유리제작과정
- 유리는 녹여서 만들기 때문에 여러 가지 형태의 유리제품이 가능합니다.
물론 이 때 완전히 녹은 상태에서는 형상을 이루는 것이 힘들겠지요. 이를테면 엿을 한 번 생각해보세요. 엿이 녹아서 막 굳어지려고 하는 물렁물렁한 상태. 그 상태를 생각하시면 됩니다. 그 상태에서 여러 가지 형상의 유리제품을 만들 수 있답니다. 유리를 만들기 위해서는 일단 원료들이 필요합니다. 우리가 사용하는 병유리나 판유리는 거의 다 소다 석회유리로 만들어진답니다. - 왜 소다석회유리라는 이름이 붙었을까요?
그것은 바로 소다(Na2O)와 석회(CaO)가 들어갔기 때문입니다. 원래 SiO2는 뛰어난 성질을 가지고 있답니다.
높은 내열성(높은 온도에서 잘 견딜 수 있다는 뜻)과 높은 내열충격성(높은 온도에서의 충격에 강하다는 뜻)을 가지고 있지요. 하지만 이 SiO2의 단점은 녹는점이 매우 높다는 것입니다.(약 2,000℃ 이상입니다.) 녹는점이 높으면 연료비가 엄청나게 올라가겠지요. 1℃에서 100℃까지 온도를 올리는 것은 이것을 위해서 Na2O나 CaO, MgO, Al2O3를 넣어 주게 되면 원래 석영유리(SiO2로만 이루어진 유리를 석영유리라고 합니다.)의 장점(위에서 얘기한 내열성, 내열 충격성) 을 최대한 살리면서 녹는점을 많이 낮출 수 있답니다. 그래서 조성성분들이 저렇게 되는 것이지요. - 왜 양이 저만큼씩 들어가는 가에 대한 이유는 여러 실험 결과를 거쳐 위와 같은 최적조성이 나왔기 때문입니다.
-
1. 배합
그 다음에는 이 원료들을 잘 섞어야 합니다. 아주 골고루. 조금이라도 잘 섞이지 않은 부분이 있으면 성질이 일정하지 않은 유리가 만들어지기 때문이지요.
-
2. 용해
그 다음엔 잘 섞은 분말들을 백금도가니(또는 알루미나 도가니)에 넣은 다음, 그 도가니를 로(furnace)에 넣고 1400 -1500℃까지 가열시킵니다. 왜 백금 도가니를 사용하녀면, 백금 도가니가 유리랑 접착성이 제일 안좋습니다. 접착성이 안좋아야 나중에 유리를 성형틀에 부을 때 도가니랑 녹은 유리가 잘 떨어지거든요~
-
3. 성형
펄펄 끓는 녹은 유리물을 성형틀 안에 부어 넣습니다. 성형틀은 보통 금속(철)이 많이 쓰이지요.
이 유리를 그냥 로안에서 그냥 식힐 경우(서냉)유리가 형성되지 않습니다.
유리가 제조되어질 때 가장 중요한 점이 바로 급냉(빨리 식히는 것)시키는 것입니다. 서냉(천천히 식히는 것)을 할 경우 녹은 유리 안에서 핵이 형성되고 핵주위로 결정들이 성장되어 유리가 투명성일 잃게 된답니다. 결정이란 규칙 적인 원자들의 배열이라고 보시면 됩니다. -
4. 급냉
유리는 급냉을 시키기 때문에 그 구조가 매우 불규칙한 규칙성을 갖고 있답니다. 이리저리 얽혀있는 구조라고 생각 하시면 됩니다. 이렇게 액체상태에서 제자리를 찾아가지 못하고 그냥 굳어지기 때문에 유리는 열역학적으로 액체에 속합니다. 굳어진 액체라고 보시면 됩니다. 구조가 규칙성을 가지게 되면 안에 빈 공간이 생기기 때문에 빛이 투과 할 때 그 빈 공간과 부딪혀 산란을 일으켜 불투명하게 보이게 됩니다.
또한 빈 공간이 존재하지 않기 때문에 물이 통과할 수 없답니다.
유리가 식기나 병의 용기로서 사용되고 있는 이유를 잘 아시겠지요? -
5. 서냉
이렇게 차갑게 냉각되어 굳어진 유리는 너무 빨리 차가워졌기 때문에 상당히 불안정합니다.
이 때 살짝만 건드려도 그냥 깨져버리지요. 그래서 이 때는 서냉이라는 과정을 다시 거칩니다. 급냉시킨 유리를 약 700도 정도로 유지되어 있는 로(furnace)안에 넣고 아주 천천히 온도를 낮춰가면 유리가 투명성을 잃지 않으면서 꽤 강한 강도를 가지게 됩니다.