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유리의 일반적 성질

① 화학적 성질：일반유리는 알칼리 용액에 의해 어느 정도 침식되고 이산화탄소로 인하여 다소 약해지나, 일반적으로 수명이 길고 실용적이다.

원하는 특성을 모두 갖춘 단일유리는 없지만 특정물질에 대하여 내성(耐性)이 강한 특수유리는 만들 수 있다. 이 경우에는 유리의 표면을 화학적으로 변화시키거나 도장(塗裝)한다.

② 물리적 성질：유리는 실온에서 탄성이 있는 고체이다. 유리는 깨지기 쉽고 강도가 낮은 것처럼 보이나 실제로 매우 강하다. 유리는 인장강도가 크나 표면에 있는 흠은 이 특성을 감소시킨다. 유리는 피로파괴(疲勞破壞)되기 쉬우며, 아주 작은 금은 화학작용에 의해 더 깊어진다.

유리가 깨지는 원인인 내부변형을 없애기 위해서는 주의깊게 풀림(성형된 제품을 적당한 온도로 재가열한 뒤 갑자기 냉각하는 조작)을 하는 것이 필요하다.

③ 열적 성질：유리는 가열하면 팽창하고 냉각하면 수축하나 열전도체로는 적합하지 않다. 유리는 내부와 표면의 냉각속도가 다르므로 강화유리의 경우 갑작스런 온도변화는 응력이 생겨 유리가 깨지는 원인이 된다. 그러므로 풀림을 주의깊게 하는 것은 온도변화에 따른 효과를 완화시킨다.

④ 전기적 성질：유리는 온도에 의해 절연성에 영향을 받지만 좋은 절연체이다. 먼저 유리를 충분히 가열하면 도체가 될 수 있다. 비교적 높은 온도에서도 좋은 절연체가 될 수 있는 특수유리도 있다.

⑤ 광학적 성질：유리는 보통의 빛은 통과시켜 투명하지만 적외선과 자외선은 통과시키지 않는다.

유리 생산의 역사

가장 오래된 유리는 BC 2500년경 고대 이집트와 메소포타미아에서 만든 유리구슬이다.

약 4,000년 전에 유리 덩어리를 깎아서 최초의 메소포타미아 유리 그릇을 만들었다. 취입유리제작법(吹入琉璃製作法)은 아마도 BC 200년경에 바빌론에서 처음으로 시작되었으며, 로마인에 의해서 실용화되었다. 취입유리제작법은 철로 된 불대 끝에 녹은 연질유리 덩어리를 말아올린 다음에 굴려서 적당한 모양으로 만들고 나서, 이를 공중에서 불거나(공중불기) 주형에 넣은 후에 불어서(틀불기) 만든다.

로마인들은 두께 12㎜의 넓은 판에 유리를 부어 판유리를 만들려고 했으나 실패했다. 유럽의 유리제조기술은 AD 200년경 이후로 1,000년 동안 쇠퇴했으나 동로마 제국(비잔티움)과의 교류를 통해 유럽의 유리제조기술은 베네치아에서 발전했다.

무라노 섬에서 고도로 숙련된 기술로 제작된 유명한 유리제품이 쏟아져나왔다.

유리제품의 제작기술을 보호하려는 법령이 공포되었음에도 불구하고 베네치아의 유리제조기술은 전유럽으로 퍼져나갔다. 19세기까지 창유리를 만드는 유일한 방법은 커다란 구형(球形)으로 유리를 분 후에 이를 철로 된 불대에서 잘라낸 후 회전시켜 평평하게 만드는 것이었으며, 이렇게 하면 유리의 중심부분에서부터 동심원 모양의 물결무늬를 형성하면서 유리면이 고르지 않은 원판형의 유리가 만들어진다. 19세기말 유리는 상용 물질이 되었으며, 판유리는 유리 실린더를 분 후에 불대에서 잘라내 벌리고 철판 위에 놓으면 유리의 무게에 의해서 평평해지는 것을 이용해 만들었다.

이 시기에는 여러 종류의 유리 생산이 크게 증가했으며 판유리, 렌즈 및 기기에 사용되는 광학유리가 실용화되었다. 20세기에 들어서면서 근대산업의 발달로 유리제조기술과 유리의 실용성은 눈부신 발전을 이룩해 4,500년 동안 발전되어온 유리제조기술보다 더욱 혁신적인 방법으로 유리를 만들 수 있게 되었다.

유리의 생산

유리의 원료(소다·석회·실리카·알루미나·산화붕소와 기타 물질)를 잘 혼합한 후 유리찌꺼기나 만들고자 하는 유리와 같은 종류의 깨진 폐유리와 함께 용광로에서 녹이면 물유리가 된다.

① 판유리：판유리는 다음과 같은 몇 가지 방법에 의해 만들어진다. 녹은 유리를 철판을 이용해 판 모양으로 뽑아 냉각·풀림 후 절단해 만드는 법, 뜨거운 유리를 롤러 사이로 통과시켜 판으로 성형하는 법, 유리가 단단해질 때까지 녹은 유리를 미리 용융되어 있는 주석위에서 부유하게 하면서 굳히는 방법(이 방법으로 거의 연마가 필요없는 예외적으로 평평한 면을 얻음) 등에 의해 만들어진다.

② 병과 용기：용기는 주조와 취입유리제작법, 흔히 이 두 방법을 결합한 방법에 의해 만들어진다. 중공성형법(中空成形法)은 부분적으로 완성된 성형품을 주형에 넣은 후 공기를 불어넣거나 플린저를 이용해 일정한 형태로 만드는 방법이다.

어떤 용기들은 주형에 유리를 가압주입하고 플린저로 압착하여 모양을 만든다. 대부분의 성형된 제품은 틀자국과 폐물을 제거하는 끝손질이 필요하다.

③ 기타 유리제품：유리섬유는 열과 전기 절연성이 매우 좋고 경량의 합성수지, 모형 보트의 선체, 차체 등의 보강재로 쓰인다. 지름이 수천 분의 1㎜인 미세한 유리섬유가 만들어지고 이러한 것들이 수백 개가 모여 한 가닥의 실을 이루어 유리실이 만들어진다. 유리솜은 아무렇게나 분포된 유리섬유 덩어리로 만든 것이다.

문이나 자동차 앞유리는, 유리가 깨져서 생긴 유리의 파편이 매우 위험하기 때문에 강화유리나 박판유리(薄板琉璃)를 사용한다.

유리의 열강화는 유리를 연화온도(軟化溫度) 직전까지 가열한 후 갑자기 냉각한다. 이러한 공정을 거쳐 만들어진 유리는 일반유리에 비해 연성과 강도가 좋고, 깨졌을 때에도 오목한 끝을 가진 것처럼 보이는 작고 비교적 일정한 정6면체 모양의 파편들로 쪼개진다. 강화유리는 차의 유리로 쓰기에 너무 단단하므로 미국에서는 박판유리가 자동차의 앞유리로 각광을 받고 있다.

2개의 유리판 사이에 비닐 내층이 있으므로 유리가 충격에 의해 깨져도 파편이 비닐에 의해서 그대로 붙어 있게 된다. 비닐을 두껍게 하거나 유리의 층수를 늘리면 소형화기에 견딜 수 있는 물질을 만드는 데 사용되며, 이러한 형태의 유리를 흔히 방탄유리라 한다.

전기·전자 분야에 사용되는 유리의 용도는 매우 다양하며 특수유리가 개발되어 고온용, 고압 절연용, 나트륨 증기에 의한 전등의 손상방지와 전자산업의 필수품으로 사용되고 있다.

이러한 유리가 들어 있는 전자부품은 레이더·텔레비전·컴퓨터 등이 있다. 깨지기 쉬운 고온에서 실험하는 실험실의 이화학용 유리로는 붕규산유리(硼硅酸琉璃)나 파이렉스 유리와 같은 내열유리가 사용된다. 파이렉스 유리는 또한 광학적 성질이 우수하여 망원경의 반사경으로도 사용된다. 식기제조의 현대적 방법은 전통적으로 사용되어온 방법과 거의 같다.

주형을 사용하지 않는 취입법이 아직도 주요공정이며, 녹은 유리에 금속 산화물을 첨가해 유리의 색을 낸다. 진공 플라스크에도 유리가 많이 사용된다.

특수 유리제품의 생산

① 거품유리：합성 용암(synthetic lava)이라고도 하며, 유리가루와 탄소의 혼합물을 주형에 넣어 만든다.

가열하면 팽창하고, 매우 가벼우나 경도가 뛰어난 물질이다. 부표(浮標)나 절연체로 쓰인다.

② 유리벽돌：공동(空洞) 유리벽돌은 반용융된 주물을 주조하여 만들며, 벽을 쌓는 데 사용된다. 이때 모르타르로 벽돌을 접합시킨다. 유리벽돌로 쌓은 벽은 빛을 통과시키고, 방음효과(防音效果)가 뛰어나다.

③ 타이타늄(티탄) 유리：병은 많은 조작(특히 병공장에서 음료수를 다시 채우거나 세척을 하기 위해 회수되었을 때)에 잘 견뎌낸다 해도 열에 약하다.

풀림 전에 병에 타이타늄 화합물을 뿌려주면 병 면에 매우 얇은 산화 타이타늄 막이 형성되어 마찰과 균열을 막아주고 병이 잘 깨지지 않는다.

④ 광섬유：유리 특유의 광학적 성질 때문에 유리막대의 내부를 통해 굴곡된 부분에서도 빛을 전송할 수 있다. 지름 6㎜ 정도의 유리섬유 다발은 각각의 섬유가 갖고 있는 유연성을 일부 간직하고 있기 때문에 굴곡이 예리한 부분에서 지름이 같은 단일 유리막대보다 빛을 더 잘 전송한다.

만약 유리섬유의 한 쪽 끝이 어떤 물체와 연결되어 있거나 그 물체와 근접해 있다면, 이 물체의 영상은 멀리 떨어진 면에 나타날 것이다. 이런 다발을 플렉시스코프(flex iscope)라 하며, 의료용·산업용으로 사용된다. 매우 작은 다발은 광학 카테테르(optical catheter)라 한다. 유리 다발이나 섬유를 적당히 변형하여 레이저의 간섭성 빛으로 유리섬유를 통해 먼 거리에서도 정보를 전달할 수 있다.

⑤ 기타 특수유리：특수한 용도로 사용하기 위해 개발된 특수유리로는 전기전도성 유리, 광학적 창문, 순수한 규산유리, 감광유리, 광호변성(光互變性) 유리가 있다.

전기전도성 유리는 항공기 앞 창유리로 사용되며, 광학적 창문은 기기(風洞과 방사실)와 조사하기가 나쁜 물체의 내부를 사진촬영하거나 정밀검사하는 데 필요하다. 순수한 규산유리는 천문학에서 자외선분광기에 쓰이며, 감광유리는 열처리되어 자외선을 쬐면 영상이 나타난다. 그리고 광호변성 유리는 자외선과 가시광선이 내리쬐는 곳에서는 어둡게 변색되었다가, 어두운 곳에서는 다시 본래의 색으로 되돌아가는 성질이 있다.