KR100784992B1 - Alloy target and method for manufacturing alloy target by mechanical alloying and sintering - Google Patents

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Abstract

A manufacturing method of a target for coating is provided to manufacture a multicomponent target for high speed processing tools having fine and uniform grains and excellent physical properties, and a target for coating manufactured by the manufacturing method is provided. A manufacturing method of a target for coating comprises: a step(S1) of mixing a raw material powder with balls and performing a mechanical alloying process to constantly distribute one element of Ti, Cr and W and at least one element of Al, Si, C, N and O in the raw material powder and form grains in the raw material powder into nano-sized fine particles at the same time; a step(S2) of performing a sintering process of the raw material powder with the fine particles to form a sintered body in which all elements contained in the raw material powder are constantly distributed, and the grains in the powder is formed into nano-sized fine particles at the same time; and a step(S3) of processing a top surface of the sintered body using ultrasonic waves, and adhering a back plate to a bottom surface of the sintered body to manufacture a sputtering or arc target for improving the life of high speed processing tools, wherein the balls have a size range from 1/16 to 8/16 inch.

Description

코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품{Alloy target and method for manufacturing alloy target by Mechanical Alloying and Sintering}Coating target manufacturing method and product thereof {Alloy target and method for manufacturing alloy target by Mechanical Alloying and Sintering}

도 1은 본 발명에 따른 코팅용 타겟 제조방법을 순차적으로 나열한 블록도,1 is a block diagram sequentially listing the method for manufacturing a target for coating according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 미세 입자화단계에서의 기계적 합금화 공정을 위한 볼밀의 구조를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing the structure of a ball mill for a mechanical alloying process in the fine granulation step according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정에 의해 만들어지는 다성분계 합금계에 대한 그래프,3 is a graph of a multi-component alloy system made by the mechanical alloying process according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정을 거친 분말 내 합금 원소의 분포를 나타낸 사진,Figure 4 is a photograph showing the distribution of alloying elements in the powder subjected to the mechanical alloying process according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정을 거친 분말의 미세구조를 나타낸 사진,Figure 5 is a photograph showing the microstructure of the powder subjected to the mechanical alloying process according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 소결체 형성단계에서의 스파크 플라즈마 소결공정을 위한 장치를 도시한 개략도,6 is a schematic view showing an apparatus for a spark plasma sintering process in the sintered body forming step according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 스파크 플라즈마 소결공정시 소결체의 수축 정도를 나타낸 그래프,7 is a graph showing the shrinkage of the sintered body during the spark plasma sintering process according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 타겟 제조단계의 과정을 순차적으로 도시한 흐름도.8 is a flowchart sequentially illustrating a process of a target manufacturing step according to the present invention.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명** Description of the major symbols in the drawings *

10 : 타겟 20 : 소결체10: target 20: sintered body

30 : 백플레이트 35 : 브레이징 시트30: back plate 35: brazing sheet

T : 가공툴 S1 : 미세 입자화단계T: processing tool S1: fine granulation step

S2 : 소결체 형성단계 S3 : 타겟 제조단계S2: sintered body forming step S3: target manufacturing step

본 발명은 타겟 제조공정 및 그 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정립이 미세하고 균일하며 물성이 우수한 다성분계의 고속용 가공공구용 타겟을 제조할 수 있도록 한 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a target manufacturing process and a product thereof, and more particularly, to a coating target manufacturing method and a product for manufacturing a target for a multi-component high-speed processing tool having fine, uniform and excellent physical properties. It is about.

일반적으로, 칩, 드릴, 엔드밀 등과 같은 절삭공구의 내마모성을 향상시키거나 마찰계수의 향상 등 여러 목적을 위해서는 다양한 코팅방법을 이용하여 절삭공구에 피막을 입힌다.In general, for various purposes such as improving the wear resistance of cutting tools such as chips, drills, end mills, and the like, the coating of the cutting tools is performed using various coating methods.

이와 같이 피막을 입히는 공정에는 스퍼터링, 아크 이온 플레이팅, 물리적 기상증착 등 다양한 공정이 있는데, 이 중 스퍼터링(sputtering)법은 에너지를 갖는 입자가 타겟(target)에 충돌하면 타겟으로부터 원자 또는 분자가 튀어 나와 기판 표면에 박막을 형성하는 것을 말한다.There are various processes such as sputtering, arc ion plating, physical vapor deposition, etc. Among these, sputtering is a process in which atoms or molecules are splashed from a target when particles with energy collide with the target. It means forming a thin film on the surface of the substrate.

이 원리는 타겟을 (-)극, 기판을 (+)극으로 하고 1~2Torr 정도의 Ar분위기에서 고전압을 걸어주면 (-)극 근처의 Ar가스는 이온화해서 Ar+로 되어 (-)극에 충돌 한다. 이 이온충격에 의해서 튀어나온 분자 또는 원자가 (+)극의 기판에 붙어서 박막이 형성되는 것이다.The principle is that if the target is applied to the (-) pole and the substrate is the (+) pole, and a high voltage is applied in an Ar atmosphere of 1 to 2 Torr, the Ar gas near the (-) pole is ionized and becomes Ar + , To crash. Molecules or atoms protruding by the ion bombardment are attached to the substrate of the (+) electrode to form a thin film.

아크 이온 플레이팅도 비슷한 원리에 의해 박막을 형성시키는 방법으로서, 플라즈마 영역이 아닌 아크영역에서 타겟 물질을 활성화 시키게 된다. 이처럼, 타겟 물질로부터 스퍼터링 또는 아크 이온 플레이팅되어 박막이 형성된 기판 물질의 표면은 금색 또는 은색 등과 같은 장식색을 띄게 되며, 높은 경도와 우수한 물성을 통해 내식성, 내마모성 등의 특성을 갖게 된다.Arc ion plating is a method of forming a thin film by a similar principle, and activates the target material in the arc region, not the plasma region. As such, the surface of the substrate material on which the thin film is formed by sputtering or arc ion plating from the target material has a decorative color such as gold or silver, and has characteristics such as corrosion resistance and wear resistance through high hardness and excellent physical properties.

한편, 최근 들어 자동차, 조선, 전자를 비롯한 다양한 제조업에 있어서 절삭가공의 고속도화, 고능률화가 절실히 요구되고 있다. 이러한 요구의 핵심은 고속가공 기술에 있으며, 생산성 향상에 따라 기업의 경쟁력을 강화시켜 주고 있다.On the other hand, in recent years in various manufacturing industries, including automobiles, shipbuilding, electronics, high speed and high efficiency of the cutting process is urgently required. The core of this demand is high-speed processing technology, which enhances the company's competitiveness as productivity increases.

이에 대응하기 위한 고속가공용 절삭공구로 내구성, 내식성이 우수한 고성능 코팅막을 도입하는 추세이다.In order to cope with this, a cutting tool for high-speed machining is a trend to introduce a high-performance coating film having excellent durability and corrosion resistance.

특히, 고속가공에 의한 한 예로, 고열(700∼ 800℃)이 발생하며, 빠른 이송속도가 특징이다. 고성능 코팅막의 특성은 고속가공시 발생하는 고열에서도 견딜 수 있어야 하고(우수한 내산화성), 고속가공에서 흔히 발생하는 정밀한 날끝의 칩핑 현상이 발생하지 않아야 하며(양호한 인성), 내마멸성이 향상된(우수한 경도) 코팅막 개발이 필수적이다.In particular, as an example by high-speed processing, high heat (700 ~ 800 ℃) occurs, it is characterized by a high feed rate. The characteristics of the high-performance coating film must be able to withstand the high temperatures generated during high-speed processing (excellent oxidation resistance), avoid the precise chip tip phenomenon common in high-speed processing (good toughness), and improve the wear resistance (excellent hardness). Coating film development is essential.

이러한 고속 가공용 공구의 수명향상을 위한 최적 코팅층으로 최근에는 물성을 좋게 할 수 있는 Ti, Cr, Al, Si 등의 원소 성분을 복합화하는 다성분계 및 나노화 코팅층의 형성을 요구하고 있다.As an optimal coating layer for improving the service life of such a high speed machining tool, recently, it is required to form a multi-component and nano-ized coating layer in which elemental components such as Ti, Cr, Al, and Si, which can improve physical properties, are complexed.

그러나, 상기와 같이 공구에 다성분계의 코팅층을 형성하기 위해서는 코팅층에 포함되는 원소의 수에 해당하는 만큼의 개별적인 타겟이 필요한 문제가 있고, 또한 다양한 성분을 균일하게 분포시키기 위해서는 타겟의 위치 및 관련 공정의 변수 결정이 복잡해지기 때문에 관련 공정의 최적화는 현실적으로 불가능하여 적용하기 어려운 폐단이 있었다.However, in order to form a multi-component coating layer on the tool as described above, there is a problem that an individual target corresponding to the number of elements included in the coating layer is required, and in order to uniformly distribute various components, the position of the target and the related process Because of the complexity of determining the parameters of, the optimization of the process involved is practically impossible and has been difficult to apply.

한편, 상기한 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로는 다양한 합금원소를 하나의 타겟에 포함시켜 제조하여 코팅층을 제조하는 방법도 있다. 이를 위해서는 복합성분계의 타겟, 즉 Ti, Al, Cr, Si, W 등이 혼재하는 합금계를 만들어야 하나, 합금화의 어려움, 가공의 어려움 등이 내재되어 제조가 어려운 문제가 있었다.On the other hand, as another method for solving the above problems there is also a method for manufacturing a coating layer by including a variety of alloying elements included in one target. To this end, the target of the composite system, that is, to make an alloy system in which Ti, Al, Cr, Si, W, etc. are mixed, but there is a problem in that it is difficult to manufacture due to the difficulty of alloying, processing and the like.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기계적 합금화 공정과 소결공정을 통해 결정립이 미세하고 균일하며 물성이 우수한 다성분계의 타겟을 제조할 수 있도록 한 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품을 제공하는 데 있다.The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, the coating target manufacturing method for producing a target of the multi-component system having a fine, uniform and excellent physical properties through mechanical alloying process and sintering process And providing the product.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅용 타겟 제조방법은, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟 제조방법에 있어서, 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키 는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하는 단계와; 상기 미세 입자화단계를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하는 단계와; 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The coating target manufacturing method of the present invention for achieving the above object, in the target manufacturing method used for sputtering or arc target for improving the life of the high-speed processing tool, a predetermined ratio of the raw material powder and the ball of a predetermined size After mixing at a charge ratio of and performing a mechanical alloying process to uniformly distribute any one element of Ti, Cr, W and at least one element of Al, Si, C, N, O inside the raw material powder At the same time fine granulating the grains inside the powder to nano size; After inputting the raw material powder after the fine granulation step, the sintering process is performed to uniformly distribute all elements contained in the raw material powder and to form a sintered body in which the grains in the powder are finely granulated to nano size. Making a step; After processing the upper surface of the sintered body by using ultrasonic waves, and comprising a step of manufacturing a target by adhering a back plate on the lower surface of the sintered body.

또한, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟에 있어서, 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하고, 상기 미세 입자화한 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하며, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the target used for the sputtering or arc target for improving the life of the high-speed processing tool, a raw material powder and a ball of a predetermined size are mixed at a predetermined ratio of charge ratio, and then a mechanical alloying process is performed to perform Ti, At least one element of Cr, W and at least one element of Al, Si, C, N, O are uniformly distributed, and the grains inside the powder are finely granulated to a nano size and the fine particles After inputting the raw powder, the sintering process is performed to uniformly distribute all the elements contained in the raw powder, and to form a sintered body in which the crystal grains in the powder are finely granulated to a nano size, using ultrasonic waves. After processing the upper surface of the sintered body, the back plate is bonded to the lower surface of the sintered body, characterized in that the manufacturing.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품에 대한 것으로, 먼저 코팅용 타겟 제조방법은 도 1과 같이 미세 입자화단계(S1)와, 소결체 형성단계(S2)와, 타겟 제조단계(S3)로 구성된다.1 to 8 are directed to the coating target manufacturing method and the product of the present invention, first, the coating target manufacturing method as shown in Figure 1 fine granulation step (S1), sintered body forming step (S2), and the target It is composed of a manufacturing step (S3).

설명하면, 미세 입자화단계(S1)에서는 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하게 된다.In detail, in the fine granulation step (S1), the raw material powder and the ball having a predetermined size are mixed at a charging ratio of a predetermined ratio, and then a mechanical alloying process is performed to form any one of Ti, Cr, W, Al, At least one or more elements of Si, C, N, and O are uniformly distributed and at the same time, the grains inside the powder are finely granulated to nano size.

여기서, 상기한 기계적 합금화 공정(기계적 합금화법:Mechanical Alloying, MA)에 대해 간단하게 설명하면, 분말 상태의 시편을 볼과 함께 일정크기의 용기에 넣고 기계적인 힘으로 합금화를 일으키는 방법으로, 고상에서 모든 반응이 이루어지게 됨으로써, 합금화가 거의 힘든 조성 사이에도 합금화가 가능하며 고용도가 거의 없는 산화물 및 탄화물의 분산에도 최적의 공정이다.Here, the mechanical alloying process (Mechanical Alloying (MA)) described above is briefly described, in which a powdered specimen is put together with a ball into a container of a certain size and alloyed by a mechanical force. All the reactions are performed, which makes it possible to alloy even between alloying compositions that are difficult to alloy, and is an optimal process for dispersing oxides and carbides with little solid solution.

또한, 내부에 충분한 에너지에 의해 결정립의 미세화가 가능하여 마이크로미터 크기의 결정립 뿐만 아니라, 나노미터 미만의 결정립 크기(grain size)를 갖는 분말 역시 생산할 수 있다.In addition, it is possible to refine the grains by sufficient energy therein to produce not only micrometer-sized grains, but also powders having grain sizes of less than nanometers.

상기와 같은 기계적 합금화 공정을 통한 미세 입자화단계(S1)를 도 2를 통해 보다 상세하게 설명하면, 원료 분말과 볼을 중량 대비 1:5~1:500의 비율로 볼밀에 혼합한 후, 상기 볼밀을 가스 분위기 또는 진공분위기로 유지시켜 50~1000rpm의 속도로 10~100시간 회전 구동시킴으로써, 기계적 합금화를 이루게 된다.Referring to the fine granulation step (S1) through the mechanical alloying process as described above in more detail through Figure 2, after mixing the raw powder and the ball in a ball mill in a ratio of 1: 5 to 1: 500 by weight, By maintaining the ball mill in a gas atmosphere or a vacuum atmosphere to drive a rotation for 10 to 100 hours at a speed of 50 ~ 1000rpm, mechanical alloying is achieved.

이때, 상기한 가스 분위기로는 공기, 질소, 탄소, 수소, 아르곤, 산소, 혼합가스 등 그 작업 여건에 따라 선택적으로 채용 가능하다.At this time, the gas atmosphere may be selectively employed depending on the working conditions such as air, nitrogen, carbon, hydrogen, argon, oxygen, mixed gas.

그리고, 상기 볼의 크기는 1/16inch ~ 8/16inch 의 것을 사용하게 되는데, 그 이유는 볼의 크기가 1/16inch 미만인 경우, 볼밀 내부에 충분한 에너지를 공급하지 못하여 원료 분말 내부의 결정립 미세화 효과가 감소되고, 볼의 크기가 8/16inch 를 초과하는 경우, 중량 대비 볼의 양이 적고, 볼의 크기가 큰 영향에 의해 입자 크기 감소에 좋지 않은 영향을 미치게 되기 때문이다. 즉, 적절한 기계적 합금화를 위해서는 볼의 크기 제한이 필수적인 것이다.And, the size of the ball is to use a 1 / 16inch ~ 8 / 16inch, the reason is that when the size of the ball is less than 1 / 16inch, it is not possible to supply enough energy to the inside of the ball mill has a grain refinement effect inside the raw material powder If the size of the ball exceeds 8/16 inch, the amount of the ball is reduced by weight, and the size of the ball has a large effect, which adversely affects the particle size reduction. That is, the size limitation of the balls is essential for proper mechanical alloying.

도 3은 상기한 기계적 합금화 공정에 의해 제조될 수 있는 다성분계의 합금계 일례를 개략적으로 나타낸 그래프로, 상기한 기계적 합금화 공정을 통한 공정 변수 확립을 통해 다성분계의 합금계를 조성할 수 있고, 그에 따라 다양한 원소를 포함하는 타겟(10)을 제조할 수 있게 된다.FIG. 3 is a graph schematically showing an example of a multicomponent alloy system that may be manufactured by the mechanical alloying process. The multicomponent alloy system may be formed by establishing process parameters through the mechanical alloying process. As a result, the target 10 including various elements can be manufactured.

상기한 도 3의 그래프 이 외에도, Ti-N으로부터 Ti-Al-N 성분계, Ti-Si-N 성분계, Ti-Al-Si-N 성분계, Cr-Al-Si-N 성분계 등의 합금계를 제조할 수 있고, 특히 Si 원소의 첨가를 통해 내마모성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 볼밀의 분위기 조절을 통해 질화물이 아닌 탄화물(Ti-Al-C, Ti-Al-Si-C 등) 및 탄질화물(Ti-Al-C-N, Ti-Al-Si-S-N) 등의 합금계 제조가 가능하다.In addition to the graph of FIG. 3 described above, alloy systems such as a Ti-Al-N component system, a Ti-Si-N component system, a Ti-Al-Si-N component system, and a Cr-Al-Si-N component system are manufactured from Ti-N. In particular, wear resistance can be greatly improved by adding Si element. In addition, alloys such as carbides (Ti-Al-C, Ti-Al-Si-C, etc.) and carbonitrides (Ti-Al-CN, Ti-Al-Si-SN), which are not nitrides, are controlled by controlling the atmosphere of the ball mill. Manufacturing is possible.

계속해서, 소결체 형성단계(S2)에서는 미세 입자화단계(S1)를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체(20)를 형성하게 된다.Subsequently, in the sintered body forming step (S2), after inputting the raw material powder which has undergone the fine granulation step (S1), the sintering process is performed to uniformly distribute all the elements contained in the raw material powder, and at the same time, to crystallize the grains inside the powder. The sintered compact 20 in the state of fine granulation to a nano size is formed.

이때, 상기 소결공정으로는 압력을 등방으로 만들어주는 열간 등방 압축법(Hot Isostatic Pressing)이나, 스파크 플라즈마 소결공정(Spark Plasma Sintering)을 이용하게 된다.In this case, as the sintering process, hot isostatic pressing or spark plasma sintering may be used.

이 중, 스파크 플라즈마 소결공정(스파크 플라즈마 소결법:Spark Plasma Sintering, SPS)에 대해 간단하게 설명하면, 일정 압력하에 놓여있는 분말에 전류를 가하여 분말 입자 사이에 플라즈마를 발생시킴으로써, 표면을 활성화시켜 낮은 온도에서 분말을 빠르게 소결하는 방법이다.Among these, the spark plasma sintering process (Spark Plasma Sintering, SPS) is briefly described. The surface is activated by applying an electric current to the powder under a constant pressure to generate plasma between the powder particles, thereby activating the surface at a low temperature. Is a method of rapidly sintering a powder.

이러한, 상기 스파크 플라즈마 소결공정은 플라즈마 발생에 따른 강력한 분말 표면 활성화에 의해 소결이 어려운 고온재료나 산화물의 소결이 용이하고, 또한 낮은 온도에서 빠른 소결이 가능하기 때문에, 나노 구조 물질이나 비정질 물질 등의 구조를 유지한체 소결하게 된다.The spark plasma sintering process is easy to sinter high-temperature materials or oxides that are difficult to sinter by strong powder surface activation due to plasma generation, and also enables rapid sintering at low temperatures. The structure is maintained and sintered.

상기와 같은 스파크 플라즈마 소결공정을 통한 소결체 형성단계(S2)를 도 6을 통해 보다 상세하게 설명하면, 제조하고자 하는 소결체(20)의 크기에 따라 입자화한 원료 분말을 지그 사이에 투입한 후, 소결 압력을 가하는 동시에 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하여 상기 원료 분말 사이에 플라즈마를 발생시키고 표면을 활성화시켜 소결체(20)를 제조하게 된다.Referring to the sintered body forming step (S2) through the spark plasma sintering process as described above in more detail with reference to Figure 6, after the raw material powder granulated according to the size of the sintered body 20 to be prepared between the jig, The sintered body 20 is manufactured by applying a sintering pressure and applying a high current density DC pulse current to generate plasma between the raw material powders and activating the surface.

다음으로, 타겟 제조단계(S3)에서는 초음파를 이용하여 상기 소결체(20) 상면을 가공한 후, 소결체(20) 하면에 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조하게 된다.Next, in the target manufacturing step (S3), after processing the upper surface of the sintered body 20 using ultrasonic waves, the back plate 30 is adhered to the lower surface of the sintered body 20 to manufacture the target 10.

도 8을 통해 상세하게 설명하면, 가공툴(T)에 최대 20000번까지 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 일부를 우선적으로 가공 형성한 후, 상기 가공툴(T)을 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 이송시켜 소결체(20) 상면을 원하는 형상으로 가공 형성한다. 본 발명에서는 상면 중앙을 함몰 형성된 형상으로 형성하고 있으나, 소결체(20) 상면 형상이 상기와 같은 함몰 형상에 국한되는 것은 아니다.Referring to FIG. 8 in detail, ultrasonic vibration is generated up to 20000 times in the processing tool T to form a part of the upper surface of the sintered body 20 first, and then the processing tool T is moved up, down, left. , Right, transfer in a circular motion to form the upper surface of the sintered body 20 to the desired shape. In the present invention, the center of the upper surface is formed in a recessed shape, but the upper surface of the sintered body 20 is not limited to the recessed shape as described above.

그리고, 상기 소결체(20) 하면과 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열하여 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합함으로써, 타겟(10)의 제조를 완료하게 된다.Then, the brazing sheet 35 is inserted between the lower surface of the sintered body 20 and the back plate 30 and then heated to bond the sintered body 20 and the back plate 30 to complete the manufacture of the target 10. do.

한편, 상기한 코팅용 타겟 제조방법을 통해 제조되는 타겟(10)은, 상기한 기계적 합금화 공정과 스파크 플라즈마 소결공정을 순차적으로 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키고, 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태로 소결체(20)를 제조하게 된다.On the other hand, the target 10 manufactured by the coating target manufacturing method described above, by performing the mechanical alloying process and the spark plasma sintering process sequentially, any one element of Ti, Cr, W and Al in the raw material powder , At least one of Si, C, N, and O is uniformly distributed, and the sintered body 20 is manufactured in a state in which the grains inside the powder are finely granulated to a nano size.

이때, 상기한 기계적 합금화 공정 이 후의 원료 분말 내부의 결정립 크기는 미세 아크 제어 및 복합 성분의 균일한 분포를 유도하기 위하여 1㎛ 미만으로 형성하고, 원료 분말의 크기는 소결 특성을 향상시키기 위하여 1~20㎛ 사이로 조절하여 형성한다.At this time, the grain size inside the raw powder after the mechanical alloying process is formed to less than 1㎛ to induce fine arc control and uniform distribution of the composite component, the size of the raw powder is 1 ~ to improve the sintering characteristics It forms by adjusting between 20 micrometers.

또한, 소결공정 이 후의 원료 분말 내부의 결정립 크기와 원료 분말의 크기 역시 상기한 기계적 합금화 공정 이 후와 동일하게 각각 1㎛ 미만과 1~20㎛ 사이로 형성한다.In addition, the grain size inside the raw material powder after the sintering process and the size of the raw material powder are also formed between 1 μm and 1 to 20 μm, respectively, as in the case after the mechanical alloying process.

그리고, 상기와 같이 기계적 합금화 공정 이 후에 조성되는 합금계는, (Tia, Crb, Wc)-(Ald, Sie)-(C, N, O)로 표기될 수 있다. 이때, 0.7 ≤a + b + c ≤1 이고, 0 ≤d + e ≤0.3 이며, a, b, c, d, e는 Ti, Cr, W, Al, Si의 원자비를 각각 나타내는 것이다.As described above, the alloy system formed after the mechanical alloying process may be represented by (Ti a , Cr b , W c )-(Al d , Si e )-(C, N, O). In this case, 0.7 ≦ a + b + c ≦ 1, 0 ≦ d + e ≦ 0.3, and a, b, c, d, and e represent atomic ratios of Ti, Cr, W, Al, and Si, respectively.

계속해서, 상기와 같은 공정을 통해 형성된 소결체(20)는 그 상면에 초음파를 이용하여 원하는 형태로 가공 형성하고, 소결체(20) 하면에 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조한다.Subsequently, the sintered body 20 formed through the above process is processed and formed into a desired shape by using ultrasonic waves on the upper surface thereof, and the back plate 30 is adhered to the lower surface of the sintered body 20 to manufacture the target 10. .

여기서, 상기 소결체(20)와 백플레이트(30) 사이에는 브레이징 시트(35)를 삽입하여 가열함으로써, 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접착한다. 이때, 상기 백플레이트(30)는 소결체(20)와 다른 재질로써, 열전달 계수가 우수한 알루미늄이나 구리 등의 재질로 제조하는 것이 적절하나, 상기한 알루미늄이나 구리 이 외에도 열전달력이 좋은 또 다른 재질이 사용될 수도 있음은 본 발명을 실시함에 있어서 자명한 사항에 해당된다.Here, the sintered compact 20 and the back plate 30 are adhered by inserting and heating the brazing sheet 35 between the sintered compact 20 and the back plate 30. At this time, the back plate 30 is a different material from the sintered body 20, it is suitable to be made of a material such as aluminum or copper excellent in the heat transfer coefficient, but in addition to the above-mentioned aluminum or copper, another material having good heat transfer power It may be used that is obvious in the practice of the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

본 발명의 코팅용 타겟 제조방법을 통해 타겟(10)을 제조하기 위해서는, 먼저 도 2와 같은 볼밀 내부에 원료 분말과 볼을 1:5~1:500의 비율로 혼합한 후, 50~1000rpm의 속도로 20시간 이상 회전 구동시킨다.In order to manufacture the target 10 through the coating target manufacturing method of the present invention, first, the raw material powder and balls are mixed in a ratio of 1: 5 to 1: 500 in a ball mill as shown in FIG. Drive at speed for 20 hours or more.

도 4는 원료 분말 내부에 Ti, Al, Si 합금 원소가 포함된 경우의 실험예로써, 상기와 같은 회전 구동을 통한 기계적 합금화 공정 이 후의 합금 원소 분포를 나타낸 SEM사진이다. 이를 살펴보면, 5시간 밀링공정까지 균일하지 않던 Ti, Al, Si 합금 원소들이 20시간 이 후에는 분말 내부에 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있다.Figure 4 is an experimental example when the Ti, Al, Si alloy element is included in the raw material powder, SEM image showing the distribution of alloy elements after the mechanical alloying process through the rotational drive as described above. Looking at this, the Ti, Al, Si alloy elements that were not uniform until the milling process for 5 hours can be confirmed that evenly distributed in the powder after 20 hours.

또한, 20시간 이후 제조된 분말 내부의 결정립 구조는 도 5에 도시한 바와 같이 1㎛ 미만(5~20㎚)의 크기를 갖게 되어 미세 아크 제어 및 복합 성분의 균일한 분포를 유도할 수 있고, 원료 분말의 크기는 10㎛ 사이의 일정한 구형의 형태로 형성되어 소결 특성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the grain structure inside the powder prepared after 20 hours has a size of less than 1㎛ (5 ~ 20nm) as shown in Figure 5 can induce fine arc control and uniform distribution of the composite component, The size of the raw material powder is formed to have a constant spherical shape between 10 μm to improve the sintering characteristics.

따라서, 상기한 기계적 합금화 공정을 통해 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포할 수 있고, 분말 내부의 결정립 크기를 1㎛ 미만의 크기로 미세 입자화할 수 있으며, 분말 자체의 크기도 일정하게 확보할 수 있는 것이다.Therefore, through the above-described mechanical alloying process, various alloying elements can be uniformly distributed in the raw material powder, and the grain size inside the powder can be finely granulated to a size of less than 1 μm, and the size of the powder itself is also uniformly secured. You can do it.

이처럼, 미세 구조의 분말을 제조한 후, 이 분말을 성형하는 공정은 일반적으로 합금의 녹는점의 2/3가 되는 온도에서 행해지게 된다.In this manner, after the powder having a fine structure is produced, the step of molding the powder is generally performed at a temperature that is two thirds of the melting point of the alloy.

그러나, 상기와 같은 방법을 통해 성형을 하게 되면, 다성분 합금계의 성형 온도는 1000℃ 이상 올라가게 되고, 이와 같이 높은 온도와 일정 압력하에서 소결이 행해질 경우, 준안정 상태인 미세 구조는 결정립 성장에 의해 사라지게 된다. 또한, 수평방향으로 큰 성형체를 열간 압축법(Hot Pressing)과 같이 일방향 압력하에서 소결시킬 경우, 압력의 불균일한 분포에 의해 시편 내의 균일한 밀도를 얻는 것이 어렵게 된다.However, when forming through the above method, the forming temperature of the multi-component alloy system is raised to 1000 ℃ or more, when the sintering is performed under such a high temperature and a constant pressure, the metastable microstructure is grain growth Disappeared by In addition, when sintering a large molded body in the horizontal direction under one-way pressure, such as hot pressing (Hot Pressing), it is difficult to obtain a uniform density in the specimen due to the uneven distribution of pressure.

따라서, 압력을 등방으로 만들어주는 열간 등방 압축법(Hot Isostatic Pressing)이 많이 사용되며, 더 나아가 소결시간을 최소화하거나 소결 온도를 낮출 수 있는 대표적인 소결법인 스파크 플라즈마 소결공정을 이용하여 분말을 소결 성형하는 것이다.Therefore, hot isostatic pressing (Hot Isostatic Pressing), which makes the pressure isotropic, is used a lot, and further, the powder is sintered by using the spark plasma sintering process, which is a representative sintering method that can minimize the sintering time or lower the sintering temperature. will be.

이처럼 분말을 소결하기 위해서는 도 6과 같이 지그 사이에 원하는 크기의 소결체(20)에 필요한 최적 분말량을 넣고 압력을 가한 체, 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하게 된다. 따라서, 분말 사이에 플라즈마가 발생되어 표면을 활성화시킴으로써, 짧은 시간 내에 분말의 소결을 수행할 수 있는 것이다.In order to sinter the powder as described above, as shown in FIG. 6, an optimum powder amount necessary for the sintered compact 20 having a desired size is put between the jig, and a DC pulse current of high current density is applied. Therefore, plasma is generated between the powders to activate the surface, so that the powder can be sintered in a short time.

이때, 상기와 같이 소결 성형되는 소결체(20)는 플라즈마를 발생시켜 온도를 올리면서 소결시키는 동안 소결체(20)의 수축 정도를 관찰하고 더 이상의 수축이 관찰되지 않는 지점을 최적 소결지점으로 결정하게 된다.At this time, the sintered body 20 to be sintered as described above is observed the degree of shrinkage of the sintered body 20 during the sintering while generating a plasma to raise the temperature and determine the point where no further shrinkage is observed as the optimum sintering point .

그 이유는 소결 수축이 더 이상 발생하지 않게 된 후에, 계속하여 플라즈마를 발생시키게 되면 과도한 열 발생에 의한 합금 분말이 액상화되어 조직의 불균도가 높아지게 되기 때문이다. 따라서, 소결체(20)의 수축이 더 이상 관찰되지 않을 때에 도 7의 그래프와 같이 99% 이상의 최적 소결 밀도를 갖는 소결체(20)를 얻을 수 있는 것이다.The reason is that after the sintering shrinkage no longer occurs, the continuous generation of plasma causes the alloy powder due to excessive heat to be liquefied, resulting in higher unevenness of the structure. Therefore, when the shrinkage of the sintered compact 20 is no longer observed, the sintered compact 20 having an optimal sintered density of 99% or more can be obtained as shown in the graph of FIG. 7.

이처럼, 소결체(20)를 생산한 이 후에는 상기 소결체(20)를 가공하고, 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조하게 된다.As such, after the sintered body 20 is produced, the sintered body 20 is processed, and the back plate 30 is bonded to manufacture the target 10.

도 8을 통하여 보다 상세하게 설명하면, 먼저 가공툴(T)에 최대 20000번까지 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 중 일부분을 가공한다. 이 후, 가공하고자 하는 소결체(20) 상면 면적을 따라 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 가공툴(T)을 이송시켜 소결체(20) 상면을 전체적으로 가공함으로써, 소결체(20) 상면 부분을 원하는 형상으로 제조할 수 있게 된다.Referring to FIG. 8 in detail, first, ultrasonic vibration is generated up to 20000 times in the processing tool T to process a part of the upper surface of the sintered body 20. Thereafter, the processing tool T is transferred along the area of the upper surface of the sintered body 20 to be processed in up, down, left, right, and circular motions, and the upper surface portion of the sintered body 20 is processed by processing the entire upper surface of the sintered body 20. It can be manufactured in a desired shape.

이때, 상기 소결체(20)의 가공은 초음파를 통해 이루어지게 됨으로써, 마찰 열의 발생 없이 단시간 내에 쉽게 가공할 수 있게 된다.At this time, the processing of the sintered body 20 is made by ultrasonic waves, it is possible to easily process within a short time without the generation of frictional heat.

이처럼, 가공을 한 이 후에는 상기 소결체(20) 하부에 구리 또는 알루미늄으로 제조된 백플레이트(30)를 접합하게 되는데, 이때 상기 소결체(20)와 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열함으로써, 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합시키게 되고, 이에 따라 최종적으로 타겟(10)의 제조를 완료할 수 있는 것이다.As such, after processing, the back plate 30 made of copper or aluminum is bonded to the lower part of the sintered body 20, wherein the brazing sheet 35 is formed between the sintered body 20 and the back plate 30. After inserting and heating, the sintered compact 20 and the backplate 30 are bonded together, and finally manufacture of the target 10 can be completed.

여기서, 상기와 같이 타겟 제조과정에서 백플레이트(30)를 사용하는 이유는 타겟 자체가 매우 단단하고 고가이기 때문에 다른 소재 없이 소결체(20)만으로 타겟을 제조하고 가공하는 것은 매우 비효율적이기 때문이다. 즉, 알루미늄이나 구리 등의 재질로 백플레이트(30)를 제작하여 타겟 제조에 사용함으로써, 열효율성에서도 우수할 뿐만 아니라 열적으로 안정된 타겟을 확보할 수 있고, 또한 가공 및 가격면에서도 높은 경쟁력을 확보할 수 있는 것이다.Here, the reason for using the back plate 30 in the target manufacturing process as described above is because the target itself is very hard and expensive because it is very inefficient to manufacture and process the target using only the sintered body 20 without any other material. That is, by manufacturing the back plate 30 made of a material such as aluminum or copper and used in the manufacture of the target, it is not only excellent in thermal efficiency, but also secures a thermally stable target, and also secures high competitiveness in processing and price. You can do it.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.On the other hand, the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims. .

이상에서와 같이 본 발명은 기계적 합금화공정과 소결공정을 통해 원료 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화할 수 있고 분말을 균일한 크기로 확보할 수 있으며, 특히 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포할 수 있게 된다. 따라서, 물성이 우수한 합금 소결체를 제조하여 고속용 가공공구의 차세대 코팅 재료로 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can finely granulate the grains in the raw material powder to nano size through the mechanical alloying process and the sintering process, and ensure the powder in a uniform size, and in particular, uniform the various alloy elements inside the raw material powder. Can be distributed. Therefore, there is an effect that can be used as a next-generation coating material of the high-speed processing tool by producing an alloy sintered body having excellent physical properties.

더욱이, 다성분계 코팅을 위해 여러 개의 타겟을 따로 설치하여 코팅하는 방식이 아니라, 기계적 합금화 공정을 거친 합금 내에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포시켜 한 개의 타겟으로 나노 복합 구조를 형성함으로써, 제조에 필요한 일련의 공정을 간소화 및 단순화시킬 수 있는 효과도 있다.Furthermore, rather than installing and coating several targets separately for multi-component coatings, a series of materials required for manufacturing are formed by uniformly distributing various alloying elements in an alloy that has undergone a mechanical alloying process to form a nanocomposite structure with one target. It also has the effect of simplifying and simplifying the process.

게다가, 소결체에 열전도율이 우수한 재질의 백플레이트를 접합하여 타겟을 제조함으로써, 열효율성에서 우수할 뿐만 아니라 열적으로 안정된 타겟을 확보할 수 있고, 또한 가공 및 가격면에서도 높은 경쟁력을 확보할 수 있는 효과도 있는 것이다.In addition, by manufacturing a target by bonding a back plate made of a material having excellent thermal conductivity to a sintered body, it is not only excellent in thermal efficiency, but also secures a thermally stable target, and also has a high competitiveness in processing and price. There is also.

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 원료 분말과 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하는 단계와, 상기 미세 입자화단계를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하는 단계와, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하여 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟을 제조하는 방법에 있어서,After mixing the raw material powder and the ball at a predetermined ratio, a mechanical alloying process is performed to form at least one of Ti, Cr, and W and at least one of Al, Si, C, N, and O in the raw material powder. At the same time, the particles are uniformly distributed and finely grained to a nano size, and the raw material powder subjected to the fine granulation step is added, followed by a sintering process to remove all elements contained in the raw material powder. Forming a sintered body in a state of uniformly distributing the crystal grains in the powder to a nano size, and processing the upper surface of the sintered body using ultrasonic waves, and then attaching a back plate to the lower surface of the sintered body to produce a target. In the method for manufacturing a target used for the sputtering or arc target for improving the life of the high-speed machining tool, including the step of: 상기 볼의 크기는 1/16inch ~ 8/16inch 의 것을 사용함을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.The size of the ball is 1 / 16inch ~ 8 / 16inch coating target manufacturing method, characterized in that using that. 삭제delete 제 4항에 있어서, 상기 소결체 형성단계에서의 소결공정은 스파크 플라즈마 소결공정(Spark Plasma Sintering)을 이용하되, 상기 스파크 플라즈마 소결공정은 제조하고자 하는 소결체(20)의 크기에 따라 입자화한 원료 분말을 지그 사이에 투입한 후, 소결 압력을 가하는 동시에 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하여 상기 원료 분말 사이에 플라즈마를 발생시키고 표면을 활성화시켜 소결하는 것을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.The method of claim 4, wherein the sintering process in the sintered body forming step using a spark plasma sintering (Spark Plasma Sintering), the spark plasma sintering process is a raw material powder granulated according to the size of the sintered body 20 to be manufactured The method of manufacturing a target for coating, characterized in that after the injection between the jig, while applying a sintering pressure and a high current density DC pulse current to generate a plasma between the raw material powder and activate the surface to sinter. 삭제delete 제 4항에 있어서, 상기 타겟 제조단계는 가공툴(T)에 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 일부를 우선적으로 가공 형성한 후, 상기 가공툴(T)을 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 이송시켜 소결체(20) 상면을 원하는 형상으로 가공하고, 상기 소결체(20) 하면과 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열하여 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합하는 것을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.The method of claim 4, wherein the target manufacturing step generates ultrasonic vibration in the processing tool (T) to preferentially form and form a part of the upper surface of the sintered body (20), and then, the processing tool (T) in up, down, left, right. , By transferring in circular motion to process the upper surface of the sintered body 20 to a desired shape, and inserting the brazing sheet 35 between the lower surface and the back plate 30 of the sintered body 20 and heated to heat the sintered body 20 and the back plate Method for producing a target for coating, characterized in that for bonding (30). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 원료 분말과 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하고, 상기 미세 입자화한 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하며, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 제조하여, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 사용하는 타겟에 있어서,After mixing the raw material powder and the ball at a predetermined ratio, a mechanical alloying process is performed to form at least one of Ti, Cr, and W and at least one of Al, Si, C, N, and O in the raw material powder. And uniformly distributing the crystal grains in the powder to nano size, and injecting the finely granulated raw powder, and performing a sintering process to uniformly distribute all the elements contained in the raw powder. At the same time, to form a sintered body in the state of finely granulated the crystal grains in the powder to a nano-size, by processing the upper surface of the sintered body using ultrasonic waves, and by attaching a back plate to the lower surface of the sintered body to improve the life of the high-speed processing tool In the target used for sputtering or arc targets, 상기 기계적 합금화 공정 이 후의 합금계는,The alloy system after the mechanical alloying process, (Tia, Crb, Wc)-(Ald, Sie)-(C, N, O)로 이루어지고,(Ti a , Cr b , W c )-(Al d , Si e )-(C, N, O) 0.7 ≤a + b + c ≤1 이며, 0 ≤d + e ≤0.3 임을 특징으로 하는 코팅용 타겟.A coating target, wherein 0.7 ≦ a + b + c ≦ 1 and 0 ≦ d + e ≦ 0.3. 여기서, a, b, c, d, e는 Ti, Cr, W, Al, Si의 원자비를 각각 나타내는 것임.Here, a, b, c, d and e represent the atomic ratios of Ti, Cr, W, Al and Si, respectively.
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