KR100388285B1 - 세미텐션마스크용 저열팽창Ｆｅ-Ｎｉ계 합금, 이를 이용한세미텐션마스크 및 상기 세미텐션마스크를 사용하는컬러수상관 - Google Patents

Abstract

본 발명은, Ni를 34중량%이상 38중량%이하, Mn을 0.01중량%이상 0.5중량%이하, B를 0.0003중량%이상 0.0015중량%이하, N을 0.0010중량%이상 0.0050중량%이하 및 잔부 Fe와 불가피적인 불순물로 구성된, 뛰어난 크리이프특성을 갖는 세미텐션마스크용 저열팽창Fe-Ni계 합금에 관한 것으로서, Si를 0.005중량%이상 0.20중량%이하와 Al을 0.005중량%이상 0.030중량%이하를 부가하여 포함한다. 불가피적인 불순물중에서, C, P 및 S는 각각 0.010중량%이하, 0.015중량%이하, 0.010중량%이하로 제어된다. 합금은, 열간압연 또는 냉간압연후에 적어도 1회는, 비산화성분위기에서 650℃이상 750℃미만에서 30분이상 5시간이하의 어닐링을 행한다. 합금은 최종 냉간압연후에 스트레스완화 어닐링을 행한다.

본 발명은 상기 합금을 사용하는 세미텐션마스크에 관한 것이다.

본 발명은 상기 세미-스트레치드-텐션마스크를 사용하는 컬러수상관에 관한 것이다.

Description

세미텐션마스크용 저열팽창Ｆｅ-Ｎｉ계 합금, 이를 이용한 세미텐션마스크 및 상기 세미텐션마스크를 사용하는 컬러수상관{LOW-EXPANSION Fe-Ni ALLOY FOR SEMI-TENSION MASK, SEMI-TENSION MASK OF THE ALLOY, AND COLOR PICTURE TUBE USING THE MASK}

본 발명은 Fe-Ni계 합금으로 형성되고 음극선관(브라운관으로 칭함)에 사용되는 세미-스트레치드-텐션(SST)마스크로 칭하는 세미텐션마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 열팽창은 낮으나 양호한 크리이프특성(creep properties)을 가지고 있으며, 마스크형성용 텐션(tension)을 행한 후에 소성함으로써 이런 마스크의 주름을 뛰어나게 억제할 수 있는 Fe-Ni계 합금과, 상기 합금재료로 형성된 세미텐션마스크 및 상기 세미텐션마스크를 사용하는 컬러수상관에 관한 것이다.

수상관용 마스크는 크게 두가지 형태로 분리된다. 즉

(1) 에칭에 의해 전자빔통과용 도트 또는 슬롯을 마스크재료에 형성한 후에 압입성형하여 마스크형태로 되는 섀도우마스크타입과, (2) 에칭에 의해 전자빔통과 수직슬릿을 마스크재료에 형성한 후에 상부 및 하부의 2방향으로 신장하여 프레임상에 실장하는 개구그릴타입이다.

섀도우마스크타입으로는, Fe-36% Ni합금("인바르(Invar)"합금으로 칭함)을 일반적으로 사용하는 데 이는 이 합금이 매우 낮은 열팽창계수를 갖고 있으며 열팽창에 의해 초래되는 도밍(돔형태로 팽창함)현상을 제어할 수 있기 때문이다. 열팽창에 기인하는 도밍현상을 거의 발생시키지 않는 구조적 특성의 개구그릴타입으로는, 열팽창계수는 높으나 저가인 연철을 사용한다.

이런 두타입은 장점 및 단점의 양자 모두를 갖고 있으며 각각 시판되고 있다. 최근에는, 세미텐션마스크형태로 공지된 것이 이러한 2타입의 장점을 결합시킨 새로운 타입으로서 출현하고 있다.

세미텐션마스크는 에칭에 의해 전자통과용 도트 또는 슬롯이 형성되는 마스크재료를 제작하고, 마스크재료를 압입성형하기 보다는, 개구그릴타입과 같이 상부방향 및 하부방향의 2방향으로 마스크재료를 신장하면서(텐션하면서) 프레임상에 마스크재료를 지지함으로써 형성된다. 이와 같은 새로운 타입의 마스크의 개발초기단계에서는, 마스크는 상대적으로 강한 힘에 의해 4방향, 즉 상부방향, 하부방향, 좌방향 및 우방향으로 신장되었다. 그러나, 마스크가 상대적으로 강한 힘에 의해 4방향으로 신장될 때, 마스크는 종종 파괴되었다. 이와 같이 마스크가 파괴되는 것을 회피하기 위해, 상대적으로 약한 힘으로 상부방향 및 하부방향의 2방향으로만 마스크를 신장시킴으로써 만족스러운 결과를 얻을 수 있다고 하는 개선이 시도되었다. 이와 같은 개선에 의해 제작된 마스크는 세미-스트레치드 텐션마스크, 또는 상대적으로 약한 힘에 의해 2방향으로만 신장이 채택됐다는 의미에서 세미텐션마스크라고 간단하게 칭하여졌다.

도 1(a) 및 (b)는 세미텐션타입마스크 및 개구그릴타입마스크를 각각 개략적으로 도시하는 설명도이다. 두 타입의 마스크는 상부방향 및 하부방향으로 신장된다. 세미텐션타입마스크는, 인접한 슬롯간에 존재하는 브리지를 갖는 일련의 슬롯으로 구성된 각 슬롯열이 있는 폭에 대해 일련의 수직슬롯열이 형성되어 있는 반면에, 개구그릴타입마스크는 폭에 대해 일련의 수직의 긴 슬릿을 포함하고 또한 스피커 등의 임의의 음원에 기인하는 마스크진동을 억압하기 위해 댐퍼와이어를 필요로 한다. 세미텐션타입마스크의 브리지는 에칭에 의해 슬롯이 형성될 때 각 수직슬롯의 슬롯간에 에칭되지 않은 상태에 있는 금속부분이다. 브리지는 수직슬롯열의 비틀림을 방지하는 기능을 한다. 세미텐션마스크는 각 슬롯열에 존재하는 브리지에 의해 "브리지된 텐션마스크"로서 또한 칭하여 진다.

압입성형에 의한 섀도우마스크형과 비교시에, 새로운 세미텐션타입은 고휘도 및 고해상도를 가지면서 수상관이 더욱 평탄하게 되는 것을 허용한다. 또한, 세미텐션타입은, 댐퍼선이 필요없기 때문에, 브리지의 존재에 기인하는 진동특성에 있어서는 개구그릴타입보다 뛰어나다. 세미텐션타입은 수직의 신장을 위해 상대적으로 저부하만을 요구하고, 비용을 저감할 수 있다.

한편, 세미텐션타입은 개구그릴타입과는 달리 열팽창에 의한 도밍현상을 포함한다. 이 현상을 방지하기 위해서는, 인바르합금(invar alloy)을 중심으로 하는 저열팽창의 Fe-Ni계 합금을 사용하는 것을 검토하고 있다. 그러나, 인바르합금을 포함하는 종래의 Fe-Ni계 합금의 사용은 조립과정동안의 열처리를 행할때에 마스크를 주름지게하는 등의 심각한 문제를 일으키는 "텐션다운" 즉 텐션완화를 야기시키는 것으로 발견되고 있다.

그러므로 인바르합금 등의 통상의 Fe-Ni합금은 세미텐션마스크에는 적합하지 않은 것으로 발견되었다. 마스크제작의 개별스텝의 상세한 연구에 의해 부적합함은 재료의 크리이프특성에 기인한다는 것을 발견하였다.

제작과정에서는, 에칭에 의해 도트 또는 슬롯이 형성된 마스크재료를 흑화처리한다. 여기서 흑화처리는 마스크재료의 표면상에 산화철막 등의 흑색의 막을 형성하기 위한 처리를 의미하고, 흑화처리된 마스크재료는 소정의 부하하에서 마스크재료를 신장하면서 프레임에 용접한 후에, 용접 및 다른 공정으로부터 발생하는 변형을 제거하기 위하여 베이킹한다. 이와 같이 베이킹하는 동안에, 프레임에 의한 텐션하에서 종래의 Fe-Ni합금은 고온에서 소성변형 또는 크리이핑을 발생하는 것이 최근에 발견되고 있다.

일단 크리이핑이 발생하면, 크리이핑에 의해 "텐션다운" 즉 부하의 완화에 수반하여 마스크가 신장되고, 주름, 반진동특성의 열화 및 다양한 다른 문제를 초래한다. Cu, Nb, Mo, W 및 Ta의 고용(固溶)을 통한 보강작용이 크리이프신장을 감소시키는데 효과적인 것으로 발견되었지만, 이와 같은 원소의 첨가는 결과적인 합금의 열팽창계수를 필연적으로 증가시킨다.

소망하는 바와 같이 변형완화를 위한 어닐링과 함께, B의 첨가, N함량의 제어, 제어된 Al 및 Si의 첨가, 불순물 C, P 및 S의 제어 및 작업기간중의 열처리는, 흑화처리, 신장 및 소성의 스텝에 의해 주름 및 기타 결점이 발생하지 않고 또한 열팽창의 계수에, 악영향을 미치지 않으면서, 결과적인 합금의 크리이프특성을 현저하게 개선시킬 수 있는 것이 최근에 발견되었다.

이 발견에 의하여, 본 발명은

(1) Ni를 34%이상 38%이하, Mn을 0.01%이상 0.5%이하, B를 0.0003%이상 0.0015%이하, N을 0.0010%이상 0.0050%이하 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 구성함으로써 특징지워지는 뛰어난 크리이프특성을 갖는 세미텐션마스크용 저열팽창 Fe-Ni계 합금.

(2) 상기 (1)항에 있어서, Si를 0.005%이상 0.20%이하 및 Al을 0.005%이상 0.030%이하를 부가하여 함유하는 Fe-Ni계 합금.

(3) 상기 (1)항 또는 (2)항에 있어서, 불가피한 불순물중에서, C를 0.010%이하, P를 0.015%이하 및 S를 0.010%이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 Fe-Ni계 합금

(4) 상기 (1)항, (2)항 또는 (3)항에 있어서, 열간압연 또는 냉간압연후에 적어도 1회정도는, 비산화성분위기에서 650℃ 이상 750℃미만의 범위에서 30분이상 5시간 이하동안 어닐링하는 Fe-Ni계 합금 및

(5) 상기 (4)항에 있어서, 최종적인 냉간압연후에 스트레스경화를 위한 어닐링을 행하는 Fe-Ni계 합금을 제공함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은

(6) 상기 (1) 내지 (5)항중 어느 한 항에 기재된 Fe-Ni계 합금을 사용하는 세미텐션마스크로서, 상기 Fe-Ni계 합금의 마스크부재는, 에칭에 의해 도트 및 슬롯이 형성되고 흑화처리를 행한 후에, 마스크부재를 상부방향 및 하부방향으로 신장한 상태에서 프레임상에 지지된다.

(7) 상기 (6)항에 기재된 세미텐션마스크를 사용하는 컬러수상관을 부가하여 제공한다.

도 1(a),1(b)는 SST타입마스크 및 개구그릴타입마스크의 각각을 도식적으로 도시하는 설명도

상기 설명한 바와 같이, 도 1(a)는 세미텐션타입의 마스크를 개략적으로 도시한다. 마스크는 상부방향 및 하부방향으로 신장된다. 세미-텐션타입마스크에는, 다수의 수직슬롯열은 각 슬롯열이 인접한 슬롯간에 존재하는 브리지를 갖는 다수의 슬롯으로 구성되어 있는 폭상에 형성된다. 세미텐션타입마스크의 브리지는 슬롯이 에칭에 의해 형성될 때 각 수직슬롯열의 슬롯간에 에칭되지 않은 상태에 있는 금속부분이다. 브리지는 수직슬롯열의 비틀림을 방지하는 기능을 한다. 압입성형에 좌우하는 섀도우마스크타입과 비교하면, 세미텐션타입을 갖는 수상관이 고휘도 및 고해상도를 가지면서 한층더 평평하게 되도록하다. 또한, 세미텐션타입은, 댐퍼와이어가 필요없기 때문에, 브리지의 존재에 기인하는 진동특성에 있어서 개구그릴타입보다 뛰어나다. 세미텐션타입은 수직신장을 위해 상대적으로 저부하만을 요구하고, 비용을 경감할 수 있다.

세미텐션마스크의 기본적인 제조공정에서는, 주어진 조성의 Fe-Ni계 합금잉곳(ingot)을, 예를 들면, 진공용융에 의해 용융제작후에 잉곳을 단조하고 열간압연한다. 반복적인 냉간압연 및 열처리후에, 스트립(strip)를 최종냉간압연하여 시이트가 소망의 두께를 갖도록 한다. 최종적인 냉간압연을 처리하기 전에 행하는 어닐링을 최종적인 어닐링으로 칭한다. 마스크재료는 에칭기술(포토레지스트마스킹, 현상 및 에칭용액의 스프레이)에 의해 도트 또는 슬롯이 형성되고 흑화처리를 행한다. 흑화처리는 마스크재료의 표면상에 산화철막 등의 흑색막을 형성하기 위한 것이다. 흑화처리된 마스크재료를 소정의 부하하에서 신장하면서 프레임상에 용접한 후에, 용접 및 다른 공정으로부터 발생하는 변형을 제거하기 위해 소성한다.

상기한 바와 같이, 마스크재료는 흑화처리후에 신장된다. 흑화온도가 Fe-Ni계 합금의 재결정온도보다 훨씬 낮을때에는, 생산품의 크리이프특성을 개선하는데 합금의 가공경화를 이용할 수 있다. 가공경화를 과도하게 처리하면, 크리이프비율의 필연적인 증가에 의해 합금의 연화개시온도는 낮아진다. Cu, Nb, Mo, W 및 Ta의 첨가에 의해 경화되는 고용에 의해 크리이프의 신장을 경감시키는 것이 가능하다고 발견되고 있으나, 이들의 첨가된 원소의 양에 따라서, 열팽창계수가 증가하고, 인바르합금의 특유의 저열팽창특징은 손상될 수도 있다.

Fe-Ni계 합금의 열팽창에 대한 역효과를 주지않을 정도의 충분히 작은 비율로, 크리이프비율을 감소시키기 위해 첨가될 수 있는 원소를 발견하였다. 그 결과, B가 소량첨가되고 또한 N함유량을 제어함으로써 Fe-Ni계 합금매트릭스에서 질화붕소(BN)의 미세입자만이 석출되고, 이에 의해 실제로 합금의 에칭성에 대해서 악영향을 주지도 않고 또한 열팽창이 증가하지도 않기 때문에 크리이프특성을 개선시키는 것으로 현재 발견되었다. 이와 같은 크리이프의 개선효과는 상기한 미량원소를 함유하지 않는 Fe-Ni합금의 경화를 개시하는 온도에서 마스크부재를 흑화처리할때 양호하게 달성된다. 한층더 미세한 입자의 질화붕소를 석출하기 위해서는, 열간압연 또는 냉간압연후에 적어도 한번 비산화성분위기에서 650℃이상 750℃미만에서 30분이상 5시간이하 동안 마스크부재를 어닐링하는 것이 바람직하다. 어닐링은 크리이프특성을 한층더 강화시킨다.

높은 온도에서 흑화처리를 행함으로써 기대되는 최상의 효과는 자기특성의 개선이다. 예를들면 소량의 첨가원소를 함유하지 않은 압입성형된 섀도우마스크용 인바르합금은, 590℃에서 흑화처리시에 870 내지 1000의 비자기투과율을 나타낸다. 합금을 50℃정도 높은 온도인 640℃에서 흑화처리할때, 비자기투과율은 1030내지 1200으로 증가한다. 수상관에 있어서와 같이, 교류(Ac)자기소거후의 지자기실드의 특징은, 비자기투자율이 높으면 높을수록 한층더 양호해진다.

세미텐션마스크의 재료는 신장전에 흑화처리된다. 흑화처리가 도트 또는 슬롯을 형성하기 위한 에칭시에 재료에서 야기되는 잔류스트레스의 불균일을 경감시킬 때 흑화처리는 마스크의 비틀림을 야기시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서는, 최종냉간압연후에 변형경감화 어닐링을 행하는 것이 바람직하다.

따라서, 소망하는 바와 같이 변형완화를 위한 열처리와 함께, B의 첨가, N함유량의 제어, 제어된 Al 및 Si의 추가, 불순물 C, P 및 S의 제어 및 작업기간중의 열처리는, 흑화처리, 신장 및 소성의 스텝에서 주름 또는 기타 결점이 발생하지 않고 또한, 열팽창의 계수에 악영향을 미치지 않으면서 결과적인 합금의 크리이프특성을 현저하게 개선시키는 것으로 현재 발견되었다.

본 발명에서 원소비율을 다양하게 한정한 이유에 대해 이하 설명한다.

Ni: Ni함유량이 34%보다 적거나 또는 38%보다 많으면, 합금의 열팽창계수는 증가하여, 색순도에 바람직하지 않은 영향을 미친다. 따라서 Ni비율은 34%이상 38%이하로 한정된다.

Mn: Mn은 열간가공성을 저해하는 불순물인 S를 무해화하기 때문에 Mn은 필수적이다. Mn이 0.01%보다 적은 비율에서는, 유효한 효과를 얻을 수 없으며, Mn이 0.5%보다 크면, 에칭특성을 열화시키고 또한 열팽창계수를 상승시킨다. 이와 같은 이유에 의해 Mn의 비율은 0.01%이상 0.5%이하의 범위로 한정된다. 에칭과 열팽창특성의 개선을 위한 바람직한 범위는 0.01%이상 0.1%이하이다.

B: B는 N과 결합하여 크리이프특성을 강화하는 질화물을 형성한다. 이 효과는 B가 0.0003%보다 적을때로 특정되고, 다량의 B의 비율은 에칭된 표면을 거칠게하고, 이런 경향은 B가 0.0015%를 초월하면 초래된다. 이러한 이유에 의해 B의 비율은 0.0003%이상 0.0015%이하가 되도록 한정된다.

N: N은 B를 갖는 질화물을 형성하는 데 필요한 원소이다. 0.0010%미만에서는, N은 크리이프강도를 개선시키기 위해 충분한 질화물을 형성하지 못한다. 반대로, 0.0050%를 초월하면, N은 잉곳에 공극을 형성하는 경향이 있다. 따라서 N의 범위는 0.0010%이상 0.0050%이하이다.

Si: Si는 탈산제로서 첨가된다. 다량의 Si함유량은 에칭성에 심각하게 영향을 끼치기 때문에, 적으면 적을수록 좋다. 그러나, 적은 함유량이어도, Si는 크리이프특성을 개선하는데 효과적이다. 따라서, Si비율은 0.005%이상 0.20%이하로 되고, 양호한 에칭특성을 위해서는 0.03%이하의 범위가 바람직하다.

Al: Si는 탈산제로서 사용된다. 다량의 Al을 갖는 고용은 크리이프특성을 개선하는데 효과적인 것이 증명되었다. 그러나, 과량의 Al은 에칭성을 악화시키는 알루미나를 형성하고 또한 냉간압연시에 알루미나에 기인하는 표면홈을 형성한다. 따라서, 범위는 0.005%이상 0.030%이하이다.

C: C는 탄화물을 형성한다. 0.010%를 초과하는 C는 과잉의 탄화물을 형성하여 에칭성을 악화시킨다. 이런 이유에 의해 0.010%가 상한치이다. 고용액상태의 C는 에칭성에 큰 악영향을 끼친다. 따라서, C함유량은 적으면 적을수록 더욱 바람직하다. 바람직한 C의 비율은 0.005%이하이다.

P: 과잉의 P는 불량의 에칭을 야기시킨다. 따라서, P함유량은 0.015%이하로 유지되어야만 한다.

S: 0.010%를 초과하는 S는 열간가공성에 악영향을 미치고, 또한 에칭성을 악화시키는 다량의 황화물계 개재물을 형성한다. 따라서 S의 상한치는 0.010%로 설정된다.

가공중의 열처리조건: 질화붕소의 미세입자석출을 야기시키기 위해서는, 열간압연 또는 냉간압연후에 적어도 1회정도, 비산화성분위기에서 장시간의 열처리를 실행하고 질화붕소의 해리온도를 낮추는 것이 바람직하다. 여기서, 결정입자크기를 증가시키지 않으면서 질화붕소를 석출하기 위해서, 열처리를 650℃이상 750℃미만에서 30분이상 5시간미만의 시간주기로 행한다. B의 산화를 회피하기 위해 열처리를 비산화성분위기에서 행한다. 열처리를 열간압연후에 행할때는, 열처리를 열간압연에 의해 발생하는 산화스케일의 제거후에 행하는 것이 바람직하다.

스트레스완화어닐링: 스트레스완화어닐링은 흑화처리후에 마스크의 크리이프신장에는 영향을 미치지 않으나, 스트레스완화어닐링이 흑화처리시에 잔류스트레스의 제거에 기인하는 불균일한 변형을 제어하기 때문에 스트레스완화어닐링은 바람직하다.

(실시예)

본 발명을 실시예와 관련하여 더욱 상세하게 설명한다.

표 1은 실시예에 사용되는 합금조성을 열거한다.

표 1에 주어진 조성의 Fe-Ni합금은 진공용융에 의해 용융제조된다. 질소분위기는 B(붕소)와 다른 합금원소가 첨가되는 단계에서 사용된다. 용융방법은 진공용융에 한정되지 않는다. VOD처리공정 등의 노 대신에 도관(vessel)을 사용하는 다른 정제처리공정이 대신 채택될 수도 있다. 후자의 경우에는, 정제중에 기포사용을 위해 아르곤가스에 질소를 혼합함으로써 질소함유량을 제어한다. 다른 대안으로서는, 질화철을 개시물질로서 채택할 수도 있다. 용융처리에서는, 용융철의 산소레벨은 질화붕소(BN)가 1000℃이상에서 산화붕소가 되기 때문에 충분히 낮아야만 하고, 붕소를 추가한 후의 산소농도는 100ppm이하가 되어야만 하는 것이 바람직하다. 작업실시예에 있어서 이와 같이 얻은 각각의 잉곳을 단조하고 열간압연하여 3㎜의 두께로 만든후에, 또한 반복적으로 냉간압연하고 어닐링하여 0.15㎜두께의 시이트가 된다. 작업은 반복되는 냉간압연공정간에 행하는 어닐링의 하나인 열간압연후에 680℃의 Ar분위기에서 2시간동안 가열처리 됐다.

이와 같이 얻어진 시이트는 재결정을 위해 어닐링되고, 또한 냉간압연되어 0.1㎜의 두께가 되었다. 시이트는 640℃에서 15분간 흑화처리된다. 흑화처리후에, 시이트는 460℃로 가열되고, 200N/㎟의 인장력을 가하고 30분후에 시이트의 크리이프의 신장값을 측정하였다. 인장력의 방향은 압연방향에 평행하였다.

30℃에서 100℃사이의 표본의 평균열팽창계수를 측정하고, 60℃에서 염화제2철의 45보오메(Be')수용액을 0.3㎫의 압력에서 표분의 표면상에 스프레이하고 에칭된 표면상태를 관찰하였다.

표 2는 크리이프의 신장값, 열팽창계수 및 실험용 표본의 에칭성의 측정으로서의 에칭된 표면상태를 나타낸다.

1번 내지 9번은 청구항 1 내지 청구항 3의 모든 요건(Ni, Mn, B, N 및 Si,Al 및 C, P, S 등의 모든 조성요건)를 만족시키는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 2번, 3번, 7번 및 9번은 청구항 4(BN석출어닐링)에 정의되는 중간열처리를 행한다.

실제로 흑화처리된 SST마스크로서, 베이킹후에 주름이 발생하고 또는 발생하지 않는 재료를 상기 실시예에 사용되는 동일조건하에서 흑화처리하고 이들의 크리이프특성을 측정하였다. 주름발생여부간의 경계를 형성하는 크리이프신장퍼센트는 0.16%에서 발견되었다. 1번 내지 9번의 표본은 0.16%이하의 크리이프신장값을 나타냈다. 이들의 열팽창계수는 13×10^-7/℃이하이거나, 또는 B를 첨가하지 않은 10번 내지 12번(화학성분M을 갖음)의 표본의 계수와 거의 동일하고 0.3%의 Nb를 함유하는 26번(화학성분T)의 70%미만이였다.

2번, 3번, 7번 및 9번이 도시한 바와 같이, 열간압연 또는 냉간압연후에 680℃로 2시간동안 Ar분위기에서 어닐링을 행함으로써 크리이프신장을 감소시켰다. 이는 질화붕소의 미세석출에 기인하였다.

10번 내지 12번은 0.0003%미만의 B를 함유하였다. 청구항 1에서 한정된 범위(B: 0.0003% 내지 0.0015%)보다 작은 B함유량으로는, 표본은 크리이프신장을 감소시키는데 효과적인 질화붕소가 부족하였고, 신장퍼센트는 마스크의 주름이 발생할 수 있는 하한치로 추정되는 0.16%를 훨씬 초월하였다. 11번 및 12번의 표본을 질화붕소의 미세한 석출을 달성하기 위해 열간압연 또는 냉간압연후에 Ar중의 680℃에서 2시간 동안 어닐링하였다. 그러나, B가 불충분하기 때문에 표 2, 3, 7 및 9에서 관측된 바와 같은 크리이프신장의 개선을 얻을 수 없었다.

13번은 0.0010%미만의 N을 함유하였다. B함유량이 청구항 1에 한정된 범위(N: 0.0010% 내지 0.0050%)보다도 작기 때문에, 표본은 크리이프신장을 감소시키는데 효과적인 질화붕소가 부족하였고, 신장퍼센트는 SST마스크가 주름이 질수 있는 하한치라고 추정되는 0.16%를 훨씬 초월하였다. 13번은 0.0015%보다 많은 B를 함유하였으며 에칭된 표면은 너무 거칠어서 SST마스크용 재료로서 사용될 수 없었다. 이는 특히 B 및 N양쪽이 본 발명의 범위를 초과한 14번에 해당되었다.

15번 내지 17번은 640℃에서 흑화처리후에 0.16%이하의 크리이프신장퍼센트를 나타냈다. 그러나, 다량의 불순물(개재물로서, 15번의 SiO₂, 16번의 Al₂O₃및 17번의 MnS)의 존재에 의해 에칭시에 에칭흔적을 형성하고 이에 의해 에칭된 표면이 거칠게되기 때문에, 이러한 재료는 SST마스크용으로서 만족스러운 것으로 판명되지 않았다. 무엇보다도 특히, Al₂O₃는 클러스터(cluster)형상으로 발생하고 MnS는 그 자체가 연성특성을 갖기 때문에 선형패턴으로 신장된다. 이러한 개재물은 도트 또는 슬롯의 형태로 에칭된 개구의 윤곽을 악화시킨다. 0.50%보다 많은 Mn을 갖는 17번은 과도하게 높은 열팽창계수를 갖는다.

청구항 1에 특정된 범위(Ni: 34% 내지 38%)밖의 Ni함유량을 갖는 18번 내지 22번은, 도밍관점에 있어서, 높은 열팽창계수를 갖고 있기 때문에 세미텐션마스크용 재료로서는 부적합한다.

0.005%미만의 Si를 함유하는 19번은 흑화처리후에 마스크의 주름이 발생할 수 있는 하한으로 추정되는 신장퍼센트인 0.16%에 근접하는 크리이프신장값을 나타냈다. 1번 내지 9번과 비교시에, 합금을 640℃를 초과한 온도에서 흑화처리할 때 크리이프신장의 관점에서 볼때 문제를 나타낼 수 있다. 0.005%미만의 Al을 함유하는 20번에서도 동일의 현상이 발생한다.

21번은 0.16%이하의 크리이프신장과 낮은 열팽창계수를 나타냈다. 그러나, 0.01%미만의 망간에 대해서는, 합금은 가열공정시에 S편석에 의한 메짐(embrittleneat)를 방지하지 못하였으며 또한 단조 또는 열간압연시에 크랙 또는 스필(spill)(peeling flaw)을 발생시켰다. 에칭하는 동안 경계의 S편석에 의해 합금의 입자경계를 따라서 대략 만입된 오목볼록을 형성하는 것으로 추정된다.

23번은 C를, 24번은 P를, 25번은 S를 청구항 3에 규정된 범위(C, P 및 S: 각각 0.010%이하, 0.015%이하 및 0.010%이하)보다 많이 함유했다. 이러한 합금은 흑화처리후에 0.16%이하의 크리이프의 신장값을 나타냈다. 그러나, 이들은 재료의 다량의 불순물 (No.23의 탄화철, No.24의 인편석 및 No.25의 MnS)이 에칭시에 흔적을 형성하고 에칭된 표면을 거칠게하기 때문에 마스크재료로서는 부적합하다. 특히, 편석된 MnS와 인은 연성이고 선형의 형태로 신장되어서, 도트 또는 슬롯의 형태로 에칭된 개구의 에지윤곽에 악영향을 끼친다.

마지막으로, 0.3%의 Nb를 함유하는 26번은 크리이프신장을 제한하였으나, 1 번 내지 9번과 비교할때 높은 열팽창계수를 가졌다. 따라서, 열팽창에 기인하는 도밍현상을 중요시하는 경우에는, 마스크의 열팽창에 의한 도밍특성의 열화를 방지하기 위해 충분히 큰 인장력을 제공할 필요가 있다. 이 때문에, 마스크의 프레임강도를 증가시켜야만 하고 여분의 비용이 증가된다.

본 발명의 상기 실시예에 있어서는 최종냉간압연후에 변형경감어닐링를 실시하지 않았다. 그러나, 1번과 일치하는 조건하에서 제조되고 흑화처리 및 변형경감후에 0.127%의 크리이프신장을 표시하는 변형경감을 위해 750℃에서 1초간 어닐링된 테스트표본은 이것의 크리이프신장에 악영향을 갖고 있지 않다는 것은 확실했다. 그러나, 최종냉간압연후에 변형경감어닐링이 행하여 지지않을 때는, 에칭에 의해 도트 또는 슬롯에 의해 마스크재료에 형성되는 잔류스트레스분포는 때로는 균형을 잃고 흑화처리에 의해 경감된 불균형한 변형은 마스크의 형상을 열화시킬 수 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 인장처리의 관점에서 볼때, 흑화처리에 의해 마스크구조를 손상시키지 않도록 스트레스를 완화시키는 것이 바람직하다. 필요한 경우, 인장레벨러 또는 다른 수단에 의해 형상의 보정을 행할 수 있다. 물론, 이런 처리스텝의 첨가는 본 발명의 유효성에 영향을 미치지 않으며 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 이해되어야 한다.

인바르합금과 비교할때 크리이프특성이 뛰어나고 또한 열팽창이 양호한 본 발명에 의한 Fe-Ni합금은, 악화된 색순도 또는 다른 문제가 없는 컬러수상관에 적합한 재료이다. 인바르합금과 비교할때 고용강화원소를 첨가함으로써 크리이프 특성의 개선을 열팽창계수의 증가없이 달성될 수 있다.

본 발명에 의한 세미텐션마스크는 컬러수상관의 스크린을 소망하는 바와 같이 평탄하게 할 수 있다.

Claims (7)

1. Ni를 34질량%이상 38질량%이하, Mn을 0.01질량%이상 0.5질량%이하, B를 0.0003질량%이상 0.0015질량%이하, N을 0.0010질량%이상 0.0050질량%이하를 함유하고, 잔부Fe와 불가피적불순물로 구성되고, 640℃에서 15분간 흑화처리후에 460℃에서 30분간 200N/㎟의 인장력을 가했을 때의 크리이프신장이 0.16%이하인 것을 특징으로 하는 양호한 크리이프특성을 가진 세미텐션마스크용 저열팽창 Fe-Ni계 합금.
2. Ni를 34질량%이상 38질량%이하, Mn을 0.01질량%이상 0.5질량%이하, B를 0.0003질량%이상 0.0015질량%이하, N을 0.0010질량%이상 0.0050질량%이하, Si를 0.005질량%이상 0.20질량%이하, Al을 0.005질량%이상 0.030질량%이하 함유하고, 잔부 Fe와 불가피적 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는, 양호한 크리이프특성을 가진 세미텐션마스크용 저열팽창 Fe-Ni계 합금.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 불가피적인 불순물중에서, C가 0.010%이하, P가 0.015%이하 및 S가 0.010%이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 양호한 크리이프 특성을 가진 세미텐션마스크용 저열팽창 Fe-Ni계 합금.
4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 열간압연후 또는 냉간압연후에, 적어도 1회, 비산화성분위기에서 650℃이상 750℃미만으로 30분이상 5시간미만동안 어닐링을 행한 것을 특징으로 하는 양호한 크리이프특성을 가진 세미텐션마스크용 저열팽창 Fe-Ni계 합금.
5. 제 4항에 있어서, 최종적인 냉간압연후에 변형을 완화시키는 어닐링을 행한 것을 특징으로 하는 양호한 크리이프 특성을 가진 저열팽창 Fe-Ni계 합금.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 기재된 Fe-Ni계 합금을 사용하는 세미텐션마스크로서, 상기 Fe-Ni계 합금의 마스크재료는 에칭에 의해 전자빔통과용 도트 또는 슬롯이 형성되고 흑화처리한후에 마스크재료를 상부 및 하부방향으로 신장시키면서 프레임상에 지지되는 것을 특징으로 하는 세미텐션마스크.
7. 제 6항에 기재된 세미텐션마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 컬러수상관.