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유리의 특징

(glass－特徵)    도자기가 흙가루를 점토와 물로 반죽·성형·가열하여 만든 세라믹스인 데 비해, 유리는 고열을 가하여 액상으로 녹인 것을 주형(鑄型) 속에 부어 냉각시킨 세라믹스이다. 유리는 도자기와 달리 온도가 올라가면 물렁물렁해져서 모양을 만들거나 변형시킬 수가 있다. 또 도자기가 갖지 못한 투명하다는 특징도 가지고 있다. 같은 세라믹스이면서 이와 같이 다른 성질을 가진 2개의 물질을 비교하여 유리의 특징을 살펴보자(〔표〕－1).

 

〔표〕-1   유리와 도자기의 성질
	유  리	도 자 기
성형법	고열을 가하여 액상으로 만든다. 고온에서 물렁물렁하게 만들어 가공·변형시킨다,	흙가루를 물과 점토로 반죽하여 가마에서 굽는다.
광선	알맹이(粒子)나 틈서리가 없으므로 빛이 산란하지 않아 투명하다.	알맹이(粒子)나 틈서리가 있어 빛이 산란하며 불투명하다.
열전도	잘 전도한다.	잘 전도하지 않는다.
급랭·급열	잘 깨진다.	잘 안 깨진다.
얇게 했을 때	강하다.	약하다

유리의 구조

glass－構造

유리가 고체인가 액체인가를 간단히 말하기는 어렵다. 대개의 액체는 냉각하면 일정한 온도(融點)에서 응고하여 결정이 된다.

예를 들면 물은 0℃에서 얼음이 된다. 그러나 어떤 종류의 액체는 냉각함에 따라 점점 점성(粘性)이 증가하여, 결정을 이루지 않은 채 고체가 되는 것이 있다.

액체에 있어 각 원자는 움직이기 쉬우며 무질서하게 배열하고 있으나, 결정에서는 원자가 질서 있게 배열되어 있다. 따라서 액체가 고체(結晶)로 되려면 원자가 질서 있게 배열되어야 한다. 그런데 용해된 물질이 점성이 높은 경우 원자가 움직일 수 없으며, 무질서한 배열이 변경되지 않은채 굳어 버린다. 이와 같은 상태로 굳은 것이 유리이며, 그 때문에 유리는 일정한 융점이 없다.

유리는 원자가 움직이기 어렵고 액체로서의 성질을 나타내지않으므로 액체는 아니다. 그렇다고 해서 고체라고도 할 수 없는 것은, 원자가 무질서하게 배열되었고 열을 가하면 물렁물렁해지기 때문이다. 즉 어떤 면으로는 고체, 어떤 면으로는 액체라는 이상한 성질을 가진 것이 유리이다(〔그림〕－2).

유리의 성질

glass－性質

도자기는 흙가루를 혼합해 구운 것이므로 아무래도 틈이 생기게 마련이다. 그 때문에 빛은 가루와 틈서리에 의해 산란(散亂)되어 불투명하다.

이와는 반대로 유리는 액체상으로 녹은 것을 식혀서 굳힌 것이므로 틈서리가 없으며, 특히 광선을 흡수하는 물질이 들어 있지 않는 한 빛은 유리 속에서 산란되지 않고 그대로 통과하므로 투명하며, 틈서리도 없으므로 열을 잘 전도한다. 또 도자기를 갑자기 뜨겁게 하거나 냉각시키면 흙가루는 팽창하거나 오그라든다.

그러나 가루와 가루 사이에 있는 틈서리가 쿠션 역할을 하여 급격한 가열·냉각에 의한 힘은 전체에 퍼지지 않아 큰 힘이 되지 않는다. 이런 까닭으로 도자기는 갑작스런 온도변화에 강하지만, 유리의 경우는 틈서리가 없으므로 깨어진다. 커피잔은 뜨거운 물을 부어도 깨지지 않으나 컵에 부으면 깨지는 것은 이 때문이다.

그러나 틈서리가 없는 것이 강할 때도 있다. 유리와 도자기를 가늘게 뽑아 실처럼 만들면, 유리는 입자(粒子)가 없으므로 단면(斷面)이 전부 유리이다. 도가지는 입자 사이에 틈서리가 있으며 입자는 그 접촉점(接觸點：〔그림〕－2의 왼쪽)을 통해서 전체와 연결된다.

따라서 여기에 힘을 가하면 당연히 도자기쪽이 약하다. 이것이 유리는 섬유로 만들수 있으나 도자기는 섬유로 만들지 못하는 이유이며, 같은 이유로 도자기는 어느 정도 이상으로 얇게 만들 수 없다.

유리의 원료

－原料

유리에는 여러 종류가 있으나, 우선 대표적인 유리인 판유리를 만드는 법을 알아보자. 유리의 주성분은 산화규소(SiO2)이며, 여기에는 석영(石英)이나 규사(硅砂)가 사용되는데, 두가지 모두 거의 순수한 SiO2로 이루어진 광물이다. 여기에 붕사(硼砂)·석회석(石灰石)·탄산나트륨 등을 가하여 녹기 쉽도록 하며, 강도(强度)나 내약품성(耐藥品性)을 높이기 위해 산화알루미늄(酸化 aluminium)·탄산바륨(炭酸 barium)·탄산칼륨(炭酸 potassium)을 가하기도 하며, 빛의 굴절률을 높이기 위해 산화납(酸化鉛) 등을 가하기도 한다.

부원료

副原料

융제

融劑

원료를 분쇄·배합하여 탱크 요(tank furnace)에 넣으면 고온에서 녹는다. 공업적으로는 가능한 한 빨리 녹여야 하므로 보조약품을 사용하는데, 이것이 융제(融劑)라 불리는 것으로, 붕사나 플루오르 화합물인 규불화(硅弗化)나트륨·빙정석(氷晶石) 등이 쓰인다.

이 밖에 유리조각을 가하며, 이것은 이미 판유리와 같은 성분으로 된 것으로서, 폐품을 다시 활용한다는 의미 외에 원료가 유리화(化)하는 것을 촉진하는 작용을 가졌다. 말하자면 유리조각(cullet)이 종자(種子)가 되어 원료가 차례차례 유리화하는 것이다.

청징제

淸澄劑

탱크 도가니 속에서 녹은 원료에는 기포(氣泡)가 들어 있는데, 이 기포를 없애 주는 것이 청징제이다. 청징제로는 질산암모늄(窒酸 ammonium)·황산암모늄(黃酸 ammon­ium)·질산칼륨(窒酸 potassium) 등이 쓰인다. 청징제를 가하면 고온의 액체유리는 점성(粘性)이 감소되어 이들 작은 기포가 이동하기 쉽게 되어 표면으로 떠올라 없어진다.

탱크 요

tank 窯

유리를 녹이는 요(窯：furnace)는 유리가 녹는 고온에도 견디고, 유리에 의해 침식되지 않는 벽돌을 내장재(內張材)로 사용한다. 이 벽돌은 산화알루미늄과 산화규소(酸化硅素)를 주성분으로 하여 만든 것인데, 유리 속에도 같은 성분이 들어 있으므로 오래 사용하면 벽돌 속의 성분이 유리 속으로 녹아 들어가게 된다. 그 때문에 가끔 탱크 요를 식히고 벽돌을 바꾸어 넣는다.

판유리 인상과 연마

板 glass 引上－硏磨

탱크 요(窯)로부터 유리를 뽑아 올리는 데는 〔그림〕－1·3과 같이 두 가지 방법이 이용된다. 이 때의 주역은 데비토우즈와 롤러이며, 이에 의해서 판유리의 두께가 일정해진다. 이 롤러에 물결무늬나 꽃무늬 등을 조각하면 무늬판유리가 만들어지며, 유리 속에 철망을 넣으면 그물판유리(wire glass)를 만들 수 있다. 그러나 이 방법에 의해 작은 요철(凹凸)까지 없앨 수는 없다. 유리창에 비친 상(像)이 일그러진 것을 흔히 볼 수 있는데, 이는 요철 때문에 생기는 현상이다.

따라서 거울이나 자동차의 프론트유리 등 요철 없이 평평한 면이 필요한 것은 표면을 연마해야 한다. 이러한 결점을 보완하기 위해 발명된 것이 플로우트법(〔그림〕－4)이며, 납(鉛)이나 주석(錫)이 유리보다 무겁고 유리나 내화로재(耐火爐材)와도 반응하지 않을 뿐 아니라, 요철이 없이 평평한 표면을 가진 점을 이용한 것이다. 이 방법에 의해 제조된 유리는 연마(硏磨)하는 수고가 덜어지며 앞의 방법보다 능률적이다.

서랭

徐冷 일정한 두께로 만들어진 뜨거운 유리는 서서히 냉각되는데, 유리의 두께가 두꺼울수록 냉각하는 데 걸리는 시간이 길어진다. 만약 냉각시간을 단축하면 내부까지 고르게 냉각되지 않아, 먼저 냉각된 바깥 부분만이 고화(固化)하여 내부를 강하게 압박하므로 금이 가고 강도(强度)가 떨어진다. 이 결점을 보완한 콜번법(Colburn 法)의 경우에는 서랭요(徐冷窯)가 100m 이상이 되기도 하며, 유리는 이 속을 천천히 이동하면서 내부와 외부가 고르게 냉각된다.

절단·포장

切斷·包裝

절단은 다이아몬드로 된 유리커터에 의해 자동적으로 이루어진다. 판유리를 상자에 담을 때는 직접 포개서는 안 된다.

신문지나 기타 얇은 종이를 사이에 끼우지 않으면, 유리 속의 알칼리 성분이 공기 중의 수증기에 의해 용해되어 접착제 작용을 하기 때문에 유리가 서로 달라붙는다.

용기제조

容器製造

판유리뿐이 아니라 병이나 컵·전구(電球) 등 여러 가지 유리제품은 고온으로 하면 물렁물렁해지고 자유로이 모양을 변경할 수 있다는 유리의 성질을 이용하여, 고온으로 가열하여 성형(成型)한다. 판유리제조에서는 롤러가 그 주역이지만 병이나 그 밖의 용기의 경우는 취간(吹桿)과 형(型)이 주역이 된다.

이 방법은 오랜 옛날부터 사용되었으며 기원전 3천년경의 이집트 벽화에도 입으로 불어 유리를 성형하는 모습이 그려져 있다. 현재 시행되는 방법은 공업적으로 대량생산이 가능하도록 연구된 것이지만 기본원리는 그와 다름이 없다. 또 용융유리를 유리관으로 만들어 이 관을 물렁물렁하게 만들어 여러 가지 모양을 만들 수 있으며, 화학실험용의 기구도 주로 이와 같은 방법으로 만든다.

유리의 종류와 성분

( glass－種類－成分)    유리의 원료를 녹일 때 원료의 성분배합을 바꾸면 여러 가지 성질을 가진 유리를 만들 수 있는데, 이는 유리가 여러 가지 성분의 혼합물이므로 각 성분의 배합비율을 자유로이 바꿀 수 있기 때문이다(〔표〕－2). 만일 유리의 각 성분이 화합물의 형태로 유리를 형성하고 있다면 성분비를 바꿈으로써 여러 가지 유리를 만드는 일은 불가능하다. 판유리 등을 만드는 보통 유리는 산화규소(酸化硅素) 65∼75%, 산화칼슘(원료는 석회석) 5∼15%, 탄산나트륨(탄산소다) 10∼20%이며, 유리의 주성분이 산화규소 이외에 석회(石灰)와 소다가 주성분이므로 소다석회유리라고도 불린다.

 

〔표〕-2  유리의 종류와 성분조성
성      분(%)		소다석회유리	납   유   리	소다알루미나유리		붕규산유리	저알칼리붕규산유리	붕규산알루미나유리
산 화 규 소 산 화 붕 소 산 화 알 루 미 늄 산 화 제 이 철 산 화 칼 슘 산 화 마 그 네 슘 산 화 아 연 산 화 납 산 화 나 트 륨 산 화 칼 륨	SiO2 B2O3 Al2O3 Fe2O3 CaCaO MgO ZnO PbO Na2O K2O	65∼75 - 0.5∼4 < 2 5∼15 0.5∼4 - - 10∼20 -	50∼70 - - < 0.2 1∼6 - - 5∼35 2∼15 4∼10	65∼75 < 3 5∼10 < 0.7 5∼8 0.5∼2 - - 8∼14 1∼5		65∼75 5∼12 1∼5 < 0.5 5∼8 0.5∼2 < 5 - 6∼14 1∼6	80∼81 10∼12 0.5∼2 < 0.5 < 0.5 < 0.5 - - 3∼5 0.5∼1	65∼70 5∼10 5∼10 < 2 3∼7 - - - 6∼14 1∼6
용      도		일   반	고급식기·장식용·광학용		이화학기구·의학기구용

굴절률이 큰 유리

屈折率－glass

소다석회유리는 굴절률이 별로 크지 않으므로(1.50∼1.52) 렌즈·프리즘 등 광학용 유리로서는 성능이 좋지 않다.

따라서 굴절률을 크게 하기 위해서 산화납(酸化鉛)을 넣으며(5∼35%), 그렇게 함으로써 굴절률 1.7 이상의 유리를 얻을 수 있다. 이것을 납유리라 한다. 산화납이 많아짐에 따라 굴절률이 높아지는 반면 경도(硬度)가 떨어지므로 카메라의 렌즈 등은 상처가 생기기 쉽다.

굴절률이 크고 투명한 물질은 빛의 반사작용에 의해 몹시 광채가 나며 아름답다. 다이아몬드(굴절률：2.45)·루비(굴절률：1.75)와 같은 보석이 그 예라 하겠다. 이러한 빛의 굴절작용을 이용하여 고급식기·장식품·조명기구 등으로 쓰이는 것이 크리스털글라스(crystal glass)·컷글라스(cut glass)이며, 굴절률이 큰 유리를 여러 가지 모양으로 커팅함으로써 빛의 전반사(全反射)에 의해 광택이 나도록 한 것이다.

내약품성의 유리

耐藥品性－glass

유리의 성분 가운데 가장 많은 부분을 차지한 것은 산화규소(酸化硅素)인데, 산화규소의 용융온도(溶融溫度)를 내리고 유리의 가공을 용이하게 하기 위해 산화알칼리(酸化alkali)가 첨가되어 있다. 이 알칼리는 수분(水分)에 의해 서서히 용해된다. 알칼리가 용출(溶出)된 유리는 산(酸)이나 물에는 녹지 않으나 알칼리에는 녹는다.

이 때문에 유리는 알칼리성 용액에 약하며, 수분(水分)의 존재하에 유리와 유리가 접촉되어 있을 때 서로 접착되는 현상이 생길 수 있다. 유리병 속에 알칼리성 용액을 넣어서는 안 되며, 유리병의 뚜껑으로 유리를 사용하지 않는 것도 그 때문이다. 화학실험에 쓰이는 유리로는 물에 의해 유리 속의 알칼리가 용해되지 않는 것, 혹은 알칼리에 대해 상당히 안정성을 가진 것이 사용된다.

유리 속의 알칼리 성분을 줄이면, 약품에 대해 안정성을 가진 것이 만들어지며, 알루미나(alumina：산화알루미늄)가 많이 함유된 유리도 약품에 강하다. 그러나 알루미나(alumina)나 규산(硅酸)이 많이 함유된 유리는 잘 용해하지 않으므로 산화붕소(酸化硼素)를 넣기도 한다. 이와 같은 유리는 화학 실험용기구·약품의 용기·앰플·주사기 등으로 쓰인다.

이러한 유리는 그 성분으로 보아, 소다석회유리의 성분 중에서 소다의 석회를 줄이고, 산화알루미늄을 증가시킨 소다알루미나유리, 붕산을 증가시킨 저(低)알칼리붕규산(硼硅酸)유리, 붕산과 산화알루미늄을 증가시킨 붕규산알루미나유리 등으로 분류된다.

급격한 온도변화에 견디는 유리

急激－溫度變化－glass차가운 유리컵에 갑자기 뜨거운 물을 부으면 깨진다. 이것은 뜨거운 물이 닿은 부분은 팽창하지만 뜨거운 물이 닿지 않는 바깥면은 팽창하지 않으므로 컵에 무리한 힘이 가해지기 때문이다. 보통의 컵을 만드는 데 쓰이는 소다석회유리나 고급식기 등으로 쓰이는 크리스털글라스(납유리)는 온도를 100℃로 올리면 0.1%팽창한다. 그러나 약품에 침식되지 않는 유리로서 화학실험기구 등으로 쓰이는 붕규산유리나 저(低)알칼리붕규산유리는 100℃ 온도차에서 0.03% 정도밖에 팽창하지 않는다. 그 때문에 소다석회유리의 3배 정도 온도차에 견딜 수 있으며, 증기살균(蒸氣殺菌)이나 비등(沸騰)에 견디므로 이 점도 화학기구·의료기구용으로서 이용되는 이유 중의 하나다.

석영유리

石英 glass

유리 구조는 규소원자와 산소원자가 결합하여 만든 그물코에 군데군데 구멍이 남겨진 것 같은 모양으로 이루어졌다. 순수한 규소와 산소만의 그물코로 된 유리를 석영유리라고 부르는데 연화점(軟化點)이 1,500℃ 이상(보통 소다석회유리는 약 600℃)으로서 약품에 의해 침식되지도 않을 뿐 아니라 1,000℃ 정도의 온도차로 급열(急熱)·급랭(急冷)되어도 깨지지 않는다.

석영유리는 이처럼 우수한 여러 성질을 가졌으나 연화하는 온도가 1,500℃ 이상이므로 가공·성형이 극히 어렵다. 또한 원료를 유리화하려면 1,717℃ 이상의 고온을 만들어 주어야 하므로 도가니의 재료, 고온을 만드는 방법 등 기술적으로 곤란한 점이 많으며, 따라서 값이 몹시 비싸 특수한 경우 이외는 사용되지 않는다.

유리의 팽창성

glass－膨脹性

전술한 바와 같이 유리의 구조에는 구멍이 있어 고온이 되어 원자가 크게 진동하여도, 이 구멍이 쿠션과 같은 역할을 하여 깨어지지 않는다. 그러나 소다석회유리와 같이 성형이나 가공에 편리하도록 알칼리를 섞으면, 알칼리이온이 용해되어 이 구멍 속으로 들어간다(〔그림〕－5). 이 때문에 고온이 되어 원자가 크게 진동하기 시작해도 구멍이 쿠션으로 작용하지 못하므로, 원자 사이의 거리가 넓어지는데, 이것이 바로 열팽창이다.

결정의 경우에서도 원자가 밀접히 결합하여 구멍이 없는 것은 열팽창이 크고, 구멍이 있는 것은 열팽창의 정도가 낮다. 원자가 밀접히 결합되어 있는 것으로는 식염(食鹽：염화나트륨)이 있으며, 100℃의 온도차에서 0.4%의 팽창·수축이 일어난다. 구멍이 있는 것으로는 다이아몬드·석영 등이 있는데 열팽창률은 거의 0이다.

자외선투과유리

紫外線透過 glass

자외선(紫外線)은 살균(殺菌)이나 비타민D의 생성 등 인간의 건강상 소중한 것이다. 그러나 일반 가정에서 유리창을 닫고 일광욕을 하면 효과가 없는데, 이것은 보통의 소다석회유리 속에 불순물로서 산화철이 0.2% 정도 함유되었기 때문이며, 이것이 3가(價)의 Fe＋＋＋이온으로 바뀔 때 자외선을 흡수하는 까닭이다. 자외선을 통과시키는 유리를 만들려면 철이 함유되지 않은 원료를 사용하든가, 철이 2가의 Fe＋＋이온으로 함유되어 있는 저(低)알칼리붕규산유리를 사용한다. 또한 석영유리는 고가이긴 하지만 자외선을 통과시키는 유리로서 가장 우수하며, 의료용·조명용의 태양등(太陽燈)이나 수은등(水銀燈)에는 이러한 자외선 투과유리가 사용된다.

감광유리

感光 glass

소다석회유리에 방사선을 비추면 갈색으로 착색된다. 따라서 이 착색된 색의 농도를 측정하면 방사선의 양을 알 수 있으며, 색의 농도를 측정하기 쉽게 한 유리를 방사선측정용 유리라 부른다. 또 빛이 닿으면 검게 착색되고 빛을 제거하면 천천히 탈색되는 유리를 조광(調光)유리라 부르는데, 햇살이 강한 낮에는 검게 흐리어 빛을 차단하고 밤에는 투명해지므로 창유리용으로 연구되고 있다. 이것은 유리 속에 미세한 결정으로 된 할로겐화은(halogen 化銀)이 분산되어 있어, 빛이 닿으면 은이 분리되어 흑색의 입자로 되는 것을 이용한 것이다. 사진 필름의 반응과 같은 원리이지만 이 유리의 경우는 유리 속에서 일어나는 반응이므로 광선이 차단되면 본래의 형태로 되돌아간다는 점이 다르다.

적외선차단유리

赤外線遮斷 glass

태양광선이 뜨겁게 느껴지는 것은 태양광선 속의 적외선에 의한 것이다. 유리창이 달린 실내온도를 일광이 비쳐도 심하게 상승하지 않도록 하려면 적외선을 차단하는 유리를 사용하면 된다.

특히 기차 같은 것에서 냉방효과를 얻고, 유리창 밖이 내다보이도록 하기 위해 가시광선(可視光線)은 통과시키고, 눈에는 보이지 않고 열을 내는 적외선은 통과시키지 않는 열선흡수(熱線吸收)유리라는 것이 사용된다. 이 유리는 철의 2가이온 Fe＋＋를 많이 함유한 것이다. 또한 산화세륨(酸化 cerium)을 섞은 것도 적외선을 흡수한다.

색유리

( 色 glass )   유리 속에 어떤 종류의 원소를 용해시키면 특수한 색유리를 만들 수 있다. 이 착색제는 유리자체를 구성하는 성분은 아니지만 공예품이나 광학용으로서 널리 이용되고 있다.색유리의 아름다운 광택과 색, 그리고 변색하지 않는 성질을 이용한 미술품에 스테인드 글라스(stained glass)가 있다. 이것은 우선 도안의 색에 맞추어 색유리판을 자르고 이 색유리를 도안과 같은 무늬로 이은 다음 납(鉛)으로 용착(溶着)한 것이다. 유럽에서는 11세기경부터 성당의 창이나 천장의 장식으로 쓰였으며, 지금까지 원상대로 보존된 것이 많이 있다. 마찬가지로 모자이크라 하여 색유리의 작은 조각을 타일처럼 박아 그림을 그리는 방법도 있는데 건물 벽화에 사용된다.
 

〔표〕-3  색유리의 종류와 착색성분
색	성      분	특징과 용도
유백색  적색  오렌지색·황색 청록색 갈색 코발트색	플루오르화나트륨 구리 셀렌·황 카드뮴·황 산화철·산화코발트 산화철·산화망간 산화코발트	빛을 잘 산란시킴. 눈이 부신 것을 방지하므로 조명기구에 쓰임 컵·꽃병 장식품·자동차의 꼬리등 자동차 램프 술병 맥주병 식기·장식품

 

〔표〕-4  색안경 유리의 종류와 성분
색	성      분	그 밖의 특징
녹∼청계통	산화철·산화크롬·산화코발트를 배합	인간의 시신경을 보호
무색	산화세륨을 10% 정도 함유.	투명
회색	산화철·산화망간을 배합하거나 산화구리·산화코발트를 배합	색조를 변화시키지 않는다
암자색	산화네오디뮴 10%(네오판 유리).	자외선과 눈을 부시게 하는 황색광을 차단한다

 

 

필터유리

filter glass

필터는 색유리의 일종으로서 사진 좔영이나 그 밖에 빛에 관한 실험에 있어 특정 파장(波長)의 빛만을 필요로 할 때에 쓰이는 것이다. 자외선을 막는 색안경도 일종의 필터이다(〔표〕－4) 또 금속용접이나 고온(高溫)인 노(爐)의 작업 등에서 강한 빛을 내는 물체를 보아야 할 때는 자외선·황색광선 외에도 보통의 가시광선(可視光線)도 약하게 하여야 하므로 상당히 진한 색의 보호안경을 사용하게 되는데 이것도 필터유리의 일종이다.

유리의 가공과 새로운 용도

glass 加工-用途 강화유리 强化 glass

연마판유리(硏磨板 glass)를 뿜어 주면 유리의 표면은 공기에 의해 급랭(急冷)되어 표면 가까운 부분에서는 압축응력, 내부에는 인장응력을 지닌 유리가 만들어지는데 이러한 유리를 강화유리라고 한다.

유리는 본래 열에 의해 행창·수축하는 성질을 가졌으므로 이와 같은 상태로 만들 수 있는 것인데, 이렇게 가공한 유리는 일반적인 냉각법으로 표면이 균일하게 식지 않으므로 깨어지고 만다. 이를 방지하려면 균일하게 식히는 독특한 기술이 필요하다. 또 균일하게 식히더라도 유리의 성질 자체에 부분적으로 차이가 있으면 역시 깨진다.

강화유리는 강도(强度)가 대단히 높아 보통 유리의 약 5∼10배나 된다. 그러나 표면을 균일하게 냉각시키려면 모양이 단순한 것이어야 하므로 현단계로는 빌딩의 커다란 유리창, 자동차의 앞유리 등에 쓰일 뿐이다. 강화유리는 표면에 압축능력을 균일하게 지니고 있음으로써 강한 것이며 만약 표면에 상처가 생겨 이 힘의 균형이 깨어지면 잘게 부서지고 만다. 이 때문에 유리칼로 자를 수가 없으며, 억지로 자르려 하면 역시 잘게 부서지고 만다. 그러나 보통의 유리처럼 파편에 의해 사람이 다치는 일은 대단히 드물다. 이보다 더욱 강한 유리로는 미국에서 개발된 이온교환강화유리가 있다. 이것은 유리 표면의 나트륨을 이온반경이 큰 칼륨으로 치환함으로써, 유리 표면에 압축응력을 부가한 것으로, 고층 빌딩 위에서 떨어뜨려도 깨지지 않을 정도로 강하다.

안전유리

安全 glass

보통 유리는 창의 일부를 가열하면 열팽창에 의해 깨어지며, 충격에 대해서도 약하다. 이러한 결함을 보완하기 위해 유리 속에 철망을 집어 넣은 철망유리가 쓰이기도 한다. 또 새로운 제품으로는 판유리와 판유리 사이에 폴리비닐부티랄수지(polyvinyl butyral 樹脂)라는 유기(有機)유리를 끼운적층(賊層) 유리가 있다.

이것은 한쪽 유리가 깨어져도 세겹이므로 뚫리지 않으며, 한쪽에 압력을 가해도 사이에 끼운 유기유리가 유연(柔軟)하므로 쿠션 역할을 한다. 이 유리는 전차·자동차의 앞유리 등 교통기관에 많이 쓰으며, 이러한 유리를 '합유리(laminated glass)'라고 한다. 강화유리와 합유리를 총칭해서 넓은 의미로 안전유리라고 부른다.

젖빛유리

－glass

이것은 판유리에 압축 공기로 고운 모래를 뿜어 표면에 불규칙한 요철을 만든 것이다. 이러한 표면에서는 광선이 직선적으로 굴곡하지 않고 불규칙하게 반사·굴절을 하므로, 빛이 통과하기는 하지만 보기에는 불투명한 것처럼 보인다. 그러므로 유리창으로 사용하면 눈이 부신 것을 막아 준다.

유리공예

glass工藝

유리는 비교적 조작하기 쉬운 고온에서 임의의 모양으로 만들 수 있고, 그 광택이나 투명성 또는 착색(著色)이 쉽다는 등의 성질을 이용하여 일상 생활품·장식품 등의 공예품을 만들어 내고 있다. 그 성형법에서는 주형(鑄型)을 사용한 취형법(吹型法), 주형을 사용하지 않고 입으로 불고, 가위·인두 등을 사용하여 성형하는 주취법(宙吹法), 금속의 틀에 프레스하는 압형법(押型法) 등이 있다. 표면에 무늬나 그림 등을 가공하는 방법으로는, 숫돌로 갈아 광선을 전반사(全反射)시키는 표면을 만드는 커팅법(cutting法), 다이아몬드로 무늬를 조각하는 방법, 금속산화물로 된 그림물감으로 그림을 그리고 굽는 방법 등이 있다. 재료로서는 그 광학적 성질을 이용하기 위해 크리스털 글라스(납유리)가 흔히 사용된다.

유리섬유

glass 纖維

백금도가니에서 녹인 유리를 도가니에 뚫린 작은 구멍으로 고속도로 뽑아 내면 유리섬유가 만들어진다. 이렇게 해서 만들어진 굵기 200분의 1정도의 가는 섬유는 판유리나 유리그릇에 비해 열이나 약품에 훨씬 강하며 탄력성이 높다.

그 때문에 소방복·축전지 등에 쓰이며 섬유를 짧게 잘라 단열재(斷熱材)로서도 사용한다. 또 이 유리섬유의 표면을 광선이 투과하지 않는 물질로 씌우면 광선을 통과시키는 파이프가 된다. 이 파이프는 자유로이 구부릴 수 있으므로 위(胃)카메라 등의 광학 유리섬유로서 새롭게 개발되고 있다(〔그림〕－6). 또한 이 섬유가 가진 내열·내약품성·내탄성(耐彈性) 등을 이용하여 여러 가지 방면으로 쓰이고 있다. 예를 들면 플라스틱과 혼합한 강화(强化)플라스틱은 보트(boat)·낚싯대 등이다.

법랑

琺瑯

법랑(porcelain enamel)이란 금속(金屬)의 표면에 유리질의 세라믹스를 얇게 입힌 것이다. 세라믹스로는 얇게 만들기가 어렵고, 얇게 만들어도 깨어지기 쉽다. 그러나 금속은 튼튼하며 얇게 늘여 용기를 만들 수도 있다. 그러나 금·백금 등의 귀금속을 제외하면, 녹이 나거나 더러움을 타고 약품에 침식되기 쉬운 결점을 가지고 있다.

이 두가지 물질의 장점만을 결합시킨 것이 법랑(porcelain enamel)이며, 금속의 표면에 세라믹스를 입혀, 유리의 광택과 단단함을 가지면서 동시에 녹슬지 않고 튼튼한 용기나 기구를 만들어낸다.

법랑의 종류

( 琺瑯－種類 )   금속표면에 유리의 세라믹스를 입히는 방법에는 금속의 종류·용도에 따라 몇 가지가 있다. 가장 대표적이고 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 것으로는 강철 표면에 유리질을 입힌 세탁기·냉장고 등의 가정용품이 있다. 이것은 사용되는 조건이 강한 약품에 접촉되거나 고온에 노출될 염려가 없으므로 청결성이 첫째 요건이 된다. 이와는 달리 산(酸)처리했을 때의 용융감량(熔融減量) 백분율이 〔표〕－5에 나와 있다.최근에는 화학공업이 발달함에 따라 각종 화학반응 장치·용해탱크·공장 폐수처리장치 등 약품이나 열에 대하여 상당히 강한 것이 요구되며, 이를 위해 글라스 라이닝(glass lining)이라 하여 특수한 유리질을 사용하기도 하며, 유리질을 금속면에 밀착시키는 기술이 개발되어 여러 가지 저장 탱크나 기계에 응용되고 있다. 또 특수한 고열에 대해서는 세라믹스 코팅(ceramics coating)이라 불리는 방법이 쓰이며, 원자로 재료·로켓·인공위성 등의 내열금속을 세라믹스로 피복하여 산소나 그 밖의 가스의 부식으로부터 보호한다. 이 밖에 공예품으로서 꽃병·그림접시·메달 등을 만드는 칠보(七寶)라는 것이 있다.

 

〔표〕-5  법랑의 종류와 용융감량 백분율
종      류		10% HCI	10% H2SO4	10% NHO3
법랑   내산법랑   글라스라이닝   비교	예1 예2 예1 예2 예1 예2 보통유리 내산유리	5.5 7.9 0.72 0.93 0.19 0.32 0.29 0.15	3.0 5.1 0.56 0.86 0.15 0.29 0.25 0.13	2.4 4.2 0.49 0.89 0.13 0.22 0.23 0.14

법랑의 유약

琺瑯－釉藥

보통 법랑에 사용되는 유약은 도자기에 사용되는 유약보다 낮은 온도에서 굽게 된다(550∼800℃). 이것은 유약과 바탕이 되는 금속의 열팽창률이 다르므로 너무 높은 온도에서 구우면 유약이 떨어져 나가기 때문이다. 금속의 팽창률은 100℃ 온도차에 대해 강철이 0.42%, 구리가 0.47%인 데 비해 법랑 유약의 팽창률은 보통 0.32∼0.40%이다.

비교적 저온으로 굽게 되는 또 하나의 이유는, 너무 고온으로 하면 금속표면이 공기에 닿을 때 변질하기 때문이다. 낮은 온도에서 굽는 유약은 경도가 낮은 재질의 것이 많으므로, 완성된 제품의 표면을 미끄럽게 갈고 광택을 내는 데 유리하다.

세라믹스 코팅

ceramics coating

인공위성이 지구로 돌아올 때, 상당히 높은 속도로 대기권으로 돌입하게 되므로, 공기와의 마찰에 의해 몹시 높은 온도가 된다. 또한 로켓이나 제트엔진·원자로 등이 재료도 공기나 그 밖의 가스와 접촉하면서 고온에 노출된다.

이러한 고온에 견디기 위해서는 티탄이나 몰리브덴 등의 내열합금이 사용되며, 이것은 보통의 합금보다 열적성질(熱的性質)이 우수하지만 그래도 고온에서 산소나 그 밖의 여러 가지 가스에 의해 침식당한다. 이를 방지하기 위해 합금의 표면에 세라믹스를 입혀 금속이 직접 공기나 가스와 접촉하지 않도록 한 것이 세라믹스 코팅이다. 여기에는 높은 내열성이 요구되어지므로 보통의 법랑으로는 충분하지 않으며, 세라믹스를 불꽃으로 뿜어서 부착시키는 방법이 쓰인다.

칠보

七寶

법랑의 특징을 이용하여 금속 표면에 아름다운 색이나 무늬를 만든 것이 칠보이다. 칠보에도 여러 가지 수법이 있으나, 그 중에서 가장 일반적인 유선칠보(有線七寶)를 예로 들어보자. 우선 구리·은·금 등의 그릇의 표면을 잘 닦고 그 위에 먹으로 그림이나 무늬의 도안을 그린다. 그리고 나서 먹선 위에 구리·은 등의 얇은 선을 도안한 선을 따라 구부려 금속 표면에 부착시킨다.

이 금속선을 고정하는 데는 낮은 온도에서 녹는 칠보바탕유라 불리는 유리질의 유약을 사용하여 일단 550∼750℃로 굽는다. 다음에 금속선과 선 사이의 무늬에 착색된 유약을 바르고 이것을 또 550∼750℃로 굽는다. 그렇게 한 다음 색을 바르고 또 굽는다. 이렇게 하여 색수(色數)·도안에 따라 3∼10회 되풀이하여, 마지막으로 표면을 갈아 광택이 나도록 마무리한다(〔그림〕－6).