실용유리공학

Ⅰ. 기초편
유리의 정의, 본성 및 제조

Chapter 1 유리 재료 개관; 정의, 본성 및 제작특성 · 9
1.1 유리의 어원 및 제작 유래 9
1.2 유리의 정의 11
1.3 유리의 제작방법 15
1.4 유리 상태의 특징 16
유니크한 유리 ‘태양광발전’에도 결코 없어서는 안 될 유리 26

Chapter 2 유리의 종류 및 분류 · 27
2.1 산화물계 조성의 유리 27
2.2 비산화물계 조성의 유리 48
2.3 혼합 조성계 유리 61

Chapter 3 유리화 공정 및 주요 특징 · 67
3.1 유리의 형성이론 67
3.2 유리화 능력 74
3.3 유리화 범위 80
3.4 냉각속도 85
3.5 초급랭 유리의 제작 및 특징 90
유니크한 유리 Low-E유리가 무엇인가? 98

Chapter 4 제작 공정(1); 원료, 조성조합설계 · 99
4.1 원료 화합물의 선정 99
4.2 조합 계산 113
4.3 미량성분의 첨가 119

Chapter 5 제작공정(2); 용융 및 성형 · 121
5.1 용융 설비 122
5.2 용융, 성형 130
5.3 성형 135
5.4 도가니 세척 138
유니크한 유리 한쪽 면에서밖에 보이지 않는 창유리 140

Chapter 6 제작공정(3); 저온유리합성법 · 141
6.1 졸-겔(Sol-gel)법 141
6.2 Sol-gel법의 장·단점 143
6.3 Sol-gel 공정 및 주요 공정 인자 144
6.4 Sol-gel법으로 만들어지는 재료의 종류 150
유니크한 유리 인공 뼈의 이식재료가 되는 유리 152

Ⅱ. 이론편
유리의 구조, 조성·물성·구조 최적화 및 재료설계

Chapter 7 유리구조 및 구조 이론(1); 원자 레벨 배열구조 · 155
7.1 유리구조이론 개관; 연구개발 역사의 배경, 성과 및 전망 155
7.2 원자 배열관점에서의 유리구조 163

Chapter 8 유리구조 및 구조 이론(2); 전자구조 및 상태분석 · 175
8.1 전자를 매개로 한 화학결합관점에서의 유리구조 175
8.2 전자 및 화학결합 관련 구조정보의 측정 및 분석 183

Chapter 9 유리의 조성·물성 최적화 설계 · 201
9.1 성질에 영향을 미치는 가성성 인자 201
9.2 규산염 유리 성질에 미치는 각종 성분의 영향 208
9.3 규산염 유리의 성질에 대한 가성성 216
유니크한 유리 암의 치료에 사용되는 유리 224

Chapter 10 유리의 기본특성 · 225
10.1 제조된 유리제품의 기초특성 225
10.2 유리제조 이력과 관련된 특성 236
유니크한 유리 방사성 핵폐기물을 고정하여 안정적으로 처리하기 위한 유리 246

Chapter 11 유리 전이역에서의 특이 특성 · 247
11.1 유리 전이역 247
11.2 유리의 안정화 248
11.3 응력 발생 메커니즘 251
11.4 서냉공정 254

Ⅲ. 응용편
응용을 위한 기능성 구조 및 주요물성

Chapter 12 유리 내 특이구조형성(1); 결정화 · 261
12.1 핵생성의 현상과 이론 261
12.2 결정성장의 현상과 이론 271
12.3 결정화 유리를 얻기 위한 열처리 공정 274
12.4 결정석출 기구 278
유니크한 유리 식물에 유용한 비료로서 작용하는 유리 280

Chapter 13 유리 내 특이구조형성(2); 분상 · 281
13.1 분상 현상과 발생 메커니즘 281
13.2 열처리에 의한 분상조직의 성장 과정과 그 정량화 291
13.3 분상이 유리특성에 미치는 영향 294
유니크한 유리 심해에서 자발광하는 생물체처럼 빛 밝히는 유리 300

Chapter 14 유리의 기계적 특성 강화기술 설계 · 301
14.1 유리의 강도 301
14.2 열 강화 307
14.3 화학 강화 312
14.4 고강도 유리의 조성-이론설계 320

Chapter 15 유리의 화학적 내구특성 설계 · 325
15.1 유리의 화학적 내구특성 개요 325
15.2 pH 변화에 따른 표면반응 및 반응메커니즘 327
15.3 pH 변화에 따른 유리 성분의 활량 및 열역학적 반응특성 331
15.4 화학적 내구성에 미치는 유리 성분의 영향 및 내구성 증진방안 340

Chapter 16 유리의 열적 특성 설계 · 343
16.1 유리의 열처리 및 사용 중의 변화(1); 열용량 343
16.2 유리의 열처리 및 사용 중의 변화(2); 열팽창 345
16.3 유리의 열처리; 용해열 356
유니크한 유리 첨단 광화이버용 유리의 기능이 가능한 해면동물 360

찾아보기 361

서평
유니크한 ‘유리’로의 초대를 위해....

‘유리’는, 이미 석기시대부터 화살촉이나 칼과 같은 일상과 생존을 위한 천연의 이기(利器)로서, 그 후 각 종의 장식용 유리 또는 창과 용기용 유리로서, 우리 생활에 없어서는 안 될 민생의 재료(Material)였다. 최근에는 초고순도의 광화이버용 유리, 암치료용 바이오 유리, 수소 저장 및 수송용 에너지 재료 등과 같이 미래사회를 견인할 핵심 소재로 변신하고 있다.

이러한 유니크한 ‘유리’로의 초대(招待)를 위해, 지난 20수년간 교육현장에서 경험하고 고민해왔던, 유리 특유의 이론과 지식들, 호기심에 끌려 흥미로왔던 고찰의 산물들, 자주 읽고 접하며 의자현(義自見)했던 경험들, 이러한 지식의 단편들을 정리하고 엮어서, ‘실용유리공학’을 집필하였다.
‘실용(實用)’과 ‘공학(工學)’이라는 수식어가 앞뒤로 들어간 책 제목에서 시작하여, 겉표지를 넘긴 이후 350쪽을 훌쩍 넘기며 기술된 내용은, 우선 기본 정의와 개념 설명이외에도 실험결과 및 실습자료 등 실용 지식을 중심으로 구성하였다. 여기에 추가적으로 다수의 정량?정성적 수식과 원리를 더하므로서, 실용유리분야에서 필요로 하는 지식적 균형을 기대하게 되었다.

‘유리’의 근간을 지탱하는 ‘공학과 과학’이 현재처럼 이렇게 급속히 발달해 간다면, ‘유리’를 둘러싼 학문분야의 미래상은 과연 어떻게 변할까?
필자는, 유리의 미래가 아마 ‘예술(藝術)’과 같이 창조적 분야로, 한편으론 ‘철학(哲學)’과 같은 보다 인본적(人本的) 분야로 회귀하여 보다 인간 본질과 교감하고 어루만지는 학술 분야로 변해 갈 것을 예견한다.
하지만, 현재로선 이러한 변신을 예고하고 올바르게 안내할 전문 서적을 집필하는 것은 쉽지 않을 것이다. 다만, 그런 변화를 예견하고 대비하는 길목에 서서, 아름답고 다양한 형상의 예술작품으로의 유리, 또는 최첨단의 기능성 부품소자용 유리와 같은 전혀 다른 가치와 장르가 병립하는 가운데, 끊임없는 기술적 trade-off상황들 속에서 새로운 목표와 가치를 창출해야하는 근본 이유와 해답을, 본서에서 중점적으로 다루는 내용들 즉, 유리의 점도와 온도특성, 그리고 원자 및 전자레벨에서의 구조적 본질과 특이성, 전기음성도, 원자반경 및 결합에너지 등의 결정화학적 인자들, 결정화 및 분상과정의 열역학적, 물질이동 및 속도론적, 유변학적 해석 등을 현학(玄學)의 도구삼아 찾고 풀어가는 것도 나름 의미가 있다하겠다.

또한, 유리를 학습하거나 연구개발하면서 현실적 한계와 장벽에 막혀, 나아 갈 길을 방황하는 자는, 자신에게 요긴한 단비와 등불을 이 책 가운데서 찾게 되길 바란다.

2017.6.15. 필자