KR101547199B1 - SiC coated graphite substrate with stress releasing layer and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅 탄소 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 탄소(graphite) 지지체, 상기 탄소 지지체 표면에 형성되어 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층, 및 상기 다공성 SiC 층 표면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 적층된 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 포함하며, 상기 다공성 SiC 층이 기공도 구배(porosity gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a SiC-coated carbon member including a stress buffer layer and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a SiC-coated carbon member comprising a graphite support, a porous SiC layer formed on the surface of the carbon support, Characterized in that the porous SiC layer has a porosity gradient, characterized in that it comprises a CVD SiC layer of dense structure laminated with a chemical vapor deposition (CVD) And a method for producing the same.

Description

응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅 탄소 부재 및 그 제조 방법{SiC coated graphite substrate with stress releasing layer and preparation method thereof}(SiC coated graphite substrate with stress releasing layer and preparation method thereof)

본 발명은 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅 탄소 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 탄소(graphite) 지지체, 상기 탄소 지지체 표면에 형성되어 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층, 및 상기 다공성 SiC 층 표면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 적층된 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 포함하며, 상기 다공성 SiC 층이 기공도 구배(porosity gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다.
The present invention relates to a SiC-coated carbon member including a stress buffer layer and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a SiC-coated carbon member comprising a graphite support, a porous SiC layer formed on the surface of the carbon support, Characterized in that the porous SiC layer has a porosity gradient, characterized in that it comprises a CVD SiC layer of dense structure laminated with a chemical vapor deposition (CVD) And a method for producing the same.

반도체 제조공정에서는 플라즈마 또는 다양한 케미컬을 이용한 식각이나 증착공정이 사용되므로, 공정의 수율 향상을 위하여 웨이퍼를 지지하는 지지장치(susceptor)에는 내화학성이 요구된다.In the semiconductor manufacturing process, etching or deposition processes using plasma or various chemicals are used. Therefore, the susceptor for supporting the wafer requires chemical resistance in order to improve the yield of the process.

종래에는 이와 같이 내화학성이 요구되는 반도체 웨이퍼 지지장치의 모재로써 탄소(graphite) 지지체가 주로 사용되었다. 그러나 이러한 탄소 지지체를 직접 사용하는 경우 파티클이 발생하여 웨이퍼로 불순물이 확산될 수 있기 때문에 이를 세라믹 소재로 코팅하여 사용하는 것이 일반적이다. Conventionally, a graphite support has been mainly used as a base material of a semiconductor wafer supporting apparatus requiring such chemical resistance. However, when such a carbon support is directly used, particles may be generated and impurities may diffuse into the wafer.

상기 코팅용 세라믹 소재로 사용되는 대표적 물질로 실리콘카바이드(SiC)가 있다. 상기 SiC는 내열성 및 기계적 특성이 매우 우수한 물질로서, 강화복합소재, 우주항공신소재, 고온반응소재 등 다양한 분야에 널리 활용되고 있으며 주로 화학 기상 증착법(CVD)을 통하여 표면 코팅되어 내화학성, 내산화성, 내열성 및 내마모성을 향상시키는 역할을 하게 된다. A typical material used for the ceramic material for coating is silicon carbide (SiC). The SiC is a material having excellent heat resistance and mechanical properties and is widely used in various fields such as reinforced composite materials, aerospace new materials, and high-temperature reaction materials. The SiC is surface-coated through chemical vapor deposition (CVD) Heat resistance and wear resistance.

그러나, 이러한 구조는 도 1에 도시된 것과 같이 탄소 지지체와 코팅된 SiC의 열팽창계수의 차이에 의하여, 코팅층이 반복적인 열처리 과정에서 깨지거나 박리되는 현상이 발생하며, 결과적으로 탄소 지지체가 공정 가스나 산소 등과 접촉하게 되어 변질, 파손되는 문제가 발생하였다. However, as shown in FIG. 1, due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the carbon support and the coated SiC, the coating layer is broken or peeled during the repeated heat treatment process. As a result, Oxygen, or the like, resulting in deterioration and breakage.

이에, 탄소 지지체와 SiC 팅층의 열팽창계수 차이에도 불구하고, 층간 계면에서의 응력을 완화하여 반복적인 열처리 과정에서도 코팅층이 깨지거나 박리되는 현상을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 SiC 코팅 탄소 부재의 개발이 필요하였다.
Therefore, despite the difference in thermal expansion coefficient between the carbon support and the SiC layer, the SiC-coated carbon member that can alleviate the stress at the interlayer interface and prevent the coating layer from being broken or peeled during the repeated heat treatment process can be improved to improve the durability .

공개특허 제2009-0082980호(2009.08.03 공개)Patent Publication No. 2009-0082980 (Published on Aug. 3, 2009) 공개특허 제2009-0108151호(2009.10.15 공개)Patent Publication No. 2009-0108151 (published on October 15, 2009)

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소 지지체와 SiC 팅층의 열팽창계수 차이에도 불구하고, 응력완충층이 층간 계면에서의 응력을 완화하여 반복적인 열처리 과정에서도 코팅층이 깨지거나 박리되는 현상을 방지함으로써 지지체 자체의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있는 SiC 코팅 탄소 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a stress buffer layer which relieves the stress at the interlayer interface in spite of the difference in thermal expansion coefficient between the carbon support and the SiC layer, The present invention provides a SiC-coated carbon member and a method of manufacturing the same, which can significantly improve the durability of the support itself.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소(graphite) 지지체, 상기 탄소 지지체 표면에 형성되어 응력완충 역할을 다공성 SiC 층, 및 상기 다공성 SiC 층 표면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 적층된 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 포함하며, 상기 다공성 SiC 층이 기공도 구배(porosity gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a porous SiC layer, comprising the steps of: forming a carbon support on a surface of a carbon support, acting as a stress buffer, on the surface of the porous SiC layer, Wherein the porous SiC layer has a porosity gradient, wherein the porous SiC layer comprises a CVD SiC layer of a SiC-coated carbonaceous material.

상기 기공도 구배는 상기 탄소 지지체와 접하는 다공성 SiC 층의 기공도에 비해 상기 CVD SiC 층과 접하는 다공성 SiC 층의 기공도가 큰 값을 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 다공성 SiC 층의 두께는 상기 탄소 지지체 상에 형성되는 SiC 층의 전체 두께의 25 내지 75%인 것이 바람직하다.The porosity gradient is preferably formed so that the porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer is larger than the porosity of the porous SiC layer in contact with the carbon support, It is preferable that it is 25 to 75% of the total thickness of the SiC layer formed on the support.

한편, 상기 본 발명의 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재는 ⅰ) 탄소 지지체 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계; ⅱ) 불순물이 제거된 상기 탄소 지지체 표면에 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층을 형성하는 단계; 및 ⅲ) 상기 다공성 SiC 층 위에 화학기상증착법을 통해서 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 적층하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. On the other hand, the SiC-coated carbon member comprising the stress buffer layer of the present invention comprises i) a pretreatment step of removing impurities on the surface of the carbon support; Ii) forming a porous SiC layer acting as a stress buffer on the surface of the carbon support from which impurities have been removed; And iii) depositing a dense CVD SiC layer on the porous SiC layer through a chemical vapor deposition process.

상기 다공성 SiC 층은, 상기 탄소 지지체와 접하는 다공성 SiC 층의 기공도(porosity)에 비해 상기 CVD SiC 층과 접하는 다공성 SiC 층의 기공도가 큰 값을 갖는 기공도 구배(gradient)를 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 다공성 SiC 층의 두께는, 상기 탄소 지지체 상에 형성되는 SiC 층의 전체 두께의 25 내지 75%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. The porous SiC layer is formed to have a porosity gradient with a large porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer compared to the porosity of the porous SiC layer in contact with the carbon support And the thickness of the porous SiC layer is preferably 25 to 75% of the total thickness of the SiC layer formed on the carbon support.

또한, 상기 다공성 SiC 층은 반복적인 코팅 및 열처리 단계를 통해 형성될 수 있는데, 일 실시예로 상기 다공성 SiC 층은 폴리카보실란(polycarbosilane)을 포함하는 코팅액을 상기 탄소 지지체 표면에 코팅하는 단계, 및 상기 탄소 지지체 표면에 코팅된 폴리카보실란 코팅액을 열처리하는 단계를 복수회 반복함으로써 형성되거나, 또는 폴리카보실란과 기공 형성용 유기물을 포함하는 코팅액을 상기 탄소 지지체 표면에 코팅하는 단계, 및 상기 탄소 지지체 표면에 코팅된 폴리카보실란 코팅액을 열처리하는 단계를 복수회 반복함으로써 형성될 수 있다. In addition, the porous SiC layer may be formed through repeated coating and heat treatment steps. In one embodiment, the porous SiC layer is formed by coating a coating liquid containing polycarbosilane on the surface of the carbon support, and Coating a surface of the carbon support with a coating liquid containing polycarbosilane and an organic material for pore formation by repeating the step of heat treating the coating liquid of the polycarbosilane coated on the surface of the carbon support a plurality of times, And a step of heat-treating the surface-coated polycarbosilane coating liquid may be repeated a plurality of times.

이때, 상기 탄소 지지체 표면에 수행되는 코팅 회수가 증가함에 따라, 상기 코팅액 내의 폴리카보실란의 농도를 감소시키거나, 상기 코팅액 내의 기공 형성용 유기물의 농도를 증가시킴으로써, 상기 다공성 SiC층이 기공도 구배(porosity gradient)를 갖도록 형성할 수 있다. At this time, by increasing the number of coatings performed on the surface of the carbon support, the concentration of the polycarbosilane in the coating liquid is decreased, or the concentration of the organic material for forming pores in the coating liquid is increased, so that the porous SiC layer has a porosity gradient a porosity gradient may be formed.

또한, 다공성 SiC를 형성할 수 있는 물질로는, 상기 폴리카보실란 외에도 열처리 과정에서 소성되어 다공성 SiC 층을 형성할 수 있는 모든 물질이 사용될 수 있므로 특별히 제한되지 아니하며, 바람직하게는 폴리메틸카보실란, 폴리메틸페닐카보실란, 폴리비닐카보실란 및 폴리메틸실란으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. In addition to the above polycarbosilane, any material capable of forming a porous SiC layer by firing in a heat treatment process can be used as a material capable of forming porous SiC, and thus is not particularly limited, and is preferably a polymethylcarbosilane , Polymethylphenylcarbosilane, polyvinylcarbosilane, and polymethylsilane can be used.

또한, 상기 기공 형성용 유기물은 상기 폴리카보실란과 함께 코팅된 후, 추후 열처리 과정에서 제거됨으로써 기공을 형성할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질이라도 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에틸셀룰로오스가 사용될 수 있다.The organic material for pore formation may be any material as long as it is coated with the polycarbosilane and then removed in a subsequent heat treatment to form pores. Ethylcellulose may be used.

한편, 또 다른 실시예로 상기 다공성 SiC 층과 상기 다공성 SiC 층의 기공도 구배는 상기 탄소 지지체와 규소와 산소를 포함하는 산화규소 소스(source)가스를 포함하는 반응가스를 1000~1400 ℃에서 직접 반응시키는 단계를 복수회 반복함으로써 형성될 수 있다, 그리고 반응 회수가 증가함에 따라 상기 반응가스 내 규소 소스의 농도를 감소시켜, 상기 다공성 SiC층이 더욱 급격한 기공도 구배를 갖도록 제어할 수 있다. In yet another embodiment, the porosity gradient of the porous SiC layer and the porous SiC layer may be determined by directly contacting the carbon support and a silicon oxide source gas containing silicon and oxygen at 1000 to 1400 ° C And the concentration of the silicon source in the reaction gas is decreased as the number of reactions is increased to control the porous SiC layer to have a more rapid pore gradient.

반응가스의 직접반응을 통한 다공성 SiC층 형성 방법으로, 반응 회수에 따라 규소 소스의 "종류"를 달리함으로써, 기공도와 기공도 구배를 조절할 수 있는데, 반응 회수가 늘어날수록 SiCl4, SiHCl3, SiH(CH3)3 등과 같이, bulky한 작용기를 가지는 규소 소스를 반응시켜 기공도와 기공도 구배를 제어할 수 있다.
The porosity and porosity gradient can be controlled by changing the "kind" of the silicon source according to the number of reactions by the method of forming the porous SiC layer through the direct reaction of the reaction gas. As the number of the reaction increases, SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH (CH 3 ) 3, etc., can be reacted with a silicon source having a bulky functional group to control the pore and porosity gradient.

본 발명은 탄소 지지체 표면에 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층을 일정한 기공도 구배를 가지도록 형성함으로써, 층간 계면에서의 응력을 완화하여 반복적인 열처리 과정에서도 CVD SiC 코팅층이 깨지거나 박리되는 현상을 방지함으로써 지지체 자체의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
The present invention provides a porous SiC layer serving as a stress buffering layer on the surface of a carbon support to have a constant pore gradient, thereby relieving the stress at the interlayer interface and preventing cracking or peeling of the CVD SiC coating layer during repeated heat treatment The durability of the support itself can be greatly improved.

도 1 - 종래의 SiC 코팅 탄소 부재가 가지는 문제점을 보여주는 개념도
도 2 - 본 발명의 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅 탄소 부재의 적층 구조를 보여주는 단면도
도 3,4 - 본 발명의 실시예들에 따라 다공성 SiC 코팅 탄소 부재를 제조하는 과정을 보여주는 개념도
Fig. 1 is a conceptual view showing the problems of conventional SiC-coated carbon members.
2 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a SiC-coated carbon member including a stress buffer layer according to the present invention
3 and 4 are schematic views showing a process of manufacturing a porous SiC-coated carbon member according to embodiments of the present invention

이하, 본 발명의 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅 탄소 부재 및 그 제조 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 살펴본다. Hereinafter, a SiC-coated carbon member including a stress buffer layer according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 SiC 코팅 탄소 부재는 도 2에 도시된 것과 같이 탄소(graphite) 지지체, 상기 탄소 지지체 표면에 형성되어 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층, 및 상기 다공성 SiC 층 표면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 적층된 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 포함한다.The SiC-coated carbon member of the present invention comprises a graphite support, a porous SiC layer formed on the surface of the carbon support and acting as a stress buffer, and a chemical vapor deposition (CVD) Deposition) of a dense structure of CVD SiC layer.

종래의 SiC 코팅 탄소 부재는 도 1과 같이 탄소 지지체 표면에 CVD SiC 층이 직접적으로 코팅되는 것이 일반적이었으나, 본 발명에서는 탄소 지지체와 치밀한 구조의 CVD SiC 층 사이에 다공성 SiC 층을 별도로 형성하여 계면에서의 응력을 완화하고 열팽창계수 차이에 의한 스트레스를 최소화하는 것을 특징으로 한다. In the conventional SiC coated carbon member, a CVD SiC layer is directly coated on the surface of the carbon support as shown in FIG. 1, but in the present invention, a porous SiC layer is separately formed between the carbon support and the dense CVD SiC layer, And stress caused by the difference in thermal expansion coefficient is minimized.

한편, 좀 더 효율적인 응력 완화를 위하여 상기 다공성 SiC 층은 일정한 기공도 구배(porosity gradient)를 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 기공도 구배는 탄소 지지체와 접하는 다공성 SiC 층의 기공도에 비해 상기 CVD SiC 층과 접하는 다공성 SiC 층의 기공도가 다 큰 값을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. In order to more effectively relax the stress, the porous SiC layer is preferably formed to have a constant porosity gradient. Specifically, the porosity gradient is higher than the porosity of the porous SiC layer contacting the carbon support The porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer is preferably large.

이와 같이 CVD SiC 층으로 갈수록 커지는 기공도 구배를 가지도록 다공성 SiC 층을 구성함으로써, CVD SiC 층의 열팽창으로 인한 응력을 상당부분 흡수할 수 있으며, 그 결과 열팽창계수의 차이에 의하여 CVD SiC 층이 깨지거나 박리되어 탄소 지지체로부터 분리되는 현상을 방지할 수 있다.By constituting the porous SiC layer so as to have a larger pore gradient than the CVD SiC layer, the stress due to the thermal expansion of the CVD SiC layer can be absorbed to a considerable extent. As a result, Or peeling and separation from the carbon support can be prevented.

한편, 상기 다공성 SiC 층이 충분한 응력완화 역할을 수행하기 위하여, 상기 다공성 SiC 층의 두께는 상기 탄소 지지체 상에 형성되는 SiC 층의 전체 두께의 25 내지 75%인 것이 바람직하다. 이때, 상기 다공성 SiC 층과 CVD SiC 층은 필요에 따라 적절한 두께를 가지도록 형성할 수 있으나, 바람직하게는 상기 다공성 SiC 층은 20~200㎛, CVD SiC 층은 20~200㎛의 두께를 가질 수 있다.On the other hand, in order for the porous SiC layer to perform sufficient stress relaxation, the thickness of the porous SiC layer is preferably 25 to 75% of the total thickness of the SiC layer formed on the carbon support. At this time, the porous SiC layer and the CVD SiC layer may be formed to have an appropriate thickness if necessary, but preferably the porous SiC layer has a thickness of 20 to 200 μm, and the CVD SiC layer has a thickness of 20 to 200 μm have.

한편, 본 발명의 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재는 ⅰ) 탄소 지지체 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계; ⅱ) 상기 불순물이 제거된 탄소 지지체 표면에 다공성 SiC 층을 형성하는 단계; 및 ⅲ) 상기 다공성 SiC 층 위에 화학기상증착을 통해서 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 적층하는 단계를 통하여 제조될 수 있다. On the other hand, the SiC-coated carbon member comprising the stress buffer layer of the present invention comprises i) a pretreatment step of removing impurities on the surface of the carbon support; Ii) forming a porous SiC layer on the surface of the impregnated carbon support; And iii) depositing a dense CVD SiC layer on the porous SiC layer through chemical vapor deposition.

이때, 상기 다공성 SiC 층은 반복적인 코팅 및 열처리 단계를 통해 형성될 수 있는데, 일 실시예로 상기 다공성 SiC 층은 도 3에 도시된 것과 같이 폴리카보실란(polycarbosilane)을 포함하는 코팅액을 상기 탄소 지지체 표면에 코팅하는 단계, 및 상기 탄소 지지체 표면에 코팅된 폴리카보실란 코팅액을 열처리하는 단계를 복수회 반복함으로써 형성할 수 있다.In this case, the porous SiC layer may be formed through repetitive coating and heat treatment steps. In one embodiment, the porous SiC layer may be formed by coating a coating solution containing polycarbosilane, Coating the surface of the carbon support, and heat-treating the polycarbosilane coating solution coated on the surface of the carbon support.

상기 폴리카보실란은 열처리 과정에서 소성되어 다공성 SiC 층을 형성할 수 있는 모든 물질이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리메틸카보실란, 폴리메틸페닐카보실란, 폴리비닐카보실란 및 폴리메틸실란으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. The polycarbosilane may be any material capable of forming a porous SiC layer by being fired in a heat treatment process. Preferably, the polycarbosilane may be a material selected from the group consisting of polymethylcarbosilane, polymethylphenylcarbosilane, polyvinylcarbosilane and polymethylsilane At least one selected may be used.

또한, 상기 폴리카보실란 코팅액은 폴리카보실란을 헥산(Hexane), 크실란(Xylane), 톨루엔(Toluene), 테트라-하이드로퓨론(Tetra-hydrofuron) 등의 용매에 용해시켜 준비할 수 있으며, 상기 용매에 용해되는 폴리카보실란의 양을 조절하여 여러번 코팅 및 열처리함으로써, 상기 다공성 SiC층이 기공도 구배를 갖도록 할 수 있다. The polycarbosilane coating solution may be prepared by dissolving polycarbosilane in a solvent such as hexane, xylane, toluene, tetra-hydrofuron, etc., The porous SiC layer may have a porosity gradient by coating and heat-treating the porous SiC layer several times by adjusting the amount of the polycarbosilane dissolved in the porous SiC layer.

이와 같이 준비된 코팅액의 코팅방법으로는 경사코팅용액에 금속재료를 담그는 디핑법(dipping), 금속재료를 회전시키고, 그 상부에 상기 경사코팅용액을 낙하시켜 원심력에 의해 균일한 정도로 퍼지게 하는 스핀코팅법(spine coating), 분사장치를 이용하여 경사코팅용액을 분사하는 분사코팅법(spray coating), 브러시로 금속재료의 표면에 경사코팅용액을 도포하는 브러시 코팅법 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.Examples of the coating method of the coating solution include a dipping method in which a metal material is immersed in an inclined coating solution, a spin coating method in which a metal material is rotated, and the slant coating solution is dropped on the slant coating solution to spread uniformly by centrifugal force a spray coating method in which an inclined coating solution is sprayed using a spraying device, a brush coating method in which a slant coating solution is applied to the surface of a metal material with a brush, and the like can be used.

코팅회수는 사용환경에 따라 다양하게 적용할 수 있으며, 일 실시예로 충분한 기공도 구배가 형성될 수 있도록, 3 내지 6회 정도의 회수로 코팅될 수 있다. 또한, 코팅액 내 폴리카보실란의 농도는 탄소 지지체와 접하는 다공성 SiC 층의 기공도에 비해 CVD SiC 층과 접하는 다공성 SiC 층의 기공도가 큰 값을 가지도록 회수가 증가할 수록 낮아지도록 조성한다. 코팅액 내 폴리카보실란의 농도는 다양하게 변형될 수 있으며, 일 실시예로 20~80중량% 범위에서 층별로 5~20중량%의 농도차가 나도록 구성할 수 있다.The number of coatings can be variously applied according to the use environment, and in one embodiment, it can be coated with a recovery of about 3 to 6 times so that a sufficient porosity gradient can be formed. Also, the concentration of the polycarbosilane in the coating liquid is adjusted so that the porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer becomes higher as the recovery increases, as compared with the porosity of the porous SiC layer in contact with the carbon support. The concentration of the polycarbosilane in the coating liquid may be varied, and in one embodiment, the polycarbosilane may have a concentration difference of 5 to 20% by weight in the range of 20 to 80% by weight.

이와 같이 폴리카보실란 코팅액이 탄소 지지체 표면에 코팅되면, 상기 코팅액을 열처리하여 비결정 구조와 결정 구조가 혼재하는 다공성 SiC 층을 형성하게 된다. 이때 비결정 구조와 결정 구조가 혼재할 수 있도록 열처리 온도는 1000℃ 전후로 조절되어야 하며, 바람직하게는 800~1300℃로 조절되는 것이 바람직하다. When the polycarbosilane coating solution is coated on the surface of the carbon support, the coating solution is heat-treated to form a porous SiC layer in which the amorphous structure and the crystal structure are mixed. At this time, the heat treatment temperature should be adjusted to about 1000 ° C, preferably 800 ° C to 1300 ° C so that the amorphous structure and the crystal structure may be mixed.

상기 코팅 및 열처리 단계를 복수회 반복하면서, 코팅 회수가 증가할수록 코팅액 내의 폴리카보실란의 농도를 감소시킴으로써, 상기 다공성 SiC층이 CVD SiC 층으로 갈수록 커지는 기공도 구배를 갖도록 형성할 수 있다. By repeating the coating and heat treatment steps a plurality of times, the concentration of polycarbosilane in the coating liquid decreases as the number of coatings increases, so that the porous SiC layer can be formed to have a pore gradient that increases toward the CVD SiC layer.

이때, 농도 변화를 주면서 여러번에 걸쳐 코팅 및 열처리가 진행되기 때문에, 상기 폴리카보실란 코팅액의 SiC 층 전환 과정에서 균열이 생기거나 박리현상이 생기는 것을 최소화할 수 있다. At this time, since the coating and the heat treatment are carried out several times while varying the concentration, it is possible to minimize the occurrence of cracks or peeling in the SiC layer conversion process of the polycarbosilane coating solution.

상기 기공도 구배를 가지는 다공성 SiC 층이 형성된 후에는 최종적으로 화학기상증착법에 의하여 치밀한 구조의 CVD SiC 층이 형성되게 된다. After the porous SiC layer having the above-described porosity gradient is formed, a CVD SiC layer having a dense structure is finally formed by chemical vapor deposition.

한편, 다공성 SiC 층의 기공도를 좀 더 효율적이면서도 간편하게 제어하기 위하여, 상기 코팅액에 폴리카보실란 외에 기공 형성용 유기물이 포함되도록 할 수 있다. 상기 기공 형성용 유기물은 폴리카보실란과 함께 지지체 표면에 코팅된 후, 추후 열처리 과정에서 제거됨으로써 기공을 형성할 수 있는 모든 물질이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에틸셀룰로오스가 사용될 수 있다.On the other hand, in order to more efficiently and easily control the porosity of the porous SiC layer, the coating liquid may contain organic materials for forming pores in addition to polycarbosilane. The pore-forming organic material may be coated on the surface of the support together with the polycarbosilane, and may be any material capable of forming pores by being removed in a subsequent heat treatment process. Preferably, ethylcellulose may be used.

상기 에틸셀룰로오스는 304℃에서부터 반응하기 시작하여 377℃에서는 완전히 산화되어 제거되므로, 열처리 온도인 800~1300℃까지 단계적으로 승온되는 과정에서 다공성 SiC층으로부터 자연스럽게 제거되게 된다. Since the ethyl cellulose starts to react at 304 ° C. and is completely oxidized and removed at 377 ° C., the ethylcellulose is naturally removed from the porous SiC layer during the stepwise heating up to the heat treatment temperature of 800 to 1300 ° C.

이때, 앞서 살펴본 바와 마찬가지로 코팅 회수가 증가할수록 상기 코팅액 내의 기공 형성용 유기물의 농도를 증가시킴으로써, 상기 다공성 SiC층이 CVD SiC 층쪽으로 갈수록 기공도가 증가하는 기공도 구배를 갖도록 형성할 수 있다. At this time, as described above, by increasing the concentration of the pore-forming organic material in the coating solution as the number of coatings increases, the porous SiC layer can be formed to have a pore gradient that increases as the pore density increases toward the CVD SiC layer.

한편, 기공도 구배를 가지는 다공성 SiC 층을 제조하는 또 다른 실시예로 도 4에 도시된 것과 같이 탄소 지지체와 규소 소스(source) 가스를 포함하는 반응가스를 1000~1400℃에서 직접 반응시키는 단계를 복수회 반복함으로써 형성될 수 있다.Meanwhile, as another embodiment of producing a porous SiC layer having a porosity gradient, a step of directly reacting a reaction gas containing a carbon support and a silicon source gas at 1000 to 1400 ° C as shown in FIG. 4 May be formed by repeating a plurality of times.

기재물질인 탄소가 공급된 상기 규소 소스에 포함된 산소원자와의 반응에 의해 일산화탄소 혹은 이산화탄소와 같은 가스가 발생되는데, 이로인해 기공이 형성된 다공성 구조를 얻을 수 있다. 이때 SiO와 같은 규소 소스(source)를 포함하는 원료가스로는, 규사(SiO2)를 고온에서 탄소와 반응시켜 생성된 SiO 가스를 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 혼합하여 사용할 수 있다. A gas such as carbon monoxide or carbon dioxide is generated by reaction with oxygen atoms contained in the silicon source to which carbon as the base material is supplied, whereby a porous structure having pores can be obtained. At this time, as a raw material gas containing a silicon source such as SiO, silica gas (SiO 2 ) reacted with carbon at a high temperature and SiO gas produced can be mixed with argon (Ar) which is an inert gas.

반응 회수가 진행됨에 따라 상기 탄소 지지체 표면에 형성된 다공성 구조로 인해 상기 규소 소스(source) 가스가 내부로 들어가는 것을 방해하는 확산 저항이 증가되고, 이로 인해 상기 형성된 다공성 구조는, CVD SiC 층으로 갈수록 기공도가 증가하는 기공도 구배를 갖게 된다. As the number of reactions progresses, the porous structure formed on the surface of the carbon support increases the diffusion resistance which hinders the silicon source gas from entering the interior, and thus the formed porous structure becomes porous as the CVD SiC layer The degree of porosity is increased.

이때, 상기 기공도 구배를 더욱 증가시키기 위해, 반응 회수가 증가할수록 상기 반응가스 내 규소 소스의 농도를 감소시킴으로써, 상기 다공성 SiC층이 기공도 구배가 급격하게 변화하도록 할 수 있다.At this time, in order to further increase the pore gradient, the porosity gradient of the porous SiC layer may be abruptly changed by decreasing the concentration of the silicon source in the reaction gas as the number of reactions increases.

또한, 반응가스의 직접반응을 통한 다공성 SiC층을 형성하는 다른 방법으로, 반응 회수에 따라 규소 소스의 "종류"를 달리함으로써, 기공도 구배를 조절하는 방법을 들 수 있다. SiCl4, SiHCl3, SiH(CH3)3과 같이, 반응 회수가 늘어날수록 bulky한 치환기를 갖는 규소 소스를 반응시킴으로써, 기동도를 변화시키고 치환기의 종류를 변화시킴으로써 기공도 분포 및 기공도 구배를 제어할 수 있다.Another method of forming the porous SiC layer through direct reaction of the reaction gas is a method of controlling the pore gradient by changing the "kind" of the silicon source according to the number of reactions. As the number of reactions increases, such as SiCl 4 , SiHCl 3 , and SiH (CH 3 ) 3 , the silicon source having a bulky substituent is reacted to change the degree of start-up and change the kind of substituent to change the porosity distribution and porosity gradient Can be controlled.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열응력(thermal stress)이 완화될 수 있도록 다공성 SiC 층을 중간 버퍼층으로 포함한 SiC 코팅된 탄소(graphite) 지지체의 제조 방법 및 이러한 방법으로 제조된 SiC 코팅 탄소지지체를 구체적인 실시예를 통해서 살펴본다. 그러나, 본 발명의 범주가 이하의 구체적인 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
Hereinafter, a method for manufacturing a SiC-coated graphite support including a porous SiC layer as an intermediate buffer layer so that thermal stress according to an embodiment of the present invention can be alleviated, and a method for manufacturing a SiC- The support will be described with reference to specific examples. However, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments described below, and those skilled in the art will understand that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. .

[실시예 1] 폴리카보실란의 농도 조절을 통한 다공성 SiC 층의 제조 [Example 1] Production of porous SiC layer by controlling concentration of polycarbosilane

폴리메틸카보실란과 헥산을 하기 표 1과 같이 농도를 변화시키며 혼합하여 SiC 코팅 용액을 준비하였다. 준비된 SiC 코팅 용액을 딥 코팅(dip coating) 방법으로 기재 표면에 도포한 후, 1000℃에서 열처리하는 과정을 하기 3회 반복 수행하여 기공도 구배를 가지는 결정질과 비정질이 혼합된 다공성 SiC층을 형성하였다. Polymethylcarbosilane and hexane were mixed with varying concentrations as shown in Table 1 to prepare a SiC coating solution. The prepared SiC coating solution was coated on the substrate surface by a dip coating method and then heat-treated at 1000 ° C was repeated three times to form a porous SiC layer mixed with crystalline and amorphous materials having a porosity gradient .

polycarbosilane의 농도 wt%Concentration of polycarbosilane wt% hexane 농도 wt%hexane concentration wt% 1st 코팅1st coating 50 50 5050 2nd 코팅2nd coating 4040 6060 3rd 코팅3rd coating 3030 7070

[실시예 2] 폴리카보실란과 기공 형성 유기물질의 농도 조절을 통한 다공성 SiC 층의 제조 [Example 2] Preparation of porous SiC layer by controlling concentration of polycarbosilane and pore-forming organic material

폴리메틸카보실란과 헥산과 기공 형성 유기물질(에틸셀룰로오스)을 하기 표 2와 같이 농도를 변화시키며 혼합하여 SiC 코팅 용액을 준비하였다. 준비된 SiC 코팅 용액을 딥 코팅(dip coating) 방법으로 기재 표면에 도포한 후, 1000℃에서 열처리하는 과정을 하기 3회 반복 수행하여 기공도 구배를 가지는 결정질과 비정질이 혼합된 다공성 SiC층을 형성하였다. Polymethylcarbosilane, hexane and pore-forming organic material (ethylcellulose) were mixed with varying concentrations as shown in Table 2 below to prepare a SiC coating solution. The prepared SiC coating solution was coated on the substrate surface by a dip coating method and then heat-treated at 1000 ° C was repeated three times to form a porous SiC layer mixed with crystalline and amorphous materials having a porosity gradient .

polycarbosilane의 농도 wt%Concentration of polycarbosilane wt% hexane 농도 wt%hexane concentration wt% 기공형성 유기물질Pore-forming organic material 1st 코팅1st coating 40 40 5555 55 2nd 코팅2nd coating 4040 5050 1010 3rd 코팅3rd coating 4040 4040 2020

[실시예 3] 원료가스와 탄소 지지체의 직접반응을 통한 다공성 SiC 층의 제조 [Example 3] Production of porous SiC layer through direct reaction between raw material gas and carbon support

SiO를 포함하는 원료가스로는, 규사(SiO2)를 고온에서 탄소와 반응시켜 생성된 SiO 가스를 불활성 가스인 아르곤(Ar)과 혼합하여 사용하였으며, 하기 표 3과 같이 반응회수에 따라 농도를 변화시켜 준비한 후, 1200℃에서 탄소 지지체와 직접반응시켜 혼합하여 기공도 구배를 가지는 다공성 SiC층을 형성하였다. As raw material gas containing SiO, silica gas (SiO 2 ) was reacted with carbon at a high temperature and SiO gas produced was mixed with argon (Ar), which is an inert gas, and the concentration was changed according to the number of reactions And then reacted at 1200 ° C with a carbon support directly to form a porous SiC layer having a porosity gradient.

원료가스 농도 Vol%Raw gas concentration Vol% 희석가스(Ar) 농도Vol%Dilution gas (Ar) concentration Vol% 1st 변환1st conversion 3030 7070 2nd 변환2nd conversion 2020 8080 3rd 변환3rd conversion 1010 9090

[실시예 4] [Example 4]

실시예 1에 따라 제조된 다공성 SiC층 위에 화학기상증착법으로 CVD SiC 층을 적층시키되, 표 4에 나타낸 것과 같이 다공성 SiC층과 CVD SiC 층의 두께를 다양하게 조성하여 제조하였다. 이후, 제조된 SiC 코팅 탄소부재에 통상의 LED 제조공정에 따른 반복적인 열처리(thermal cycle)를 가하여 크랙이 발생하는지 여부 및 압축강도를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.A CVD SiC layer was deposited on the porous SiC layer prepared according to Example 1 by chemical vapor deposition, and the porous SiC layer and the CVD SiC layer were formed to have various thicknesses as shown in Table 4. The SiC-coated carbon member was subjected to repetitive thermal cycles in accordance with the conventional LED manufacturing process to determine whether cracks occurred or not, and the compressive strength was measured.

통상적인 LED 제조 공정에서의 공정온도는 통상적으로 약 1200 ~ 1300 ℃이므로, 상기 공정온도보다 약 50~100℃ 높은 온도인 1400℃에서 수행하였으며, 약 100회의 열처리 후, crack 유무와 비커스 경도를 측정하였다.Since the process temperature in a conventional LED manufacturing process is usually about 1200 to 1300 ° C, it is performed at about 1400 ° C, which is about 50 to 100 ° C above the process temperature. After about 100 heat treatments, crack presence and Vickers hardness Respectively.

전체 SiC [㎛]Total SiC [탆] 다공성 SiC [㎛]Porous SiC [탆] CVD SiC [㎛]CVD SiC [탆] crack 유무whether or not crack 비커스경도[GPa]Vickers hardness [GPa]

100


100
8080 2020 oo 23.123.1
7575 2525 xx 24.524.5 5050 5050 xx 25.325.3 2525 7575 xx 26.726.7 2020 8080 oo 28.528.5

150


150
120120 3030 oo 24.724.7
100100 5050 xx 25.525.5 7575 7575 xx 27.127.1 5050 100100 xx 28.328.3 3030 120120 oo 29.129.1

다양한 두께의 다공성 SiC층과 CVD SiC 층에 대하여 실험을 수행한 결과, 전체 SiC의 두께 중 다공성 SiC 층의 두께가 20~75%인 경우에 압축강도가 양호하고, 크랙 또한 발생하지 않았다.
Experiments were conducted on porous SiC layers and CVD SiC layers of various thicknesses. As a result, when the thickness of the porous SiC layer was 20 to 75% of the total thickness of SiC, the compressive strength was good and cracks did not occur.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made to those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. And such variations are within the protection of the present invention.

Claims (9)

탄소(graphite) 지지체, 상기 탄소 지지체 표면에 형성되어 응력완충 역할을 하는 다공성 SiC 층, 및 상기 다공성 SiC 층 표면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 적층된 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 포함하며,
상기 다공성 SiC 층이 기공도 구배(porosity gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재.
A porous SiC layer formed on the surface of the carbon support and acting as a stress buffer, and a dense CVD SiC layer laminated on the surface of the porous SiC layer by a chemical vapor deposition method,
Wherein the porous SiC layer has a porosity gradient. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
제1항에 있어서,
상기 기공도 구배가 상기 탄소 지지체와 접하는 다공성 SiC 층의 기공도에 비해 상기 CVD SiC 층과 접하는 다공성 SiC 층의 기공도가 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재.
The method according to claim 1,
Wherein the porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer is greater than the porosity of the porous SiC layer in contact with the carbon support.
제1항에 있어서,
상기 다공성 SiC 층의 두께는 상기 탄소 지지체 상에 형성되는 SiC 층의 전체 두께의 25 내지 75%인 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the porous SiC layer is 25 to 75% of the total thickness of the SiC layer formed on the carbon support.
SiC 코팅된 탄소부재를 제조하는 방법으로서,
ⅰ) 탄소 지지체 표면의 불순물을 제거하는 전처리 단계;
ⅱ) 불순물이 제거된 상기 탄소 지지체 표면에 응력완충 역할을 다공성SiC 층을 형성하는 단계; 및
ⅲ) 상기 다공성SiC 층 위에 화학기상증착법을 통해서 치밀한 구조의 CVD SiC 층을 적층하는 단계;를 포함하고,
상기 다공성SiC 층은, 상기 탄소 지지체와 접하는 다공성SiC 층의 기공도(porosity)에 비해 상기 CVD SiC 층과 접하는 다공성SiC 층의 기공도가 큰 값을 갖는 기공도 구배(gradient)를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재의 제조방법.
A method of manufacturing a SiC coated carbon member,
I) a pretreatment step of removing impurities on the surface of the carbon support;
Ii) forming a porous SiC layer as a stress buffer on the surface of the carbon support from which impurities have been removed; And
Iii) depositing a dense CVD SiC layer on the porous SiC layer through a chemical vapor deposition process,
The porous SiC layer is formed to have a porosity gradient with a large porosity of the porous SiC layer in contact with the CVD SiC layer compared to the porosity of the porous SiC layer in contact with the carbon support Wherein the SiC-coated carbon member comprises a stress buffer layer.
삭제delete 제4항에 있어서,
상기 다공성 SiC 층의 두께는, 상기 탄소 지지체 상에 형성되는 SiC 층의 전체 두께의 25 내지 75%가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the thickness of the porous SiC layer is 25 to 75% of the total thickness of the SiC layer formed on the carbon support.
제4항에 있어서,
상기 다공성 SiC 층은,
폴리카보실란(polycarbosilane)을 포함하는 코팅액을 상기 탄소 지지체 표면에 코팅하는 단계, 및 상기 탄소 지지체 표면에 코팅된 폴리카보실란 코팅액을 열처리하는 단계를 복수회 반복함으로써 형성되고,
상기 코팅액 내의 폴리카보실란의 농도가 코팅 회수가 증가할수록 감소됨으로써, 상기 다공성 SiC층이 기공도 구배를 갖게 되는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the porous SiC layer
Coating the surface of the carbon support with a coating liquid containing polycarbosilane and heat treating the coating liquid of the polycarbosilane coating liquid on the surface of the carbon support,
Wherein the concentration of the polycarbosilane in the coating solution is decreased as the number of coatings is increased so that the porous SiC layer has a porosity gradient.
제4항에 있어서,
상기 다공성 SiC 층은,
폴리카보실란과 기공 형성용 유기물을 포함하는 코팅액을 상기 탄소 지지체 표면에 코팅하는 단계, 및 상기 탄소 지지체 표면에 코팅된 폴리카보실란 코팅액을 열처리하는 단계를 복수회 반복함으로써 형성되고,
상기 코팅액 내의 기공 형성용 유기물의 농도가 코팅 회수가 증가할수록 증가됨으로써, 상기 다공성 SiC층이 기공도 구배를 갖게 되는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the porous SiC layer
Coating the surface of the carbon support with a coating liquid containing polycarbosilane and organic material for forming pores, and heat treating the polycarbosilane coating liquid coated on the surface of the carbon support,
Wherein the porous SiC layer has a porosity gradient by increasing the concentration of the organic material for pore formation in the coating solution as the number of coatings is increased.
제4항에 있어서,
상기 다공성 SiC 층은,
상기 탄소 지지체와 규소 소스(source)를 포함하는 반응가스를 고온에서 직접 반응시키는 단계를 복수회 반복하거나,
반응 회수가 증가할수록, 상기 반응가스 내 규소 소스의 농도를 감소시킴으로써,
상기 다공성 SiC층이 기공도 구배를 갖게 되는 것을 특징으로 하는 응력 완충층을 포함하는 SiC 코팅된 탄소부재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the porous SiC layer
The step of directly reacting the reaction gas containing the carbon support and the silicon source at a high temperature may be repeated a plurality of times,
As the number of reactions increases, the concentration of the silicon source in the reaction gas is decreased,
Wherein the porous SiC layer has a porosity gradient. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
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