플라즈마를 이용한 코팅 전자 정보 공학부 200112478 최 정 필.

Presentation on theme: "플라즈마를 이용한 코팅 전자 정보 공학부 200112478 최 정 필."— Presentation transcript:

1 플라즈마를 이용한 코팅 전자 정보 공학부 최 정 필

2 플라즈마를 이용한 코팅 목차 I 코팅의 의미 코팅의 기능 II 코팅 형성 방법 III DLC 소개 IV 참고문헌 V

3 플라즈마를 이용한 코팅 코팅의 의미 사전적 의미 박막(Thin film) vs 코팅 코팅(Coating)이란?
- 물체의 겉면을 수지 따위의 엷은 막으로 입히는 일을 말함 - 어떤 물질의 표면에 다른 성질의 막을 입히는 것 박막(Thin film) vs 코팅 코팅을 얇게 해주는 것이 박막 ⇔ 박막을 두껍게 해주는 것이 코팅 박막의 역학적 특성을 응용하여 물질 표면의 성질을 향상시킬 목적으로 표면에 원하는 성질의 막을 입히는 것

4 플라즈마를 이용한 코팅 코팅의 기능 전자 및 광학적 기능 내마모성 및 윤활기능 장식 및 기판 보호 기능
II 코팅의 기능 전자 및 광학적 기능 내마모성 및 윤활기능 장식 및 기판 보호 기능 친수성, 정전기방지 기능 등 다수

5 플라즈마를 이용한 코팅 III 코팅 형성 방법 침적코팅 롤, 회전코팅 기계적 처리 플라즈마 코팅 스크린 인쇄

6 플라즈마를 이용한 코팅 코팅 형성 방법 플라즈마 코팅이란 플라즈마 코팅의 원리
III 코팅 형성 방법 플라즈마 코팅이란 » 순수하게 플라즈마 자체로 기판 표면의 성질을 변화시키는 방법 플라즈마 코팅의 원리 높은 에너지를 지닌 플라즈마 상태의 전자와 이온 충돌에 의한 에너지로 화학적이나 물리적으로 활성화 되어 다른 물질과 쉽게 반응할 수 있게 함 본 재료가 다음 공정의 다른 재료와 반응 할 수 있도록 화학적 결합을 바꿔줌 활성화된 표면에 특정한 반응 가스를 이용하여 신 물질을 코팅 가능하게 함 재료의 표면에 충돌 에너지 전달

7 플라즈마를 이용한 코팅 코팅 형성 방법 플라즈마 코팅 방법 1. 순수 플라즈마를 이용하여 금형 표면을 개질 시키는 방법
III 코팅 형성 방법 플라즈마 코팅 방법 1. 순수 플라즈마를 이용하여 금형 표면을 개질 시키는 방법 - 플라즈마 표면 개질, 플라즈마 이온 주입 방법 - 플라즈마 Nitriding, 플라즈마 Boriding 등 2. 플라즈마를 이용하여 직접 금형에 이질의 박막을 증착시키는 방법 - Magnetron Sputtering, Arc sputtering, Laser abliation 등의 PVD법 - PE-CVD, ECR-CVD, ICP-CVD, Thermal CVD, PACVD 등의 CVD법

8 기존의 방법은 증착시 기판의 고온 가열이 필요하여 이에 수반되는 모재의 변형, 변성을 야기시킴
플라즈마를 이용한 코팅 III 코팅 형성 방법 플라즈마 코팅의 이점 1. 친환경적이다 2. 증착 온도를 낮출 수 있다 3. 화학적 조성의 조절이 자유롭다 4. 기판과의 접착력이 좋다 “열역학적으로 불가능한” 물질의 코팅이 가능 기존 화학적 표면처리는 많은 화학제품의 처리에 관계된 환경 문제를 야기 플라즈마가 코팅을 입히고자 하는 물질의 표면의 성질을 개선 접착력 향상 효과 기존의 방법은 증착시 기판의 고온 가열이 필요하여 이에 수반되는 모재의 변형, 변성을 야기시킴

9 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) Diamond vs Carbon 지상 최고의 단단함과 열전도율, 투명성 등의 막강한 특성을 지님 SP³ 같은 원소로 구성되어 있지만 결합 방식에 따라 성질이 다르다 SP² 각 층의 힘은 대단하지만 층과 층을 연결하는 미미한 힘으로 쉽게 부서짐

10 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 란 무엇인가 » SP¹,SP³, SP² 결합이 혼재 되어 있는 비정질 탄소물질 » Diamond Like Carbon = 다이아몬드와 비슷한 탄소물질 SP³과 SP²의 결합 분율 조절가능 » SP³ > SP² → 다이아몬드와 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기절연성, 화학적 안정성 그리고 광학적 특성을 가지는 DLC EX) ta-C » SP³ < SP² → 흑연에 가까운 DLC

11 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 합성 원리 1. 합성 원리 » 탄소원(Carbon source)으로부터 탄소원자를 증착하고자 하는 곳에 가속, 충돌시켜 성장면을 비평상태로 만든 후 이온 주입 등 복합처리를 함 2. 이온 에너지(ion energy) » 어떤 방법에 의한 합성이든 사용되는 이온의 에너지가 필름의 구조와 특성을 결정하는 가장 중요한 합성 변수로 작용 <주의> 이온에너지가 너무 커지면 합성면에서 원자들이 재배치 → 흑연에 가까운 DLC Impact Energy (eV) 1 10 100 1000 Amorphous Carbon (sp2) Dense Source Hydrocarbon Hydro- Polymer Like Plasma Polymers Energy Ion Source Cold Substrate

12 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 합성기술 < 공통 구조> » 치밀하고 경도가 높은 필름의 합성을 위해서는 충분히 높은 에너지를 갖는 이온의 충돌이 성장 표면에서 일어나야 한다는 공통점 → 이온을 생성하는 부분과 이온을 가속시켜 기판상에 충돌시키는 부분을 공통적으로 갖음 Energy Ion Source Cold Substrate

13 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 합성기술 1. 기체상의 탄소원(Carbon source) - Radio Frequency/DC Plasma Enhanced CVD & ECR 방법 - 플라즈마의 glow 영역에서 이온생성, 가속하여 증착 시킴 - 장비의 구성과 조작이 간단, 대형화 용이, 복잡한 형상이나 대면적에 증착이 가능, 높은 합성속도를 지님

14 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 합성기술 2. 고체상의 탄소원을 쓰는 경우 - Sputtering, Laser Ablation, Filtered Vacuum Arc 방법 - 탄소원을 타켓으로 하여 탄소를 뜯어서 던져 주는 원리 이용 - Laser Ablation, FVA 같은 경우 발생되는 이온의 에너지가 높아서 매우 치밀한 DLC 박막(ta-C) 증착에 사용 - 수소의 첨가를 막을 수 있고 다른 원소 첨가가 용이함

15 Atomic Number Density (Mole/cm3)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 특성 Property Diamond DLC Graphite Density (g/cm3) 3.51 1.8 – 3.6 2.26 Atomic Number Density (Mole/cm3) 0.3 0.2 – 0.3 0.2 Hardness (Kgf/mm2) <500 Friction Coeff. 0.05 0.03 – 0.2 Refractive Index 2.42 1.8 – 2.6 2.15 – 1.8 Transparency UV-VIS-IR VIS-IR Opaque Resistivity (Wcm) >1016 0.2 – 0.4

16 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 특성 1. 높은 밀도와 경도를 지닌다 2. 낮은 마찰계수로 마모도가 적다 3. 높은 비저항을 갖는다 4. 화학적 안정성 및 생체 친화성을 갖는다 → DLC는 대부분의 산이나 유기용매와 전혀 반응하지 않는다 5. 가시광선과 적외선 영역에서 높은 투과성을 보인다

17 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 단점 1. 공기 플라즈마에 의해 쉽게 제거될 수 있다 2. 열에 약하다 » 사용되는 환경이 최고 800도 이상이 되면 자체의 성질을 잃고 거의 흑연에 가까운 물질로 변함 ( 흑연화, 열적 열화 ) 3. 높은 응력을 지녀 막이 두꺼우면 막 자체가 스스로 벗겨진다

18 (cf. Stainless Steel : 0.6 - 0.7) BIO-COMPATIBLE COATING
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 특성에 따른 응용 구 분 특 성 응 용 High hardness Low friction and high wear resist Chemical Inertness Optical Transmittance 2, ,000Hv (cf. Diamond 10,000Hv) 마찰계수 (cf. Stainless Steel : ) 산 또는 알카리와 반응치 않는다 특히 적외선 영역의 높은 광 투과도 비철금속 가공용 공구, 정밀금형의 표면경화코팅 치구, GEAR, SURGICAL BLADE, HARD DISK등의 고체 윤활 코팅 부식 방지막, 인체삽입물의 BIO-COMPATIBLE COATING IR WINDOW, SCANNER WINDOW의 표면보호 코팅

19 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용

20 플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용 사례1 DLC 코팅 VTR 헤드드럼

21 플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용 사례2 HDD용 Hard Disk

22 DLC Coated Golf Club 플라즈마를 이용한 코팅 DLC (Diamond Like Carbon)
IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용 사례3 DLC Coated Golf Club

23 DLC (Diamond Like Carbon)
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용 사례4

24 Biological Application of DLC
플라즈마를 이용한 코팅 IV DLC (Diamond Like Carbon) DLC 의 응용 사례5 Biological Application of DLC 인공무릎관절 인공고관절 DLC Coating for Wear Resistance

25 플라즈마를 이용한 코팅 참고 문헌 및 자료 Kwang-Ryeol Lee and Kwang Yong Eun
V 참고 문헌 및 자료 Kwang-Ryeol Lee and Kwang Yong Eun :Diamond Like Carbon (1993) 최시영 : 박막공학의 기초 (2001) 이흥로 : 표면공학 (1998) 네이버 지식in

26 감사합니다.