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PCVD법에 의한 저마찰 DLC 코팅막 제조 및 특성 평가에 관한 연구
Synthesis and evaluation of DLC thin film with low friction coefficient prepared by Plasma Chemical Vapor Deposition (PCVD) 원문보기

한국표면공학회 2009년도 추계학술대회 초록집, 2009 Oct. 14, 2009년, pp.177 - 178  

이경황 (포항산업과학연구원 울산산업기술연구소) ,  박종원 (포항산업과학연구원 울산산업기술연구소) ,  정재인 (포항산업과학연구원 융합공정연구본부) ,  양지훈 (포항산업과학연구원 융합공정연구본부) ,  박영희 (포항산업과학연구원 마그네슘연구단) ,  허규용 (포항산업과학연구원 마그네슘연구단)

초록
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DLC (Diamond-like Carbon) 코팅막은 저마찰, 고경도, 낮은 표면조도 등의 우수한 특성을 갖는 박막 물질로 다양한 산업분야에서 그 코팅막의 활용을 목적으로 응용연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 화학기상증착(PCVD) 공정을 이용하여 바이어스, 진공도, 공정 온도 등의 코팅 조건 변수를 이용하여 DLC 코팅막을 제작하였다. 또한, 코팅막은 공정 조건에 따라 증착속도, 표면 및 단면 조직, 밀착력, 경도, 마찰계수 등의 특성을 평가하였다. 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 DLC 코팅막 제조는 상온과 $175^{\circ}C$에서 이루어졌으며, 저온 중 DLC 코팅막 제조가 가능해짐에 따라 고분자 와 같은 저융점을 갖는 피처리물의 코팅처리가 가능하여 산업적 응용의 확대가 기대된다. SEM 표면 조직 관찰에 따른 DLC 코팅막의 표면조직과 조도는 공정조건에 따라 큰 차이는 보이지 않았지만, 밀착력에 있어서는 매우 큰 차이를 나타내었다. 스크래치 시험 결과 가장 높은 밀착력은 100 N 이상을 나타내었으며, 이 때의 마찰계수는 약 0.02를 나타내었다. 가장 낮은 마찰계수는 약 0.01을 보였으며, 이때의 밀착력은 25 N을 나타내었다. 증착속도는 바이어스 전압의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며, 온도의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.

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제안 방법

  • 5 x 10-2 에서 각각의 코팅 온도에서 바이어스 전원을 700V 인가하여 10분간 Ion Bombardment 전처리를 실시하였다. DLC 코팅은 아세틸렌 가스를 65sccm 공급하여 0.05Torr와 0.1Torr에서 각각 30분간 코팅을 실시하였으며, 공정변수는 Taguchi 실험계획법에 따라 진공도, 온도, 바이어스 전압을 변화시켜 코팅막을 제작하였다. 코팅 속도는 FE-SEM을 이용하여 코팅막의 단면을 관찰하여 코팅 두께를 측정하여 코팅시간을 나누어 구하였으며, 코팅막의 밀착력, 경도, 마찰계수는 scratch test, 초미소경도계, Ball-on-disk를 이용하여 측정하였으며, 표면 조직 및 조도는 FE-SEM과 AFM을 이용하여 관찰하였다.
  • 저마찰 DLC 코팅막은 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 제작하였으며, 가스는 아세틸렌 가스를 이용하여 SKD 61과 실리콘 기판상에 코팅막을 제작하였다. 기판은 진공용기에 장입 전 아세톤과 알코올에 각각 10분씩 초음파 세척기를 이용하여 전처리 하였다. 그림 1은 PCVD 장치 개략도를 보인다.
  • 5 x 10-5로 배기하였다. 기판의 표면 전처리는 아르곤 가스를 진공용기에 투입하여 4.5 x 10-2 에서 각각의 코팅 온도에서 바이어스 전원을 700V 인가하여 10분간 Ion Bombardment 전처리를 실시하였다. DLC 코팅은 아세틸렌 가스를 65sccm 공급하여 0.
  • 저마찰 DLC 코팅막은 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 제작하였으며, 가스는 아세틸렌 가스를 이용하여 SKD 61과 실리콘 기판상에 코팅막을 제작하였다. 기판은 진공용기에 장입 전 아세톤과 알코올에 각각 10분씩 초음파 세척기를 이용하여 전처리 하였다.
  • 1Torr에서 각각 30분간 코팅을 실시하였으며, 공정변수는 Taguchi 실험계획법에 따라 진공도, 온도, 바이어스 전압을 변화시켜 코팅막을 제작하였다. 코팅 속도는 FE-SEM을 이용하여 코팅막의 단면을 관찰하여 코팅 두께를 측정하여 코팅시간을 나누어 구하였으며, 코팅막의 밀착력, 경도, 마찰계수는 scratch test, 초미소경도계, Ball-on-disk를 이용하여 측정하였으며, 표면 조직 및 조도는 FE-SEM과 AFM을 이용하여 관찰하였다. 표 1은 코팅막 제작 공정변수를 타나낸다.
  • 코팅두께는 시험편의 단면을 FE-SEM으로 관찰하여 두께를 측정하였으며, 코팅시간으로 나눈 값을 코팅속도로 나타내었다. 코팅속도에 미치는 바이어스 전압, 진공도, 증착온도에 대한 영향을 그림 2에 나타낸다.
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