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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 파우더 블라스팅을 이용하여 유리의 가공 시 가공조건이 유리의 미세크랙 발생이나 표면 거칠기 등표면 성상에 미치는 영향을 규명하고, 크랙의 생성 형태가 파단 강도와 밀접한 관계를 가지고 있다는 가정 하에서 가공조건에 따른 가공 유리시편의 파단력 및 AE 발생 상태를 분석함으로써 파단강도를 높일 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 가공조건은 Table 1과 같이 분사압력을 각각 O.IMPa, 0.25MPa, 0.4MPa, 분당 분사량을 60g, 100g, 노즐 이송속도(nozzle scanning speed)를 50mm/sec, 100mm/sec 및150mm/sec로 변화시키면서 유리표면을 분사가공하였다.
- 각 조건에서 7개씩 가공하여 표면형태는 미세형상측정기(Veeco NT1000)와 공구현미경(KT100 High Scope)으로,분사가공 전후 무게는 O.Olmg 분해능을 갖는 정밀천칭을 이용하여 제거된 무게를 측정하였다.
- 두 번째 실험단계로 각 조건에서 시편을 10초, 20초, 30초 동안 화학적 에칭을 수행한 후 에칭표면을 관찰하였다.
- 분사가공과 파단시험은 18가지 가공조건에 따라 행하여졌으며 여기서는 분사량이 100g/min일 경우에 한정하여 분사 재의 분사압력과 이송속도가 파단력과 AE 신호에 미치는 영향을 고찰하였다.
- 앞의 실험결과에서 블라스팅 가공 시 소재 제거량이나 표면 거칠기 등의 가공현상에 가장 큰 영향을 미치는 가공 인자는 분사압력이라는 것을 알 수 있는데 여기서는 분사압력을 주요 변수로 하여 0.1 MPa, 0.25MPa 및 0.4MPa로 변화시킬 때 블라스팅한 시편의 표면 미세형상을 분석하였다.
- 유기 EL용 유리캡 성형용 유리 시편에 대하여 파우더 블라스팅 공법을 이용하여 분사가공시 가공조건 변화에 따른 가공 면의 형상과 기계적 성질에 관한 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이러한 미세한 크랙을 줄이기 위하여 가공된 시편 표면에불산 50% 용액을 사용하여 화학적 에칭을 하였으며 Fig. 9는 각각 10초, 20초 및 30초간 부식한 표면 형상을 나타낸다. 그림에서 알 수 있듯이 10초간 부식을 한 경우 원래 가공표면과 어느 정도 유사한 형태를 보이나 부식시간이 30초가 될 경우는 과도 에칭에 의하여 전체적으로 평면도가 많이 저하되는 현상이 발생하고 있다.
- 파단력 측정을 위한 공구동력계(Kistler 5011)의 증폭기 셋팅은 LP 필터는 100Hz, Time constant는 O.Olsec로 하였으며, AE 신호는 포락선 신호(envelop signal)를 검출하는데 필터는 300KHz~ 1MHz로, gain은 30dB로 하였다.
- )를 그 위에 부착한 후, 머시닝센터의 주축부 드릴척에 끝단이 구인 환봉을 고정하여 주축에 아랫방향으로 100mm/sec의 속도로 이송을 주며 유리 시편을 파단시켰다. 파단시험 동안 Z 축 방향의 파단력과AE 신호를 노트북용 A/D 변환기 (PCMCIA DAQ-Card 1200)를 통해 저장하였다. Fig.
- 파단시험을 위하여 CNC 머시닝센터(SIRUS-2, 화천) 의테이블에 공구동력계(Kistler 9272)를 고정하고 특별 제작된 시편 고정용 지그와 AE 센서(NF Co.)를 그 위에 부착한 후, 머시닝센터의 주축부 드릴척에 끝단이 구인 환봉을 고정하여 주축에 아랫방향으로 100mm/sec의 속도로 이송을 주며 유리 시편을 파단시켰다. 파단시험 동안 Z 축 방향의 파단력과AE 신호를 노트북용 A/D 변환기 (PCMCIA DAQ-Card 1200)를 통해 저장하였다.
대상 데이터
- 미립분사재는 알루미나의 일종인 WA로서 입자의 크기는 #600이다. Fig.
- 본 실험에서 사용된 장비는 일본 신토(Sinto)에서 제작된 마이크로 블라스터(MB-1)이며 정량공급 장치가 장착되어있어 일정량의 분사재를 공급할 수 있는 장비이다.
- 시편은 일반적인 SLIDE GLASS로 Menzel사 제품으로 규격은 ISO Norm 8037/1에 근거하여 제작된 시편을 사용하였으며 시편 크기는 26mm x 76mm x 1.0mm이다.
성능/효과
- (1) 시편 표면의 제거량은 전반적으로 노즐 이송속도에 반비례하며 분사압력에 비례하는데, 이송속도보다는 분사압력이 더욱 큰 영향을 미친다.
- (2) 가공 표면을 관찰한 결과 표면거칠기는 노즐 이송속도에는 거의 영향을 받지 않으나 분사압력에는 큰 영향을 받는다. 분사압력 이 증가함에 따라 큰 기복현상과 미세 크랙으로 볼 수 있는 깊이 패인 흔적이 나타나는데 이는 유리의 파괴강도를 떨어뜨리는 요인이 된다.
- (3) 파단 실험 결과 분사압력이 높아질수록 파괴강도가 크게 감소하는데 분사량이나 분사노즐의 이송속도가 파괴강도에 미치는 영향은 미미하다.
- (4) 분사가공 후 남아 있는 표면의 미세 크랙을 제거하기 위하여 불산을 이용한 화학적 에칭으로 표면을 부식한 결과 20초 정도 부식할 경우 미세 크랙이 현저히 줄어드는 최적의 표면이 나타났다.
- (5) 분사가공 후 에칭 시 표면형상은 전반적으로 평활해지면서 파단강도가 증가하여 기계적 성질은 향상되며 발생하는 AE 신호의 에너지도 적어지는데 이는 분사가공 후 발생 된 크랙이 어느 정도 감소되었다는 것을 의미한다.
- (6) 파괴강도를 높이기 위해서는 가능한 한 저압으로 분사하는 것이 좋으나 그 경우 가공효율이 낮아지는 문제점이 발생하는데 가공 효율을 높이면서 크랙 발생을 최소화시키는 방법은 분사압력은 작게, 분사재의 분당 분사량은 크게 해야 된다.
- (7) 파우더 블라스팅과 에칭의 가공 공정을 동시에 도입하여 유기 EL용 유리캡의 성형이 어느 정도 가능함을 확인하였다.
- 그림에서 알 수 있듯이 10초간 부식을 한 경우 원래 가공표면과 어느 정도 유사한 형태를 보이나 부식시간이 30초가 될 경우는 과도 에칭에 의하여 전체적으로 평면도가 많이 저하되는 현상이 발생하고 있다. 이러한 결과로부터 약 20초 정도의 부식 시간이 최적일 것으로 판단된다.
- 이러한 실험 결과로부터 유리에 대한 가공능률을 높이기 위해서는 분사재의 분사량과 분사 압력은 크거L 노즐의 이송속도는 작게 해야함을 알 수 있다.
- 한편, 분사량의 영향을 분석하면 동일 이송속도와 분사압력에서 분사량이 6min에서 10min으로 증가하면 재료 제거량은 거의 2배 이상으로 증가함을 알 수 있다.
후속연구
- 이러한 실험 결과는 유기 EL의 유리캡을 분사가공으로 성형한 후 화학적 에칭으로 유리 시편에 남아있는 미세 크랙들을 감소시켜 현재 문제가 되고 있는 파단강도 저하 현상을 어느 정도 극복하는데 도움이 될 수 실제 유기 EL용 유리 캡의 실용화에 응용될 수 있으리라 판단된다.
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