KR102585577B1 - 화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법 {Glass composition for chemical strengthening, and chemically strengthened glass thin plate prepared therefrom and its manufacturing method}
본 발명은 화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 일반적으로 스마트폰, 자동차, 태양전지 등 다양한 전자제품 커버 소재로 사용되는 유리는 투명하며 기존 판유리보다 고강도 및 내마모성을 요구하는 550 ㎛ 이하 화학강화용 박판 유리소재가 사용되고 있다.
하지만 기존 판유리와 달리 고점도/고융점 소재로 용융 공정 사항 및 설비에 따른 높은 비용 지출과 현재 원천 유리 조성을 국내 독자적으로 확보가 어려운 상황이다.
이에 따라, 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서도 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가지는 화학강화 유리 박판 및 이의 제조방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한편, 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0015272호가 제시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0015272호 (2018.02.12)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서도 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가지는 화학강화 유리 박판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 목표를 달성할 수 있는 화학강화 유리 박판을 제조할 수 있는 화학강화용 유리 조성물을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 P2O5 및 B2O3의 함량이 5 내지 10 mol%일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
0.8 < (R2O+B2O3)/Na2O < 1.2
(상기 관계식 1에서 Na2O, R2O(R=Li, K) 및 B2O3는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 2를 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 2]
0.5 < Na2O/(Na2O+R2O) < 0.65
(상기 관계식 2에서 Na2O 및 R2O(R=Li, K)는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 MgO, CaO, BaO, SrO 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 SnO2, Sb2O3, As2O3, CeO2, F, Cl 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 Y2O3, In2O3, Ga2O3, GeO2 및 WO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 ZrO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 희토류계 산화물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 화학강화용 유리 조성물은 MnO2, CrO, V2O5, Nb2O5, CoO3 및 Fe2O3를 0.1 mol% 이하로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 화학강화시켜 제조되며, 550 ㎛ 이하의 두께를 가지는 화학강화 유리 박판에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 화학강화 유리 박판은 표면 압축 응력(CS)이 600 ㎫ 이상이고, 강화 깊이(DOL)가 30 ㎛ 이상이며, 연화점(Ts)이 950℃ 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 a) 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 포함하는 유리 모재를 두께 550 ㎛ 이하로 절단하여 유리 박판을 준비하는 단계; b) 상기 유리 박판을 350 내지 400℃에서 예열하는 단계; c) 상기 예열된 유리 박판을 400 내지 500℃의 질산칼륨 용융조에 침지하여 이온교환 하는 단계; 및 d) 상기 이온교환된 유리 박판을 냉각시켜 화학강화 유리 박판을 제조하는 단계;를 포함하는 화학강화 유리 박판의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화학강화용 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함함으로써, 이 유리 조성물을 이용하여 제조된 화학강화유리가 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 조성물을 이용하여 550 ㎛ 두께로 절단 가공된 화학강화유리는 600 ㎫ 이상의 표면 압축 응력(CS), 50 ㎛ 이상의 강화 깊이(DOL) 및 950℃ 이하의 연화점(Ts)을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 화학강화 유리 박판의 제조 방법을 간략하게 도시한 것이다.
이하 본 발명에 따른 화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 화학강화용 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함함으로써, 이 유리 조성물을 이용하여 제조된 화학강화유리가 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 조성물을 이용하여 550 ㎛ 두께로 절단 가공된 화학강화유리는 600 ㎫ 이상의 표면 압축 응력(CS), 30 ㎛ 이상의 강화 깊이(DOL) 및 950℃ 이하의 연화점(Ts)을 가질 수 있다. 이때, 특별히 한정하는 것은 아니나, CS의 상한은 1200 ㎫, DOL의 상한은 100 ㎛일 수 있으며, Ts의 하한은 850℃일 수 있다.
보다 좋게는, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
0.8 < (R2O+B2O3)/Na2O < 1.2
(상기 관계식 1에서 Na2O, R2O(R=Li, K) 및 B2O3는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
더욱 좋게는, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 2를 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 2]
0.5 < Na2O/(Na2O+R2O) < 0.65
(상기 관계식 2에서 Na2O 및 R2O(R=Li, K)는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
상기 관계식 1 및 2를 만족하는 화학강화용 유리 조성물을 사용하여 두께 550 ㎛ 이하의 화학강화유리를 제조할 경우, 800 ㎫ 이상의 표면 압축 응력(CS), 50 ㎛ 이상의 강화 깊이(DOL) 및 910℃ 이하의 연화점(Ts)을 가질 수 있다. 이때, 특별히 한정하는 것은 아니나, CS의 상한은 1200 ㎫, DOL의 상한은 100 ㎛일 수 있으며, Ts의 하한은 850℃일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물의 각 원료 성분에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 예에 있어, SiO2는 유리의 네트워크를 형성하는 성분으로, 첨가량은 40 내지 55 mol%일 수 있으며, 보다 좋게는 47 내지 53 mol%일 수 있다. SiO2의 첨가량이 지나치게 적으면 유리화하기 어려워지며, 내열충격성이 저하될 수 있다. 반대로, SiO2의 첨가량이 지나치게 많아지면 용융성이나 성형성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, Al2O3는 이온 교환 성능을 높이는 성분으로, 첨가량은 18 내지 25 mol%일 수 있으며, 보다 좋게는 18 내지 23 mol%일 수 있다. Al2O3의 첨가량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능이 저하되어 충분한 화학강화가 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, Al2O3의 첨가량이 지나치게 많아지면 용융성이나 성형성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, Na2O는 이온 교환을 위한 성분으로, 첨가량은 10 내지 13 mol%일 수 있으며, 보다 좋게는 11 내지 13 mol%일 수 있다. Na2O의 첨가량이 지나치게 적으면 이온 교환 성능이 저하되어 충분한 화학강화가 이루어지지 않을 수 있으며, 용융성 및 성형성이 떨어질 수 있다. 반대로, Na2O의 첨가량이 지나치게 많아지면 열충격성이 저하되고, 강화 깊이(DOL)가 30 ㎛ 미만으로 얕아질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, R2O(R=Li, K)는 이온 교환 성분 및 이온 교환을 촉진시키기 위한 것으로, 첨가량은 7 내지 10 mol%일 수 있으며, 보다 좋게는 7 내지 9 mol%일 수 있다. R2O의 첨가량이 지나치게 적으면 강화 깊이(DOL)가 30 ㎛ 미만으로 얕아질 수 있다. 반대로, R2O의 첨가량이 지나치게 많아지면 강화 깊이(DOL) 값은 커지나 표면 압축 응력(CS)이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, P2O5 및 B2O3는 화학강화유리의 강도를 더욱 향상시키기 위한 것으로, 첨가량은 P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, B2O3 2.5 내지 5 mol%일 수 있으며, 보다 좋게는 P2O5 5 내지 6.5 mol% 및 B2O3 3.5 내지 5 mol%일 수 있다.
좋게는, 조성물 총 중량에 대하여 P2O5 및 B2O3의 함량이 5 내지 10 mol%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 보다 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가질 수 있다. 구체적인 일 예시로, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 만족하며, P2O5 및 B2O3의 함량이 5 내지 10 mol%인 유리 조성물로 제조된 550 ㎛ 두께의 화학강화유리는 650 ㎫ 이상의 표면 압축 응력(CS), 40 ㎛ 이상의 강화 깊이(DOL) 및 950℃ 이하의 연화점(Ts)을 가질 수 있다. 이때, 특별히 한정하는 것은 아니나, CS의 상한은 1200 ㎫, DOL의 상한은 100 ㎛일 수 있으며, Ts의 하한은 850℃일 수 있다.
이 외에도 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 MgO, CaO, BaO, SrO 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다. 이들을 첨가함으로써 고온 점도를 저하시켜서 용융성이나 성형성을 높일 수 있다. 다만, 그 첨가량이 너무 많아지면 밀도가 높아지고, 이온 교환 반응이 저해될 수 있음에 따라 10 mol% 이하로 첨가하는 것이 바람직하며, 적합한 첨가량 범위는 0.1 내지 10 mol%, 보다 좋게는 0.5 내지 5 mol%, 더욱 좋게는 1 내지 3 mol%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 SnO2, Sb2O3, As2O3, CeO2, F, Cl 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다. 이들을 첨가함으로써 이온 교환 성능을 높일 수 있다. 적합한 첨가량 범위는 0.01 내지 10 mol%, 보다 좋게는 0.1 내지 5 mol%, 더욱 좋게는 0.2 내지 3 mol%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 Y2O3, In2O3, Ga2O3, GeO2 및 WO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다. 이들을 첨가함으로써 화학강화유리의 파쇄성을 개선시킬 수 있다. 적합한 첨가량 범위는 0.1 내지 10 mol%, 보다 좋게는 0.5 내지 8 mol%, 더욱 좋게는 2 내지 5 mol%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 ZrO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다. 이들을 첨가함으로써 고온 점도를 저하시키며, 이온 교환 성능을 높일 수 있다. 적합한 첨가량 범위는 0.001 내지 10 mol%, 보다 좋게는 0.01 내지 5 mol%, 더욱 좋게는 0.1 내지 0.5 mol%일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 Nb2O5, La2O3 등희토류계 산화물을 10 mol% 이하로 더 포함할 수 있다. 이들을 첨가함으로써 영률을 높일 수 있다. 적합한 첨가량 범위는 0.001 내지 10 mol%, 보다 좋게는 0.01 내지 5 mol%, 더욱 좋게는 0.1 내지 0.5 mol%일 수 있다.
반면, 본 발명의 일 예에 따른 화학강화용 유리 조성물은 MnO2, CrO, V2O5, Nb2O5, CoO3 및 Fe2O3를 실질적으로는 거의 포함하지 않을 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 0.1 mol% 이하, 보다 좋게는 0.01 mol% 이하, 더욱 좋게는 0.001 mol% 이하로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 화학강화용 유리 조성물을 화학강화시켜 제조된 화학강화 유리 박판에 관한 것으로, 구체적으로는 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 화학강화시켜 제조되며, 550 ㎛ 이하의 두께를 가지는 화학강화 유리 박판에 관한 것이다.
이때, 상기 화학강화용 유리 조성물은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
또한, 화학강화는 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 후술하는 공정 조건에 따라 제조될 수 있다.
이처럼, 상기 화학강화용 유리 조성물을 화학강화시켜 제조된 화학강화 유리 박판은 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 화학강화 유리 박판은 표면 압축 응력(CS)이 600 ㎫ 이상이고, 강화 깊이(DOL)가 30 ㎛ 이상이며, 연화점(Ts)이 950℃ 이하일 수 있다.
나아가, 상기 화학강화 유리 박판의 두께는 550 ㎛ 이하일 수 있으며, 구체적으로는 200 내지 550 ㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 화학강화 유리 박판의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 a) 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 포함하는 유리 모재를 두께 550 ㎛ 이하로 절단하여 유리 박판을 준비하는 단계; b) 상기 유리 박판을 350 내지 400℃에서 예열하는 단계; c) 상기 예열된 유리 박판을 400 내지 500℃의 질산칼륨 용융조에 침지하여 이온교환 하는 단계; 및 d) 상기 이온교환된 유리 박판을 냉각시켜 화학강화 유리 박판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, a) 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 포함하는 유리 모재를 두께 550 ㎛ 이하로 절단하여 유리 박판을 준비하는 단계를 수행할 수 있다. 마찬가지로, 상기 화학강화용 유리 조성물은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
상기 유리 박판은 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 a-1) 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 유리 원료를 도가니에 투입하고 용융시키는 단계; a-2) 용융물을 금형에 붓고 냉각하여 유리 플레이트를 형성하는 단계; a-3) 상기 유리 플레이트를 어닐링 하는 단계; 및 a-4) 소성된 유리 플레이트를 기 계획된 크기로 절단하는 단계;로부터 제조될 수 있다.
이때, 상기 a-1)단계의 용융은 유리 원료가 충분히 용융될 수 있을 정도의 온도 및 시간이면 족하며, 일 예시로 1500 내지 1800℃에서 30분 내지 3시간 동안 용융시킬 수 있다.
또한, 상기 a-3)단계의 어닐링은 통상적인 조건 하에서 수행될 수 있으며, 일 예시로 500 내지 800℃에서 1 내지 10시간 동안 어닐링을 수행할 수 있다.
유리 박판이 준비되면, b) 상기 유리 박판을 350 내지 400℃에서 예열하는 단계를 수행할 수 있다. 이처럼 질산칼륨 용융조에 유리 박판을 넣기 전에 350 내지 400℃에서 예열함으로써 이온 교환 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 예열은 통상적인 수준에서 행해질 수 있으며, 특별히 한정하진 않으나 예를 들면 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
다음으로, c) 상기 예열된 유리 박판을 400 내지 500℃의 질산칼륨 용융조에 침지하여 이온교환 하는 단계를 수행할 수 있다. 이를 통해 기존 판유리와 비슷한 연화점을 가지면서도 550 ㎛ 이하의 두께에서도 우수한 표면 압축응력 및 강화 깊이를 가지는 화학강화 유리 박판을 제조할 수 있다. 상기 이온교환은 통상적인 수준에서 행해질 수 있으며, 특별히 한정하진 않으나 예를 들면 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
이후, d) 상기 이온교환된 유리 박판을 냉각시켜 화학강화 유리 박판을 제조하는 단계를 수행할 수 있다. 이때 급랭에 의해 이온교환된 유리 박판이 파손되지 않도록, 350 내지 370℃에서 1 내지 5분 동안 냉각한 후, 실온까지 서랭하여 화학강화 유리 박판을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 화학강화용 유리 조성물과 이로부터 제조된 화학강화 유리 박판 및 이의 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 6]
하기 표 1을 만족하도록 각 원료 성분을 배합(몰%)하여 알루미나 도가니에 투입한 후 1650℃에서 1시간 동안 용융시켰다. 용융 유리를 금형에 붓고 냉각하여 유리 플레이트를 형성한 후 다시 600℃에서 3시간 동안 어닐링한 후 실온까지 서랭하여 유리모재를 제조하였다. 상기 유리모재를 25×10㎜ 크기로 절단하고, 광학 연마 방식을 통해 550 ㎛ 두께가 되도록 연마하였다.
상기에서 제조된 유리 박판을 370℃에서 30분 간 예열시킨 후, 440℃의 질산칼륨 용융조(KNO3 molten bath)에 침지시켜 35분 간 이온교환 시켰다. 완료 후 이온교환된 유리 박판을 용융조에서 꺼내어 370℃에서 1분 동안 냉각하고, 실온까지 서랭하여 화학강화 유리 박판을 제조하였다.
(몰%) SiO2 Al2O3 Na2O K2O P2O5 B2O3 (R2O+B2O3)/Na2O Na2O/
(Na2O+R2O)
비교예 1
50
20
10
10		 2.5 7.5 1.75
0.5
실시예 1 5 5 1.5
실시예 2 7.5 2.5 1.25
비교예 2
50
20
12.5
7.5		 2.5 7.5 1.2
0.625
실시예 3 5 5 1
실시예 4 7.5 2.5 0.8
[특성 평가]
상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 6에서 각각 제조된 화학강화 유리 박판을 하기 방법을 통해 물성 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
a) 표면 압축응력(CS, ㎫) 및 강화 깊이 (DOL, ㎛): 표면 응력계를 사용하여 관찰되는 간섭무늬(fringe pattern)의 개수와 그 간격으로부터 표면 압축응력 값과 강화 깊이를 산출하였다.
b) 연화점(Ts, ℃): ASTM C338에 의거하여 평가하였다.
(몰%) CS (㎫) DOL (㎛) Ts (℃)
비교예 1 620 53 897
실시예 1 751 65 913
실시예 2 666 88 940
비교예 2 804 41 888
실시예 3 841 62 900
실시예 4 816 52 933
상기 표 1 및 2를 참고하면, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, R2O(R=Li, K) 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%의 함량 범위를 만족하는 유리 조성물로 제조된 화학강화 유리 박판은 표면 압축 응력(CS)이 650 ㎫ 이상 및 강화 깊이(DOL)가 50 ㎛ 이상이었으며, 연화점은 950℃ 이하였다.
특히, 본 발명에서 제시한 관계식 1 및 2를 만족하는 유리 조성물로 제조된 실시예 3의 화학강화 유리 박판은 표면 압축 응력(CS)이 841 ㎫ 및 강화 깊이(DOL)가 62 ㎛이었으며, 연화점은 900℃로 특성이 가장 우수하였다.
반면, B2O3의 첨가량이 7.5 몰%였던 비교예 1 및 2의 경우, 연화점은 낮아졌으나 표면 압축응력 및 강화 깊이가 저하되는 단점이 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, K2O 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물로,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 것인, 화학강화용 유리 조성물.
    [관계식 1]
    0.8 < (K2O+B2O3)/Na2O < 1.2
    [관계식 2]
    0.5 < Na2O/(Na2O+K2O) < 0.65
    (상기 관계식 1 및 2에서 Na2O, K2O 및 B2O3는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 P2O5 및 B2O3의 함량이 5 내지 10 mol%인, 화학강화용 유리 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 MgO, CaO, BaO, SrO 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 SnO2, Sb2O3, As2O3, CeO2, F, Cl 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 Y2O3, In2O3, Ga2O3, GeO2 및 WO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 ZrO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 10 mol% 이하로 더 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 희토류계 산화물을 10 mol% 이하로 더 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 MnO2, CrO, V2O5, Nb2O5, CoO3 및 Fe2O3를 0.1 mol% 이하로 포함하는, 화학강화용 유리 조성물.
  11. 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, K2O 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 화학강화시켜 제조되며, 550 ㎛ 이하의 두께를 가지는 화학강화 유리 박판으로,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 것인, 화학강화 유리 박판.
    [관계식 1]
    0.8 < (K2O+B2O3)/Na2O < 1.2
    [관계식 2]
    0.5 < Na2O/(Na2O+K2O) < 0.65
    (상기 관계식 1 및 2에서 Na2O, K2O 및 B2O3는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 화학강화 유리 박판은 표면 압축 응력(CS)이 800 ㎫ 이상이고, 강화 깊이(DOL)가 50 ㎛ 이상이며, 연화점(Ts)이 910℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 화학강화 유리 박판.
  13. a) 조성물 총 중량에 대하여, SiO2 40 내지 55 mol%, Al2O3 18 내지 25 mol%, Na2O 10 내지 13 mol%, K2O 7 내지 10 mol%, P2O5 2.5 내지 7.5 mol%, 및 B2O3 2.5 내지 5 mol%를 포함하는 화학강화용 유리 조성물을 포함하는 유리 모재를 두께 550 ㎛ 이하로 절단하여 유리 박판을 준비하는 단계;
    b) 상기 유리 박판을 350 내지 400℃에서 예열하는 단계;
    c) 상기 예열된 유리 박판을 400 내지 500℃의 질산칼륨 용융조에 침지하여 이온교환 하는 단계; 및
    d) 상기 이온교환된 유리 박판을 냉각시켜 화학강화 유리 박판을 제조하는 단계;를 포함하는 화학강화 유리 박판의 제조 방법으로,
    상기 화학강화용 유리 조성물은 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 것인, 화학강화 유리 박판의 제조 방법.
    [관계식 1]
    0.8 < (K2O+B2O3)/Na2O < 1.2
    [관계식 2]
    0.5 < Na2O/(Na2O+K2O) < 0.65
    (상기 관계식 1 및 2에서 Na2O, K2O 및 B2O3는 각 성분의 함량(mol%)이다.)
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