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Ti-Al-Si-N 박막 제작을 위한 합금 타겟 제조 및 박막의 기계적 특성
Fabrication of Alloy Target for Formation of Ti-Al-Si-N Composite Thin Film and Their Mechanical Properties 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.10, 2016년, pp.665 - 670  

이한찬 (인하대학교 전기공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Prevailing dissemination of machine tools and cutting technology have caused drastic developments of high speed dry machining with work materials of high hardness, and demands on the high-hardness-materials with high efficiency have become increasingly important in terms of productivity, cost reduct...

주제어

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문제 정의

  • 그림 1(a)는 3개의 건을 이용하여 박막을 제작하는 스퍼터링 공정을 보여주며 그림 1(b)는 본 연구에서 제작한 합금 타겟을 이용하여 1개의 건을 이용한 스퍼터링 공정을 보여준다. 복수의 건을 이용한 박막 제작 시에는 박막의 균일한 조직 및 조성을 얻기가 매우 어렵기 때문에 본 연구에서는 단일 타겟을 제작하여 박막을 제작하였다. 본 연구에서 진행한 그림 1(b)과 같이 1개의 건을 이용한 박막 제작은 스퍼터 건과 기판을 동일선상에 배치할 수 있기 때문에 더욱 높은 증착률을 얻을 수 있으며, 공정의 복잡화 문제와 조성이 균일한 박막을 얻는데 매우 유리한 강점을 가지고 있다 [13].
  • 본 연구에서는 고경도, 저마찰 특성을 가지는 코팅을 제작하기 위해 Ti-Al-Si-N 코팅을 제작하였다. 기존 연구들의 경우 Ti, Al, Si 복수의 타겟들을 사용하여 코팅하는 방법과 [11] Ti-Al 합금 타겟과 Si을 함유하고 있는 가스를 사용하여 코팅하는 방식을 [12] 사용하였다.
  • 본 연구에서는 공정의 단순화를 위해 Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하여 마그네트론 스퍼터링 공정으로 Ti-Al-Si-N 코팅을 제작하였다. Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하기 위해서 유성볼밀링법(planetary ball milling, PBM)을 이용한 기계적 합금화 방법으로 Ti-Al-Si 합금 분말을 제조하였으며 결정립 성장을 최소화하면서 고밀도의 소결체를 제작하기 위해 방전플라즈마 소결법 (spark plasma sintering, SPS)을 이용하여 Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Ti-Al-Si 합금 타겟의 결정립 성장을 최소화하면서 고밀도의 소결체 제작을 위해 사용한 방법은? 본 연구에서는 공정의 단순화를 위해 Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하여 마그네트론 스퍼터링 공정으로 Ti-Al-Si-N 코팅을 제작하였다. Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하기 위해서 유성볼밀링법(planetary ball milling, PBM)을 이용한 기계적 합금화 방법으로 Ti-Al-Si 합금 분말을 제조하였으며 결정립 성장을 최소화하면서 고밀도의 소결체를 제작하기 위해 방전플라즈마 소결법 (spark plasma sintering, SPS)을 이용하여 Ti-Al-Si 합금 타겟을 제작하였다. 제작한 Ti-Al-Si 합금 타겟은 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Ti-Al-Si-N 코팅을 제작하였다.
기존 Ti-Al-Si-N 코팅에 사용한 Ti, Al, Si 복수의 타겟들을 사용하는 코팅 방법이나 Ti-Al 합금 타겟과 Si을 함유하고 있는 가스를 활용하는 방법의 한계는? 기존 연구들의 경우 Ti, Al, Si 복수의 타겟들을 사용하여 코팅하는 방법과 [11] Ti-Al 합금 타겟과 Si을 함유하고 있는 가스를 사용하여 코팅하는 방식을 [12] 사용하였다. 하지만 이러한 방법들은 타겟들의 yield 차이에 의해 조성이 불균일하고 증착률이 떨어지는 단점을 가지게 된다. 또한 복수의 소스를 이용한 공정이기 때문에 공정이 복잡해지고 silane과 같은 유독가스를 사용해야 하는 위험성을 가지고 있다.
Ti, Cr계열 코팅은 어떤 특성을 가지고 있는가? 공구, 자동차, 항공 등에 적용되기 위한 코팅의 경우 기계적 특성인 경도, 탄성 이외에도 마찰, 마모 등과 같은 추가적인 특성을 요구한다 [6-8]. 현재 우수한 기계적 특성을 보이는 코팅들의 연구들을 보면 Ti, Cr계열 코팅이 많이 있으며 이러한 코팅들은 작은 결정립을 가지고 있어 30 GPa 이상의 높은 경도를 가지면서 열적 안정성도 우수하다고 알려져 있어 높은 기계적 특성이 요구되는 엔진부품과 공구용 드릴 등에 응용되고 있다 [2,9,10].
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참고문헌 (13)

  1. J. Takadoum and H. H. Bennani, Surf. Coat. Technol., 96, 272-282 (1997). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00182-5] 

  2. H. Riedl, C. M. Koller, F. Munnik, H. Hutter, F. Mendez Martin, R. Rachbauer, S. Kolozsvari, M. Bartosik, and P. H. Mayrhofer, Thin Solid Films, 603, 39-49 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2016.01.039] 

  3. I. V. Safronov, V. I. Shymanski, V. V. Uglov, N. T. Kvasov, and N. N. Dorozhkin, Comput. Mater. Sci., 123, 256-262 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.06.006] 

  4. M. Naddaf, B. Abdallah, M. Ahmad, and M. A-Kharroub, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 381, 90-95 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2016.05.029] 

  5. Y. X. Ou, J. Lin, S. Tong, W. D. Sproul, and M. K. Lei, Surf. Coat. Technol., 293, 21-27 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.10.009] 

  6. J. Shi, C. M. Muders, A. Kumar, X. Jiang, and Z. L. Pei, J. Gong, C. Sun, Appl. Surf. Sci., 258, 9642-9649 (2012). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.06.002] 

  7. J. Shi, A. Kumar, L. Zhang, X. Jiang, Z. L. Pei, J. Gong, and C. Sun, Surf. Coat. Technol., 206, 2947-2953 (2012). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.12.027] 

  8. Z. G. Yuan, L. Sun, W. B. Gong, Z. L. Xu, and X. Wu, Thin Solid Films, 603, 75-79 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2016.01.053] 

  9. Q. Ma, F. Zhou, S. Gao, Z. Wu, Q. Wang, K. Chen, Z. Zhou, and L.K.Y. Li, Appl. Surf. Sci., 377, 394-405 (2016). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.03.190] 

  10. S. J. Heo, S. W. Kim, I. W. Yeo, S, J. Park, and Y. S. Oh, Ceram. Int., 42, 5231-5237 (2016). 

  11. C. W. Zou, J. Zhang, W. Xie, L. X. Shao, L. P. Guo, and D. J. Fu, Appl. Surf. Sci., 257, 10373-10378 (2011). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.06.086] 

  12. M. Thuvander, G. Ostberg, M. Ahlgren, and L.K.L. Falk, Ultramicroscopy, 159, 308-313 (2015). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2015.04.008] 

  13. H. C. Lee, K. I. Moon, and P. K. Shin, J. Korean Inst. Surf. Eng., 49, 4 (2016). 

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