KR100863935B1

KR100863935B1 - 용사 코팅용 분말과 그 제조 방법 및 이를 이용한 코팅막의제조 방법

Info

Publication number: KR100863935B1
Application number: KR1020080003836A
Authority: KR
Inventors: 황철호; 박원순
Original assignee: 주식회사 코미코
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2008-11-18

Abstract

용사 코팅용 분말과 그 제조 방법 및 이를 이용한 코팅막의 제조 방법이 개시되어 있다. 개시된 용사 코팅용 분말은 약 100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들을 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함한다. 특히, 상기 유기 첨가물은 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물 등을 포함한다.

Description

용사 코팅용 분말과 그 제조 방법 및 이를 이용한 코팅막의 제조 방법{Spray coating powder and Method of forming the spray coating powder, and Method of forming coating layer using the spray coating powder}

본 발명은 용사 코팅용 분말과 그 제조 방법 그리고 이를 이용한 코팅막의 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 탄화 규소 입자 및 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말과 그 제조 방법 그리고 이를 이용한 코팅막에 관한 것이다.

일반적으로, 탄화 규소(SiC, 실리콘 카바이드) 코팅막은 분말을 사용한 화학기상증착 등과 같은 화학적 반응에 의해 형성한다. 즉, 탄화 규소 입자들을 포함하는 분말을 모재 상부로 제공하고, 언급한 분말과 모재를 화학적으로 반응시킴으로써 모재에 탄화 규소 코팅막을 형성하는 것이다. 이와 같이, 분말과 모재와의 화학적 반응을 통하여 탄화 규소 코팅막을 형성하기 때문에 탄화 규소 코팅막을 형성할 수 있는 모재는 제한적이다.

이에, 언급한 화학적 반응 대신에 용사 코팅을 수행하여 탄화 규소 코팅막을 형성하기도 한다. 이와 같이, 용사 코팅에 의해 탄화 규소 코팅막을 형성할 경우에 는 화학적 반응을 이용하지 않기 때문에 모재에 의존하지 않는다.

그러나, 분쇄형의 탄화 규소 분말의 경우에는 분말 자체의 유동성이 양호하지 않기 때문에 탄화 규소 코팅막을 용이하게 형성하지 못하는 단점이 있다. 아울러, 분쇄형의 탄화 규소 분말의 경우에는 결합제로 사용하는 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 물질이 반도체 제조 공정에서 파티클로 생성되는 단점도 있다.

본 발명의 일 목적은 반도체 공정내에서 파티클로 발생하는 금속계 결합제를 포함하지 있지 않고, 모재에 영향을 받지 않는 우수한 용사 코팅용 분말을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용사 코팅용 분말을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 언급한 용사 코팅용 분말을 사용한 코팅막의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 용사 코팅용 분말을 제공한다. 언급한 용사 코팅용 분말은 약 100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들을 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함한다. 특히, 상기 유기 첨가물은 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물 등을 포함하면, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
일 예로서, 상기 용사 코팅용 분말에는 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 5 내지 75 중량%에 해당하는 유기 첨가물이 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 용사 코팅용 분말의 제조 방법을 제공한다. 언급한 용사 코팅용 분말의 제조 방법의 일 실시예에 따르면 먼저,100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 상기 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 그리고 여분의 용매를 포함하는 슬러리 조성물을 형성한다. 이어서, 스프레이 건조 공정을 수행하여 상기 슬러리 조성물을 그 평균 입경이 10 내지 60㎛을 갖고, 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물로 형성한다. 이어서, 상기 탄화 규소를 포함하는 미립자 분말 구조물에 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물이 혼합됨으로서 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말이 제조된다.
본 발명의 일 예로서, 상기 유기 첨가물은 그 평균 입경이 10 내지 90㎛인 미립자 분말이고, 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 5 내지 75 중량%를 사용할 수 있다.
언급한 본 발명의 용사 코팅용 분말의 제조 방법의 다른 실시예에 따르면 먼저, 100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 상기 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 및 여분의 용매를 포함하는 슬러리 조성물을 형성한다. 이어서, 상기 슬러리 조성물에 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물을 혼합한다. 이어서, 상기 유기 첨가물이 혼합된 슬리러 조성물을 스프레이 건조시킨다. 그 결과 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말이 제조된다.
본 발명에 따른 일 예로서, 상기 유기 첨가물은 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 5 내지 75 중량%에 해당하는 고형분을 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 상기 분산제는 에스테르계 물질을 포함할 수 있고, 그 함량은 약 0.1 내지 10중량%일 수 있고, 상기 슬러리 조성물의 고형분의 분율은 25 내지 60%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 용사 코팅막의 제조 방법을 제공한다. 언급한 용사 코팅막의 제조 방법은 100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말을 준비한 후 상기 용사 코팅용 분말을 모재로 분사하여 상기 모재 상에 상기 용사 코팅용 분말로 이루어지는 코팅막을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용사 코팅용 분말의 분사는 대기 플라즈마 용사(APS) 공정, 고속 산소-연료 용사(HVOF), 진공 플라즈마 용사(VPS) 공정 또는 카이네틱 분사(Kinetic spray)를 수행하여 달성할 수 있다.

언급한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탄화 규소 입자들을 포함하는 미립자 분말 구조물과 유기 첨가물이 포함하면서, 그 평균 입경이 약 10 내지 60㎛인 용사 코팅용 분말을 수득할 수 있다. 따라서, 상기 용사코팅용 분말은 반도체 공정내에서 파티클로 발생하는 금속계 결합제를 포함하지 있지 않기 때문에 모재에 영향을 받지 않고, 코팅에 따른 적층 및 부착 효율성을 보다 향상된 코팅막을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 다양한 관점들에 따른 용사 코팅용 분말, 용사 코팅용 분말을 제조하는 방법 그리고 이를 이용한 코팅막의 제조 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 아울러, 도면들에 있어서, 부재들 각각은 그 명확성을 기하기 위하여 다소 과장되어진 것이다.

용사 코팅용 분말

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말을 나타내는 사진이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말은 탄화 규소 입자들을 포함하는 미립자 분말 구조물과 유기 첨가물을 포함한다.

상기 미립자 분말 구조물에 포함된 탄화 규소 입자들 각각은 나노 사이즈의 입경을 갖는다. 구체적으로, 탄화 규소 입자들 각각이 갖는 입경이 약 100nm 미만 일 경우에는 탄화 규소 입자들에 의해 제조되는 과립형의 미립자(granule) 분말 구조물이 갖는 평균 입경이 작기 때문에 바람직하지 않고, 탄화 규소 입자들 각각이 갖는 입경이 약 1,000nm를 초과할 경우에는 탄화 규소 입자들에 의해 제조되는 미립자 분말 구조물이 갖는 평균 입경이 크기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 언급한 탄화 규소 입자들 각각이 갖는 나노 사이즈의 입경은 약 100 내지 1,000nm인 것이 바람직하다. 더불어, 상기 탄화 규소 입자들 각각이 갖는 나노 사이즈의 입경이 약 100 내지 800nm인 것이 보다 바람직하고, 약 100 내지 600nm인 것이 보다 더 바람직하고, 약 100 내지 500nm인 것이 더욱 더 바람직하다. 일 예로서, 상기 탄화 규소 입자는 그 성분의 100% 상태로 존재할 없기 때문에 규소를 포함하고 있다. 상기 탄화 규소 입자에 포함된 규소의 입자는 1㎛ 이하의 직경을 갖는다.

또한, 용사 코팅용 분말에 포함된 과립형의 미립자 분말 구조물은 마이크로 사이즈의 입경을 갖는다. 상기 미립자 분말 구조물의 평균 입경이 약 10㎛ 미만인 경우에는 언급한 과립형의 미립자 분말 구조물이 너무 작아서 용사 코팅을 수행할 때 용사 코팅용 분말 자체가 모재까지 충분하게 전달되지 못하기 때문에 바람직하지 않다. 아울러, 과립형의 미립자 분말 구조물의 평균 입경이 약 100㎛를 초과할 경우에는 언급한 용사 코팅용 분말이 너무 커서 용사 코팅을 수행할 때 모재에 코팅되는 용사 코팅용 분말의 떡짐 현상이 발생하여 균일한 코팅이 이루어지지 않기 때문에 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말로 제조하기 위한 과 립형의 미립자 분말 구조물은 그 평균 입경이 약 10 내지 100㎛를 갖도록 조정하는 것이 바람직하다. 더불어, 언급한 과립형의 분말 구조물은 그 평균 입경이 약 10 내지 60㎛인 것이 보다 바람직하고, 그 평균 입경이 약 10 내지 50㎛인 것이 보다 더 바람직하다.

그리고, 상기 언급한 유기 첨가물은 고 내열성을 갖는 유기물로서, 상기 과립형의 미립자 분말 구조물 간 사슬 연결시키는 기능을 하는 동시에 상기 미립자 분말 구조물의 바깥 부분을 감싸는 기능을 한다. 즉, 상기 유기 첨가물은 결합제 또는 보호제 역할을 함으로서, 용사 코팅시 상기 탄화규소 입자들이 분해되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 유기물은 최종적으로 형성되는 코팅막의 기공율을 낮추고, 부착성 및 경도를 향상시킬 수 있다.

상기 용사 코팅용 분말에 포함된 유기 첨가물의 함량이 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 5 % 미만일 경우 용사 코팅시 상기 탄화규소 입자들이 분해되는 문제점이 초래되어 모재에 형성되는 용사 코팅막의 부착성이 낮아지는 문제점이 발생된다. 반면에 상기 유기 첨가물의 함량이 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 75 %를 초과할 경우 유기물의 함량 과다로 인해 탄화규소 입자의 특성이 감소되는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말로 제조하기 위한 적용되는 유기 첨가물의 함량은 5 내지 75%를 갖도록 하는 것이 바람직하고, 10 내지 70%인 것이 보다 바람직하다.

상술한 바와 같은 탄화 규소 입자를 갖는 과립형의 미립자 분말 구조물과 상기 유기 첨가물을 포함하는 코팅 분말은 탄화 규소 코팅막을 형성할 모재에 영향을 받지 않으면서도 불순물이 거의 발생하지 않고, 코팅에 따른 적층 및 부착 효율성을 보다 향상시킬 수 있다.

용사 코팅용 분말의 제조 방법 1

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말을 제조하는 방법을 나타내는 개략적인 공정흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 슬러리 조성물을 형성한다(단계 S110). 여기서, 슬러리 조성물은 약 100 내지 1,000nm의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 그리고 여분의 용매를 포함한다. 더불어 탄화 규소 입자들 사이에 결합력을 제공하기 위한 결합제를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 언급한 슬러리 조성물을 수득하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 용매를 마련한다. 이때, 용매는 상기 결합제에 의해 결정되는 것으로써, 상술한 바와 같이 결합제가 비닐계 물질인 경우에는 용매를 유기물로 마련하고, 결합제가 아크릴계 물질인 경우에는 용매를 수계로 마련한다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말의 제조에서는 용매로써 유기물인 에탄올을 마련한다.

이와 같이, 용매를 마련한 후, 용매에 분산제를 투입한다. 상기 분산제는 상기 탄화 규소 입자들을 서로 고르게 분산시키기 위해 사용된다. 상기 분산제로 사용할 수 있는 예로서는 에스테르계 물질을 들 수 있고, 구체적으로 알파 술폰화 지방산 에스테르염, 알킬 황산 에스테르염, 폴리옥시에칠렌 알킬 에스테르, 폴리옥시 에칠렌 알킬페틴 에스테르, 지방산염 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에칠렌 솔비탄 지방산 에스테르 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 사용하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 언급한 슬러리 조성물에서 분산제의 함량이 약 0.1% 미만일 경우에는 탄화 규소 입자들을 고르게 분산시키는 것이 용이하지 않기 때문에 바람직하지 않고, 분산제의 함량이 약 10%를 초과할 경우에는 탄화 규소 입자들에 의해 과립형의 미립자 분말 구조물을 용이하게 제조할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 분산제의 함량은 약 0.1 내지 10%인 것이 바람직하다. 더불어, 분산제의 함량인 약 0.1 내지 5%인 것이 바람직하고, 약 0.1 내지 2%인 것이 보다 바람직하고, 약 0.1 내지 1%인 것이 보다 더 바람직하다.

이어서, 용매에 탄화 규소 입자들을 투입한다. 즉, 용매에 분산제와 탄화 규소 입자들을 순차적으로 투입하는 것이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 분산제와 탄화 규소 입자들을 순차적으로 투입하는 것으로 제한하고 있지만, 언급한 분산제와 탄화 규소 입자들을 용매에 투입하는 순서를 달리하여도 무방하다.

그리고, 볼밀을 사용하여 탄화 규소 입자들과, 분산제 그리고 용매를 서로 혼합시켜 슬러리 조성물을 수득한다. 구체적으로, 상기 슬러리 조성물을 형성하기 위한 볼밀(ball mill)은 고형분의 분율(solid loading)이 조절된다. 여기서, 슬러리 조성물을 형성하기 위해 적용되는 고형분의 분율이 약 25% 미만일 경우에는 과립형의 미립자 분말 구조물을 제조하는데 걸리는 시간이 길어지기 때문에 바람직하지 않고, 슬러리 조성물 내부의 고형분의 분율이 약 60%를 초과할 경우에는 과립형 의 미립자 분말 구조물을 제조하는 공정 제어가 용이하기 않기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 볼밀을 사용하여 형성하는 슬러리 조성물은 그 고형분의 분율이 약 25 내지 60%인 것이 바람직하다. 더불어, 슬러리 조성물이 갖는 고형분의 분율은 약 25 내지 55%인 것이 보다 바람직하고, 약 25 내지 50%인 것이 보다 더 바람직하다.

이어서, 스프레이 건조(spray drying) 공정을 수행하여 언급한 슬러리 조성물을 과립형의 미립자 분말 구조물로 형성한다(단계 S120).

즉, 언급한 스프레이 건조 공정을 수행함에 따라 슬러리 조성물은 약 10 내지 60㎛의 평균 입경을 갖는 과립형의 미립자 분말 구조물로 형성되는 것이다. 여기서, 언급한 스프레이 건조 공정은 슬러리 조성물 내에 포함된 용매 등을 제거하여 밀도를 높임으로써 과립형의 미립자 분말 구조물로 변화시키는 일반적인 것이기 때문에 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 언급한 과립형의 미립자 분말 구조물을 형성한 후, 고형 유기 첨가물을 과립형 미립자 분말 구조물에 혼합하여 용사 코팅용 분말을 제조한다(단계 S130).

상기 용사 코팅 분말을 제조하기 위해 사용되는 유기 첨가물은 고 내열성을 갖는 유기물로서, 상기 과립형의 미립자 분말 구조물 간 사슬 연결시키는 기능을 하는 동시에 상기 미립자 분말 구조물의 바깥 부분을 감싸는 기능을 한다. 상기 고형 유기 첨가물은 코팅시 플라즈마에 의해 위의 기능이 발휘된다. 특히, 상기 용사 코팅용 분말에 포함된 유기 첨가물은 약 10 내지 90㎛ 미크론의 평균 입경을 갖는 과립형의 미립자 분말 형태로 혼합되며, 바람직하게는 약 10 내지 60㎛ 미크론의 평균 입경을 갖는다. 상기 유기 첨가물은 탄화 규소 입자의 전체 중량의 5 내지 75%가 사용된다.

이와 같이, 본 발명에서는 언급한 S110 단계 내지 S130 단계를 수행함으로써 탄화 규소 입자를 갖는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함하는 용사용 코팅용 분말을 수득할 수 있다.

용사 코팅용 분말의 제조 방법 2

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용사 코팅용 분말을 제조하는 방법을 나타내는 개략적인 공정흐름도이다.

도 3을 참조하면, 도 2의 S110 단계와 동일한 방법으로 슬러리 조성물을 형성한다(단계 S210). 아울러, 이하에서는 슬러리 조성물의 형성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 언급한 슬러리 조성물에 유기 첨가물을 혼합한다(단계 S220).

상기 유기 첨가물의 예로서는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물 등을 들 수 있다 본 실시예에서는 상기 유기 첨가물 단독 또는 둘 이상을 유기 용매에 용해시켜 상기 슬러리 조성물에 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 상기 유기 첨가물은 상기 탄화 규소 입자의 전체 중량의 5 내지 75%에 해당하는 고형분을 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 이하에서는 상기 유기 첨가물 에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 상기 유기 첨가물이 혼합된 슬러리 조성물을 대상으로 스프레이 건조시킨다(단계 S230). 여기서, 언급한 스프레이 건조 공정 또한 도 2에서 설명한 스프레이 건조 공정과 동일하기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 스프레이 건조 공정을 수행함에 의해 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말이 수득할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 언급한 S210 단계 내지 S230 단계를 순차적으로 수행함으로서 미립자 분말 구조물과 유기 첨가물을 포함하고, 약 10 내지 60㎛의 평균 입경을 갖는 용사용 코팅 분말을 수득할 수 있다.

코팅막의 제조 방법

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사 코팅용 분말을 사용한 코팅막의 제조 방법을 나타내는 개략적인 공정 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 평균 입경이 10 내지 100㎛인 미립자 구조물 및 고 내 열성인 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말을 준비한다.(단계 S 310)

여기서, 용사 코팅용 분말은 100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물을 포함한다. 또한, 상기 용사 코팅용 분 말은 언급한 도 2의 S 110 내지 S 130에 따른 제조 방법 1 또는 언급한 도 3의 S 210 내지 S 230에 따른 제조 방법 2를 수행함으로써 수득된 것이다. 그러므로, 이하에서는 언급한 용사 코팅용 분말을 수득하는 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 언급한 용사 코팅용 분말을 준비한 후, 용사 코팅용 분말을 대상체 상에 분사한다.(단계 S320) 여기서, 용사 코팅용 분말은 대기 플라즈마 용사(APS) 공정, 고속 산소-연료 용사(HVOF), 진공 플라즈마 용사(VPS) 공정, 카이네틱 분사(Kinetic spray) 등을 수행하여 대상체 상으로 분사한다.

이에 따라, 상기 대상체 상에는 부착성 및 적증 효율이 우수한 탄화 규소를 포함하는 용사 코팅막(탄화 규소 코팅막)이 용이하게 형성될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 사진에 개시된 바와 같이 상기 도 2의 제조방법으로 형성된 용사 코팅용 분말을 이용하여 형성되는 용사 코팅막(탄화 규소 - 유기물 코팅막)은 기공율이 1 내지 5%인 것을 확인 할 수 있고, 열 전도율이 150 내지 180W/mK@25℃의 범위 인 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 상기 용사 코팅막의 기공율이 1% 이하면 소결체의 특성을 가질 수 는 있으나 용사 방법으로 1%의 기공율을 갖는 용사 코팅막의 형성이 어렵다. 반면에 상기 기공율이 5%를 초과하면 열 전도율이 150W/mK@25℃ 이하로 감소되어 용사코팅막(탄화 규소막)이 기능이 저하되는 문제점이 초래된다. 따라서, 상기 용사 코팅막은 1 내지 5%의 기공율을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용사 코팅막의 열전도율이 150 W/mK@25℃ 이하일 경우 용사코팅막(탄화규소막)의 기능이 저하되고, 크랙이 발생되는 문제점이 초래된다. 반면에 열 전도율이 180W/mK@25℃을 초과는 용사 코팅막은 용사코팅 방법으로 형성할 수 없다. 따라서, 상기 용사 코팅막은 150 내지 180W/mK@25℃의 열 전도율을 갖는 것이 바람직하다.

용사 코팅막 특성 평가

먼저, 언급한 단계 S 110 내지 S 130을 수행하여 과립형의 미립자 분말 구조물과 유기성 화합물이 표 1에 개시된 함량을 갖도록 용사 코팅용 분말들 각각 마련하였다. 그리고, 상기 용사 코팅용 분말들을 각각 이용하여 기판 상에 용사 코팅막들을 형성한 후 형성된 각각의 용사 코팅막들의 기공율 및 부착성을 측정 평가하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.

여기서, 용사 코팅막들은 상기 용사 코팅 분말 각각을 대상으로 대기 플라즈마 용사(APS), 고속 산소-연료 용사(HVOF), 진공 플라즈마 용사(VPS) 각각을 수행하였다.

<표 1>

표 1을 참조하면, 언급한 코팅 공정의 수행에 따라 형성된 용사 코팅막들에 대한 부착성의 평가 결과, 용사 코팅용 분말에 포함된 유기성 화합물의 함량이 일정량까지 증가할 경우 실시예1 내지 10에 개시된 바와 같이 기공율의 감소 및 부착성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 4 및 실시예 9에서 대기 플라즈마 용사를 수행하여 수득한 코팅막은 약 1150MPa의 부착성을 나타냈고, 약 4%의 기공율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

반면에, 비교예 1 내지 5를 대상으로 대기 플라즈마 용사를 수행하여 수득한 코팅막은 약 900MPa 이하의 부착성을 나타냈고, 기공율이 10% 이상으로 매우 높은 것을 확인되었다.

이와 같이, 언급한 결과를 토대로 할 경우 본 발명의 일 실시예에 따라 제조 된 용사 코팅용 분말을 사용하면 보다 우수한 부착성을 갖는 동시에 낮은 기공율을 갖는 코팅막이 수득됨을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 탄화 규소 입자들을 포함하는 미립자 분말 구조물과 유기 첨가물이 포함하는 용사 코팅용 분말을 수득할 수 있다. 따라서, 상기 용사코팅용 분말은 따라서, 상기 용사코팅용 분말은 반도체 공정내에서 파티클로 발생하는 금속계 결합제를 포함하지 있지 않기 때문에 모재에 영향을 받지 않고, 코팅에 따른 적층 및 부착 효율성을 보다 향상된 코팅막을 형성할 수 있다.

그러므로, 본 발명은 저렴하면서도 성능이 양호한 탄화 규소 코팅막을 형성할 수 있기 때문에 미세 가공 공정을 수행하는 제조 장치에 보다 적극적으로 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 형성된 용사 코팅막의 단면을 나타내는 사진이다.

Claims

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물 및 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 미립자 분말 상태의 유기 첨가물을 포함하되,

상기 유기 첨가물은 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이고,

상기 미립자 분말 상태의 유기 첨가물의 평균 입경은 10 내지 90um인 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말.

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물 및 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 미립자 분말 상태를 갖는 유기 첨가물을 포함하며,

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 상기 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 및 여분의 용매를 포함하는 슬러리 조성물과 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물이 혼합되어 형성된 혼합된 슬러리 조성물을 스프레이 건조시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 용사 코팅용 분말.

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 상기 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 그리고 여분의 용매를 포함하는 슬러리 조성물에 스프레이 건조 공정을 수행하여 상기 슬러리 조성물을 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물로 형성하는 단계; 및

상기 탄화 규소를 포함하는 미립자 분말 구조물에 그 평균 입경이 10 내지 90㎛인 미립자 분말 상태의 유기 첨가물을 혼합하여 용사 코팅용 분말을 제조하되,

상기 유기 첨가물은 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제3 항에 있어서, 상기 슬러리 조성물의 분산제는 에스테르계 물질을 포함하고, 그 함량은 0.1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제3 항에 있어서, 상기 슬러리 조성물의 고형분의 분율은 25 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제3 항에 있어서, 상기 유기 첨가물은 상기 탄화 규소 입자 전체의 5 내지 75 중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자들과, 상기 탄화 규소 입자들을 균일하게 분산시키기 위한 분산제 및 여분의 용매를 포함하는 슬러리 조성물을 형성하는 단계;

상기 슬러리 조성물에 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물을 혼합하는 단계; 및

상기 유기 첨가물이 혼합된 슬리러 조성물을 스프레이 건조시킴으로서 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말을 제조하는 단계를 포함하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제7 항에 있어서, 상기 슬러리 조성물의 분산제는 에스테르계 물질을 포함하고, 그 함량은 0.1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제7 항에 있어서, 상기 슬러리 조성물의 고형분의 분율은 25 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

제7 항에 있어서, 상기 유기 첨가물은 상기 탄화 규소 입자 전체 중량의 5 내지 75중량%에 해당하는 고형분을 유기 용매에 용해시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 분말의 제조 방법.

100 내지 1,000㎚의 입경을 갖는 탄화 규소 입자를 포함하는 미립자 분말 구조물과 상기 미립자 분말 구조물을 연결 또는 감싸는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에스테르, 카프론 및 불소함유 유기물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가물을 포함하는 용사 코팅용 분말을 준비하는 단계; 및

상기 용사 코팅용 분말을 모재로 분사하여 상기 모재 상에 상기 용사 코팅용 분말로 이루어지는 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 용사 코팅막의 제조 방법.

제11 항에 있어서, 상기 코팅막을 형성하는 단계에서, 상기 용사 코팅용 분말의 분사는 대기 플라즈마 용사(APS) 공정, 고속 산소-연료 용사(HVOF), 진공 플라즈마 용사(VPS) 공정 또는 카이네틱 분사(Kinetic spray)를 수행함에 의해 달성하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅막의 제조 방법.

제11 항에 있어서, 상기 코팅막은 1% 내지 5 부피%의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하는 용사 코팅막의 제조 방법.

제11 항에 있어서, 상기 코팅막은 150 W/mK@25℃ 내지 180W/mK@25℃ 열 전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 용사 코팅막의 제조 방법.