초록 ▼

제 1 단계의 목표인 금속 이온주입장치 및 이온주입기술 개발을 수행하기 위하여 1 차년도에는 금속 이온원 개발, 금속 이온주입장치 설계, 러측의 이온주입기술조사 평가업무를 수행하였으며, 2차년도에는 산업용 금속 이온주입기 개발, 산업용 제품들의 이온주입 공정개발에 대한 연구를 수행하였으며, 구체적인 연구내용은 다음과 같다.
1) 장치의 상용화 개발
1차년도에 수행된 금속이온원 개발과 금속이온주입기 설계를 토대로 당해년도에는 산업용 금속 이온주입기 시작품을 건조 완성하였다. 장치 설계의 핵심 부분인 이온 광학적 설계는 자체

제 1 단계의 목표인 금속 이온주입장치 및 이온주입기술 개발을 수행하기 위하여 1 차년도에는 금속 이온원 개발, 금속 이온주입장치 설계, 러측의 이온주입기술조사 평가업무를 수행하였으며, 2차년도에는 산업용 금속 이온주입기 개발, 산업용 제품들의 이온주입 공정개발에 대한 연구를 수행하였으며, 구체적인 연구내용은 다음과 같다.
1) 장치의 상용화 개발
1차년도에 수행된 금속이온원 개발과 금속이온주입기 설계를 토대로 당해년도에는 산업용 금속 이온주입기 시작품을 건조 완성하였다. 장치 설계의 핵심 부분인 이온 광학적 설계는 자체 개발한 프로그램인 BOMMII(Beam Optics for Metal Ion Implanter)를 이용하여 설계하였다. 핵심부품인 이온원은 질량분리 법 라인에는 러측의 기본형인 bernas형인 화합물 이온원, 고온 이온원을, 비분리 빔라인에는 우리측의 DuoPIGatron 과 Sputter 이온원을 사용하였다. 이온빔 수송계통 설계자료를 토대로 수평, 수직방향의 최적 집속특성을 갖는 질량분리 전자석을 설계 제작하였으며, 가속관은 강집속성의 3 전극형으로 하였으며, 표적계통은 사용장치로서 경제성을 갖도록 처리능, 응용성을 고려 설계, 제작되었다.
2) 산업용 제품의 이온주입 공정 개발
1차년도에 수행된 국, 내외 시장조사를 고려하여 이온주입기술의 산업적 적용에 따른 파급효과가 클것으로 예상되는 품목을 선정하여, 참여기업측의 협조로 공정개발을 수행하였다. 주요 종류로는 절삭 공구류, 정밀 금형류, 면도날 및 Roller류, 자동차 부품류, 생체 합금류 등으로서 사용업체로부터 현품을 입수 처리하여 2-3회 현장시험을 통한 분석 평가를 수행하였다.
3) 금속이온주입 특성조사 및 평가
금속 이온주입 공정개발에 사용될 기초 이온주입 Database를 마련코져 주요 산업용 기초소재인 SKD-11, WC-Co, AISI-304, Al-7075, Ti 등에 각종 이온을 주입한 후 물성변화 및 각종 특성분석을 수행하였다. AES (Auger Electron Spectroscopy), XRD (X-Ray Diffraction), TEM 분석을 통하여 이온의 침투깊이, 화합물 분석, 표면의 조직분석을 수행하고 각 이온빔 조사파라메터에 따른 특성을 분석 평가하였다. 또한 정밀 표면처리와 밀접하게 관계되는 기계적 특성분석은 이온주입 후 경도, 조도, 내마모도, 피로성 시험을 통하여 수행하였다.

Abstract ▼

Last year we concentrated our efforts on the development of metal ion sources, designing of the metal ion implanter, and assessment of the Russian ion implantation technology. This year construction of the metal ion implanter and R & D on implantation of industrial parts were made and are detailed b

Last year we concentrated our efforts on the development of metal ion sources, designing of the metal ion implanter, and assessment of the Russian ion implantation technology. This year construction of the metal ion implanter and R & D on implantation of industrial parts were made and are detailed below.
1) Construction of the Commercial equipment
The construction of prototype industrial metal ion implanter was completed based on the metal ion sources and the design of the metal ion implanter completed last year. Ion optics calculation is the core part in the equipment designing and was performed by using BOMII (Beam Optics for Metal Ion Implanter) program which was originally developed in our laboratory. Ion source is also a core Dart in the implanter and compound/high temperature Bernas type source from Russian side was located at the mass-separating beam line and
DuoPIGatron source or its variation as sputter type of our side was used at the non-separation beam line. Electromagnet for mass separation with optimal focusing properties was constructed on the basis of ion beam transport designing works Acceleration tubes were of strong focusing and three-electrode type, and the target
compartment was designed and constructed on the consideration of treatment capacity and versatility of applications as a commercial equipment
2) Process Development of Ion Implantation of Industrial Materials
Based on the market survey performed last year, items expected to have vast popularization effect were selected and implantation processes of the item were made with the cooperation of the participating company. Item as cutting tools, precision dies, razor blades, rollers, automobile parts, and biomedical alloys were obtained from the compounding industries and were treated with implantation, then analyzed of their results by onsite loading tests.
3) Characterization and Assessment of Ion Implantation
For the piling-up of the database to be applied to the further development of ion implantation processes, basic industrial material as SKD-11, WC-Co, AISI-304, AI-7015, and Ti were implanted with ions and analyzed of their property changes. Penetration depth and composition of the implanted surface were determined by Auger Electron Spectroscopy or Transmission Electron Microscopy. Mechanical properties were characterized through the measurements of hardness, roughness, wear-resistivity, and fatigue properties.

목차 Contents

• 표지...1
• 제 1 장 서 론...23
• 제 2 장 장치의 상용화 개발...29
• 제 1 절 금속 이온주입기의 건조...29
• 1. 금속이온주입기의 기본특성 결정...29
• 가. 장치 설계의 기본개념...29
• 나. 장치의 기본구성 및 설계재원...31
• 다. 장치의 전반적인 구성...37
• 2. 이온광학 설계...40
• 3. 장치의 주요 구성품 설계 제작...48
• 가. 이온원...48
• 나. 질량분리 전자석...61
• 다. 가속관...78
• 라. 표직계통...81
• 마. 주사 Faraday Cup...89
• 바. 고전압 절연계통...91
• 제 2 절 전원공급기...93
• 1. 개 요...93
• 2. 전원의 종류와 규격...93
• 3. 전원공급기의 설계 제작...97
• 제 3 절 장치의 특성시험 및 운전...104
• 1. 금속 이온원의 이온인출 특성...104
• 가. 스퍼터형 금속 이온원의 이온법 인출특성...104
• 나. 화합물 이온원의 이온법 인출특성...104
• 2. 이온법의 질량분리 특성...107
• 3. 이온법 가속특성...107
• 제 3 장 금속이온주입 공정개발...117
• 제 1 절 서 설...117
• 제 2 절 연구내용 및 범위...118
• 1. 실험방법...118
• 가. 이온주입용 시편의 제작 및 이온 주입...118
• 나. 표면분석...132
• 다. 기계적 특성 평가...137
• 2. 연구결과 및 고찰...144
• 가. 표면분석...144
• 나. 기계적 특성평가...180
• 제 3 절 결 언...237
• 제 4 장 산업용 제품의 이온주입 공정개발...239
• 제 1 절 공정개발의 개요...239
• 제 2 절 2차년도 이온주입처리 현황...241
• 제 3 절 공구류의 이온주입 공정개발...245
• 1. PCB 드릴 Bit...245
• 2. PCB Router Drill Bit...246
• 3. Hob 류...247
• 4. Hand Tap 류...248
• 제 4 절 금형류의 이온주입 공정개발...249
• 1. 반도체 리드후레임 절단 금형...249
• 2. 초경 금형류...249
• 3. 주화 금형...250
• 제 5 절 면도날 및 Roller류의 이온주입 공정개발...252
• 1. 면도날...252
• 2. Al Foil Cuter...253
• 3. Printer Roller 류...253
• 제 6 절 자동차 부품류 및 생체 합금류의 이온주입 공정개발...257
• 1. 자동차 밸브류...257
• 2. 생체 합금류...258
• 제 7 절 결 언...259
• 제 5 장 결론 및 건의사항...261
• 참고문헌...264