이온플레이팅범 (Ion Plating)

소개글

이온플레이팅범 (Ion Plating)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◎ Ion Plating 의 개요
※ ION-PLATING의 특징
※ Ion Plating 의 장점

◎ Ion Plating 의 원리
※ DC-diode 아르곤 방전
※ 아르곤 방전에서 음극에서의 충돌
※ 실제 ion plating 방전

◎ ION-PLATING 장비 및 공정
※ 장비
※ 공정

◎ 개발 방향
※ 상업적인 PAPVD 계
※ Coating에서의 변수

◎ reference

본문내용

2H2(g)
2Ti(g) + N2(g) --> 2TiN(s)
의 반응이 일어나도록 한다. 반응시 생긴 증발상의 금속화합물이 피처리물 표면에 증착되어 결정생성 및 성장을 하게 되어 초경박막이 형성된다.
◎ ION-PLATING 응용
※ 이온도금의 피막 종류
● TiN
일반적으로 가장 많이 사용되는 피막으로 Ti금속과 N2gas를 배합하여 금색상을 내기 때문에 금도금이나 습식도금대용으로 사용되는 피막으로 일반도금이나 습식도금에 비하여 내부식성, 내마모성, 윤활성 등이 월등히 뛰어나다는 점에서 주로 장식이나 전자 제품등에 사용되고 있다.
● Ti
순수Ti금속을 코팅한 것으로 은색을 요하는 제품에 적용하고 있다.
● TiCN
TiCN은 Ti금속과C2H2gas그리고 N2가스의 배합으로 검은색을 중심으로 완전히 검은색 그리고 짙은 회색의 색상을 낼 수가 있다.
● TiO2
Ti에 O2를 배합한 일종의 산화피막으로 배합 조건에 따라 파란색, 무지개 등의 색상을 낼 수 있다.
● TiAIN
TiAI 이라는 합금에 N2gas를 배합하여 형성된 막으로 검붉은 색을 띄며 뛰어난 내마모와 경도를 나타내어 주로 금형, 공구류에 적용되어지고 있다.
● 티타늄아노다이징
티타늄 아노다이징 방법으로도 다양한 색상을 얻을 수 있다.
※ 응용 분야
● Cutting tools(절삭공구)
- Life Extension (수명연장)
TiN과 같은 경질내마모막은 커팅공구의 내마모성을 개선하고, 그러한 수명연장의 결과 최 근에 개발된 TiCN,TiC,TiAIN 막은 더 뛰어난 능력을 얻을 수 있다.
- Higher Productivity (高생산성)
하드코팅한 기계공구는 더 빠른 기계속도에서 사용할 수 있다.향상된 커팅속도는 高생산이 가능하다.
● Mecher Productivity(기계부품)
공정온도가 낮은, 최상의 밀착력을 얻는 HCD (= Hollow Cathode Discharge)이온플레이팅 방법은 기계부품의 코팅에 가장 유리한 방법이다. HCD이온플레이팅으로 증착한 마찰성이
좋은 TiN은 격한 미끄럼 피복접촉을 하는 면에 적용한다.
● 펀치와 금형
최상의 경도를 가진 TiN으로 코팅하는 HCD이온플레이팅은 펀치와 금형의 수명을
향상시킨다. HCD이온플레이팅의 저온공정은 CVD(화학적진공증착)보다 낮은 서브스트레이트 의 정밀을 유지하게 한다.
● 장식품
TiN,TiCN,ZrN,ZrCN,HfN (질화하프니움)의 코팅은 내마모성과 내식성뿐만 아니라 매우
매력적인 색상을 가져서 장식적인 용도로 폭넓게 적용할 수 있다.
● 주스기의 날
TiN코팅은 내식성 및 내마모성을 지닌다.
● 시계베젤 및 밴드
특이하게 TiN은 화학적으로 안정하다. 따라서 코팅된 시계베젤 및 밴드의 표면은 더
오랜 기간동안 쓸 수 있다.
● 차의 상징물
밀착력과 내식성이 좋아서 자동차의 엠 블렘에 적용하면 좋다.
특히 금색은 더 매력적으로 보인다.
● 낚시부품
TiN코팅의 高경도와 좋은 밀착력은 마찰력을 감소시키는데 적합하다.
◎ 개발 방향
PAPVD 과정에서 증기를 생성하는 방법에 따라 크게 증발법과 스퍼터링으로 분류된다. 그렇지만 PAPVD에서 공통적인 특징은 각각의 방법들이 모두 이온의 평균에너지를 증가시키는 것과 공정 온도를 낮추는 것을 목표로 한다는 점이다.
※ 상업적인 PAPVD 계
1) Electron beam gun system
a) 열전자방사총을 이용
열전자총을 이용하여 이온화율을 높인다. 시편은 전자의 충돌로 인하여 coating전에 예열되며, 보다 균일한 증착을 위하여 증착하는 동안 회전시킨다. 이 방법의 장점으로는 ⅰ) 방전에 대한 제어가 용이, ⅱ) 비교적 낮은 인가전압으로 인한 안정성 증가, ⅲ) 낮은 압력에서 수행가능, ⅳ) 인가전압을 낮춰 불필요한 기판가열을 줄일 수 있다.
b) hollow cathode discharge (HCD) 전자빔 총을 이용
비어있는 실린더 형태의 음극으로부터 방전을 시작하여 전자빔을 끌어내어 자기장으로 유도하여 증발원에 충돌시킨다. hot HCD에서 전자는 열전자, 이차전자 그리고 전자장에 의해 방사되며 높은 전류밀도와 낮은 전압을 특성으로 한다. 그러나, cold HCD에서 전자는 내부가스의 이온화, 이차전자 방출로 생성되며 낮은 전류와 높은 전압을 특징으로 한다.
2) 아크 증발계
TiN의 증착에서 Ti 음극에 아크 방전법을 이용하기도 한다.
3) 스퍼터링계
magnetron을 이용하여 기판을 플라즈마 속에 넣어 플라즈마를 최대한 이용하였다.
※ Coating에서의 변수
이온도금에서 가열, 불균일한 두께나 결정구조의 불량, morphology, 접착력 등은 중요한 사항이기 때문에 이를 조절할 수 있어야 한다.
1) 작업온도
기판의 온도는 중요한 처리 변수이다. 기판을 가열시키는 주요원인은 이온과 고에너지를 가진 중성입자의 충돌이다. 따라서, 불균일한 이온의 유속은 가열이 효과를 국부적으로 변화시킨다. 이러한 효과는 cathode sheath의 두께를 줄임으로써 (L/λc를 줄임) 감소될 수 있다.
2) 코팅의 균일성
시편과 증착물질의 분포에 의해 코팅 두께의 균일성은 영향을 받는다. chamber 내의 압력을 높이면 기체의 평균자유길이가 줄어들어 산란 효과가 커져 보다 균일한 두께의 코팅을 얻을 수 있다.
하지만, 압력이 높아지면 일반적으로 코팅조직은 기공의 많은 주상정조직이 생기고, 또 어떤 증발원은 불필요한 방전을 피하고 방전효과를 높이기 위해 단지 낮은 압력에서만 작동되므로 무조건 압력을 높일 수는 없다. 이것을 막기 위해 시편의 온도를 높게 유지하고 전류밀도를 높이는 방법이 종종 쓰이지만 이는 기판을 무르게 하거나 뒤틀리게 할 수도 있다. 따라서, 많은 PAPVD법에서 압력은 3～5mtorr 범위로 유지하고 기판을 움직여 코팅을 균일하게 하려고 노력한다.
◎ reference
http://www.dwvacuum.co.kr/techinfo.htm
http://www.hyoshinmetal.co.kr/
http://www.thinfilm.co.kr/qna/qa_edit.asp?idx=24&page=2
http://www.shpic.co.kr

키워드

이온플레이팅,   Ion Plating,   ION-PLATING의 특징,   PVD