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서스펜션 플라즈마 스프레이 코팅법을 이용한 이트리아 코팅막 제조와 특성
Fabrication and characteristics of suspension-plasma-sprayed yttrium oxide coatings 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.29 no.6, 2019년, pp.359 - 364  

김민숙 (한국세라믹기술원 기업성장지원센터) ,  소성민 (한국세라믹기술원 기업성장지원센터) ,  김형순 (인하대학교 신소재공학과) ,  박성환 ((주)한화) ,  함영재 ((주)한화) ,  전민석 (한국산업기술시험원) ,  김경훈 (한국세라믹기술원 기업성장지원센터)

초록
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서스펜션 플라즈마 스프레이 법은 미세한 분말을 용사 공정에 적용함으로써 전통적인 플라즈마 스프레이 법의 단점을 극복하고자 개발된 코팅법이다. 본 연구에서는 고밀도의 Y2O3 코팅막을 제조하기 위해 서스펜션 플라즈마 스프레이법을 이용하여 플라즈마 건의 전류량과 총 가스 유량을 공정변수로 하여 코팅막을 제조하였으며, 그에 따른 코팅막 특성에 대한 연구를 하였다. 코팅막의 미세구조 및 물리적 특성 평가 결과 플라즈마 건 전류량 200 A, 총 가스 유량 220 L/min의 조건에서 층상 결함 없이 0.2 vol%의 매우 낮은 기공률을 갖는 고밀도의 Y2O3 코팅막을 제조할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The suspension plasma spraying is a modification of conventional plasma spray techniques that has been developed to overcome the challenge of using fine particles in plasma spray processes. In this study, microstructure developments and mechanical property of yttrium oxide (Y2O3) coatings prepared b...

주제어

#Suspension plasma spray   #Yttrium oxide   #Coating   #Microstructure   #Mechanical property  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 우수한 내플라즈마 특성으로 반도체 공정 장비 부품의 코팅에 활용되는 Y2O3의 코팅막[11]을 제조하기 위하여 서스펜션 플라즈마 스프레이 코팅 장치를 이용하여 코팅막을 제조, 플라즈마 건의 전류량(Guncurrent)과 총 가스 유량(Total Gas Flow, TGF)의 공정변수에 따른 코팅막 제조 특성에 관하여 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
서스펜션 플라즈마 스프레이 법이란? 서스펜션 플라즈마 스프레이 법은 미세한 분말을 용사 공정에 적용함으로써 전통적인 플라즈마 스프레이 법의 단점을 극복하고자 개발된 코팅법이다. 본 연구에서는 고밀도의 Y2O3 코팅막을 제조하기 위해 서스펜션 플라즈마 스프레이법을 이용하여 플라즈마 건의 전류량과 총 가스 유량을 공정변수로 하여 코팅막을 제조하였으며, 그에 따른 코팅막 특성에 대한 연구를 하였다.
열 플라즈마 스프레이 코팅법의 단점 보완방법은? 이러한 기존의 열 플라즈마 스프레이 코팅법의 단점을 극복하기 위해 공급되는 원료의 균일성을 확보함과 동시에 크기를 줄일 수 있도록 액체에 세라믹 분말을 분산시킨 상태에서 열 플라즈마 내로 원료를 공급하여 코팅막을 제조하는 방법이 최근에 개발되어 활용되고 있다[5-8]. 서스펜션 플라즈마 스프레이 코팅법이라 불리는 이 코팅법은 코팅하고자 하는 원료를 수 nm~수 μm 정도크기의 분말이 에탄올 또는 증류수 등의 용액에 분산된 서스펜션 상태나 용액 상태의 전구체를 고온의 열 플라즈마 내로 투입하여 모재에 코팅을 하는 방법이다.
열 플라즈마 스프레이 코팅의 단점은? 한편, 열 플라즈마 스프레이 코팅에 사용되는 세라믹과립은 흐름성, 공급의 균일성 및 코팅 두께 등을 고려하여 보통 30~50 μm 크기의 과립이 사용되고 있다. 이러한 크기의 세라믹 과립 사용 시 투입된 과립이 플라즈마 제트 내에서 이동 경로에 따라 부분적으로 용융되지 않거나, 용융된 액적이 모재 표면으로 이동 중에 액적내부에 공기를 포획하여 코팅막에 기공을 형성할 수 있으며, 1회당 20~30 μm 정도 두께로 코팅막이 형성되기 때문에 코팅막의 미세구조 제어가 어렵다는 단점이 있다[3,4].
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참고문헌 (14)

  1. P.R. Taylor and S.A. Pirzada, "Thermal plasma processing of materials: A Review", Adv. Perform. Mater. 1 (1994) 35. 

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  2. X. Jiang, E. Jordan, L. Shaw and M. Gell, "Deformation behavior of nano structured ceramic coatings deposited by thermal plasma spray", J. Mater. Sci. & Technol. 20 (2004) 479. 

  3. J.Y. Kim, "Thermal spray coating", Proces. Inst. Electr. Eng. 42 (1993) 5. 

  4. K.S. Cho, H.K. Lee and J.C. Kwon, "Influence of $CrO_3$ sealing treatment on properties of plasma sprayed $Al_2O_3$ coating", J. Kor. Ceram. Soc. 48 (2011) 160. 

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  5. L. Pawlowski, "Suspension and solution thermal spray coatings", Surf. Coat. Technol. 203 (2009) 2807. 

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  6. A. Killinger, R. Gadow, G. Mauer, A. Guignard, R. Vassen and D. Stover, "Review of new developments in suspension and solution precursor thermal spray processes", J. Therm. Spray Technol. 20 (2011) 677. 

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  7. P. Fauchais, A. Joulia, S. Goutier, C. Chazelas, M. Vardelle, A. Vardelle and S. Rossignol, "Suspension and solution plasma spraying", J. Phys. D: Appl. Phys. 46 (2013) 224015. 

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  8. G. Mauer, A. Guignard, R. Vassen and D. Stover, "Process diagnostics in suspension plasma spraying", Surf. Coat. Technol. 205 (2010) 961. 

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  9. X. Shao, K. Zhang and H. Xiong, "Modeling of microand nanoparticle characteristics in DC suspension plasma spray", J. Therm. Spray Technol. 24 (2015) 309. 

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  10. H. Kassner, R. Siegert, D. Hathiramani, R. Vassen and D. Stoever, "Application of suspension plasma spraying (SPS) for manufacture of ceramic coaings", J. Therm. Spray Technol. 17 (2008) 115. 

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  11. H.K. Lee, S.S. Lee, B.R. Kim, T.E. Park and Y.H. Yun., "Microstructure and plasma resistance of $Y_2O_3$ -BN composites", J. Kor. Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 127. 

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  12. P. Fauchais, V. Rat, J.F. Coudert, R. Etchart-Salas and G. Montavon, "Operating parameters for suspension and solution plasma-spray coatings", Surf. Coat. Technol. 202 (2008) 4309. 

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  13. G.J. Vogt, "Synthesis of the monoclinic yttria by thermal plasma processing", Proc. Symposium on High Temp. Mater. Chem. 4th (1988) 572. 

  14. J. Kitamura, Z. Tang, H. Mizuno, K. Sato and A. Burgess, "Structural, mechanical and erosion properties of yttrium oxide coatings by axial suspension plasma spraying for electronics applications", J. Therm. Spray Technol. 20 (2011) 170. 

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