높이에서 강구를 낙하시켰을 때, 유리의 균열 및 파손이 발생하지 않았으나 110cm의 높이에서 낙하시켰을 때 유리에 균열 또는 파손이 생겼으면 최대 미파손 높이를 100cm로 결정하였다.
(4) 내마모성
내마모성은 ASTM D 3884 규격에 따라 측정하였으며, 구체적으로, 테이버(Taber) 시험기를 이용하여 유리 표면에서 마모륜을 3,000회 회전시킨 후 유리의 헤이즈(haze, 흐림 값)을 측정하였다.
구분 연화점(℃) 내마모성(Haze, %) 내충격성
(최대 미파손 높이, cm)		 비커스 경도
(kg/mm2)
실시예 1 811 1.5 135 621
실시예 2 899 1.3 120 612
실시예 3 851 1.6 125 647
실시예 4 753 1.1 125 611
실시예 5 845 2.1 140 639
실시예 6 830 2.2 135 687
실시예 7 955 1.2 150 631
실시예 8 948 1.4 155 674
실시예 9 902 2 145 639
실시예 10 955 2.3 140 670.7
실시예 11 901 3.3 95 566
실시예 12 767 3.5 95 525
실시예 13 723 3.8 85 515
비교예 1 874 3.1 100 662
비교예 2 985 3.5 110 535
비교예 3 825 2.5 90 575
비교예 4 732 5.8 50 522
비교예 5 974 1.3 80 563
비교예 6 901 1.5 40 642
비교예 7 854 4.2 95 601
표 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 유리는 높은 내충격 및 내마모성이 우수하며, 비커스 경도 및 기포 품질이 우수했다.
반면, 과량의 Al2O3을 포함하는 비교예 1의 유리는 실투 온도가 높아져 결정구조를 가짐으로써 내마모성이 부족했다. 또한, 소량의 Al2O3 포함하고, P2O5/Al2O3의 중량비가 0.5 초과인 비교예 2의 유리는 용융부하가 증가하여 연화점이 높으며, 이온교환 성능이 낮아 내충격성 및 내마모성이 부족했다. 또한, 비교예 3의 유리는 과량의 Na2O 및 소량의 Al2O3를 포함하여 이온교환 성능이 낮아 내충격성이 부족하였으며, 극미량의 Al2O3 및 과량의 CaO를 포함하는 비교예 4의 유리는 이온교환 성능이 낮아 내마모성, 내충격성 모두 부족하였다. 또한, 비교예 5의 유리는 Na2O를 소량 포함하여 용융부하가 증가하여 연화점이 높으며, 이온교한 효과 감소로 내충격성이 부족했다. 나아가, 과량의 ZrO2을 함유한 비교예 6의 유리는 실투 증가로 인하여 내충격성이 매우 부족하였으며, 과량의 SnO2를 포함하여 전자기기 액정과 결합시 Blue 색상을 띄는 현상이 발생하여 색순도 증가하여 전자기기 보호용 유리에 적합하지 않았다. 또한, SnO2를 미투입한 비교예 5의 유리는 기포 품질이 부족하였으며, 과량 투입한 비교예 6의 유리는 Blue 색상을 가져 전자기기 보호용 유리에 적합하지 않았다. 또한, 비교예 7의 유리는 소량의 Al2O3을 포함하여 내마모성이 부족하였으며, 과량의 ZrO2를 포함하여 실투 증가로 인하여 내충격성이 부족하였다.

Claims (8)

  1. 44 내지 64 중량부의 SiO2, 15 내지 25 중량부의 Al2O3, 9 내지 16 중량부의 Na2O, 0.5 내지 4 중량부의 ZrO2 및 0.1 내지 0.5 중량부의 SnO2를 포함하는 유리 조성물로서,
    Li2O를 포함하고, (Na2O+Li2O)/Al2O3의 중량비는 0.55 내지 0.9이며,
    B2O3를 포함하지 않는 것인, 유리 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    K2O, MgO, P2O5 및 FeO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것인, 유리 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    Li2O, K2O, MgO 및 P2O5의 총량 3 내지 25 중량부에 대하여, FeO 0.001 내지 0.03 중량부를 포함하는, 유리 조성물.
  4. 청구항 2에 있어서,
    P2O5/Al2O3의 중량비가 0 내지 0.5인 것인, 유리 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    불순물로서 CaO, MnO 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는, 유리 조성물.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    0.08 중량부 이하의 CaO, 0.03 중량부 이하의 MnO 및 0.05 중량부 이하의 TiO2를 포함하는, 유리 조성물.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 유리 조성물을 포함하는, 화학강화 유리.
  8. 청구항 7에 있어서,
    연화점이 700 내지 970 ℃이고, ASTM D 3884 방법으로 측정된 헤이즈가 2.5% 이하이며, ASMT E 92-82 방법으로 측정된 비커스 경도가 580 kgf/mm2 이상인, 화학강화 유리.
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