응력(Stress)
유리 응력의 종류는 다음과 같다.
1) 두께응력 (Thickness Stress, Toughening Stress)
2) 평면응력(막응력) (Membrane Stress, Planar Stress)
3) 표면압축응력 (Surface Compressive Stress)
4) 가장자리응력 (Edge Stress)
특히 두께응력 중 압축응력을 표면압축응력이라 하고 잔존하는 형태에 따라 영구응력, 일시응력, 열응력으로 구분하기도 한다.
유리에 두께응력 값이 높으면 유리가 잘 잘라지지 않는 특성을 지니며, 이는 두께응력을 형성하는 인장응력(Tension) 값이 100 MPa 라 할때 압축응력(Compresion)은 그 2배에 해당하는 200MPa 로 작용하기 때문이다.
평면응력은 절단 시 스코어링 라인을 따라가지 않고 원하지 않는 방향으로 잘라지는 현상과 관계가 있고, 가장자리응력(Edge Stress)은 서냉유리에는 존재하지 않으나 강화 시 유리가 식는 속도에 따라 오로지 압축응력만 발생한다. 이때 발생된 Edge 응력과 동일한 크기의 응력이 내부응력으로 존재하게 된다.
같은 위치에서도 방향에 따라 응력이 다를 수 있으므로 응력 측정시 이를 고려하여야 하며, 표면에는 영구응력이 존재하고 내부에는 일시응력이 존재하는 특성을 가지므로 유리를 자르면 응력이 사라지는 현상을 관찰할 수 있다.
응력의 크기를 측정하려면 선편광(Linear Polarization)하에서 측정하여야 하고 응력의 분포를 측정하려면 원편광(Circular Polarization)하에 측정하여야 응력의 분포를 알 수 있다.
위 그림에서 흰색으로 보이는 부위가 응력이 발생한 부위이며 해당 위치에서 응력의 크기를 측정하려면 선편광하에서 측정하면 된다.
편광현미경 구조 및 λ/4 Plate
<응력 분포 측정방법>
1) Analyzer와 Polarizer를 직교시켜 소광(가장 어두워 지도록 한다) 시킨다.
2) 시료 삽입 위치를 기준으로 Polarizer 와의 사이 상단에 λ/4 판을 삽입하여 가장 밝게 되도록 맞춘다.
3) 하단에 λ/4 판을 삽입하여 가장 어두워지도록 맞춘다.
4) 시료를 삽입하면 응력의 크기 만큼 해당 부위가 밝아진다.
<응력 크기 측정방법>
1) Analyzer와 Polarazer를 직교시켜 소광 시킨다.
2) 상단 (Analyzer와 시료 사이)에 λ/4 판을 삽입하고 가장 밝게 되도록 Analyzer를 회전 시킨다.
3) 시료를 절단면이 보이도록 삽입하여 가장 밝게 보이는 주 응력을 기준으로 Analyzer를 회전 시켜 가장 어두워지는 각도와의 차를 측정하여 아래 수식으로 계산한다.
참고로 평행소광인 경우 시료를 투과한 빛의 밝기는 소광각 사이의 절반이 되는 45도 위치에서 가장 크게 나타난다.
λ(590) : 나트륨 광원 사용 : 590nm
2.6455 : Brewster constant (Soda-Lime Silicate Glass)
Membrane Stress 또는 Surface Compressive Stress 측정 시 유용하게 사용할 수 있는 표준물
Stress 표준물
Stress 표준물을 이용한 Edge Stress 측정.
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