Li과 Ti 이온을 함유한 운모 결정화 유리에 관한 연구

Abstract

1. Li과 Ti를 함유하는 유리안에서의 운모 결정화 현재까지 알려져 있는 Biotite group을 벗어나서 불화 운모 중 또 하나의 부류인 Lepidolite를 $K_2O-Li_2O-TiO_2-Al_2O_3-SiO_2-F$ 유리안에서 결정화하는 가능성과 그 과정을 연구하였다. 리튬을 많이 포함하는 유리 조성안에서 lepidolite 운모의 결정화를 위해 적정량의 산화 티탄의 첨가를 필요로하게 되었다. 비교적 낮은 온도, 즉 $600\,^\circ\!C$에서 lithium fluoride의 석출이 확인되었고 이 상은 Lepidolite운모로 발전하였다. 이 운모 결정화유리는 육각 판상의 운모 결정으로 채워져 있으며 가공성이 있음이 확인되었다. 그러나 낮은 열적 안정성때문에 $950\,^\circ\!C$ 이상의 고온에서 쉽게 불소를 잃고 rutile, feldspar, $Li_2TiSiO_5$로 분해하였다. $K_2O-Li_2O-TiO_2-Al_2O_3-SiO_2-F$ 유리의 조성범위에 따라서 운모외에도 leucite과 rutile, spodumene의 석출이 있었으며 이 중 spodumene과 운모가 석출한 결정화 유리는 열팽창계수가 낮은 특성을 보였다. 2. 운모 글라스 세라믹의 기계적 성질 선반작업시 재료에 전달되는 절삭력을 공구동력계로서 측정한 후 힘 과 에너지를 재료의 특성과 관련하여 기계가공성을 조사하였다. 측정결과에서 기계가공성의 평가를 위한 단순한 방법으로 절삭 속도에 대한 유효 절삭력의 의존성이 있음이 확인되었다. 기계적 강도, 가공면의 표면조도, 그리고 파괴 인성은 가공거동을 밝히기 위하여 측정되었다. 기계가공성을 결정하는데 있어서, 탄성충돌효과가 적은 저속 절삭 속도에서의 유효 절삭력과 유효 절삭 에너지의 절삭속도 지수는 가공성평가에 대한 합리적인 요인들로 확인되었다. 높은 형상비 (aspect ratio)와 적절한 크기를 갖는 운모결정이 파괴 인성과 강도의 증가를 보였으며 파괴인성치는 최고 $2.2MPa \cdot \sqrt{m}$에 달했다. 파괴 인성은 결정-유리 계면에서의 crack deflection과 운모 결정의 소성변형에 의해 증가하였으며 기계적 강도는 결정이 유리상에 의해 고립된 상태로 존재하는 경우 높게 나타났다. 기계가공성을 평가하는데 있어서 재료의 취성, 즉 Brittlness, $(H/K_{lc})^2$이 매우 합리적인 특성이라고 판정되었으며 이들은 서로 반비례 관계에 있었다. 경도는 결정의 연결성에 따라 낮아지는 경향을 보였는데 결정화도와 결정의 형상비에 의해 그 변화를 평가하였다.