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제안 방법
- 4. Optical microscope image of 130 nm DLC film after scratch test and fiction coefficient in microscratch test.
- 이때 발생하는 마찰계수의 변화와 박막 표면에 발생하는 균열 등 손상을 함께 조사하여 각 시편의 임계하중을 결정하였다. 각 시편에 대해 동일한 조건으로 3회 시험을 실시함으로써 시험 결과의 신뢰도를 확인하였다. 스크래치 트랙(track)에 발생한 파괴 모드를 조사하기 위해 FE-SEM을 이용하였고 스크래치 트랙 손상부의 화학조성을 분석하기 위해 에너지분산형 분광분석장치(EDS, (NORANSystem-Six, THERMO Ltd))를 이용하였다.
- 임계하중은 박막의 파괴가 발생하는 시점의 수직하중을 의미하며 일반적으로 스크래치 시험 중 마찰계수의 급격한 변화가 발생하는 시점의 하중으로 결정한다. 그러나 마찰 계수의 변화를 근거로 박막의 파괴를 판단하는 것은 한계가 있으며 본 연구에서는 박막의 마찰 거동을 함께 관찰함으로써 박막의 파괴 시점을 조사하고 임계하중을 결정하였다.
- 130 nm 두께의 DLC박막은 시험 결과 특정 하중에서 마찰계수의 급격한 변화를 나타내었다. 그러나 시험 후 스크래치 트랙을 FE-SEM을 이용하여 자세히 관찰한 결과 마찰계수의 급격한 변화가 발생한 하중에 도달하기 이전에 박막의 부분적 균열이 발생하기 시작했으므로 그 때의 하중을 일차 임계하중(critical normal load)으로 결정하였다.
- 대부분의 연구에서 반경 200 μm의 압입자로 10~50 N의 하중 범위에서 스크래치 시험을 진행해온 반면 본 연구에서는 반경 약 12.5 μm 의 원추형 다이아몬드 압입자(Conical diamond indenter)를 사용하여 10~400 mN의 하중 범위에서 스크래치 시험을 진행하였다[11].
- 본 연구에서는 나노(nano-), 마이크로(micro-)미터 단위의 두께로 각각 증착하여 두께의 차이가 큰 두 개의 DLC 박막에 대해 스크래치 시험을 진행하였다. 동일한 시험 환경과 조건 아래에서 시험 후 두 DLC 박막의 특징에 따라 각각 다르게 나타난 마찰 거동을 분석함으로써 각 박막의 밀착 특성을 연구하였다.
- 미소 박막의 밀착 특성을 평가하기 위해서 작은 범위의 하중을 가하는 미소 스크래치 시험을 진행하였다. Fig.
- 본 연구에서는 나노(nano-), 마이크로(micro-)미터 단위의 두께로 각각 증착하여 두께의 차이가 큰 두 개의 DLC 박막에 대해 스크래치 시험을 진행하였다. 동일한 시험 환경과 조건 아래에서 시험 후 두 DLC 박막의 특징에 따라 각각 다르게 나타난 마찰 거동을 분석함으로써 각 박막의 밀착 특성을 연구하였다.
- 본 연구에서는 약 12.5 μm 반경의 압입자를 사용하여 두께가 120 nm와 1.2 μm로 그 차이가 큰 두 DLC 박막에 대해 스크래치 시험을 실시하여 박막 밀착 특성을 평가하였다.
- 각 시편에 대해 동일한 조건으로 3회 시험을 실시함으로써 시험 결과의 신뢰도를 확인하였다. 스크래치 트랙(track)에 발생한 파괴 모드를 조사하기 위해 FE-SEM을 이용하였고 스크래치 트랙 손상부의 화학조성을 분석하기 위해 에너지분산형 분광분석장치(EDS, (NORANSystem-Six, THERMO Ltd))를 이용하였다.
- 200 μm 압입자를 사용하는 연구에서 평균적으로 20 N의 하중으로 약 10 GPa의 최대접촉압력을 갖는 것과 비교하여 2 배 가량 더 큰 최대접촉압력을 갖는다[11, 13]. 이때 발생하는 마찰계수의 변화와 박막 표면에 발생하는 균열 등 손상을 함께 조사하여 각 시편의 임계하중을 결정하였다. 각 시편에 대해 동일한 조건으로 3회 시험을 실시함으로써 시험 결과의 신뢰도를 확인하였다.
- 130 nm 두께의 DLC 박막 스크래치 시험 결과 스크래치 시험 초기에는 박막의 표면 균열이 지배적으로 나타났으나 박막의 얇은 두께로 인해 균열의 깊이가 박막 표면에서 기판까지 이르렀다. 즉 시험 초기에 발생한 균열이 박막 자체의 응집력에만 영향을 준 것이 아닌 박막과 기판 사이의 분리를 일으키는 파괴로 진행되었다. 이와 같은 임계하중의 크기와 마찰 거동의 양상은 3회의 반복 실험에서 모두 거의 동일한 결과를 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 ㈜제이앤엘테크에서 개발한 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 기법으로 Si 기판 위에 두 가지 다른 두께로 DLC 박막을 증착한 시편을 사용하였다. DLC 코팅의 두께는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM, (JSM-6700F, JEOL Ltd.
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