안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
내열성이 약한 유리나 세라믹 용기는 급격한 온도 변화에 노출될 경우 열충격 현상으로 인해 순간적으로 균열이 생기거나 터지듯 파손될 위험이 매우 큽니다. 이는 재질 특유의 열전도성과 열팽창 불균형 때문에 발생합니다.
용기에 급격한 고온을 가하면 바깥 표면은 빠르게 팽창하려 하지만 내부는 차가운 상태를 유지합니다. 반대로 뜨거운 용기가 급격히 냉각되면 표면만 순식간에 수축합니다. 이처럼 표면과 내부 간의 부피 변화 속도 차이로 인해 내부 조직에 강한 힘이 가해집니다. 유리와 세라믹은 금속에 비해 열전도율이 매우 낮아 열이 물질 전체로 빠르게 퍼지지 못하고 가열이나 냉각된 표면에 집중되기 때문에, 용기 부위별 온도 차가 크게 벌어집니다. 유리와 세라믹은 금속처럼 변형을 흡수하는 연성이 없고 깨지기 쉬운 취성 재료입니다. 열 변형에 의해 생성된 인장 응력이 재료가 견딜 수 있는 인장 강도를 초과하면, 눈에 보이지 않던 미세한 결함에서 시작된 균열이 순식간에 퍼지며 파손됩니다.
일반 유리는 열팽창 계수가 높아 약 40°C~50°C 정도의 갑작스러운 온도 차이만 발생해도 파손될 위험이 큽지만 내열 유리는 산화붕소를 첨가하여 열팽창 계수를 일반 유리의 30~40% 수준으로 낮춘 재질입니다. 온도가 변해도 부피 변화가 적어 120°C 이상의 급격한 온도 차이도 잘 견딥니다.