에어로졸 데포지션 (aerosol deposition, AD) 법은 출발 원료 분말을 고속으로 분사 시킴으로써 상온 저 진공 분위기에서 치밀한 세라믹 후막을 빠른 속도로 성막 할 수 있기 때문에 다양한 산업분야의 응용에 많은 잠재력이 있다. 대표적으로 금속 및 플라스틱 표면에 세라믹 코팅층을 적용하여 이들 소재가 가지고 있는 기계적 강도를 향상시켜 내 부식성, 내 ...
에어로졸 데포지션 (aerosol deposition, AD) 법은 출발 원료 분말을 고속으로 분사 시킴으로써 상온 저 진공 분위기에서 치밀한 세라믹 후막을 빠른 속도로 성막 할 수 있기 때문에 다양한 산업분야의 응용에 많은 잠재력이 있다. 대표적으로 금속 및 플라스틱 표면에 세라믹 코팅층을 적용하여 이들 소재가 가지고 있는 기계적 강도를 향상시켜 내 부식성, 내 스크래치 코팅으로 응용이 가능하며, 표면의 친수성, 소수성을 제어하는 기능성 코팅으로 적용이 되고 있다. 이러한 세라믹 후막을 적용하기 위해서는 코팅되는 재료 표면의 열 손상을 방지하기 위하여 상온에서 균일하고 치밀한 세라믹 후막 성장이 요구되며, 치밀한 세라믹 후막을 제조하기 위해서는 코팅층의 성장 메커니즘에 대한 이해가 필요하다. 에어로졸 데포지션 법은 출발원료 입자의 크기와 기계적인 성질이 코팅층의 성장 및 치밀화 현상에 크게 영향을 주는 요인으로 알려져 있으며, 현재까지 막의 성장 메커니즘을 규명하기 위하여 성막된 세라믹 코팅층의 미세구조, X-선 회절 분석, 수치해석을 통하여 에어로졸 데포지션에 의한 세라믹 코팅층의 성장 메커니즘을 규명하려는 연구가 진행되었다. 이를 통해 입자의 충격에 의한 소성변형에 의한 치밀화 및 고화에 의한 코팅층의 성장 과정을 밝혀 내었으나 코팅층 성장의 중요 요인인 입자간의 결합에 관한 메커니즘은 규명되지 않았다. 본 연구에서는 에어로졸 데포지션 법의 성장 메커니즘 분석 및 치밀한 iii SiO2 후막을 성막하기 위하여 수치해석과 실험을 통하여 출발 원료 분말의 크기 및 결정상에 따른 성막 특성에 대한 연구를 수행하였다. 수치해석을 통하여 입자의 충돌 메커니즘은 초기 기판과의 충돌로 인하여 압력분포가 충격지점에서 입자 내부로 전파되며 입자가 분쇄되고, 이후 후속 입자의 충돌로 인하여 입자간의 결합이 이루어 지는 것으로 보인다. 또한 에어로졸 데포지션 법에서 출발 원료의 결정상의 영향을 파악하기 위하여 결정상이 다른 비정질과 결정질 SiO2 파우더를 사용하였다. 두 종류의 파우더는 밀링 공정을 거쳐 다양한 크기의 입도를 갖는 파우더로 제조되었으며, 에어로졸 데포지션 법을 이용하여 유리기판과 구리기판 위에 성막 되었다. 비정질 SiO2 파우더를 통하여 성막 된 코팅층은 입자의 크기에 관계없이 다공성 구조의 불투명한 막이 형성되었다. 이와 달리 결정질 파우더를 사용한 코팅층은 출발 원료 입자 크기에 따라 다공성 구조의 막과 균열이 없는 고밀도의 투명한 막이 형성 되었다. 결정질 파우더를 사용한 경우 가장 치밀하게 성막되는 출발원료의 입자크기는 1~2 μm 이며, 스크래치 테스트 결과 마찰계수는 70 mN에서 변화되었으며, 투과도는 800 nm 파장에서 76 % 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 수치해석과 실험적인 방법을 통하여 에어로졸 데포지션 법을 통한 입자의 성장 및 원료 분말이 코팅층 형성에 미치는 영향을 분석하였고 에어로졸 데포지션 법을 통한 세라믹 입자의 결합에 대한 기초적인 연구의 방향을 제시하였다.
에어로졸 데포지션 (aerosol deposition, AD) 법은 출발 원료 분말을 고속으로 분사 시킴으로써 상온 저 진공 분위기에서 치밀한 세라믹 후막을 빠른 속도로 성막 할 수 있기 때문에 다양한 산업분야의 응용에 많은 잠재력이 있다. 대표적으로 금속 및 플라스틱 표면에 세라믹 코팅층을 적용하여 이들 소재가 가지고 있는 기계적 강도를 향상시켜 내 부식성, 내 스크래치 코팅으로 응용이 가능하며, 표면의 친수성, 소수성을 제어하는 기능성 코팅으로 적용이 되고 있다. 이러한 세라믹 후막을 적용하기 위해서는 코팅되는 재료 표면의 열 손상을 방지하기 위하여 상온에서 균일하고 치밀한 세라믹 후막 성장이 요구되며, 치밀한 세라믹 후막을 제조하기 위해서는 코팅층의 성장 메커니즘에 대한 이해가 필요하다. 에어로졸 데포지션 법은 출발원료 입자의 크기와 기계적인 성질이 코팅층의 성장 및 치밀화 현상에 크게 영향을 주는 요인으로 알려져 있으며, 현재까지 막의 성장 메커니즘을 규명하기 위하여 성막된 세라믹 코팅층의 미세구조, X-선 회절 분석, 수치해석을 통하여 에어로졸 데포지션에 의한 세라믹 코팅층의 성장 메커니즘을 규명하려는 연구가 진행되었다. 이를 통해 입자의 충격에 의한 소성변형에 의한 치밀화 및 고화에 의한 코팅층의 성장 과정을 밝혀 내었으나 코팅층 성장의 중요 요인인 입자간의 결합에 관한 메커니즘은 규명되지 않았다. 본 연구에서는 에어로졸 데포지션 법의 성장 메커니즘 분석 및 치밀한 iii SiO2 후막을 성막하기 위하여 수치해석과 실험을 통하여 출발 원료 분말의 크기 및 결정상에 따른 성막 특성에 대한 연구를 수행하였다. 수치해석을 통하여 입자의 충돌 메커니즘은 초기 기판과의 충돌로 인하여 압력분포가 충격지점에서 입자 내부로 전파되며 입자가 분쇄되고, 이후 후속 입자의 충돌로 인하여 입자간의 결합이 이루어 지는 것으로 보인다. 또한 에어로졸 데포지션 법에서 출발 원료의 결정상의 영향을 파악하기 위하여 결정상이 다른 비정질과 결정질 SiO2 파우더를 사용하였다. 두 종류의 파우더는 밀링 공정을 거쳐 다양한 크기의 입도를 갖는 파우더로 제조되었으며, 에어로졸 데포지션 법을 이용하여 유리기판과 구리기판 위에 성막 되었다. 비정질 SiO2 파우더를 통하여 성막 된 코팅층은 입자의 크기에 관계없이 다공성 구조의 불투명한 막이 형성되었다. 이와 달리 결정질 파우더를 사용한 코팅층은 출발 원료 입자 크기에 따라 다공성 구조의 막과 균열이 없는 고밀도의 투명한 막이 형성 되었다. 결정질 파우더를 사용한 경우 가장 치밀하게 성막되는 출발원료의 입자크기는 1~2 μm 이며, 스크래치 테스트 결과 마찰계수는 70 mN에서 변화되었으며, 투과도는 800 nm 파장에서 76 % 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 수치해석과 실험적인 방법을 통하여 에어로졸 데포지션 법을 통한 입자의 성장 및 원료 분말이 코팅층 형성에 미치는 영향을 분석하였고 에어로졸 데포지션 법을 통한 세라믹 입자의 결합에 대한 기초적인 연구의 방향을 제시하였다.
Aerosol deposition (AD) coating that enable the growth of films at low temperature have begun to be widely researched for the integration of ceramics as well to realize high-speed deposition rates. Generally, it is able to apply anti-wear and anti-corrosion coating by deposition of ceramic on metal ...
Aerosol deposition (AD) coating that enable the growth of films at low temperature have begun to be widely researched for the integration of ceramics as well to realize high-speed deposition rates. Generally, it is able to apply anti-wear and anti-corrosion coating by deposition of ceramic on metal and plastic surface that improvement of mechanical properties, and functional film that control hydro-phobic and hydro-phile property. For application of intended applications, fabrication of dense structure with a no cracking is required. As reported in earlier studies, the film growth and densification phenomena are significantly affected by the size and mechanical properties of the starting powder. The crystal structures and microstructures of the aerosol-deposited layers have been observed to understand these phenomena, but the actuall deposition mechanism has not been clarified In this study, to fabricate dense ceramic thick film, the numerical analysis and the experiment considered the effect of crystal phase of starting powder in AD. For this study, amorphous and crystalline SiO2 powders were used as starting powders. Two types of SiO2 powders were deposited on glass substrate by AD. In the case of amorphous SiO2 powder, the deposited films had extremely incompact and opaque layer, irrespective of particle size. In contrast to amorphous powder, in the case of crystalline powder, porous structure layer and dense microstructure with no cracking layer were fabricated depending on the particle size. The optimized starting powder size for dense coating layer was 1 ~2 μm. From the scratch test, friction coefficient was changed at 70 mN. The transmittance of film reached a maximum of 76 % at 800 nm. From this research, the effect of starting powder crystal phase on AD and mechanism of film growth by numerical analysis was investigated.
Aerosol deposition (AD) coating that enable the growth of films at low temperature have begun to be widely researched for the integration of ceramics as well to realize high-speed deposition rates. Generally, it is able to apply anti-wear and anti-corrosion coating by deposition of ceramic on metal and plastic surface that improvement of mechanical properties, and functional film that control hydro-phobic and hydro-phile property. For application of intended applications, fabrication of dense structure with a no cracking is required. As reported in earlier studies, the film growth and densification phenomena are significantly affected by the size and mechanical properties of the starting powder. The crystal structures and microstructures of the aerosol-deposited layers have been observed to understand these phenomena, but the actuall deposition mechanism has not been clarified In this study, to fabricate dense ceramic thick film, the numerical analysis and the experiment considered the effect of crystal phase of starting powder in AD. For this study, amorphous and crystalline SiO2 powders were used as starting powders. Two types of SiO2 powders were deposited on glass substrate by AD. In the case of amorphous SiO2 powder, the deposited films had extremely incompact and opaque layer, irrespective of particle size. In contrast to amorphous powder, in the case of crystalline powder, porous structure layer and dense microstructure with no cracking layer were fabricated depending on the particle size. The optimized starting powder size for dense coating layer was 1 ~2 μm. From the scratch test, friction coefficient was changed at 70 mN. The transmittance of film reached a maximum of 76 % at 800 nm. From this research, the effect of starting powder crystal phase on AD and mechanism of film growth by numerical analysis was investigated.
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