KR102121489B1 - 유리 성형용 그라파이트 몰드 - Google Patents

유리 성형용 그라파이트 몰드 Download PDF

Info

Publication number
KR102121489B1
KR102121489B1 KR1020180162757A KR20180162757A KR102121489B1 KR 102121489 B1 KR102121489 B1 KR 102121489B1 KR 1020180162757 A KR1020180162757 A KR 1020180162757A KR 20180162757 A KR20180162757 A KR 20180162757A KR 102121489 B1 KR102121489 B1 KR 102121489B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
glass
mold
graphite mold
layer
Prior art date
Application number
KR1020180162757A
Other languages
English (en)
Inventor
이명현
배시영
김영희
이윤주
정성민
김경호
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020180162757A priority Critical patent/KR102121489B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102121489B1 publication Critical patent/KR102121489B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • C03B11/07—Suction moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0635—Carbides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/51—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

본 발명은 유리 성형용 그라파이트 몰드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 표면 조도 및 강도 특성을 나타낼 뿐만 아니라 유리 성형 후 이형시 융착 현상 없이 박리될 수 있는 그라파이트 몰드에 관한 것이다.

Description

유리 성형용 그라파이트 몰드 {Graphite Mold for Glass Forming}
본 발명은 유리 성형용 그라파이트 몰드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 표면 조도 및 강도 특성을 나타낼 뿐만 아니라 유리 성형 후 이형시 융착 현상 없이 박리될 수 있는 그라파이트 몰드에 관한 것이다.
일반적으로 안경렌즈나 카메라용 유리렌즈 등의 유리 제품을 제작하기 위해서 이를 위한 성형용 몰드가 사용되고 있다.
이와 같은 몰드를 구성하는 재료로 내열성이 우수한 그라파이트 몰드가 제안되었으나 반복사용시 그라파이트 몰드가 산화되어 발생되는 오염현상과 소재 자체가 가지는 기공형상이 그대로 유리성형품에 전사되는 새로운 문제점이 발생하게 되었다.
상기와 같은 기공형상의 전사 문제를 해결하기 위하여, 고온에서도 안정한 SiC 재질의 몰드를 사용하고 있다. 이러한 SiC를 보호층으로 가지는 몰드는 그라파이트에 SiC 층을 화학기상증착법(CVD)으로 증착하고, 그 SiC 층을 경면 가공하여 사용하고 있다.
그러나 이러한 방법은 그라파이트의 모재 표면에 별도로 SiC 층을 형성하는 것으로, 모재 접촉면과의 결속력이 약해 성형품 이형시 융착 현상이 발생하여 안정성이 떨어진다는 문제점이 있어, SiC를 이형재로서 사용하기에는 어려움이 있었다.
따라서, 유리 이형시 박리 현상을 방지할 수 있는 우수한 특성의 그라파이트 몰드에 대한 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-0776252호
본 발명의 유리 성형용 그라파이트 몰드에 있어서 상기한 문제점을 해결하고자 예의 연구 검토한 결과,
종래 사용되는 CVD 방법을 이용하여 그라파이트 모재 상에 단층의 SiC 층을 형성하는 것이 아니라, 그라파이트의 기공 내로 실리콘을 침투시켜 기공 내 탄소와 실리콘의 반응을 통해 상기 기공을 채워주어 안정성 있는 베이스층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 베이스층 상에 SiOC/C으로 구성되어 유리와 접촉하는 층을 추가로 형성하여 유리 이형시 융착 현상 없이 박리할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 안정성, 표면 조도 및 강도 특성을 나타낼 뿐만 아니라 유리 성형물 이형시 융착 현상 없이 박리될 수 있는 그라파이트 몰드를 제공하기 위한 것이다.
한편으로, 본 발명은
기공이 SiC로 채워진 그라파이트로 구성되는 베이스층; 및
상기 베이스층 상에 형성되어 유리와 접촉되고, SiOC/C로 구성되는 접촉층;을 포함하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 베이스층은 상기 그라파이트의 기공에 기체 상태의 실리콘을 침투시키고, 상기 실리콘이 탄소와 반응하여 SiC 코팅층을 형성하면서 상기 기공을 채움으로써 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층을 구성하는 SiOC/C에서 탄소(C)의 함량(y)은 실리콘(Si) 함량 대비 1.5 < y < 4.5의 비율로 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층에서 탄소(C)의 함량(y)은 실리콘(Si) 함량 대비 1.8 < y < 4.5의 비율로 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 베이스층은 VDR(Vapor Deposition Reaction)법에 의해서 상기 그라파이트의 기공에서 실리콘과 카본이 발열 활성 반응을 일으켜 SiC가 형성되어 기공이 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층은 증착, 습식 또는 건식 공정을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층이 습식 공정을 이용하여 형성되는 경우 카보실란계 또는 실록산계 고분자 용액을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 카보실란계 고분자는 폴리카보실란, 폴리페닐카보실란, 폴리비닐카보실란 및 폴리메틸실란으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 실록산계 고분자는 폴리페닐실록산 및 폴리다이메틸실록산으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 베이스층의 기공 내부에 코팅되는 SiC는 상기 그라파이트의 상단부에 형성되어 두께가 1.0 내지 100.0 ㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층은 두께 0.1 내지 1.0 ㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유리 성형용 그라파이트 몰드는, 그라파이트의 기공 내로 실리콘을 침투시켜 기공 내에서 SiC를 형성하여 상기 기공을 채워줌으로써 결속력을 향상시켜 베이층의 안정성이 증진될 수 있다. 또한, 상기 베이스층 상에 SiOC/C으로 구성되는 유리 접촉층을 추가로 형성하여 유리 성형물 이형시 융착 현상 없이 박리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 그라파이트 몰드는 우수한 표면 조도 및 강도 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그라파이트 몰드의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그라파이트 몰드의 강도를 나타낸 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접촉층의 TEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그라파이트 몰드의 이형 테스트 결과를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 그라파이트 몰드의 유리 이형 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예에 따른 그라파이트 몰드를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 성형용 그라파이트 몰드(10)는,
기공(120)이 SiC로 채워진 그라파이트 (110)로 구성되는 베이스층(100); 및
상기 베이스층(100) 상에 형성되어 유리와 접촉되고, SiOC/C로 구성되는 접촉층(200);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명에 따른 그라파이트 몰드는, VDR(Vapor Deposition Reaction)법에 의해서 그라파이트 기공에 실리콘(Si)을 채우면서 실리콘과 카본이 발열 활성 반응을 일으켜 기공 내에 SiC 코팅층이 형성된다. 상기 VDR(Vapor Deposition Reaction)법은 먼저, 금속 Si를 기체 상태의 Si로 승화시킨 후, 그라파이트의 표면 상에서 Si 기체와 탄소를 반응시켜 그라파이트 기공 표면에 SiC 층을 형성하는 방법이다. 이를 통해, 그라파이트 상단에 단층의 SiC 층을 형성하기 보다는, 그라파이트 내부에 침투된 SiC 코팅층을 형성하게 되며 일정 두께 이상에서는 Si를 형성하게 된다.
이와 같이 기공이 SiC로 코팅되어 채워진 그라파이트는 결속력이 향상되어, 1회의 VDR법을 통해서 얇은 두께로 형성되어도 물리/화학적 결속력에 의해 코팅층의 박리를 방지할 수 있어 유리 성형용 몰드로 사용되기에 적합하다.
본 발명에 따른 유리 성형용 그라파이트 몰드는 곡면부를 가지는 바 형상으로 제조될 수 있으며, 구체적으로는 반원 모양의 바 형태, 일측 모서리가 곡률을 가지는(라운드진) 바 형태 등으로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다(도 6 및 7 참조). 유리 성형 기술은 몰드를 이용하여 판형 유리에 곡면 형상화를 실현하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 그라파이트 몰드는 유리를 안정적으로 안착시키되 유리가 연화점을 지날 때 몰드의 곡면부대로 성형시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 베이스층의 기공 내부에 코팅되는 SiC는 상기 그라파이트의 상단부에 형성되어 두께가 1.0 내지 100.0 ㎛로 형성되고, 상기 접촉층은 두께 0.1 내지 1.0 ㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 SiC는 상기 그라파이트의 전체 기공에 코팅되어 형성될 수도 있고, 또는 그라파이트의 상단부와 같은 일부분의 기공에 채워져 코팅되어 형성될 수도 있다. 구체적으로는, 그라파이트의 일부분의 기공에 채워져 코팅되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 그라파이트의 상단부 기공 내로 투입되지 못한 실리콘(Si)에 의해서 상기 그라파이트의 표면 상에 SiC 층이 0.1 내지 1.0 ㎛의 얇은 두께로 추가로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 그라파이트의 기공에 코팅되는 SiC는 얇은 층으로 형성될 수도 있고, 상기 기공을 가득 채울만큼 두꺼운 층으로 형성될 수도 있다.
본 발명에서는, 상기 베이스층 상에 SiOC/C로 구성되는 접촉층을 추가로 형성함으로써 유리 이형시 발생하는 융착 현상을 방지하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 SiOC/C 대신에 탄소 함량이 적은 SiOC을 이용하여 접촉층을 형성하여도 융착에 의한 불량률을 낮출 수는 있으나, 탄소의 함량이 높은 SiOC/C가 몰드의 형상에 관계 없이 융착을 방지할 수 있으므로, SiOC/C를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 그라파이트 소재는 고온에서의 안정성이 우수한 장점이 있으며, 고온 세라믹 소재에 비하여 경도가 높지 않아 성형몰드, 반도체용 지그 등으로 사용되고 있다. 그러나 그라파이트의 결정구조가 층상형으로 이루어져 있으며 쉽게 산화되는 특성으로 인하여 분진을 발생하기 쉽고 사용연한이 짧다는 한계가 있다. 특히 유리는 쉽게 깨지고 (brittle) 연화 특성이 있어 성형 과정에서 오염, 융착, 파괴 등의 불량을 일으키기 쉬운 소재이므로 몰드 소재의 선정에 신중할 수 밖에 없다. 그라파이트는 유리성형 온도 (500 ~ 800도) 구간에서 사용하기 좋은 성형몰드 소재이나, 상기 문제점이 유리성형 과정에서도 불량률의 원인이 된다.
이에, 오염, 융착, 파괴 등의 불량 발생문제를 해결하기 위하여 몰드와 유리 접착면의 개선이 절실하다. SiC 층의 형성은 그라파이트 몰드의 산화 안정성과 박리현상을 개선함으로써 SiC 층의 형성 만으로도 불량률을 낮추는데 효과가 있으나, 몰드와 유리 계면간의 융착 문제가 완벽하게 해소되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명에서는 SiC 층을 베이스 층으로 하여 그라파이트 몰드의 산화안정성을 유지하되, 유리와 접촉하는 접촉면에 SiOC/C 접촉층을 형성함으로써 몰드와 유리간의 융착현상을 개선하여 유리성형 불량률을 최소화 할 수 있다. 무엇보다 SiOC/C 층은 베이스 층에 비하여 표면조도가 우수하고, 높은 함량의 탄소는 [도 3]과 같이 흑연화되어 SiOC 비정질상과 혼재하고 있어 유리와의 융착현상과 깨지는 현상을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층은 증착, 습식 또는 건식 공정을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 접촉층이 습식 공정을 이용하여 형성되는 경우 카보실란계 또는 실록산계 고분자 용액을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 카보실란계 고분자는 폴리카보실란, 폴리페닐카보실란, 폴리비닐카보실란 및 폴리메틸실란으로 구성된 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있다. 상기 실록산계 고분자는 폴리페닐실록산, 폴리다이메틸실록산 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 접촉층의 형성은 용액공정, 기상증착 등의 방법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 용액공정의 경우, 실리콘계 고분자 (카보실란계 고분자, 실라잔계 고분자, silicone이라고 지칭하는 실리콘계 고분자 등)를 유기 용매에 용해하여 dip coating, spin coating, 분무코팅 등을 적용할 수 있다. 또한, 기상증착 방법으로는 CVD 방법으로 SiO source와 CO를 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층의 경화 및 열처리 조건에 따라 탄소의 함량이 조절 가능하다.
상기 경화 조건으로는, 상온 ~ 350 ℃에서 수행하는 것이 바람직하고, 열처리는 800 내지 1200 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, 경화온도가 너무 낮아 잘 경화되지 않는 경우, 열처리 과정중에 코팅층이 용융되어 무너질 수도 있다. 따라서, 상기 경화 조건은 150 ~ 350 ℃에서 수행하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 그라파이트 몰드는, 탄소 함량이 많은 SiOC/C를 포함하는 첩착층을 구비함으로써 유리 성형물 이형시 발생되는 융착 현상이 보다 개선될 수 있다. 따라서, 상기 범위에서 경화 및 열처리됨으로써, 접촉층에서 실리콘 함량 대비 탄소 함량을 조절할 수 있으므로 융착 현상이 보다 우수한 그라파이트 몰드를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접촉층을 구성하는 SiOC/C에서 탄소(C)의 함량(y)은 실리콘(Si) 함량 대비 1.5 < y < 4.5의 비율로 나타나는 것이 바람직하고, 1.8 < y < 4.5의 비율로 나타나는 것이 보다 바람직하다.
탄소의 함량이 낮은 y < 1.5 인 경우 Si-O-C network를 형성하여 고온에서도 안정한 유리막을 형성할 수 있으나, 탄소의 흑연화가 현저히 떨어진다. 그러나, y > 1.5인 경우 잉여의 탄소는 효과적으로 흑연화가 진행되어 SiOC network와 함께 SiOC/C multi-phase층을 형성함으로써 성형몰드로서의 사용에 있어 불량률을 현저히 낮출 수 있다. 반면, 탄소의 함량이 y > 4.5인 경우에는 과도한 탄소 phase에 의해 코팅층의 산화 안정성을 확보할 수 없어 코팅층을 형성함으로써 그라파이트 몰드의 사용연한을 연장하고자 하는 본연의 목적을 잃게 된다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1: SiC 코팅층의 형성
그라파이트 지그를 반응로를 관통하여 진공챔버에 연결한 후 그라파이트 모재를 그라파이트 지그에 올려놓았다. 이로 인해, 상기 진공챔버 내부를 흐르는 냉각수의 냉기를 그라파이트 지그가 전달받고, 열전도성이 좋은 그라파이트 지그는 전달받은 냉기를 그라파이트 모재에 전달하여 그라파이트 모재를 냉각시켰다. 이어서 Si 분말을 반응로 내부에 주입한 다음, 반응로 내부를 1400 ~ 1500 ℃로 설정하여 유지하였다. 이때, 분말 상태의 Si가 기체 상태로 변하여 그라파이트 모재로 이동하며, 그라파이트 모재의 기공 내에 기체 상태의 Si를 채워주었다. 이와 같이 그라파이트 모재의 기공 내로 채워진 기체 상태의 Si가 상기 냉각된 그라파이트 모재에 닿을 때 액체 상태의 Si로 변하였고, 그라파이트 모재 기공 내 액체 상태 Si와 그라파이트 모재의 C가 발열 활성 반응을 일으켜 그라파이트 모재 기공에 SiC 코팅층이 형성된 몰드 시편을 제조하였다.
실시예 2: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
카보실란계 고분자인 폴리페닐카보실란(PPCS)을 시클로헥산에 녹여주어 용액을 제조하였다. 이때, 상기 용액의 농도는 20 wt%로 하였다. 그런 다음, 상기 실시예 1에서 제조된 몰드 시편을 1분 동안 담지시킨 후, 20 mm/min의 속도로 끌어올렸다. 액상 코팅된 시편은 150 ℃에서 1시간 경화시킨 후, Ar 분위기 800 ℃에서 1시간 동안 열처리를 실시하여 SiOC/C로 구성되는 접촉층이 형성된 그라파이트 몰드를 제조하였다.
실시예 3: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
상기 액상 코팅된 시편을 200 ℃에서 5시간 동안 경화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 4: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
상기 액상 코팅된 시편을 300 ℃에서 5시간 동안 경화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 5: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
상기 액상 코팅된 시편을 350 ℃에서 5시간 동안 경화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 6: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
상기 액상 코팅된 시편을 상온 (25 ℃)에서 5시간 동안 경화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 7:　SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
카보실란계 고분자로 폴리페닐카보실란 대신 폴리카보실란(PCS)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 8:　SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
카보실란계 고분자로 폴리페닐카보실란 대신 폴리카보실란(PCS)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실시예 9:　SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
카보실란계 고분자로 폴리페닐카보실란 대신 폴리카보실란(PCS)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
비교예 1: SiC 코팅층의 형성
Si와 C를 기상반응시키는 기상반응증착법을 이용하여 SiC 코팅층이 형성된 몰드 시편을 제조하였다.
비교예 2 및 3: SiOC/C로 구성되는 접촉층의 형성
액상 코팅된 시편을 각각 450 ℃ 및 550 ℃에서 5시간 동안 경화시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
비교예 4 및 5: SiOC로 구성되는 접촉층의 형성
액상 코팅된 시편을 각각 450 ℃ 및 550 ℃에서 5시간 동안 경화시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 몰드를 제조하였다.
실험예 1: SiC 코팅층의 표면 조도 및 강도의 측정
도 2를 참조로, 도 2의 (a)는 기공에 SiC 코팅층이 형성된 그라파이트를 나타낸 사진이다. 도 2의 (a)에서 C는 그라파이트의 기공을 나타낸 것이고, B는 상기 모재의 기공에 SiC가 형성된 것을 나타낸 것이며, A는 그라파이트의 표면에 SiC 층이 얇은 층으로 형성된 것을 나타낸 것이다. 또한 도 2의 (b)는 (a)에서의 EDX 맵핑 테크닉을 적용하여 원소분석을 한 raman spectra 결과로, 이를 통해 그라파이트 자체(C)보다 SiC가 기공에 형성되거나(B) 표면 상에 얇은 두께로 형성되었음을 알 수 있다.
또한, 아래 표 1에 상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 몰드 시편의 표면 조도(Ra) 측정 값을 나타내었다.
구분 Ra
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
1 0.14 0.13 0.22 0.15
2 0.23 0.16 0.10 0.19
3 0.24 0.17 0.13 0.16
4 0.22 0.12 0.28 0.20
5 0.23 0.11 0.17 0.19
평균 0.212 0.138 0.18 0.178
평균 0.165
표 1을 참조로, 그라파이트 내에 SiC 코팅층을 단독으로 형성한 경우보다, SiOC/C 층을 추가로 형성함으로써 우수한 표면 조도 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 아래 표 2에 상기 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제조된 몰드 시편의 표면 조도(Ra) 측정 값을 나타내었다.
구분 Ra
실시예 1 실시예 2 비교예 1(1 ㎛) 비교예 1(50 ㎛)
1 0.14 0.13 2.18 4.32
2 0.23 0.16 1.78 4.75
3 0.24 0.17 1.84 5.37
4 0.22 0.12 1.56 6.36
5 0.23 0.11 1.98 4.63
평균 0.212 0.138 1.868 5.074
증감율(%) - -34.90 +881.13 +2393.39
표 2를 참조로, 실시예 2에서 형성된 SiOC/C층으로 인해 실시예 1 대비 표면 조도가 34% 이상 개선되었음을 알 수 있다. 또한, 비교예 1의 CVD법을 이용하여 제조된 SiC층은 성장 두께에 따라 상기 실시예 1 대비 약 800% 이상으로 조도가 급격하게 악화되는 것을 알 수 있었다.
실험예 2: 탄소 함량별 특성 측정
상기 실시예 2 내지 9와 비교예 2 내지 5를 통해 경화 조건에 따른 탄소 함량을 측정하였고, 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.
경화온도
(Curing temp.)		 PPCS PCS
25℃ SiO0.39C4.28 SiO0.17C1.78
150℃ SiO0.45C4.19 SiO0.19C1.81
200℃ SiO0.47C4.1 SiO0.37C1.81
300℃ SiO0.62C3.89 SiO0.61C1.81
350℃ SiO0.83C3.51 SiO0.88C1.65
450℃ SiO0.95C1.47 SiO1.07C1.30
550℃ SiO1.64C0.63 SiO1.64C0.34
표 3을 참조로, PCS를 사용한 경우보다 PPCS를 사용하여 제조된 코팅층에서 탄소의 함량이 더 많고, 경화 공정을 350 ℃ 이하 조건에서 수행한 경우에 탄소의 함량이 더 많은 것을 알 수 있었다.
아울러, PCCS를 사용하여 제조된 코팅층은 도 3과 같이 잉여의 탄소가 흑연화되어 SiOC와 혼재하는 복합 구조를 형성하게 되므로 유리 성형시 유리의 융착을 방지하는 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 표 3을 참조로, 경화온도가 450 또는 550 ℃인 경우(비교예 2 내지 5), 탄소의 함량이 지나치게 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 상온(25 ℃)에서 경화하는 실시예 6의 경우, 산화가 덜 진행되어 탄소 함량이 많을 수는 있으나 코팅층이 불안정하여 열처리 과정에서 코팅층이 무너지는 문제점이 발생하였다. 이를 통해, 경화 온도는 150 내지 350 ℃인 것이 바람직함을 알 수 있었다.
실험예 3: 이형 테스트
상기 실시예 1, 2(PPCS) 및 7(PCS)에서 제조된 몰드 시편의 이형 테스트를 수행하였다. 먼저, 실시예 1, 2 및 7에서 제조된 각각의 그라파이트 몰드 시편 상단에 시편 표면 면적보다 큰 유리 시편을 위치시켰다. 상기 유리 시편 상단에 추를 올리고 800 내지 850 ℃에서 열처리하였다. 일정 시간 후에, 유리 시편의 성형 상태와 유리 시편의 융착 여부 및 접촉 불량 여부를 확인하였다.
도 4를 참조로, 실시예 1 및 7의 시편 모두 붉은색으로 표시된 외곽 부분이 강하게 융착 되어 있었다. 각 부분의 현미경 관찰 결과, 코팅층이 일부 떨어져 있으며 실시예 7의 경우 유리의 몰드 접촉면에 몰드의 코팅층이 박리되어 있었다. 한편, 실시예 1의 결과에서는 유리 시편의 일부가 몰드에 융착되어 떨어지지 않아 유리가 손상되었다.
반면, 도 5를 참조로, 실시예 2의 PPCS를 이용하여 SiOC/C층(접촉층)이 형성된 몰드 시편은 융착 현상 없이 유리가 성형되었다.
따라서, 실시예 7에 의해 형성된 몰드 시편은 모서리 부분에서 유리의 융착 현상이 발생된 반면, 실시예 2에 의해 형성된 몰드 시편은 전 면적에서 유리의 융착 현상이 해소되었음을 확인하였다. 이를 통해 SiOC층 보다 탄소의 함량이 더 많은 SiOC/C층을 사용하는 경우, 융착 현상 없이 유리 등의 성형물을 보다 잘 박리할 수 있음을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 유리 성형용 그라파이트 몰드
100: 베이스층
110: 그라파이트
120: 기공
130: SiC로 채워진 기공
200: 접촉층
300: 유리 접촉면

Claims (11)

  1. 기공이 SiC로 채워진 그라파이트로 구성되는 베이스층; 및
    상기 베이스층 상에 형성되어 유리와 접촉되고, SiOC/C로 구성되는 접촉층;을 포함하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스층은 상기 그라파이트의 기공에 기체 상태의 실리콘을 침투시키고, 상기 실리콘이 탄소와 반응하여 SiC 코팅층을 형성하면서 상기 기공을 채움으로써 코팅되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 SiOC/C로 구성되는 접촉층의 SiOxCy에서 탄소(C)의 함량(y)은 실리콘(Si) 함량 대비 1.5 < y < 4.5의 비율로 나타나고, 산소(O)의 함량(x)은 실리콘(Si) 함량 대비 0.19 < x < 0.88의 비율로 나타나는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 SiOxCy에서 탄소(C)의 함량(y)은 실리콘(Si) 함량 대비 1.8 < y < 4.5의 비율로 나타나는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  5. 제2항에 있어서, 상기 베이스층은 VDR법에 의해서 상기 그라파이트의 기공에서 실리콘과 카본이 발열 활성 반응을 일으켜 SiC가 형성되어 기공이 코팅되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 접촉층은 증착, 습식 또는 건식 공정을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 접촉층이 습식 공정을 이용하여 형성되는 경우 카보실란계 또는 실록산계 고분자 용액을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 카보실란계 고분자는 폴리카보실란, 폴리페닐카보실란, 폴리비닐카보실란 및 폴리메틸실란으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 실록산계 고분자는 폴리페닐실록산 및 폴리다이메틸실록산으로 구성된 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 베이스층의 기공 내부에 코팅되는 SiC는 상기 그라파이트의 상단부에 형성되어 두께가 1.0 내지 100.0 ㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 접촉층은 두께 0.1 내지 1.0 ㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는, 유리 성형용 그라파이트 몰드.
KR1020180162757A 2018-12-17 2018-12-17 유리 성형용 그라파이트 몰드 KR102121489B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180162757A KR102121489B1 (ko) 2018-12-17 2018-12-17 유리 성형용 그라파이트 몰드

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180162757A KR102121489B1 (ko) 2018-12-17 2018-12-17 유리 성형용 그라파이트 몰드

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102121489B1 true KR102121489B1 (ko) 2020-06-10

Family

ID=71087216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180162757A KR102121489B1 (ko) 2018-12-17 2018-12-17 유리 성형용 그라파이트 몰드

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102121489B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100776252B1 (ko) 2006-06-27 2007-11-13 요업기술원 탄소재 상에 내산화성 다층코팅을 형성하는 방법
KR20140067788A (ko) * 2012-11-27 2014-06-05 주식회사 티씨케이 유리 성형용 몰드 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100776252B1 (ko) 2006-06-27 2007-11-13 요업기술원 탄소재 상에 내산화성 다층코팅을 형성하는 방법
KR20140067788A (ko) * 2012-11-27 2014-06-05 주식회사 티씨케이 유리 성형용 몰드 및 그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9764992B2 (en) Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
US11339498B2 (en) Method for growing single crystal silicon carbide ingot having large diameter
EP2116637A2 (en) Crucible for melting silicon and release agent used to the same
TWI706929B (zh) 一種石墨基材上之碳化鉭塗層製備方法及其製備物
TWI576472B (zh) Graphite crucible for single crystal pulling device and method for manufacturing the same
KR102134406B1 (ko) SiC 및 SiOC/C 코팅층이 형성된 그라파이트 몰드
KR102121489B1 (ko) 유리 성형용 그라파이트 몰드
JP2019156653A (ja) シリコン溶融ルツボ、シリコン溶融ルツボの製造方法、及び、反応焼結ＳｉＣの製造方法
KR102058870B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
US20100089499A1 (en) Method of manufacturing metal coated with ceramic
KR101856145B1 (ko) 실리콘을 포함하는 그라파이트 폼 상에 실리콘카바이드의 코팅형성방법
KR102215074B1 (ko) 산화안정성이 향상된 코팅층을 가진 탄소재 및 그 제조 방법
JP2006143587A (ja) ガラス状炭素被覆炭素材及びその製造方法
JPH05310487A (ja) ＳｉＣ被覆黒鉛材料の製造方法
JPH0617236A (ja) 溶融金属用容器
KR102214314B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
JPH0594957A (ja) 半導体用拡散炉部材
JP2021147257A (ja) ＳｉＣ被覆黒鉛部材の接合体の製造方法
JP2021095319A (ja) 非酸化物系気相成長セラミック材料の形成用の型、非酸化物系気相成長セラミック材料、及び、非酸化物系気相成長セラミック材料の形成用の型の製造方法
JPH02199012A (ja) 炭素膜被覆黒鉛材
JP2021147256A (ja) ＳｉＣ被覆黒鉛部材の接合体
KR20130072012A (ko) 소결체, 서셉터 및 이의 제조 방법
JP2021172542A (ja) ＳｉＣ被覆黒鉛部材の接合体及びその製造方法
TW201518248A (zh) 碳材料及使用其碳材料之熱處理用器具
JP2014201515A (ja) 単結晶の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant