거울

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배경

기록된 가장 오래된 역사부터 인간은 반사에 매료되었습니다. 나르키소스는 웅덩이에 비친 자신의 모습에 넋을 잃었고 마법의 힘은 동화 속 거울에 있다고 합니다. 거울은 반사 수영장과 광택이 나는 금속 표면에서 투명 유리 휴대용 거울과 욕실 거울로 발전했습니다. 그들은 17세기부터 실내 장식에 사용되어 왔으며 자동차와 호텔 로비의 반사 표면은 현대적인 디자인에서 여전히 인기가 있습니다. 거울은 우리의 외모를 조사하고, 도로에서 뒤에 무엇이 있는지 조사하고, 고층 빌딩을 짓고, 현미경 및 레이저와 같은 과학 연구 도구를 만드는 등 실용적인 목적으로도 사용됩니다.

현대 거울의 본질은 근본적으로 물웅덩이와 다르지 않습니다. 빛이 표면에 닿으면 일부가 반사됩니다. 거울은 아주 잘 반사되는 반짝이는 어두운 배경을 가진 단순히 매끄러운 표면입니다. 물은 잘 반사하고 유리는 잘 반사하지 않으며 광택이 나는 금속은 매우 잘 반사합니다. 반사율(표면에서 반사되는 빛의 양)과 표면의 확산성(빛이 표면에서 반사되는 방향)은 변경될 수 있습니다. 그러나 이러한 변경은 단지 개선 사항일 뿐입니다. 일반적으로 모든 반사 표면, 따라서 모든 거울은 특성이 실제로 동일합니다.

인공 거울은 고대부터 존재해 왔습니다. 최초의 거울은 종종 광택이 나는 금속판이었고 지배계급이 거의 독점적으로 사용했습니다. 외모는 사회의 지위와 권력을 반영하기도 하고 어떤 경우에는 결정되기도 하므로 안경에 대한 수요가 높았고 거울 제작 기술의 발전에 대한 요구도 높았다. 1600년대에 유리판 뒷면을 녹인 은으로 코팅하는 과정인 은도금은 거울을 만드는 가장 보편적인 방법이 되었습니다. 이 초기 거울에 사용된 유리는 종종 휘어져서 이미지에 잔물결이 생겼습니다. 어떤 심각한 경우에는 이 거울에 반사된 이미지가 오늘날 우리가 오락실 거울에서 볼 수 있는 것과 유사했습니다. 현대적인 유리 제조 및 야금 기술을 통해 매우 평평하고 뒷면에 ​​균일하게 코팅된 유리 시트를 쉽게 생산할 수 있어 이미지 선명도가 크게 향상됩니다. 그러나 거울의 품질은 그것을 만드는 데 드는 시간과 재료에 달려 있습니다. 휴대용 지갑 거울은 왜곡된 이미지를 반사할 수 있지만 좋은 욕실 거울은 눈에 띄는 왜곡이 없을 것입니다. 과학적 거울은 결함이나 왜곡된 특성이 거의 없이 설계되었습니다.

재료 기술은 거울의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 빛은 투명하기보다는 비확산, 즉 매끄럽고 불투명한 표면에서 가장 잘 반사됩니다. 이 배열의 결함은 미러의 효율성을 떨어뜨립니다. 거울 제작의 혁신은 사용된 유리를 평평하게 하고 균일한 두께의 금속 코팅을 적용하는 방향으로 진행되었습니다. 빛이 거울의 다른 부분 위로 다른 두께의 유리를 통과하여 이동하면 이미지가 왜곡되기 때문입니다. 일부 거울은 당신을 정상보다 더 날씬하게 보이게 하고 일부는 뚱뚱하게 보이게 하는 것은 이러한 불규칙성 때문입니다. 거울의 금속 받침이 긁히거나 반점이 얇으면 반사의 밝기도 고르지 않게 됩니다. 코팅이 매우 얇으면 거울을 통해 볼 수 있습니다. 이것이 단방향 거울이 만들어지는 방법입니다. 불투명하지 않은 코팅이 얇은 금속 지지대 위에 겹겹이 쌓이고 거울의 한 면(반사면)만 켜집니다. 이렇게 하면 어두운 방에서 반대편에 있는 시청자가 꿰뚫어 볼 수 있습니다.

원자재

거울의 주성분인 유리는 불량한 반사체입니다. 그것은 그것을 비추는 빛의 약 4 퍼센트만을 반사합니다. 그러나 특히 연마할 때 균일한 특성을 가지고 있습니다. 이것은 유리가 연마 후 아주 적은 수의 구덩이를 포함하고 금속의 반사층을 위한 효과적인 베이스를 형성한다는 것을 의미합니다. 금속층이 증착되면 표면이 매우 균일하며 범프나 웰이 없습니다. 유리는 또한 특수 거울을 위해 다양한 모양으로 성형될 수 있기 때문에 거울의 좋은 재료로 간주됩니다. 유리 시트는 모래에서 채굴하거나 정제할 수 있는 실리카로 만들어집니다. 실리카의 천연 결정으로 만든 유리는 용융 석영으로 알려져 있습니다. 합성 용융 실리카라고하는 합성 유리도 있습니다. 실리카 또는 석영은 고온으로 용융되어 시트로 부어지거나 롤아웃됩니다.

고품질 과학 등급 거울에는 몇 가지 다른 유형의 유리가 사용됩니다. 여기에는 일반적으로 유리를 강화하거나 특정 환경 극한에 저항하도록 만드는 다른 화학 성분이 포함되어 있습니다. 예를 들어 Pyrex는 붕규산 유리(실리카와 붕소로 구성된 유리)로 거울이 고온을 견뎌야 할 때 사용됩니다.

어떤 경우에는 플라스틱 기판이 유리 기판만큼 효과적입니다. 특히, 아이들 장난감의 거울은 종종 이런 방식으로 만들어지기 때문에 쉽게 깨지지 않습니다. 플라스틱 폴리머는 석유 및 기타 유기 화학 물질로 제조됩니다. 평평한 시트와 원을 포함하여 원하는 모양으로 사출 성형할 수 있으며 설계 요구에 따라 불투명하거나 투명할 수 있습니다.

거울을 만들려면 이러한 기본 재료를 코팅해야 합니다. 금속 코팅이 가장 일반적입니다. 은, 금, 등의 다양한 금속 및 크롬이 이 애플리케이션에 적합합니다. 은은 100년 전 가장 인기 있는 받침 거울이었으며 "은"이라는 용어의 주화로 이어졌습니다. 오래된 은색 거울은 유리 뒤에 어두운 선이 있는 경우가 많지만 재료가 매우 얇고 고르지 않게 코팅되어 벗겨지거나 긁히거나 변색될 수 있기 때문입니다. 보다 최근에는 1940년 이전에 거울 제조업체에서 유리 표면에 고르게 퍼지고 변색되지 않는 수은을 사용했습니다. 이 관행은 또한 독성 액체를 밀봉하는 문제를 제기했기 때문에 결국 폐기되었습니다. 오늘날 알루미늄은 거울에 가장 일반적으로 사용되는 금속 코팅입니다.

과학 등급의 거울은 때때로 각각 10,000분의 1인치 두께의 최대 수백 층으로 산화규소 및 질화규소와 같은 다른 재료로 코팅됩니다. 이러한 유형의 코팅은 유전체 코팅, 반사판과 금속 코팅의 보호 마감재로 사용됩니다. 금속보다 스크래치에 강합니다. 과학 거울은 또한 은 코팅을 사용하고 때로는 금 코팅도 사용하여 특정 색상의 빛을 다소 잘 반사합니다.

디자인

표면의 규칙성은 아마도 거울의 가장 중요한 디자인 특성일 것입니다. 가정용 거울은 창틀 및 액자 유리와 거의 동일한 사양을 충족해야 합니다. 사용된 유리 시트는 상당히 평평하고 내구성이 있어야 합니다. 설계자는 필요한 두께만 지정하면 됩니다. 예를 들어, 두꺼운 거울은 내구성이 더 높지만 더 무겁습니다. 과학 거울은 일반적으로 특별히 설계된 표면을 가지고 있습니다. 이러한 표면은 1000인치 이내에서 균일하게 매끄러워야 하며 안경 렌즈처럼 특정 곡률로 설계할 수 있습니다. 이 거울의 디자인 원리는 안경의 디자인 원리와 동일합니다. 거울은 빛을 반사할 뿐만 아니라 초점을 맞추도록 의도될 수도 있습니다.

거울 디자인은 또한 사용할 코팅 유형을 지정합니다. 코팅재는 요구되는 내구성과 반사율에 따라 선택되며, 거울의 용도에 따라 거울의 전면 또는 후면에 도포할 수 있습니다. 이 단계에서 보호 코팅의 후속 레이어도 지정해야 합니다. 대부분의 일반적인 거울의 경우 반사 코팅이 유리 뒷면에 적용됩니다. 유리 뒷면이 손상될 가능성이 적기 때문입니다. 뒷면은 자주 장착됩니다. 거울 제조의 초기 단계는 유리 블랭크를 절단하고 성형하는 것입니다. 절단은 일반적으로 팁에 다이아몬드 먼지가 박힌 톱으로 수행됩니다. 다음으로, 블랭크는 연마액과 연삭판을 사용하여 블랭크에 매우 균일하고 매끄러운 마감을 생성하는 광학 연삭기에 넣습니다. 반사 재료는 증발기에 적용되며, 증발기는 금속 코팅이 블랭크 표면에서 증발할 때까지 가열합니다. 공기 및 날카로운 물체로부터 코팅을 완전히 밀봉하기 위해 플라스틱 또는 금속 프레임.

과학적 사용을 위해서는 거울이 반사할 빛의 색이나 파장을 고려해야 합니다. 표준 가시광선 또는 자외선 미러의 경우 알루미늄 코팅이 일반적입니다. 거울을 적외선과 함께 사용하는 경우 은색 또는 금색 코팅이 가장 좋습니다. 유전체 코팅은 적외선 범위에서도 우수합니다. 그러나 궁극적으로 코팅의 선택은 내구성과 파장 범위에 따라 달라지며 탄력성을 위해 일부 반사율이 희생될 수 있습니다. 예를 들어, 유전체 코팅은 금속 코팅보다 훨씬 더 긁힘에 강하며, 추가 비용에도 불구하고 이러한 코팅은 보호를 위해 금속 위에 추가되는 경우가 많습니다. 과학 등급 거울의 코팅은 일반적으로 유리 전면에 적용됩니다. 유리를 통과하는 빛은 항상 약간 왜곡되기 때문입니다. 이것은 대부분의 과학 응용 프로그램에서 바람직하지 않습니다.

제조
프로세스

유리 절단 및 성형

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1 거울 제조의 첫 번째 단계는 유리 "블랭크"의 윤곽을 응용 프로그램에 맞게 절단하는 것입니다. 미러가 자동차용인 경우 예를 들어, 유리는 자동차의 미러 마운트에 맞게 잘립니다. 일부 거울 제조업체는 자체 유리를 절단하지만 다른 제조업체는 이미 절단된 유리를 받습니다. 유리를 자르는 사람에 관계없이 매우 단단하고 가늘게 뾰족한 날을 사용하여 유리를 절단합니다. 다이아몬드 스크라이브 또는 톱(예리한 금속 포인트 또는 다이아몬드 먼지가 박힌 톱)은 유리가 다이아몬드를 마모시키기 전에 다이아몬드가 유리를 마모시키기 때문에 자주 사용됩니다. 사용되는 절단 방법은 거울이 취할 최종 모양에 전적으로 달려 있습니다. 한 가지 방법에서 블레이드 또는 스크라이브를 사용하여 유리를 부분적으로 절단할 수 있습니다. 그런 다음 압력을 사용하여 스코어 라인을 따라 유리를 깨뜨릴 수 있습니다. 다른 방법에서는 기계가 다이아몬드 톱을 사용하여 자동화된 띠톱처럼 날을 앞뒤로 또는 위아래로 여러 번 당겨 유리 전체를 절단합니다. 절단은 절단의 결과로 코팅이 유리에서 벗겨질 수 있기 때문에 일반적으로 금속 코팅이 적용되기 전에 수행됩니다. 블랭크를 형성하기 위해 유리를 절단하는 것의 대안은 용융 상태에서 유리를 성형하는 것입니다.

2 블랭크를 광학 연삭기에 넣습니다. 이 기계는 블랭크를 고정하는 함몰부로 가득 찬 대형 베이스 플레이트로 구성됩니다. 블랭크로 채워진 베이스는 평면, 볼록 또는 오목과 같은 원하는 표면 모양을 가진 다른 금속판에 대고 배치됩니다. 거친 액체인 연삭 화합물이 곡면에 문지르거나 굴릴 때 유리 블랭크 위에 퍼집니다. 이 작업은 절구와 유봉으로 향신료를 갈는 것과 유사합니다. 컴파운드의 그릿은 연마판과 같은 모양이 될 때까지 유리 표면을 점차적으로 마모시킵니다. 표면이 매우 매끄럽고 균일해질 때까지 더 미세한 입자가 사용됩니다.

손으로 연삭하는 기술도 존재하지만 시간이 많이 걸리고 제어하기 어렵습니다. 매우 크거나 비정상적인 모양의 표면과 같이 기계적 연삭이 불가능한 경우에만 사용됩니다. 상업용 광학 그라인더는 50~200개의 블랭크를 수용할 수 있으며 모두 동시에 연마됩니다. 이것은 손으로 연삭하는 것보다 훨씬 효율적입니다. 특수 광학 장치도 조정 가능한 장비에서 기계적으로 만들 수 있습니다.

반사재 도포

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3 유리 표면이 적절하게 형성되고 매끄럽게 마무리되면 디자이너가 선택한 반사 재료로 코팅됩니다. 코팅재에 관계없이 증발기라는 장치에 적용됩니다. 증발기는 블랭크 미러를 지지하기 위한 상부 플레이트와 코팅 금속을 용융시키기 위한 하부 도가니가 있는 대형 진공 챔버입니다. 금속이 진공 상태로 증발할 정도로 금속이 도가니에서 가열되어 뜨거운 호흡이 차가운 창을 찌는 것처럼 유리 표면에 코팅을 증착하기 때문에 그렇게 불립니다. 블랭크는 금속 증기가 유리 표면에 도달할 수 있도록 하는 상부 플레이트의 구멍 중앙에 있습니다. 금속은 기화되기 전에 수백 또는 수천 도(금속의 끓는점에 따라 다름)까지 가열될 수 있습니다. 이 절차의 온도와 타이밍은 정확한 금속 두께를 얻기 위해 매우 정밀하게 제어됩니다. 이 코팅 방법은 매우 균일하고 반사율이 높은 표면을 만듭니다.

4 상판에 있는 구멍의 모양이 페인트 와 같이 금속으로 된 유리에 전사됩니다. 스텐실을 통해. 이 효과는 종종 거울을 의도적으로 패턴화하는 데 사용됩니다. 금속 스텐실 또는 마스크를 유리 표면에 적용하여 하나 이상의 패턴을 생성할 수 있습니다.

5 유전체 코팅(반사 층 또는 금속 코팅 위의 보호 층)은 금속 덩어리 대신 가스를 사용한다는 점을 제외하고 거의 동일한 방식으로 적용됩니다. 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물은 일반적으로 유전체 코팅으로 사용됩니다. 이러한 가스가 극한의 열에서 결합하면 반응하여 고체 물질을 형성합니다. 이 반응 생성물은 금속과 마찬가지로 코팅을 형성합니다.

6 여러 증발 단계를 결합하여 다층 코팅을 만들 수 있습니다. 표면의 반사 또는 기계적 특성을 변경하기 위해 금속 또는 기타 유전체 위에 투명한 유전 물질을 증발시킬 수 있습니다. 예를 들어, 유리 뒷면에 은색 처리된 거울에는 반사율을 개선하고 금속이 긁히지 않도록 하기 위해 종종 불투명 유전층이 적용됩니다. 단방향 거울은 이 절차의 예외이며 이 경우 얇은 금속 코팅이 손상되지 않도록 각별히 주의해야 합니다.

7 마지막으로 적절한 코팅이 적용되면 완성된 거울을 베이스에 장착하거나 배송을 위해 충격 방지 패키지에 조심스럽게 포장합니다.

품질 관리

거울은 얼마나 좋아야 합니까? 빛의 반사율이 80%이면 충분합니까? 모든 80%가 정확히 같은 방향으로 바운스되어야 합니까? 대답은 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 지갑 거울은 반사율이 80~90%에 불과할 수 있으며 유리 두께에 약간의 불규칙성이 있을 수 있습니다(예:연못 표면의 잔물결). 이 경우 이미지가 약간 왜곡되지만 육안으로는 거의 보이지 않습니다. 그러나 망원경과 같이 과학적인 용도로 거울을 사용하는 경우에는 반사광이 정확히 원하는 위치에 도달하도록 하기 위해 표면의 모양과 코팅의 반사율을 매우 특정한 정도로 알아야 합니다. 망원경 설계자는 그것을 원하고 적절한 강도로 원합니다. 미러의 허용 오차는 제조 비용과 용이성에 영향을 미칩니다.

배치 미러 균일성은 품질 보증의 첫 번째이자 가장 중요한 작업입니다. 연마판 또는 증발기 챔버의 가장자리에 있는 거울은 장치 중앙에 있는 거울과 동일한 표면 또는 코팅을 가지고 있지 않을 수 있습니다. 단일 미러 배치에 광범위한 금속 두께 또는 표면 평탄도가 있는 경우 균일성을 개선하기 위해 프로세스를 조정해야 합니다.

미러의 무결성을 테스트하기 위해 여러 방법이 사용됩니다. 표면 품질은 스크래치, 고르지 않음, 구덩이 또는 잔물결에 대해 먼저 육안으로 검사됩니다. 이것은 맨눈으로, 현미경으로, 또는 금속 두께의 차이를 보여주도록 설계된 적외선 사진 프로세스로 수행할 수 있습니다.

보다 엄격한 표면 제어를 위해 표면을 따라 스타일러스를 작동시켜 거울의 프로파일을 측정할 수 있습니다. 스타일러스의 위치는 거울을 가로질러 끌 때 기록됩니다. 이것은 레코드 플레이어가 작동하는 방식과 유사합니다. 레코드 플레이어와 마찬가지로 기계식 스타일러스의 단점은 감지하는 표면이 손상될 수 있다는 것입니다. 미러 제조업체는 녹음 업계와 동일한 솔루션인 레이저를 사용합니다. 레이저는 컴팩트 디스크 플레이어 와 같은 방식으로 비파괴 검사에 사용할 수 있습니다. 표면을 변경하지 않고 디스크에서 음악을 읽습니다.

이러한 기계적 테스트 외에도 거울은 다양한 환경 조건에 노출될 수 있습니다. 예를 들어 자동차 미러는 극한의 추위와 더위를 통과하여 일반적인 거울에는 금속 반사층과 하나 이상의 유전체 코팅이 포함될 수 있습니다. . 유전체 코팅은 금속 덩어리 대신 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물과 같은 가스가 사용된다는 점을 제외하고 금속 층과 거의 동일한 방식으로 적용됩니다. 욕실 거울은 방수 테스트를 받는 동안 날씨 조건을 견딜 수 있는지 확인하십시오.

미래

유리 제조 기술이 향상됨에 따라 거울은 예술과 건축에서 더 정교한 위치를 찾습니다. 더 강하고 가벼운 안경은 디자이너에게 더 매력적입니다. 일부 단방향 미러 제조 기술을 사용하면 외부에서 미러링되는 창을 제조할 수 있습니다. 이것은 건물에 독특한 외관을 만들고 여름 동안 열을 분산시켜 건물의 에어컨 시스템을 보다 효율적으로 만듭니다. 이러한 유형의 거울은 이제 사무실 건물에서 흔히 볼 수 있습니다.

거울은 또한 현미경과 망원경에서 콤팩트 디스크 플레이어 및 바코드 스캐너와 같은 레이저 기반 판독 시스템에 이르기까지 정교한 광학 응용 분야에서 계속 사용될 것입니다.