KR101025005B1 - 진공증착용 증착물질의 다목적 담체 및 그 제조방법 - Google Patents

진공증착용 증착물질의 다목적 담체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공증착용 증착물질의 다목적 담체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 진공증착용 증착물질의 다목적 담체는 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 등의 금속 재질의 외부 용기와 탄소섬유펠트, 탄소섬유, 금속펠트 등의 내부 충진재 및 상부의 금속재질의 메쉬 및 와셔로 구성되어 있는 일체형의 구조로 조립 또는 용접되어 하나의 매우 안정적인 구조를 형성된다. 본 발명에 의해 제조된 다목적 담체내부에 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질을 함침 및 충진하여 진공증착기 내에서 전자빔 가열법 또는 저항 가열법에 의하여 균일하게 증착시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
진공증착, 담체, 함침, 탄소섬유펠트, 탄소섬유

Description

진공증착용 증착물질의 다목적 담체 및 그 제조방법{MULTIPURPOSE CARRIER OF VACUUM VAPOR DEPOSITION MATERIAL AND METHOD THEREOF}
본 발명의 목적은 본 발명에 의하여 제조된 다목적 담체를 이용하여 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물 등으로 제조된 다양한 형태의 증착물질을 함침 및 충진하여 진공증착기 내에서 전자빔 가열법 또는 저항 가열법에 의하여 균일하게 증착시킬 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 진공증착용 증착물질의 다목적 담체는 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 등의 금속 재질의 외부 용기와 탄소섬유펠트, 탄소섬유, 금속펠트 등의 내부 충진재 및 상부의 스테인레스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 등 금속재질의 메쉬 및 와셔로 구성되어 있는 일체형의 구조로 조립 또는 용접되어 하나의 매우 안정적인 구조를 형성된다.
본 발명에 의해 제조된 다목적 담체내부에 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질을 함침 및 충진하여 진공증착기 내에서 전자빔 가열법 또는 저항 가열법에 의하여 본 발명의 다목적 담체를 가열시켜 증착하고자 하는 다양한 기능을 갖는 다양한 형태의 코팅 물질을 진공증착기 내에서 균일하게 초박막으로 증착시킬 수 있도록 하는 것이 본 발명의 기술적 특징이다.
최근 들어 안경렌즈를 포함한 각종 광학용 렌즈 및 필터분야를 비롯하여 휴대폰, MP3 플레이어, PMP, 노트북 등의 휴대용전자제품 및 디스플레이 제품 등에 진공증착공정을 이용하여 반사방지, 광학적 필터링, 반사율 및 흡수율의 조절, 증착컬러링 등 다양한 시도가 수행되고 있다. 이에 진공증착이 수행되어지는 모재는 유리, 플라스틱 및 금속재질의 기재(substrate)의 표면에 산화규소, 산화티탄, 산화지르코늄 등의 산화물, 불화마그네슘 등의 불화물, 크롬, 니켈, 알루미늄, SUS 등의 금속 등 무기질 분말 및 입상재료를 이용하여 박막증착층을 형성시켜 다양한 특성을 나타나게 시도하고 있다.
이러한 증착층은 상기와 같이 금속 및 금속산화물 등으로 구성되어 외부환경에 의하여 쉽게 부식되거나 오염되어 탈막되는 부작용이 생기게 되는데 이를 보호하기 위하여 유기물을 코팅하여 소수성 내지는 발수성 막을 형성시키기 위한 시도를 하기도 한다. 이들 유기물을 증착하기위하여 고안된 방법 중 유기계 증착 물질을 함침시켜 진공 내에서 사용할 수 있도록 할 수 있는 담체를 사용하게 되는데 현재까지 사용되는 담체는 다공성 세라믹을 고온 열처리하여 이용(한국실용신안등록출원 제20-2003-0015078호)하거나 혹은 금속분말 및 금속펠트를 고온 열처리한 것이 이용(한국특허출원 제10-2003-0058223호)되어 지고 있다.
이러한 증착은 진공증착에 의한 방법, 즉 전자빔을 이용한 증착 방법과 열적인 방법인 저항 가열식 방법들이 사용되고 있다. 일반적으로는 공정의 편리성 및 자동화가 가능하다는 면에서 전자빔을 이용한 증착 방법이 유리하나, 현재 진공증착에서 사용되는 유기계 증착 물질의 특성과 이를 함침할 수 있는 담체로 인해 저항 가열식 방법이 주로 행해지고 있다.
그러나 다공성 세라믹 담체는 어느 정도 화학적 안정성을 지니고 있으나, 유기계 증착 물질을 함침하기 위해서는 담체 내부에 기공이 존재해야 하므로 밀도를 조절해야 하고, 액상의 유기계 증착물질의 함침 시 누출되지 않도록 구조적인 면을 고려해야 한다.
다공성 세라믹 담체는 재료가 세라믹이라는 특성상 외부충격에 의해 파손되기 쉬워 이를 방지하기 위해서 고온 열처리를 할 경우 밀도는 향상되지만 함침 할 수 있는 공간, 즉 공극률을 확보하기가 어렵다.
또한 공극률을 확보하기 위해 낮은 열처리를 할 경우는 세라믹 담체의 경도가 떨어져 깨지지 쉽고, 공정, 이송, 보관상에서 분진이 발생할 수 있는 단점을 내포하고 있다.
다공성 세라믹 담체의 이러한 분진은 진공증착 방법 중 하나인 전자총 가열 방법을 이용하게 될 경우 세라믹이 가열될 수 있는 고출력을 사용할 경우 이러한 분진이 기재(substrate)의 박막증착물질에 혼입되어 증착됨으로써 증착된 박막의 특성이 제 기능을 발휘되지 못하는 문제점이 나타날 수 있다.
금속분말 및 금속펠트의 경우도 다공성 세라믹 담체와 같이 다공성을 형성하 기 위해 고온에서 열처리시켜야 하기 때문에 제조 공정상 시간 및 제조비용이 많이 들게 되고, 성형압력과 소성온도에 영향을 받게 되어 함침을 위한 공극률을 담체 전체에 일정하게 부여하기가 어렵고, 이는 유기계 증착물질의 효율을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.
또한 다공성 세라믹과 금속분말 및 금속펠트의 경우 액상의 유기계 증착물질을 과잉으로 함침하게 될 경우 담체의 외부에 노출된 상태로 고화가 이루어져 외부의 공기와 산화반응이 일어날 수 있으며 또한 전자빔 가열시 유기계증착물질의 분해가 이루어질 수 있으며 이러한 문제점은 양질의 박막이 형성을 얻지 못하는 원인이 되기도 한다.
이와 같은 다공성 세라믹이나 금속분말 및 금속 펠트 소결체를 진공증착 방법인 전자총 가열 방법이 아닌 저항 가열식 방법을 이용할 경우도 열을 전달할 수 있는 텅스텐, 탄탈륨, 몰리브덴으로 제조된 보트를 사용해야 하고, 수회 사용 후 교체해야 하는 불편함과 비용이 추가된다는 단점을 가지고 있다.
또한 이러한 저항 가열식 방법은 진공 증착 시 자동화설정이 어려워 수동 작업 공정으로만 이루어져야 한다. 이러한 저항 가열식 방법을 이용한 경우는 전자총 가열 방법에 비해 균질한 박막을 얻기가 어려운 문제점이 발생된다.
그리고 위와 같이 소결된 다공성 세라믹 담체나 금속분말 및 금속펠트 담체는 유기계 증착물질이 액상인 경우에만 함침이 가능하며, 공극의 크기를 폭 넓게 조절할 수 없기 때문에 미립의 고상 유기계 증착물질이 존재하더라도 진공증착에서 담체로서의 사용은 불가능하며 더욱이 고상의 유기계 증착물질에는 적용할 수 없는 등 그 활용 폭이 매우 제한적이라고 할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 다목적 담체는 종래에 사용되고 있는 다공성 세라믹 담체와 금속분말 및 금속펠트 담체의 문제점을 해결함과 동시에 편리성 및 폭 넓은 적용 분야를 제공할 수 있는 진공증착용 담체를 제공하는 것이다.
즉, 상하 마감된 일체형으로 구성되어있기 때문에 분진이 발생하지 않으며, 저항 가열식 방법은 물론 전자빔 가열 방법에 적용할 수 있고, 본 발명에 의해 제조된 다목적 담체내부에 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질을 함침 및 충진하여 진공증착기 내에서 전자빔 가열법 또는 저항 가열법에 의하여 본 발명의 다목적 담체를 가열시켜 증착하고자 하는 다양한 기능을 갖는 다양한 형태의 코팅 물질을 진공증착기 내에서 균일하게 초박막으로 증착시킬 수 있도록 하는 것이 본 발명의 기술적 특징이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공증착용 담체의 바람직한 일 실시예는, 진공증착용 작업공정, 보관, 이송 중 안정성을 제공할 수 있고, 열전달에 문제점이 없는 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄의 금속 재질로 이루어진 원통형 혹은 사각형 형태의 외부 금속용기에 윗부분을 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄의 금속 재질로 이루어진 금속와셔가 덮여 환형의 테두리로 휘감아져 압착하거나 용접된 형태로 이루어진 것을 특징으로 한 다.
본 발명의 다목적 진공증착용 담체는 우선적으로 담체내부에 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질을 함침 및 충진공정 상에서 발생할 수 있는 증착물질의 손실을 없앨 수 있고, 다양한 기능 및 형태를 갖는증착물질의 진공증착 효율을 극대화할 수 있다.
또한 진공증착 방법인 전자빔 가열 방법과 저항 가열식 방법에 무관하게 적용할 수 있고, 외부를 금속재질을 사용함으로써 공정, 보관, 이송 시 매우 안정적이고 재사용이 가능하다.
더욱이 본 발명의 다목적 진공증착용 담체는 액상의 유기계 및 유무기 복합계 증착물질을 함침할 수 있을 뿐만 아니라 고상 및 반고상의 유기계, 무기계 및 유무기 복합계로 이루어진 증착물질도 충진재와 혼합하여 장입함으로써 사용할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 다목적 담체를 설명한다.
본 발명의 기본적인 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이 외부 용기(10)는 스테인레스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 등의 재질로 두께가 0.10mm~0.50mm, 지름 Φ5mm~Φ60mm로 이루어진 원통형태로 되어있다.
좀 더 적절하게는 두께 0.15mm~0.35mm, 지름은 Φ10mm~Φ25mm가 적당하다. 두께가 너무 얇으면 소재의 변형이 되기 쉽고, 두께가 너무 두꺼우면 조립 및 용접 등의 후속 가공이 어렵다.
높이는 4mm~12mm, 좀 더 적절하게는 6mm~8mm면 적당하다.
이러한 외부용기는 내부의 충진재를 보호하고 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질을 함침 및 충진시 발생할 수 있는 증착물질의 손실을 완벽하게 막을 수 있고 외부의 스테인리스 재질은 전자빔 가열이나 저항 가열식의 어떠한 증착방법에서도 열전달에 빠르게 전달할 수 있는 역할을 할 수 있다.
이러한 외부 캔의 재질은 스테인리스에 국한된 것은 아니고 철, 구리, 몰리브늄, 텅스텐, 티타늄 등 코팅코자하는 물질의 특성에 따라 열전달을 원활히 할 수 있는 금속 재질을 이용할 수 있는 것을 포함한다.
본 발명의 중요부분 중의 하나인 내부 충진재(20)는 탄소섬유펠트, 탄소섬유, 탄소분말 또는 철, 구리, 스테인리스 등의 금속펠트 및 금속분말 등을 코팅소재의 특성에 맞도록 적절히 사용한다.
가장 적절하게는 외부환경에 대하여 안정적이며 열전달 효율도 뛰어나고, 매우 가벼운 탄소섬유 및 탄소섬유펠트를 사용하는 것이 가장 효율적이다.
탄소섬유의 크기는 직경은 공극의 크기 및 공극률을 조절하기 위해 다양한 직경의 탄소섬유를 단독으로 사용할 수 있고, 두 종류의 이상을 사용하여 제어할 수도 있다.
적절하게는 직경은 20㎛~500㎛를 사용하는 것이 적당하며, 좀 더 구체적으로는 100㎛~300㎛를 사용하는 것이 가장 효과적이다.
일반적으로는 이러한 탄소섬유의 직경 및 함량을 이용하여 공극의 크기 및 공극률을 제어할 수 있고, 좀 더 구체적인 공극의 크기 및 공극률은 탄소섬유를 금속용기(10)에 삽입한 후 스테인리스 메쉬와 와셔를 올린 후 금속용기(10)의 윗부분의 테두리를 환형으로 휘감아 내림으로써 캔의 높이를 낮춰 충진재인 탄소섬유의 밀도를 조절함으로써 공극의 크기 및 공극률을 이차적으로 조절함으로써 분말상, 입상으로 된 고상 및 다양한 점성을 갖는 액상은 물론 반고상의 슬러리 등의 형태를 갖는 유기계 및 무기계는 물론 유무기 복합화합물로 구성된 증착물질의 함량 및 밀도에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
또한 탄소섬유는 열전달 효율이 뛰어나 유기계 증착물질의 증착 시 저항 가열식이나 전자빔 가열시 전달되는 열을 매우 효율적으로 증착물질에 전달함으로써 증착물질의 빠른 기화현상을 유발하여 박막증착의 효율을 극대화할 수 있는 장점을 지니고 있다.
이러한 탄소섬유는 금속재질과는 달리 외부 환경에 대한 변화가 없어 장기간 보관을 할 수 있어 본 발명의 담체는 고온 열처리 후 재사용이 가능하다는 부가적인 장점을 지니고 있다.
상부는 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄 등의 금속메쉬(40)와 금속와셔(50)로 구성되어 있다.
금속 메쉬(40)는 충진재로 사용된 미립의 탄소섬유가 캔의 밖으로 빠져나가 는 것을 방지해 주는 역할을 수행한다.
좀 더 구체적인 보호를 위해서는 미립의 탄소섬유를 캔에 삽입 후 그 위에 얇은 탄소섬유펠트(30)를 덮음으로서 확실하게 미립의 탄소섬유가 캔의 밖으로 나가거나 진공증착 시 발생할 수 있는 탄소섬유의 분산을 막을 수 있다.
금속와셔(50)는 캔의 윗부분을 휘감아 내릴 때 충진재 전체에 일정한 압력을 가할 수 있도록 하여 탄소섬유를 이용한 공극의 크기 및 공극률을 최종적으로 제어할 수 있는 역할을 수행한다.
또한 탄소섬유, 혹은 탄소섬유펠트, 보호 메쉬를 전체적으로 안정적으로 보호하는 역할을 수행함과 동시에 전자빔이나 저항 가열에 의해 전달된 열의 방출을 막아주는 역할을 한다. 뿐만 아니라 가장 중요한 역할은 금속와셔의 중심 부분에 원형의 구멍을 내어 진공증착 시 전달된 열에 의해 기화된 유기계 증착물질이 증착될 기재로 이동할 수 있는 출구의 역할을 하는 핵심요소이다.
이러한 통로의 크기는 진공증착시 크기 및 높이 그리고 스테인리스 외부 금속용기의 크기에 따라 적절하게 조절되어야 하나 3mm~20mm이면 적당하고, 좀 더 구체적으로는 5mm~8mm이면 적당하다.
이러한 와셔의 통로 크기에 의해 진공증착시 기화된 유기계 물질이 직진 운동을 하면서 분산되는 각도가 결정되고, 유기계 증착 물질의 손실을 최소화할 수 있기 때문에 매우 중요 역할을 한다.
이하는 본 발명의 다목적 진공증착용 담체의 제조공정을 설명한다.
<실시 예1>
상기 설명된 금속용기(10)에 탄소섬유분말(20) 및 탄소섬유 펠트(30)를 장입하고 금속메쉬(40) 및 금속와셔(50)로 덮고 조립하여 라운딩 용접하여 액상의 불소계화합물을 60mg 함침하여 증착물질이 함침된 진공증착용 재료체를 제조하였다.
<실시 예2>
실시 예1에서 제조된 진공증착용 재료체를 진공증착기의 전자빔 포트에 장입하여 진공증착기의 진공도 5×10-5torr에서 전자빔의 지름크기를 Φ30으로 설정하여 전자빔 전류 20mA에서 미리 장입한 유리, PMMA, PC, PET 판재에 코팅하였다.
<실시 예3>
실시 예1에서 제조된 진공증착용 재료체를 진공증착기의 몰리브데늄 발열체 보트에 장입하여 진공증착기의 진공도 5×10-5torr에서 전류 50mA에서 미리 장입한 유리, PMMA, PC, PET 판재에 코팅하였다.
도 1은 본 발명 담체의 전체 구조도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 금속 외부 금속용기
20 : 탄소섬유(펠트) 충진재
30 : 탄소펠트
40 : 보호 금속 메쉬
50 : 금속 와셔

Claims (7)

  1. 내부에 증착물질을 수용하는 금속용기; 및
    상기 증착물질 위에 위치되도록 상기 금속용기 내에 수용되는 금속와셔를 포함하되,
    상기 금속와셔는 상기 금속용기의 상부 테두리를 환형으로 휘감아 내림에 의해 상기 증착물질을 누르며 고정되는 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  2. 내부에 증착물질을 수용하는 금속용기; 및
    상기 증착물질 위에 위치되도록 상기 금속용기 내에 수용되는 금속와셔를 포함하되,
    상기 금속와셔는 상기 증착물질을 누르도록 상기 금속용기에 용접되어 고정되는 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진공증착용 담체는
    상기 증착물질과 상기 금속와셔 사이에 위치하여 상기 증착물질의 이탈을 방지하는 금속메쉬를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속용기, 상기 금속와셔 및 상기 금속메쉬는 스테인리스스틸, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진공증착용 담체는
    상기 증착물질과 상기 금속와셔 사이에 위치하여 상기 증착물질의 이탈을 방지하는 탄소섬유펠트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속용기는 원통형 또는 사각통형인 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속와셔는 중앙에 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 진공증착용 담체.
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