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  • 유리 제조에서 서냉 (annealing)
    일반기술, 자연과학, 세라믹 2023. 3. 4. 12:51
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    유리제조에서 서냉(어닐링, annealing)은 고온 유리가 형성된 후 서서히 냉각되어 제조 과정에서 유입된 잔류 내부 응력을 완화하는 과정이다. 작은 제품에서 서냉은 필수 공정이 아닐 수 있으나, 크고, 복잡한 일반적으로 리어(Lehr)라고 알려진 긴형태의 온도 조절 가마에서 서냉하는 공정이 필요할 수도 있다. 급냉된 유리는 내부에 응력이 그대로 남아 있어 강도 신뢰성을 감소시킬 수 있기 때문에 유리의 서냉은 내구성 측면에서 매우 중요하다. 열처리가 부적절하게 되어 있는 유리는 적절하게 서냉된 유리에 비해 상대적으로 작은 온도 변화나 기계적 충격 또는 응력에 노출될 경우 균열 또는 산산조각 날 수도 있다.

    서냉공정을 시작할 수 있는 점도가 일정수준으로 떨어지는 온도를 서냉온도(annealing temperature)라고 하는데, 대부분의 유리의 경우, 이 온도는 450–600 °C 지며, 이 온도가 유리의 소위 응력 완화 지점 또는 어닐링 지점이다. 이 시점에서, 유리는 어느 정도 단단하기는 하나, 내부의 긴장(stress)나 응력 등을 완화시킬 수 있을 만큼 충분히 부드러워 지기 때문에 천천히 냉각하는 과정 즉, 서냉과정을 통해 전체적으로 고르게 열을 흡수하여 내부응력을 충분히 완화할 수 있게 된다. 유리의 두께 및 종류 등에 따라 서냉하는 속도 등은 틀려질 수 있다. strain temperature 이하까지 온도가 냉각되면 내부응력을 완화시키는 미세한 흐름이 정지하고 이 때부터 다시 실온으로 유리를 냉각하게 된다. 서냉이 완료된 유리는 내부 응력의 위험이 거의 없이 자르거나, 연마 등의 가공이 가능하다.

    만일 유리의 냉각 속도가 고르지 않을 경우 유리 전체에 기계적 응력이 발생하며, 용해된 유리가 냉각되기 전에 재료에 균열이 발생하거나, 나중에 사용할 때 깨지기 쉬운 유리가 생성되는 원인이 된다.

    그림. Lehr kiln

     

    레어(Lehr)

    유리 제조에서, 레어로는 시작 지점부터 끝 지점까지 충분한 온도 구배를 가진 긴 가마로, 롤러나 컨베이어 벨트로 유리 등을 이동하면서 로 자체의 온도 구배를 통해 서냉이 가능하도록 하는 가열로(kiln)이다.

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