열처리와 마무리 공정에 대한 이해

유리 제품의 열처리는 유리 성형공저으이 세 번째 단계다. 어떤 제품에는 부가적인 마무리 공정이 수행되기도 한다.

열처리 공정

유리 제품은 성형을 한 후에 강도를 감소시키는 내부 응력을 갖는다. 이러한 내부 응력을 없애기 위해 금속성형에서와 마찬가지로 유리성형에서도 어닐링(풀림)을 시킨다. 풀림이란 유리를 어느 온도까지 가열한 후에 응력, 온도 구배를 없애기 위해 일정 시간 동안 유지하는 것을 의미한다. 그리고 응력의 형성을 억제하면서 천천히 냉각시키다가 상온까지는 더 신속히 냉각시킨다. 일반적인 풀림 온도는 대략 500°C이다. 일정 온도에서 머무르는 시간, 가열, 냉각 속도는 유리의 두께에 따라 달라지며, 일반적으로 필요한 풀림 시간은 유리 두께의 제곱에 비례한다. 현대적인 유리 제조공장의 어닐링은 레어(lehr)라 불리는 터널 모양의 노에서 수행되며, 제품은 컨베이어를 이용해 뜨거운 체임버를 천천히 통과한다. 체임버의 시작 부분에 가열기가 설치되어 유리가 가열과 냉각 주기를 거치게 된다.

템퍼링(뜨임)으로 알려진 열처리를 이용해 내부 응력이 제품 성질에 유리하게 분포 된 유리가 개발되었으며 이를 강화유리(tempered glass)라 한다. 경화된 강의 열처리와 마찬가지로 템퍼링은 유리의 인성을 향상시킨다. 뜨임은 유리를 풀림 온도보다 약간 높게 소성영역까지 가열하고 공기제트로 표면을 담금질하는 것이다. 표면이 냉각될 때 내부는 아직 말랑말랑하며 표면은 수축하며 경화된다. 내부가 천천히 냉각되면서 수축하며, 경화된 표면에 압축력을 가한다. 다른 세라믹과 같이 유리는 인장력보다 압축력을 받았을 때 더 강하다. 따라서 강화유리는 표면에 압축력 이 가해졌기 때문에 긁힘이나 부서지는 것에 더 강하다. 대형 빌딩의 유리창, 유리 문, 안전유리, 기타 강화유리가 필요한 곳에 사용된다. 강화유리가 부서지면 일반적인 유리창보다 훨씬 작은 조각으로 부서진다. 흥미 있는 것은 자동차의 앞 유리는 부서지면서 운전자를 다치게 할 수 있기 때문에 강화유리를 사용하지 않고 일반적인 유리를 사용한다. 대신 질긴 고분자 박판의 양쪽에 유리를 붙인 안전유리를 사용한다. 이러한 복층유리가 부서진다면 유리조각들은 고분자 박판에 의해 그대로 붙어 있으며 창밖도 비교적 투명하게 보인다.

마무리 공정

유리 제품은 종종 마무리 공정이 필요하며, 이러한 2차공정은 연삭, 폴리싱, 절단을 의미한다. 유리판은 드로잉과 압연으로 만들어졌기 때문에 양쪽 면이 꼭 평행하지는 않으며, 표면에 생산 장비에 의한 긁힘과 결함이 나타난다. 대부분 산업용으로 사용 될 때는 연삭, 폴리싱되어야 한다. 분할 금형이 사용된 프레스-블로우 공정에서는 분리선에 생긴 무늬를 폴리싱해야 한다. 판이나 관 생산과 같은 연속 유리성형공정에서는 연속된 부분을 작은 조각으로 잘라 야 한다. 처음에 유리절단 휠(wheel) 또는 절단 다이아몬드로 유리에 금을 긋고, 금을 그은 부분을 따라 잘라낸다. 일반적으로 풀림로를 빠져나오면서 절단이 이뤄진다. 어떤 유리 제품에는 장식과 표면처리 공정이 사용된다. 이러한 공정은 기계적 절단, 폴리싱 공정, 샌드블라스팅, 화학적 에칭(불화수소산을 이용하며 종종 다른 화학제를 같이 사용한다), 코팅(예를 들면 거울을 만들기 위해 알루미늄 또는 은을 판유리에 코팅)을 포함한다.