WO2016129729A1 - 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물 및 이를 이용한 유리 강화 방법 - Google Patents

알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물 및 이를 이용한 유리 강화 방법 Download PDF

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WO2016129729A1
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glass
composition
kno
molten salt
additive
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PCT/KR2015/001504
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Inventor
이동일
이정석
유한종
김봉향
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엘지전자 주식회사
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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

Definitions

  • the present invention relates to a composition for producing aluminosilicate tempered glass and a glass strengthening method using the same.
  • Glass panels made of aluminum silicate glass or soda lime glass are widely used as components of most displays or electrical devices.
  • the glass is a panel for cathode ray tubes used in the manufacture of televisions and computer monitors, such as thin film transistor-liquid crystal displays (TFT-LCDs), plasma display panels, and organic OELs. It is widely used in flat panel displays such as luminescent.
  • Glass panel reinforcement methods can be roughly divided into physical reinforcement method and chemical reinforcement method.
  • the chemical strengthening method is a method using the principle of forming a compressive stress layer on the surface of a glass panel through an ion exchange process.
  • Chemical strengthening is used to increase the strength of thin glass.
  • Chemical strengthening is commonly referred to as ion exchange, which is a method of generating compressive stress by exchanging large ions for small ions on the glass surface. For example, larger ions are replaced by smaller ions in the glass, and larger, densely packed ions at the glass surface generate higher compressive stress, which in turn provides higher strength.
  • Widely used ion exchange treatment methods include a wet ion exchange method and a dry ion exchange method.
  • the glass is immersed in a salt bath containing molten salt to supply ions to the glass.
  • the ion exchange process between the glass surface and the molten salt is accomplished by the penetration of ions into the glass immersed in a salt bath in an elevated temperature atmosphere by diffusion due to the difference in concentration.
  • the dry ion exchange method is performed by depositing a coating liquid or paste containing a salt on the glass surface.
  • the chemical composition of the surface layer of the glass panel is different from that before the ion exchange treatment.
  • the chemical composition of the surface layer changes gradually from the surface layer of the glass panel to the inner layer. Accordingly, the properties of the glass, such as ion flowability and electrical conductivity, also vary from the surface layer of the glass to the inner layer.
  • the electrical conductivity of the glass surface layer depends on the chemical composition of the glass, which has a strong effect on the glass's resistance to electrical breakdown. In this case, the lower the fluidity of the ions included in the glass surface layer, the lower the electrical conductivity and the higher the strength of the glass.
  • a commonly used process involves placing glass in a KNO 3 single molten salt, where small Na + ions diffuse out of the glass and larger K + ions penetrate the site where Na + ions were. K + ions occupy more space than Na + ions and pressurize each other as the glass cools, causing compressive stress on the glass surface. This compressive stress layer serves to prevent cracks, scratches, etc. [ReneGy, Mater. Sci. Eng., B, 149 (2008) 159].
  • this reinforcing process has a problem that the ion penetration depth DOL increases as the process temperature increases, but the compressive stress CS generated on the glass surface decreases. This has the problem that the glass is easily broken in the end, in order to solve this problem was previously limited to simply increasing the time of the strengthening process, which was limited to the application to cause a decrease in mass production. Accordingly, there is an increasing need for a new chemical strengthening process technology capable of securing ion penetration depth without increasing time while maintaining high compressive stress.
  • the present inventors have tried to develop a new alumino silicate tempered glass manufacturing technology that can secure the depth of ion penetration without increasing time while maintaining a high compressive stress compared to the conventional KNO 3 molten salt, the results
  • the present invention has been completed by discovering that by using a specific additive, the ion-exchange rate can be improved, thereby reducing the process time and increasing the strength.
  • an object of the present invention is to provide a composition for producing aluminosilicate tempered glass as a chemical strengthening technology specialized in aluminosilicate-based glass.
  • Another object of the present invention is to provide a method of strengthening glass having high compressive stress and stress depth by using a new additive to existing KNO 3 molten salt to promote ion exchange rate.
  • One aspect of the present invention is a composition for producing aluminosilicate tempered glass by ion exchange, comprising (i) KNO 3 molten salt and (ii) potassium salt other than KNO 3 as an additive, wherein the additive is melted KNO 3 It is providing the composition characterized by being in the state dissolved in a salt.
  • composition of the present invention is intended to be used for alumino silicate-based glass
  • alumino-silicate means a mineral component consisting of aluminum, silicon, oxygen and a corresponding cation
  • alumino silicate-based glass refers to aluminum oxide ( Al 2 O 3 ) and silicic acid are used as the main glass components, and soda-lime silica (SiO 2 ), soda (Na 2 O), lime (CaO), etc. This is a distinct concept from silicate glass.
  • the aluminosilicate-based glass means a case where the Al 2 O 3 is at least 5 to 10% or more in the composition of the glass.
  • Potassium salt used as an additive in the composition of the present invention is other than KNO 3 , preferably may be at least one selected from the group consisting of K 2 SO 4, K 3 PO 4, KOH and K 2 CrO 4 , KNO 3 It is characterized by being present in the state dissolved evenly in molten salt.
  • the mechanism by which the potassium salt additive improves the substitution rate of K + ions and Na + ions in the glass is obtained by dissolving the additives in the molten liquid to become an ionized state. bury change the Na + ion and quickly K + to increase the concentration of surface gyejil the negative ions generated from the ion speed necessary is the principle and the additive reacts with the glass surface to the glass surface in response to the electromagnetic on by a glass inside of the K + It is understood that it facilitates the diffusion of.
  • the present invention may add a certain amount of a specific potassium salt additive dissolved in KNO 3 molten salt, there is an optimum temperature according to each composition, in one embodiment the composition for producing aluminosilicate tempered glass of the present invention (i) 80 to 99.99 wt% of KNO 3 molten salt and (ii) 0.01 to 20 wt% of the additive.
  • the composition may comprise (i) 85 to 97% by weight of KNO 3 molten salt and (ii) 3 to 15% by weight of the additive.
  • the molten salt component in the composition of the present invention consists of a KNO 3 single molten salt
  • the potassium salt additive is preferably a group consisting of K 2 SO 4, K 3 PO 4, KOH and K 2 CrO 4 . It may be one or more selected from.
  • the composition of the present invention should be adjusted to a temperature at which the KNO 3 salt is melted and the potassium salt additive is evenly dissolved in the melt, such as the temperature of the composition can be adjusted to 330 to 500 ° C, preferably 370 To 430 ° C.
  • Another aspect of the present invention provides a method for producing alumino-silicate glass, comprising the steps of: (i) providing aluminosilicate glass; And (ii) impregnating the glass into the composition according to any one of claims 1 to 6 to provide ion exchange methods for producing aluminosilicate tempered glass.
  • the ion exchange step may be performed for 0.5 to 10 hours at 370 to 500 °C.
  • the process of the present invention may further comprise the step of preheating the glass provided in step (i), prior to step (ii), for the purpose of mitigating the impact on the glass.
  • the method of the present invention may further comprise the step of slowly cooling the glass to 70 to 100 ° C. and washing the glass with water of 60 to 80 ° C. after step (ii).
  • the present invention is a chemical strengthening technology specialized in alumino-silicate glass, dissolving a new additive in the existing KNO 3 molten salt, thereby improving the ion exchange rate, thereby reducing the process time and increasing the strength.
  • the experiment was conducted with a composition of 90 wt% KNO 3 molten salt + 10 wt% K 2 SO 4 additive as a strengthening molten salt composition. Specifically, KNO 3 was melted and K 2 SO 4 salt was dissolved in the entire KNO 3 melt to prepare a strengthened molten salt composition.
  • Gorilla glass (Corning) used as a tempered material was 0.55 mm thick, 60 mm wide, and 120 mm long.
  • the tempering process preheated the glass stepwise to 320 ° C. for 20 minutes in a preheating zone and then reinforced at 390 ° C. for 5 hours. Thereafter, after slowly cooling to 80 ° C. in a cooling zone, the washing process was performed for 20 minutes in 70 ° C. water. The reason for the preheating and slow cooling process was to reduce the effect on the glass by the hot molten salt.
  • Example 1 and the strengthening process conditions are the same, and the experiment was carried out with a molten salt composition of 90wt% KNO 3 + 10wt% K 3 PO 4 composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions are the same, and the experiment was carried out with the molten molten salt composition of 90wt% KNO 3 + 10wt% KOH composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions are the same, and the experiment was carried out with a molten salt composition of 90wt% KNO 3 + 10wt% K 2 CrO 4 composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions are the same, and the experiment was carried out with the molten molten salt composition of 90wt% KNO 3 + 10wt% KF composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions are the same, the experiment was carried out with the molten molten salt composition 90wt% KNO 3 + 10wt% K 2 CO 3 composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions were the same, and the experiment was carried out with the molten molten salt composition of 90wt% KNO 3 + 10wt% KCl composition.
  • Example 1 and the strengthening process conditions were the same, and the experiment was carried out with the molten salt composition of 100 wt% KNO 3 .
  • Comparative Example 4 and the strengthening molten salt composition is the same, the strengthening process was strengthened for 6 hours at 390 °C.
  • Comparative Examples 4 to 6 is the result of changing the process time using only 100 wt% KNO 3 molten salt. It can be seen that as the processing time increases, the ion permeation depth increases while the compressive stress decreases.
  • Examples 1 to 4 were prepared by dissolving different additives in KNO 3 molten salt under the same process conditions as those of Comparative Example 1, and the compressive stress and the depth of ion permeation thereof were measured.

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Abstract

본 발명은 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물 및 이를 이용한 유리 강화 방법에 관한 것이다. 본 발명은 알루미노-실리케이트계 유리에 특화된 화학강화 기술로서 기존 KNO3 용융염에 새로운 첨가제를 용해시키어, 이온 교환 속도를 향상 시킴으로써, 공정 시간을 단축함과 동시에 강도를 증진시킨다.

Description

알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물 및 이를 이용한 유리 강화 방법
본 발명은 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물 및 이를 이용한 유리 강화 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 공정 온도가 높아지면 이온 침투 깊이(DOL)은 커지지만, 유리 표면에 생성되는 압축응력(CS)은 작아지는 문제점이 있다. 이는 결국 유리가 쉽게 파손되는 문제점을 가지고 있는데, 이를 해결하기 위해서는 종전엔 단순하게 강화 공정 시간을 늘리는 방안으로만 국한되어 있었으며, 이는 양산성 저하를 야기시키기기 적용하는데 한계가 있었다. 이에 강화 높은 압축응력을 유지하면서, 시간의 증가 없이 이온 침투 깊이를 확보할 수 있는 새로운 화학강화 공정 기술의 필요성이 증대하고 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 기존의 KNO3용융염과 비교하여 강화 높은 압축응력을 유지하면서, 시간의 증가 없이 이온 침투 깊이를 확보 할 수 있는 새로운 알루미노 실리케이트 강화유리 제조 기술의 개발을 위하여 연구 노력하였고, 그 결과 특정 첨가제를 사용함으로써 이온 교환 속도(Ion-Exchange Rate)를 향상 시키고, 이에 따라 공정 시간을 단축함과 동시에 강도를 증진시킬 수 있다는 것을 밝혀냄으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 알루미노 실리케이트계 유리에 특화된 화학강화 기술로서, 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존 KNO3용융염에 새로운 첨가제를 사용하여 이온 교환 속도를 증진시킴으로써 높은 압축응력과 응력 깊이를 지닌 유리를 강화하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 하나의 관점은 (i) KNO3 용융염 및 (ii) 첨가제로서 KNO3 이외의 칼륨염을 포함하는, 이온교환법에 의한 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물로서, 상기 첨가제는 상기 KNO3 용융염 중에 용해되어 있는 상태인 것을 특징으로 하는 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 조성물은 알루미노 실리케이트계 유리에 특화되어 사용되기 위한 것으로서, 용어 "알루미노 실리케이트"란 알루미늄, 실리콘 및 산소와 대응 양이온으로 이루어진 미네랄 성분을 의미하고, 알루미노 실리케이트계 유리란 산화 알루미늄(Al2O3)과 규산이 유리 주성분으로 사용되는 경우를 의미하며, 규산(SiO2)과 소다(Na2O), 석회(CaO) 등이 유리 원료의 주성분인 소다석회 규산염 유리(soda-lime silicate glass)와 구별되는 개념이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 알루미노 실리케이트계 유리는 유리의 조성 중 Al2O3이 적어도 5 내지 10% 이상이 되는 경우를 의미한다.
본 발명의 조성물에서 첨가제로 사용되는 칼륨염은 KNO3 이외의 것으로서, 좋기로는 K2SO4, K3PO4, KOH 및 K2CrO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상일 수 있으며, KNO3 용융염 중에 고르게 용해되어 있는 상태로 존재하는 것을 특징으로 한다.
우수한 이온 교환 속도 증진 효과를 얻기 위해서는, 첨가제인 칼륨염이 고체 상태로 침전되지 않도록 주의하여야 하며, 이를 위하여 첨가제의 함량 및 온도 조건을 세밀하게 조절할 것이 요구된다. 이에 따라 첨가제가 용융염 전체에 걸쳐 고르게 용해되는 경우, 이온 교환 속도를 증진시킴으로써 높은 압축응력과 응력 깊이를 지닌 유리를 강화하는 기술이 제공된다.
본 발명의 조성물에서 상기 칼륨염 첨가제가 K+ 이온과 유리 내 Na+ 이온의 치환속도를 향상시키는 기전은 상기 첨가제들이 용융액 중에 용해되어 이온화 상태가 되고, 이에 대해 발생한 음이온이 유리 내부에서 용출되어 표면에 묻어 있는 Na+ 이온과 빠르게 전자기적으로 반응하여 유리 표면에 K+ 농도를 증가시켜 이온 속도가 빨라지는 원리와 첨가제에서 발생한 음이온이 유리 표면과 반응하여 표면 계질을 변화시킴으로써 K+의 유리 내부로의 확산을 용이하게 하는 것으로 이해된다.
본 발명은 KNO3 용융염 중에 용해된 특정 칼륨염 첨가제를 일정 함유량 첨가할 수 있고, 각 조성에 따라 최적 온도가 존재하는데, 일 구현예에서 본 발명의 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물은 (i) KNO3 용융염 80 내지 99.99 중량% 및 (ii) 상기 첨가제 0.01 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 조성물은 (i) KNO3 용융염 85 내지 97 중량% 및 (ii) 상기 첨가제 3 내지 15 중량%를 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 조성물에서 용융염 성분은 KNO3 단일 용융염으로 이루어진 것이며, 상기 칼륨염 첨가제는 좋기로는 K2SO4, K3PO4, KOH 및 K2CrO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상일 수 있다.
본 발명의 조성물은 KNO3 염이 용융되고, 그 용융액 중에 칼륨염 첨가제가 고르게 용해될 수 있는 온도로 조절되어야 하는데, 예컨대 상기 조성물의 온도는 330 내지 500℃로 조절될 수 있으며, 좋기로는 370 내지 430℃일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 (i) 알루미노실리케이트 유리(alumino-silicate glass)를 제공하는 단계; 및 (ii) 상기 유리를 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 조성물에 함침하여 이온을 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트 강화유리의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 이온 교환 단계는 370 내지 500℃에서 0.5 내지 10 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법은 상기 단계 (ii) 이전에, 단계 (i)에서 제공한 유리를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이는 유리에 가하여지는 충격을 완화하기 위한 목적이다.
다른 바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법은 상기 단계 (ii) 이후에 상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 단계 및 상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 단계를 더 포함할 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 발명은 알루미노-실리케이트계 유리에 특화된 화학강화 기술로서 기존 KNO3 용융염에 새로운 첨가제를 용해시키어, 이온 교환 속도를 향상 시킴으로써, 공정 시간을 단축함과 동시에 강도를 증진시키는 효과를 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
<실시예 1>
강화용융염 조성물로서 90wt% KNO3 용융염 + 10wt% K2SO4 첨가제의 조성으로 실험을 진행하였다. 구체적으로, KNO3을 용융시켜고 K2SO4 염을 KNO3 용융액 전체에 고르게 용해시키어 강화용융염 조성물을 준비하였다.
강화 재료로 사용된 고릴라 유리(코닝社)는 두께 0.55 mm, 폭 60 mm, 길이 120 mm였다. 강화 공정은 이 유리를 예열존(Preheating Zone)에서 320℃까지 20 분간 단계별로 예열한 후 상기 준비한 강화용융염 조성물 390℃에서 5 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 위함이었다.
<실시예 2>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% K3PO4 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% KOH 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<실시예4>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% K2CrO4 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<비교실시예 1>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% KF 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<비교실시예 2>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% K2CO3 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<비교실시예 3>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 90wt% KNO3 + 10wt% KCl 조성으로 하여 실험을 진행하였다.
<비교실시예4>
실시예 1과 강화 공정조건은 동일하며, 강화용융염 조성물을 100 wt% KNO3로 하여 실험을 진행하였다.
<비교실시예 5>
비교실시예4와 강화용융염 조성은 동일하며, 강화 공정을 390℃에서 6시간 동안 강화 하였다.
<비교실시예 6>
비교실시예 4와 강화용융염 조성은 동일하며, 강화 공정을 390℃에서 7시간 동안 강화 하였다.
위 실시예 및 비교실시예에 대한 표면압축응력(CS), 이온침투깊이(DOL), 굽힘강도를 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
표 1
Glass Sample CS (Mpa) DOL (μm) Fracture strength (Mpa)
실시예 1 876 36 764
실시예 2 914 35 832
실시예 3 899 39 859
실시예 4 857 33 779
비교실시예 1 711 24 613
비교실시예 2 803 26 669
비교실시예 3 613 29 587
비교실시예 4 902 25 789
비교실시예 5 878 27 766
비교실시예 6 851 30 728
위 결과를 보면, 비교실시예 4~6은 100 wt% KNO3용융염을 사용하여 공정 시간만 변경하여 진행한 결과이다. 공정 시간이 증가할수록 압축응력이 감소하면서 이온침투 깊이가 증가 됨을 알 수 있다.
실시예 1~4 까지는 비교실시예 1과 동일 공정조건 하에서 KNO3용융염에 각각 다른 첨가제를 용해시키어 강화를 진행하였고, 이에 대한 압축응력과 이온침투 깊이를 측정한 결과이다.
실시예 1~4의 결과에서 볼 수 있듯이, 시간을 증가시키지 않고 이온침투 깊이를 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. (i) KNO3 용융염 및 (ii) 첨가제로서 KNO3 이외의 칼륨염을 포함하는, 이온교환법에 의한 알루미노실리케이트 강화유리 제조용 조성물로서,
    상기 첨가제는 상기 KNO3 용융염 중에 용해(溶解)되어 있는 상태인 것을 특징으로 하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, (i) 상기 KNO3 용융염 80 내지 99.99 중량% 및 (ii) 상기 첨가제 0.01 내지 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, (i) 상기 KNO3 용융염 85 내지 97 중량% 및 (ii) 상기 첨가제 3 내지 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는 K2SO4, K3PO4, KOH 및 K2CrO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 용융염 성분은 KNO3 단일 용융염으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 온도는 370 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. (i) 알루미노실리케이트 유리(alumino-silicate glass)를 제공하는 단계; 및
    (ii) 상기 유리를 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 조성물에 함침하여 이온을 교환하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미노실리케이트 강화유리의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이온 교환 단계는 370 내지 500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 이온 교환 단계는 0.5 내지 10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 단계 (ii) 이전에, 단계 (i)에서 제공한 유리를 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 단계 (ii) 이후에 상기 유리를 70 내지 100℃로 서냉하는 단계 및 상기 유리를 60 내지 80℃의 물로 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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