KR20140109016A - 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법 - Google Patents

강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140109016A
KR20140109016A KR1020130023102A KR20130023102A KR20140109016A KR 20140109016 A KR20140109016 A KR 20140109016A KR 1020130023102 A KR1020130023102 A KR 1020130023102A KR 20130023102 A KR20130023102 A KR 20130023102A KR 20140109016 A KR20140109016 A KR 20140109016A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
etching
solution
etched
potassium
Prior art date
Application number
KR1020130023102A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101469506B1 (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 KR1020130023102A priority Critical patent/KR101469506B1/ko
Publication of KR20140109016A publication Critical patent/KR20140109016A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101469506B1 publication Critical patent/KR101469506B1/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
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • 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
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • 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
    • C03C19/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
    • C09K13/08—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid containing a fluorine compound

Landscapes

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

Abstract

본 발명은, 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 단계와, 면취된 유리에 형성된 크랙을 제거하고 강도를 증진하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭하는 단계와, 에칭된 유리를 칼륨 이온을 포함하는 가열된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 유리 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하여 화학강화처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유리 표면에 형성된 미세크랙을 제거하고 화학강화처리를 수행하게 되므로 유리 강화 효과가 높일 수 있고 강도를 증진할 수가 있다.

Description

강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법{Manufacturing method of chemical reinforced glass having improved strength}
본 발명은 화학강화유리의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리 면취부의 에칭을 통해 유리 면취부에 형성된 미세크랙을 제거하고 화학강화처리를 수행하는 과정을 통해 강도를 개선하는 화학강화유리의 제조방법에 관한 것이다.
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. 예를 들면, 소다라임 실리카 계열의 박판 유리를 이용하여 질산칼륨(KNO3) 용액에 담가두어 소다라임 실리카 유리에 있는 나트륨 이온(Na+)이 질산칼륨(KNO3) 용액의 칼륨 이온(K+)으로 치환되어 강화되는 방법으로서, 이러한 방법은 주로 2.0㎜ 이하의 박판유리를 강화하는데 이용된다.
그러나, 화학강화처리를 수행하기 전에 유리의 표면을 연마하여 평탄화하거나, 절단기를 이용하여 형태 및 크기에 맞게 절단하거나, 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 공정이 수행되게 된다.
이러한 평탄화, 절단 또는 면취 공정에서 유리 표면에 미세크랙이 생성될 수 있으며, 유리 표면에 생성된 미세크랙은 강도를 떨어뜨리는 요인이 되고 있다. 또한, 유리 표면에 미세크랙이 발생된 상태로 화학강화처리를 수행하게 되면 유리 강화 효과가 떨어지게 되므로 이를 억제하고 유리의 강도를 증진할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유리 면취부에 형성된 미세크랙을 제거하기 위한 에칭 공정을 수행하고 화학강화처리를 수행하는 과정을 통해 강도를 개선하는 화학강화유리의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 단계와, 면취된 유리에 형성된 크랙을 제거하고 강도를 증진하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭하는 단계와, 에칭된 유리를 칼륨 이온을 포함하는 가열된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 유리 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하여 화학강화처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법을 제공한다.
상기 면취하는 단계 전에, 유리의 표면을 연마하여 평탄화하는 단계와, 평탄화된 유리를 절단기를 이용하여 형태 및 크기에 맞게 절단하는 단계와, 절단되어 형성된 유리에 묻어있는 유리 가루나 이물질을 제거하기 위하여 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다.
또한, 상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4), 플루오르화암모늄(HN4F) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다.
또한, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄, 아크릴산, 퍼설페이트계 과산화물, 수산화칼륨 및 물이 혼합된 용액일 수 있다. 상기 퍼설페이트계 과산화물은 암모늄퍼설페이트, 소듐퍼설페이트 및 포타슘퍼설페이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄 및 물이 혼합된 용액일 수 있다.
상기 에칭은 유리의 조도, 투과율 및 강도를 고려하여 300∼1200초 동안 수행하는 것이 바람직하다.
화학강화처리를 수행하기 전에 유리의 표면을 연마하여 평탄화하거나, 절단기를 이용하여 형태 및 크기에 맞게 절단하거나, 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 공정이 수행되게 되는데, 이러한 평탄화, 절단 또는 면취 공정에서 유리 표면에 미세크랙이 생성될 수 있으며, 유리 표면에 생성된 미세크랙은 강도를 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.
본 발명에 의하면, 면취된 유리에 형성된 미세크랙을 제거하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭함으로써 유리의 강도를 개선할 수 있다.
유리 면취부의 에칭을 통해 유리 면취부에 형성된 미세크랙을 제거하고 화학강화처리를 수행하는 경우에 유리 면취부에 대한 에칭 공정을 수행하지 않고 화학강화처리를 수행하는 경우보다 강도를 개선할 수 있는 장점이 있다.
유리 표면에 형성된 미세크랙을 제거하고 화학강화처리를 수행하게 되므로 유리 강화 효과가 높일 수 있고 유리의 강도를 증진할 수가 있다.
도 1은 제1 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 제2 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 제3 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 제4 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 에칭 전 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 에칭 후 유리의 투과율(transmittance)과 에칭 전 유리의 투과율을 비교하여 보여주는 도면이다.
도 7은 에칭 조건에 따라 유리 면취부의 조도(roughness)를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 8은 에칭 조건에 따라 에칭한 유리를 각각 10회씩 3점 곡강도(strength)를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 9는 제3 에칭액으로 600초 동안 에칭한 유리, 미에칭 소다석회유리, 강화 고릴라유리를 사용하여 30회씩 3점 곡각도 측정을 통하여 웨이블 차트(Weibull chart)를 얻은 결과를 보여주는 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.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법은, 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 단계와, 면취된 유리에 형성된 크랙을 제거하고 강도를 증진하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭하는 단계와, 에칭된 유리를 칼륨 이온을 포함하는 가열된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 유리 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하여 화학강화처리하는 단계를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법은 상기 면취하는 단계 전에, 유리의 표면을 연마하여 평탄화하는 단계와, 평탄화된 유리를 절단기를 이용하여 형태 및 크기에 맞게 절단하는 단계와, 절단되어 형성된 유리에 묻었는 유리 가루나 이물질을 제거하기 위하여 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
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 있다.
평탄화된 유리를 절단기를 이용하여 형태·크기에 맞게 절단하는 공정을 수행한다. 상기 유리를 절단하는 방법으로는 워터 젯(water jet)을 사용하여 냉간 가공을 하거나, 스크라이브 장치 또는 레이저를 이용하는 방법 등이 있다.
유리가 절단되어 형성된 유리에 유리 가루나 이물질을 제거하기 위한 1차 세정공정을 수행한다.
연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취한 다음, 연마된 제품에 묻은 유리 가루나 연마재 가루를 제거하기 위한 2차 세정공정을 수행하며, 세정된 유리를 건조한다.
면취된 유리에 형성된 크랙을 제거하고 강도를 증진하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭한다.
상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다. 불산(HF), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)은 1:1∼5:1∼4의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4), 플루오르화암모늄(HN4F) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다. 불산(HF), 황산(H2SO4), 플루오르화암모늄(HN4F) 및 물(H2O)은 1:1∼6:10∼50:5∼30의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산(methanesulfonic acid; CH3SO3H), 불화수소암모늄(ammonium bifluoride; NH4HF2), 아크릴산(acrylic acid), 퍼설페이트계 과산화물, 수산화칼륨(KOH) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다. 상기 퍼설페이트계 과산화물은 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate), 소듐퍼설페이트(sodium persulfate), 포타슘퍼설페이트(potassium persulfate) 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 메탄설폰산, 불화수소암모늄, 아크릴산, 퍼설페이트계 과산화물, 수산화칼륨 및 물은 5∼15:2∼8:5∼12:1:0.01∼2:20∼120의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산(methanesulfonic acid; CH3SO3H), 불화수소암모늄(ammonium bifluoride; NH4HF2) 및 물(H2O)이 혼합된 용액일 수 있다. 메탄설폰산, 불화수소암모늄 및 물은 1∼5:1:5∼30의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 에칭은 유리의 조도, 투과율 및 강도를 고려하여 300∼1200초 동안 수행하는 것이 바람직하다.
유리를 화학적으로 처리하는 화학강화처리 공정을 수행한다. 상기 화학강화처리 공정은 소정 온도로 가열된 질산칼륨(KNO3)과 같은 칼륨 소스 용액이 담긴 화학강화처리 장치에 유리를 투입하여 소정 시간 동안 이온교환시킴으로써 유리 표면에 강화가 이루어지도록 하는 구성을 갖는다. 상기 화학강화처리 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어질 수 있다.
에칭된 유리를 이송유닛에 의해 화학강화처리 장치의 상부로 투입하고, 상온(예컨대, 25℃)에서 유리의 유리전이온도(glass transition temperature)보다 낮은 소정 온도(예컨대, 300℃∼500℃)로 상승시키고 소정 시간(예컨대, 30분∼120분) 동안 유지하여 열충격을 최소화하기 위하여 유리를 예열한 후, 화학강화처리를 위해 예열로에서 상기 유리를 인출하고 질산칼륨(KNO3) 용액과 같은 칼륨 소스 용액이 담긴 화학강화처리 장치로 이동시킨다. 화학강화처리 장치의 내부에는 칼륨 소스 용액이 담겨 있고, 상기 화학강화처리 장치 내부의 온도는 화학강화처리를 위한 온도로 설정되어 있다.
상기 화학강화처리 장치의 내부에는 칼륨 이온(K+)을 포함하는 질산칼륨(KNO3), 수산화인산칼륨(K2HPO4), 염화칼륨(KCl), 인산칼륨(K2PO4) 등의 칼륨 소스 용액이 담겨 있다. 상기 칼륨 소스 용액에는 질산나트륨(NaNO3)과 같은 나트륨 소스 용액이 더 혼합되어 있을 수 있다. 칼륨 소스 용액에 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 용액은 유리의 유리전이온도(glass transition temperature)보다 낮은 온도(에컨대, 300℃∼500℃)로 가열되어 있으며, 상기 유리를 화학강화처리 장치 내부에 소정 시간 이상(예컨대, 3∼12시간) 동안 담가두면 이온 치환에 의해 화학적 강화가 이루어지게 된다. 즉, 상기 유리를 상기 화학강화처리 장치 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 압축 응력층을 형성하게 되어 큰 표면 밀도를 갖는 강화유리가 형성되게 된다.
화학강화처리 장치로부터 화학강화 처리된 유리를 인출하고, 인출된 유리는 소정 온도(예컨대, 약 20℃)로 세팅된 증류수가 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.
제품화를 위해 화학강화유리는 외형 검사와 비접촉식 응력 검사가 이루어질 수 있다. 상기 비접촉식 응력 검사는 화학강화층의 두께를 측정하고 그에 따른 응력 분포를 예측함으로써 화학강화유리의 강도를 측정하는 것이다. 화학강화유리에서 바람직한 화학강화층의 두께는 유리 두께에 따라 10∼200㎛ 정도인 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
화학강화유리의 곡강도와 바이액시얼(Biaxial) 유리의 이상 현상을 확인하였다. 이는 유리에 존재하는 미세크랙이 유리의 강도에 큰 영향을 주는 것으로 예상하였다. 따라서, 유리 면취부에 존재하는 미세크랙을 제거할 경우, 화학강화유리의 기계적 특성의 변화를 살펴보았다.
이에 대한 실험은 다음과 같은 방법으로 진행하였다.
강화 전 소다석회유리를 이용하여 다음과 같은 4종류의 유리 에칭액에서 유리 면취부 에칭을 하였다.
* 실험에 사용한 에칭액
① 제1 에칭액으로 불산(HF), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)이 9:28:13의 중량비로 혼합된 용액을 사용하였다.
② 제2 에칭액으로 불산(HF), 황산(H2SO4), 플루오르화암모늄(HN4F) 및 물(H2O)이 1:4:29:16의 중량비로 혼합된 용액을 사용하였다.
③ 제3 에칭액으로 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄, 아크릴산, 암모늄퍼설페이트, 수산화칼륨 및 물이 10:5:8:1:0.5:75의 중량비로 혼합된 용액을 사용하였다.
④ 제4 에칭액으로 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄 및 물이 3:1:16의 중량비로 혼합된 용액을 사용하였다.
위의 4개의 에칭액을 이용하여 60, 150, 300, 600초 동안 유리를 에칭하였다. 에칭액의 온도는 상온(24℃)의 온도로 설정하여 에칭을 진행하였다.
에칭된 유리의 강화는 400℃에서 6시간 동안 진행하였으며, 미세조직, 투과율, 조도, 강도 등을 분석하였다.
에칭 조건에 따라 에칭한 유리의 면취부를 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 이용하여 미세조직을 관찰하였다.
도 1 내지 도 4는 각 에칭액에 따른 미세조직이며, 도 5는 에칭 전 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다. 도 1은 제1 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 제2 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이며, 도 3은 제3 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 4는 제4 에칭액으로 60, 150, 300, 600초 동안 에칭된 유리의 면취부를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 에칭액 4종 모두 에칭 시간이 600초 이상이 되면, 유리의 면취부에 존재하는 미세크랙은 대부분 사라지는 것으로 확인되었다.
에칭이 진행되면서 불산(HF)은 유리의 Si-Si 결합을 끊어 유리를 녹이는데, 이때 F 이온과 Si 이온이 결합하면서 SiF4 성분을 만들어 내며 이는 위의 미세구조사진에서 볼 수 있듯이 흰색 물질로 유리 표면에 잔류하여 유리의 투과도를 저하시키는 한가지 요인이 된다.
미세구조 사진상으로는 제1 에칭액으로 에칭한 유리의 표면이 가장 빠른 에칭 속도를 보였으며, 제2 에칭액이 가장 느린 에칭 속도를 보여주었다.
또한, 모든 에칭액에서 표면에 잔류하고 있는 SiF4 성분을 확인할 수 있었다.
도 6은 에칭 후 유리의 투과율(transmittance)과 에칭 전 유리의 투과율을 비교한 결과이다. 도 6에서 'Non etch'는 에칭하지 않은 경우이고, 'HH-150'은 제1 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'HH-300'은 제1 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'HH-600'은 제1 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-150'은 제2 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'HHA-300'은 제2 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-600'은 제2 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-150'은 제3 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'J1-300'은 제3 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-600'은 제3 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-150'은 제4 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'J2-300'은 제4 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-600'은 제4 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이다.
도 6을 참조하면, 미에칭 유리(Non etch)의 경우 약 92%의 투과율을 보인다. 불산(HF)이 들어있지 않은 제3 에칭액과 제4 에칭액은 유리의 투과율에 전혀 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 불산(HF)이 포함된 제1 에칭액 및 제2 에칭액은 10~85% 정도의 투과율이 낮아졌다. 이는 경면부에서도 에칭이 이루어졌음을 나타낸다.
도 7은 에칭 조건에 따라 유리 면취부의 조도(roughness)를 측정하였다. 측정한 값 중 Ra값을 선택하였다. Ra값은 표면의 거칠기의 총 평균을 구한 값이다. 도 7에서 'Non etch'는 에칭하지 않은 경우이고, 'HH-150'은 제1 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'HH-300'은 제1 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'HH-600'은 제1 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-150'은 제2 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'HHA-300'은 제2 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-600'은 제2 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-150'은 제3 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'J1-300'은 제3 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-600'은 제3 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-150'은 제4 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'J2-300'은 제4 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-600'은 제4 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이다.
도 7을 참조하면, 에칭 시간에 따라 조도는 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 에칭 초기에는 미세크랙의 주변부터 에칭이 시작되기 때문에 조도가 상승하였지만, 에칭 시간이 길어짐에 따라 유리 면취부의 크랙이 제거되어 조도가 감소하는 것을 볼 수 있다.
유리 면취부 내부에 존재하는 미세크랙을 통해 에칭액이 확산하면서 요철부가 확대된다. 이러한 요철부 확대는 유리 면취부에 수직으로 존재하는 미세크랙의 소멸을 의미하지만, 표면의 완만한 요철은 심화시킨다. 따라서 에칭 직후의 요철은 높아지게 되며, 에칭 시간이 지날수록 표면의 거칠기는 완화된다.
도 8은 각 에칭 조건에 따라 에칭한 유리를 각각 10회씩 3점 곡강도(strength)를 측정한 결과이다. 강화 조건은 400℃에서 6시간 강화하였다. 도 8서 'Non etch'는 에칭하지 않은 경우이고, 'HH-150'은 제1 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'HH-300'은 제1 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'HH-600'은 제1 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-150'은 제2 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'HHA-300'은 제2 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'HHA-600'은 제2 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-150'은 제3 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이며, 'J1-300'은 제3 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이고, 'J1-600'은 제3 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-150'은 제4 에칭액으로 150초 동안 에칭한 경우이고, 'J2-300'은 제4 에칭액으로 300초 동안 에칭한 경우이며, 'J2-600'은 제4 에칭액으로 600초 동안 에칭한 경우이다.
도 8을 참조하면, 모든 에칭 조건의 유리에서 조도가 낮아짐에 따라 강도가 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 이는 유리의 면취부에 존재하는 미세크랙이 3점 곡강도에 영향을 주는 명확한 근거로 판단된다.
제1 에칭액과 제2 에칭액으로 에칭한 유리의 강도는 눈에 띄게 증가하지 않았지만, 제3 에칭액과 제4 에칭액으로 에칭한 유리의 경우 강도 값의 편차는 늘었지만 강도는 크게 증가한 것을 볼 수 있다. 편차가 증가한 이유는 미세크랙이 완전히 제거되지 않아 강도에 영향을 준 것으로 생각된다.
가장 높은 강도를 보이는 제3 에칭액으로 600초 에칭한 유리(J1-600 etch)를 포함하여 같은 조건으로 강화한 미에칭 소다석회유리와 강화 고릴라유리를 사용하여 30회씩 3점 곡각도 측정을 통하여 도 9와 같은 3종의 유리의 웨이블 차트(Weibull chart)를 얻었다. 도 9에서 제3 에칭액으로 600초 에칭한 유리에 대한 것은 'J1-600 ethch'로 나타내었고, 미에칭 소다석회유리에 대한 것은 'Non-etch'로 나타내었으며, 고릴라유리에 대한 것은 'Gorilla'로 나타내었다.
도 9를 참조하면, 미에칭 소다석회유리에 비하여 에칭된 유리의 파괴강도의 산포는 증가하였으며, 600초 이상 에칭을 진행할 경우 강도값의 산포도 감소할 것으로 예상된다.
미에칭 소다석회유리에 비하여 최고 약 35%의 강도가 상승한 것을 확인할 수 있으며, 고릴라유리에 비하여 약 20%의 강도 상승 효과를 확인할 수 있었다.
4종의 에칭액을 이용하여 60, 150, 300, 600초 에칭을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
약 600초 전후의 시간에서 유리의 미세크랙은 크게 감소한 것으로 보인다.
미세크랙이 제거된 강화유리의 경우 3점 곡강도의 강도값은 동일 소다석회유리에 비해 약 35% 증가하였으며, 고릴라유리에 비하여 약 20%의 강도가 증가하였다.
불산(HF)이 포함된 에칭액의 경우 SiF4의 잔류물이 생성되어 유리의 투과도가 낮았지만, 불화암모늄을 기본으로 한 에칭액(제3 에칭액과 제4 에칭액)은 투과율의 저하가 없어 유리 가공 후 표면처리액으로서 적합할 것으로 판단된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 연삭기를 이용하여 유리의 상하부 모서리 부분을 면취하는 단계;
    면취된 유리에 형성된 크랙을 제거하고 강도를 증진하기 위하여 에칭액으로 유리의 면취부를 에칭하는 단계; 및
    에칭된 유리를 칼륨 이온을 포함하는 가열된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 유리 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하여 화학강화처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 면취하는 단계 전에,
    유리의 표면을 연마하여 평탄화하는 단계;
    평탄화된 유리를 절단기를 이용하여 형태 및 크기에 맞게 절단하는 단계; 및
    절단되어 형성된 유리에 묻어있는 유리 가루나 이물질을 제거하기 위하여 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에칭액은 불산(HF), 황산(H2SO4), 플루오르화암모늄(HN4F) 및 물(H2O)이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄, 아크릴산, 퍼설페이트계 과산화물, 수산화칼륨 및 물이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 퍼설페이트계 과산화물은 암모늄퍼설페이트, 소듐퍼설페이트 및 포타슘퍼설페이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에칭액은 불화암모늄계 에칭액으로서 메탄설폰산, 불화수소암모늄 및 물이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에칭은 유리의 조도, 투과율 및 강도를 고려하여 300∼1200초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법.
KR1020130023102A 2013-03-05 2013-03-05 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법 KR101469506B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130023102A KR101469506B1 (ko) 2013-03-05 2013-03-05 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130023102A KR101469506B1 (ko) 2013-03-05 2013-03-05 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140109016A true KR20140109016A (ko) 2014-09-15
KR101469506B1 KR101469506B1 (ko) 2014-12-05

Family

ID=51755829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130023102A KR101469506B1 (ko) 2013-03-05 2013-03-05 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101469506B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9711754B2 (en) 2015-04-29 2017-07-18 Samsung Display Co., Ltd. Manufacturing method of display device
KR102263657B1 (ko) * 2020-05-22 2021-06-10 동우 화인켐 주식회사 초박형 글라스 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102500473B1 (ko) 2015-10-26 2023-02-16 삼성디스플레이 주식회사 플로트 유리 및 이의 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007102843A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Hoya Corp 磁気記録媒体用ガラス基板および磁気ディスク
KR101294906B1 (ko) * 2006-11-16 2013-08-08 동우 화인켐 주식회사 반도체 소자 제조공정의 선택적 식각액
US9434644B2 (en) * 2010-09-30 2016-09-06 Avanstrate Inc. Cover glass and method for producing cover glass

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9711754B2 (en) 2015-04-29 2017-07-18 Samsung Display Co., Ltd. Manufacturing method of display device
KR102263657B1 (ko) * 2020-05-22 2021-06-10 동우 화인켐 주식회사 초박형 글라스 및 이의 제조 방법
WO2021235741A1 (ko) * 2020-05-22 2021-11-25 동우 화인켐 주식회사 초박형 글라스 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101469506B1 (ko) 2014-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5066617B2 (ja) 携帯端末装置のカバーガラス用のガラス基材およびその製造方法
KR101298236B1 (ko) 강화유리 강화 전 에지 에칭을 통한 강화 특성 향상 방법
JP7219273B2 (ja) 化学強化薄板ガラス基材、修正された湾曲のための新規なパラダイム、及び製造方法
WO2015008763A1 (ja) 化学強化ガラスの製造方法
JP2019501101A (ja) Ｓ字応力プロファイル及び生成方法
JP7301546B2 (ja) ガラス製品及びその製造方法
JP6809229B2 (ja) 化学強化ガラス及び化学強化ガラスの製造方法
WO2014012003A2 (en) Textured glass surface and methods of making
EP3201149B1 (en) Method for manufacturing patterned ion-exchanged substrates
US11254605B2 (en) Methods of reducing the thickness of textured glass, glass-ceramic, and ceramic articles with high concentration alkali hydroxide at elevated temperature
TW201412655A (zh) 具有高彎曲強度之玻璃物件及其製造方法
JP7310966B2 (ja) 化学強化ガラス
US20200361812A1 (en) Method of modifying a textured glass substrate with a region under compressive stress to increase strength of the glass substrate
JPWO2016117476A1 (ja) 化学強化ガラス及びその製造方法
KR101469506B1 (ko) 강도가 개선된 화학강화유리의 제조방법
US11629095B2 (en) Etching glass and glass ceramic materials in hydroxide containing molten salt
WO2018062141A1 (ja) 化学強化ガラスの製造方法
KR20150131747A (ko) 유리 힐리용 조성물
KR102565702B1 (ko) 강화 유리의 제조 방법 및 강화 유리
KR20140084588A (ko) 화학강화 유리의 제조방법
WO2021050837A1 (en) Fracture resistant glass-based articles

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: 20171201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181204

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191202

Year of fee payment: 6