강화유리는 어떤 원리로 잘 안깨지는 건가요?

Question

강화유리는 일반유리에 비해서 정말 잘 안깨지는데 도대체 어떠한 원리로 잘 깨지지않고 오히려 돌같은걸 던졌을때 튕겨 나오는 건가요?

Answer 1

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

강화유리는 일반유리에 비해 훨씬 더 강한 내구성을 가지고 있습니다. 이는 강화유리가 제조 과정에서 특별한 방법으로 강화되기 때문입니다. 일반유리와는 다른 강화유리의 제조 과정을 통해 강화유리는 내부에 압력을 가하고 그 후에 빠르게 냉각시켜서 겉과 안의 온도 차이를 만들어 내는 방식으로 만들어집니다. 이 과정에서 강화유리의 겉과 안쪽의 온도 차이로 인해 겉쪽은 압축력을 받고 안쪽은 인장력을 받게 됩니다. 이렇게 강화된 강화유리는 더 강한 내구성을 가지게 되며 따라서 돌같은 물체를 던졌을 때에도 깨지지 않고 튕겨나오는 것입니다. 강화유리는 이처럼 강화된 구조로 인해 일반유리에 비해 훨씬 더 강한 내구성을 가지고 있습니다. 감사합니다.

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Answer 2

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

강화유리는 평범한 유리를 섭씨 500~600도의 높은 온도로 가열하다가 공기로 표면을 빠르게 식혀서 만듭니다. 이때 유리 표면이 수축하면서 자연스레 잔류응력이 생성되지요. 이렇게 생긴 내부 압축력은 외부에서 당기는 힘을 가했을 때 유리가 깨지지 않고 버티는 힘으로 작용합니다.

그렇다고 해서 강화유리가 절대로 깨지지 않는 것은 아닙니다. 역시 견딜 수 있는 것 이상의 힘이 가해지면 결국 파괴됩니다. 하지만 일반 유리처럼 날카롭게 쪼개지지 않고 날이 서지 않은 작은 조각으로 부서집니다. 표면에 존재하던 잔류응력이 유리가 깨지는 동안에도 꾸준히 작용해서 외부에서 준 힘이나 충격으로 인해 유리에 생긴 흠집들이 날카롭고 길게 퍼져 나가는 것을 초기에 막기 때문입니다.

강화유리는 안전성을 높이기 위해 자동차 유리 등에서도 사용되며, 일상에서도 무심코 사용하지만 그 안에 숨은 공학자의 궁리를 한번 살펴보았습니다.