KR20010033075A

KR20010033075A - 플라즈마 붕화 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010033075A
Application number: KR1020007006436A
Authority: KR
Inventors: 로드리게즈카베오에밀리오; 라우디엔귄터; 리에쿙-춍; 비에머스벤
Original assignee: 볼프강 후텐로커; 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2001-04-25
Also published as: KR100583262B1; WO1999031291A3; US6783794B1; CN1282383A; EP1044289B1; EP1143031A3; EP1143031A2; JP4588213B2; WO1999031291A2; ATE215132T1; DE59803574D1; JP2002508448A; EP1044289A2; CN1198953C

Abstract

본 발명은 붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기(10)에 공급하여 그 반응기(10) 중에서 글로 방전을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면 상에 붕화물 층을 생성하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 예컨대 금속 표면을 그 대상으로 하는 공지의 플라즈마 붕화 처리 방법은 다공이 없는 붕화물 층을 유도하지 못하여 공업적 대량 생산 용도에 적합하지 않다는 단점을 수반한다. 본 발명에 따른 방법은 반응기(10)의 처리실(11) 중에 발생되는 플라즈마의 생성 파라미터를 플라즈마 중에 높은 비율의 여기 붕소 입자가 얻어지도록 선택해야 한다는 인식을 기초로 하고 있다. 그와 같이 함으로써 다공이 없는 붕화물 층이 유도된다. 본 발명에 따른 방법은 예컨대 기어, 캠축 등과 같이 높은 응력에 노출됨으로 인해 내마모성이 높은 표면을 구비해야 하는 부품을 코팅하는데 적합하다. 붕화물 층의 생성에 영향을 미칠 수 있는 방법 파라미터는 예컨대 전압, 펄스 점유율, 주파수, 온도, 플라즈마 생성 시의 압력 및 반응기(10)에 공급되는 가스 매체의 붕소 분배제와 잔여 성분의 함량일 수 있다.

Description

플라즈마 붕화 처리 방법 및 장치{PLASMA BORONIZING}

열화학적 처리 방법에 속하는 붕화 처리에 의해 바람직하게도 높은 마찰 마모 응력 및 점착 마모 응력에 대한 탁월한 보호를 제공하는 내마모성 표면 층을 금속 부품에 생성하는 것이 가능하게 된다. 종래, 공업적으로 사용되는 붕화 처리 방법은, 예컨대 분말 또는 페이스트 형태의 고체 붕소 분배제에 의해 작업을 하는 것이 예사이다. 그러나, 그러한 방법은 붕화물의 생성을 일정한 용도에 국한시키는 일련의 단점을 수반하는데, 그럼에도 불구하고 그에 필적할만한 내마모성을 제공하는 선택적 처리는 존재하지 않는다. 그러한 단점으로는, 예컨대 부품의 취급에 따른 높은 수작업 비용을 들 수 있다. 즉, 부품을 분말 중에 집어넣거나 붕화 처리 페이스트를 도포한 후에 붕소 분배제 잔류물을 제거해야만 한다. 붕소 분배제 잔류물은 생태적 이유로 적절한 폐기물 처리장에서 처리되어야 한다. 그러한 공지의 방법은 흔히 제어될 수 없거나 불충분하게만 제어될 수 있을 뿐이다. 그러한 방법의 자동화는 불가능하다.

따라서, 붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면 상에 붕화물 층을 생성하는 방법이 개발되었다. 그러한 형식의 방법은 예컨대 DE 196 02 639 A1에 공지되어 있다. 그 특허는, 예컨대 금속 표면의 플라즈마 붕화 처리 시에 결코 적지 않은 비율의 층에 다공이 형성된다는 문제점에 관해 이미 언급하고 있다. 그것은 붕화 처리된 표면의 내마모성에 악영향을 미친다. 아울러, 전술한 특허에 개시되어 있는 바와 같이, 그러한 플라즈마 붕화 처리 방법은 공업적 대량 생산 용도로 개발될 수는 없다.

본 발명은 붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전(glow discharge)을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법 및 그러한 방법에 사용하기 적합한 장치에 관한 것이다.

도 1은 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 본 발명에 따른 장치를 단순화한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 펄스 직류에서의 시간에 따른 전압 변동에 해당하는 그래프.

본 발명의 목적은 다공이 없는 붕화 처리된 표면을 확실히 유도함으로써 공업적 대량 생산 용도에 적합한 서두에 전제된 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 독립 청구항 1, 독립 청구항 2, 독립 청구항 3 또는 독립 청구항 4의 특징을 그 특징으로 하는 서두에 전제된 방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명은 붕소 분배제를 함유한 가스 매체가 공급되고 글로 방전이 일어나는 처리실이 마련된 반응기를 포함하고, 청구항 20의 특징을 수반하는 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 장치에 관한 것이다. 그러한 장치는 전술한 본 발명에 따른 방법의 각종의 실시예를 실시하는 데 적합하고, 그 장치에 관해서는 후술하기로 한다.

우선, 본 발명에 따른 방법의 각종의 선택적 실시예에 관해 설명하기로 한다. 충분한 시험을 통해, 플라즈마 붕화 처리 시에 반응기의 처리실 중에서 발생되는 플라즈마의 생성은 근본적으로 파라미터의 선택 여하에 달려 있음을 확인할 수 있었다. 뜻밖에도, 그러한 파라미터는 플라즈마 중에 높은 비율의 여기 붕소 입자가 얻어지도록 선택되는 것이 바람직함을 확인하였다. 플라즈마가 높은 비율의 여기 붕소를 함유할 경우, 다공이 없는 층이 유도된다. 그것은 본 발명에 따른 방법의 개발 작업 도중에, 예컨대 광학 방출 스펙트럼 분석 또는 플라즈마 분석에 의해 입증될 수 있었다. 그 반면에, 플라즈마 중에 높은 함량의 여기 BCl 입자가 함유될 경우에는 전술된 이유 때문에 회피되어야 하는 다공이 많은 층이 유도된다. 본 발명자는 시험 도중에 플라즈마의 생성과 관련된 것뿐만 아니라 반응기에 공급되는 가스 매체 중에 함유된 개개의 성분과도 관련된 각종의 파라미터가 여기 붕소 입자의 얻고자 하는 함량에 영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있었다. 다공이 없는 원하는 층을 실현하기 위해서는, 플라즈마 중에 일정한 한계치의 여기 붕소가 얻어지도록 하는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 플라즈마 붕화 처리 방법의 일실시예의 범위에서는 펄스 직류 전압으로 글로 방전을 일으키는 것이 바람직하다. 그와 같이 할 경우, 뜻밖에도 후속 펄스 휴지기의 시간 길이에 대한 전압 펄스의 시간 길이의 비율로 정의되는 펄스 점유율(pulse-duty factor)이 원하는 높은 함량의 여기 붕소 입자를 생성할 수 있고, 그에 따라 원하는 방향으로 플라즈마 생성 방법을 제어할 수 있도록 함을 알아냈다. 본 발명에 따른 방법의 일실시예에 의하면, 그러한 펄스 점유율은 1.1보다 더 커야 하고, 바람직하게는 1.25:1 내지 5:1의 범위, 더욱 바람직하게는 1.5:1 내지 3.5:1의 범위에 있어야 한다. 또한, 주기 지속 시간, 즉 전압 펄스 및 펄스 휴지기의 지속 시간은 약 230 ㎲ 미만, 특히 ≥50 ㎲인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 방법의 일실시예에서는 주기 지속 시간이 약 230 ㎲ 미만이자 50 ㎲를 초과하는 것, 예컨대 약 210 ㎲인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 방법의 일실시예에 의하면, 글로 방전을 일으키는 펄스 직류를 위해 인가되는 전압은 약 500 볼트 내지 약 1000 볼트, 바람직하게는 약 600 볼트 내지 약 900 볼트, 더욱 바람직하게는 약 650 볼트 내지 약 800 볼트인 것이 좋다. 또한, 고전압으로 작업을 할 때에는 보다 더 긴 펄스 휴지기를 사용하는 것이 바람직함을 알아냈다. 그러나, 저전압을 인가하는 경우라 할지라도 전술된 전압 범위 내에서는 바람직하게도 양호한 결과가 실현될 수 있는데, 그 경우에는 반응기에 공급되는 가스 매체 중의 개개의 성분의 조성도 역시 결과에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 범위에서는 반응기에 공급되는 가스 매체의 제1 성분으로서, 예컨대 삼염화붕소 또는 삼플루오르화붕소와 같은 붕소 삼할로겐화물 형태의 붕소 분배제를 사용하는 것이 바람직하다. 가스 매체의 제2 성분으로서는 가스 상태의 수소를 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서는 예컨대 아르곤과 같은 불활성 가스를 가스 매체의 제3 성분으로서 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 방법의 범위 내에서는 저전압을 사용할 경우라 할지라도 아르곤을 제3 성분으로서 사용하면 양호한 붕화물 층을 생성할 수 있음을 알아냈다.

공급되는 가스 매체 중에서의 붕소 분배제로서의 붕소 삼할로겐화물의 함량은 전반적으로 본 발명에 따른 방법의 결과에 영향을 미친다. 붕소 삼할로겐화물의 함량은 지나치게 낮지 않아야 하고, 통상 1 체적% 미만으로 되지 않아야 하는데, 그 이유는 그와 같이 될 경우에는 일반적으로 적합한 붕화물 층이 얻어지지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 방법의 일실시예의 범위에서는 붕소 삼할로겐화물의 함량이 약 2 체적% 내지 50 체적%의 범위에 있는 것이 바람직한데, 다만 함량이 높은 경우에는 상대적으로 많은 붕소 삼할로겐화물의 누출을 감수해야 함을 고려해야 한다. 그와 같이 누출된 붕소 삼할로겐화물은 반응기의 배기 가스 중에서 다시 발견되고, 그에 따라 배기 가스를 폐기 처리하거나 정화하는데 많은 비용을 소모시키기도 한다. 본 발명에 따른 방법의 범위에서는 바람직하게는 약 2 체적% 내지 10 체적%의 범위의 붕소 삼할로겐화물의 함량, 예컨대 약 7.5 체적%의 붕소 삼할로겐화물로 작업을 할 경우에 매우 양호한 결과가 얻어진다. 본 발명에 따른 방법의 범위에서 불활성 가스를 가스 매체의 제3 성분으로서 사용할 경우, 예컨대 아르곤과 같은 불활성 가스의 함량은 약 0 체적% 내지 약 20 체적%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 제2 성분으로서는 가스 상태의 수소를 붕소 삼할로겐화물 및 불활성 가스의 양자에 대한 전술된 바람직한 범위로부터 주어지는 가스 매체의 잔여 함량에 해당하는 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법에서는 예컨대 약 0.5 내지 약 15 hPa, 바람직하게는 약 1 내지 10 hPa의 범위와 같은 저압 범위에서 작업을 하는 것이 바람직하다.

얻고자 하는 효과를 실현하기 위해 원하는 파라미터를 조절하는 것은 예컨대 플라즈마 중의 여기 붕소 입자의 비율을 분석에 의해 결정한 후에 전압, 펄스 점유율, 주파수, 온도, 압력 등과 같은 글로 방전의 발생을 위한 하나 이상의 방법 파라미터를 상응하게 변경하는 형식으로 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일실시예에 의하면, 붕화물 층의 생성은 다수의 단계로 실시될 수 있는데, 그 경우에 예컨대 제1 단계에서는 낮은 처리 온도에서 작업을 하여 역시 다공 형성의 요인이 되는 플라즈마 중에서의 할로겐화물 생성을 회피하도록 한다. 그러면, 그러한 제1 방법 단계에서는 부식 훼손에 대한 저항성이 있는 얇지만 폐쇄된 붕화물 층이 먼저 생성된다. 이어서, 제2 처리 단계에서는 처리 온도를 상승시켜 붕소 입자의 확산 및 그에 따른 증가된 층 두께의 층 생성을 촉진하도록 한다. 그러한 2단계 또는 그 이상의 단계의 방법에서 예컨대 본 경우에서의 처리 온도와 같은 하나의 파라미터를 변경한다 할지라도, 플라즈마 중에 높은 함량의 여기 붕소 입자가 얻어져서 붕화물의 생성을 촉진하고 부식 훼손을 회피하도록 잔여 방법 파라미터의 선택도 함께 실시할 것을 고려할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 범위에서는 플라즈마를 통해 조절될 수 있는 전류가 전반적으로 상당한 영향을 미치는 것으로 판명되었다. 처리 분위기 중에 존재하는 염소 종에 기인하는 층의 특성에 미치는 영향 및 다공 형성의 억제와, 붕화물 생성의 촉진은 상호 경합하는 2개의 반응으로서 전류 및 기타의 플라즈마 파라미터에 의해 결정된다. 펄스 점유율 및 가스 조성에 의존하여 규정된 대로 조절될 수 있는 전압에 의해 높은 입자 밀도의 붕소를 부여하는 종을 그 특징으로 하는 플라즈마 상태가 실현될 수 있고, 그에 따라 붕화물의 생성이 양호하게 진행된다. 플라즈마 상태의 분석은 예컨대 광학 방출 스펙트럼 분석에 의해 이루어질 수 있다. 그러한 분석에서는 특히 여기 붕소에 관한 신호, 여기 BCl 신호 및 Cl⁺신호가 층의 특성을 최적화하는 데 관련되는 것으로 판명되었다. 분석 방법이 높은 B 신호를 나타내도록 붕화 처리 방법을 유도하는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 그것은 예컨대 약 650 볼트 내지 800 볼트의 중간 범위에 있는 전압에 의해 가능하게 되는데, 그 때에 가스 매체 중의 붕소 삼할로겐화물의 함량 및 펄스 직류의 펄스 점유율도 어느 정도의 역할을 한다. 본 발명에 따른 방법은 공업적 용도에 적합하고, 대량 생산용으로 개발될 수 있다. 고체 붕소 분배제로 작업을 하는 서두에 언급된 형식의 다른 공지의 붕화 처리 방법에 비해, 가스 상태의 붕소 분배제에 의한 플라즈마 붕화 처리는 엄청난 개선의 가능성을 나타낸다. 처리하려는 부품의 취급은 최소로 감소된다. 본 발명에 따른 방법은 자동화에 적합하다. 본 발명에 따른 방법의 범위에서는 처리 시간의 변경에 의해 가스 조성의 변경이 가능하고, 그에 따라 그러한 변경에 의해 층의 생성에 영향을 미칠 수 있는데, 특히 FeB의 형성을 회피하도록 유의할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 폐기 처리되어야 하는 붕화제 잔류물을 최소화시킬 수 있음으로써 환경을 고려하고 있다.

본 발명에 따른 방법의 공업적 사용 분야는 예컨대 매우 높은 마찰 마모 응력 또는 점착 마모 응력을 받는 금속 부품의 표면 내마모성을 증대시키기 위해 그 부품을 붕화 처리하는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 예컨대 자동차 공업의 부품, 예를 들면 기어, 유체 태핏, 캠축, 십자 축을 구비한 오일 펌프 구동기, 나사 기어에 사용하기 적합하고, 아울러 높은 응력에 노출되는 압출 스크루 및 기타의 구성 부품에 사용하기 적합하다.

또한, 본 발명은 붕소 분배제를 함유한 가스 매체가 공급될 수 있고 글로 방전이 일어나는 반응기를 포함하는 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 장치에 관한 것이다. 그러한 본 발명에 따른 장치는 펄스 폭 및/또는 펄스 휴지기의 변경이 가능한 펄스 직류 전압을 제공하는 플라즈마 발생기를 구비하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치는 가스 매체 중의 하나 이상의 가스의 조성 및/또는 유량을 측정 및/또는 조절하기 위한 하나 이상의 질량 유량계를 구비하는 것이 바람직하다. 그에 따라, 반응기에 공급되는 가스 매체가 어떠한 순간 가스 조성을 나타내는 지를 측정할 수 있고, 그에 입각하여 가스 매체의 조성 및/또는 가스 매체 중에 함유된 하나 이상의 가스의 각각의 유량을 변경할 수 있다. 그에 의해, 처리 방법에 영향을 미치는 것이 가능하게 된다. 예컨대, 처리 방법 중에 가스 조성의 변경에 의해 층의 생성에 영향을 미칠 수 있고, 그것은 경우에 따라서는 조사된 플라즈마 중의 입자 조성의 분석 결과에 의존하여 다시 이루어질 수 있다. 작업은 예컨대 붕소 삼할로겐화물, 수소 및 불활성 가스와 같은 2개 또는 3개의 성분을 함유한 가스 매체에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 질량 유량계는 그러한 3개의 성분 각각의 유량의 측정 및/또는 조절을 위해 각각 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 장치에는 가스 유형에 의존하지 않는 압력계가 사용되어 처리 압력을 측정하는 것이 바람직하다. 가스 유형에 의존하지 않는 그러한 압력계는 컴퓨터 제어 방식에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

가스는 예컨대 가스 샤워를 경유하여 반응기의 처리실 중에 분배될 수 있다.

또한, 붕소 분배제가 열분해성인 경우에는 냉각된 가스 유입구를 사용하는 것이 바람직한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 그와 같이 함으로써 도입된 붕소 분배제의 양호한 활용이 실현될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 다른 구성에서는 환경 기술상의 이유 때문에 배기 가스 처리용 가스 정화 장치를 사용하여 배기 가스 중의 붕소 비율을 최소화시킴으로써 처리 방법에 따른 환경 오염을 최소화시킬 수 있도록 한다. 그를 위해, 예컨대 처리실에 연결된 진공 펌프에 후속하여 가스 정화 장치가 접속되는 그러한 장치를 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 반응기가 보조 가열 장치를 구비하여 원하는 처리 온도를 달성하도록 할 수 있다.

본 발명의 주제는 장치에 관한 청구항 16 내지 청구항 25의 특징을 수반하는 장치에 의해 실시되는 서두에 전제된 형식의 방법이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면의 참조 하에 실시예에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도 1을 참조하기로 한다. 도 1은 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법에 사용될 수 있는 것과 같은 장치의 시스템 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 그러한 장치는 플라즈마를 발생시키는 반응실(11)이 마련된 반응기(10)를 포함한다. 반응기(10)의 처리실(11)에는 가스 유입구(12) 및 공급 라인(13)을 경유하여 처리실(11) 중에 도달되는 붕소 분배제가 공급된다. 공급 라인(13)에는 총 3개의 급송 라인이 접속되는데, 그 3개의 급송 라인을 경유하여 처리 가스의 각각의 성분이 공급된다. 그러한 성분은 한편으로 예컨대 삼염화붕소 또는 삼플루오르화붕소와 같은 붕소 삼할로겐화물로서, 공급 라인(13)에 연통된 분기 라인(14)을 경유하여 공급된다. 제2 성분은 수소 가스로서, 역시 공급 라인(13)에 연통된 분기 라인(15)을 경유하여 공급된다. 제3 성분은 예컨대 아르곤과 같은 불활성 가스로서, 역시 공급 라인(13)에 연통된 분기 라인(16)을 경유하여 공급된다. 3개의 모든 성분에 대해 각각 질량 유량계(17, 18, 19)가 마련되고, 그 질량 유량계(17, 18, 19)에 의해 처리 가스의 각각의 성분의 유량이 조절 및 측정될 수 있다.

또한, 반응기(10)는 처리실(11) 중에 배치되어 2개의 지지 절연체 및 전류 전도 지지체(도시를 생략)에 접하는 장전 판(20)을 포함한다. 글로 방전을 일으키기 위한 전압은 개략적으로 도시된 전압 공급 장치(21)에 의해 공급된다. 플라즈마 발생기는 상세히 후술되는 바와 같이 펄스 폭 또는 펄스 휴지기의 변경이 가능한 펄스 직류 전압을 제공한다.

처리 가스의 조성 및 유량은 질량 유량계(17, 18, 19)에 의해 조절된다. 처리 압력은 가스 유형에 의존하지 않는 압력계에 의해 측정되고, 컴퓨터 제어 방식에 의해 제어된다. 압력 측정 및 압력 제어는 도면 부호 "22"로 개략적으로 지시된 장치에 의해 이루어지고, 그 장치(22)는 라인(23)을 경유하여 처리실(11)에 연결된다. 그러한 라인(23)에 연결된 압력 제어 장치(22)에 후속하여 진공 펌프(24)가 접속된다. 또한, 배기 가스 라인에는 충분한 배기 가스 처리를 감안한 배기 가스 정화 장치(25)가 진공 펌프(24)에 후속 접속된 채로 배치된다.

플라즈마 발생기의 온도 제어는 온도 제어 장치(26) 및 라인(27)을 경유하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 반응기(10)에 내장되어 처리실(11) 중의 원하는 처리 온도를 실현하는 보조 가열 장치(28)를 사용한다.

본 발명에 따른 붕화물 층 생성 방법은 예컨대 1 내지 10 hPa의 범위와 같은 저압에서 작업을 하고, 가스 분위기의 전기 활성화에 의한 지원을 받는 것이 바람직하다. 처리하려는(붕화 처리하려는) 부품을 처리실의 용기 벽에 대해 음극이 되도록 접속한다. 예컨대 삼염화붕소 또는 삼플루오르화붕소와 같은 붕소 삼할로겐화물, 수소 및 불활성 가스로 이루어지는 것이 바람직한 가스 매체를 처리실(11)에 공급하고, 그 가스 매체에 대해 열에 의한 활성화와 함께 글로 방전에 의한 전기 활성화를 실행한다. 처리 온도는 붕화 처리하려는 각각의 부품의 재료에 의존하여 달라지고, 예컨대 700℃를 넘거나 바람직하게는 800℃ 이상이다.

펄스 직류 전압을 인가하여 처리 단계 이전에 불활성 가스 이온 포격에 의한 표면 활성화가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 처리 중에는 활성화된 여기 붕소 입자가 생성되고, 그 여기 붕소 입자는 부품의 표면에 도달되어 그 표면에서 우선 확산에 의해 붕화물 층을 생성한다. 공급된 H₂가스로부터 발생되어 플라즈마 중에 생성되는 원자 수소는 붕소 삼할로겐화물로부터 생성되어 분위기 중에 존재하는 할로겐의 환원을 촉진한다.

도 2에 따른 그래프는 예컨대 본 발명에 따른 방법에 매우 바람직한 것과 같은 펄스 직류에 대한 시간에 따른 전압 추이의 가능한 예를 나타낸 것이다. 전압은 예컨대 650 볼트에 해당하는 중간 범위에 있는데, 그 경우에 전압 펄스는 예컨대 160 ㎲ 동안 유지되고 펄스 휴지기는 50 ㎲이다. 즉, 펄스 휴지기는 직류 전압 펄스보다 약 3배만큼 더 짧다. 주기 지속 시간은 본 실시예에서는 210 ㎲이므로, 주파수는 4,762 ㎑이다. 펄스 점유율은 하나의 펄스 중에서의 펄스 휴지기에 대한 펄스 지속 시간의 비율로서 정의된다. 상대적으로 높은 전압을 사용할 경우에는 보다 더 긴 펄스 휴지기가 요구되는 것으로 확인되었다. 그러나, 처리 가스 중에 아르곤을 사용하면, 전압이 예컨대 500 볼트를 넘어서는 범위 정도로 상대적으로 낮을지라도 양호한 결과가 얻어진다.

Claims

붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기의 처리실에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법에 있어서,

글로 방전 중에 생성되는 하나 이상의 여기 붕소 분배제 생성물의 양을 산정하고, 산정된 여기 분배제 생성물의 최소량 및/또는 최대량 및/또는 산정된 여기 분배제 생성물 중의 하나 이상과 관련된 최소량 및/또는 최소량이 유지되도록 반응기(10)의 처리실(11) 중에서 발생되는 플라즈마의 생성 파라미터를 선택하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법에 있어서,

펄스 점유율이 1.1보다 더 큰 펄스 직류 전압을 사용하여 글로 방전을 일으키는 것을 특징으로 붕화물 층 생성 방법.
붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법에 있어서,

주기 지속 시간이 230 ㎲ 미만이고, 특히 ≥50 ㎲인 직류 전압을 사용하여 글로 방전을 일으키는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기의 처리실에 공급하여 그 반응기 중에서 글로 방전을 일으키는 형식으로 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 방법에 있어서,

우선 제1 단계에서 낮은 처리 온도로 작업을 하여 먼저 얇고 특히 폐쇄된 붕화물 층을 생성하고, 이어서 제2 단계에서 상승된 처리 온도로 작업을 하는 것을 특징으로 붕화물 층 생성 방법.
제1항에 있어서, 제2항, 제3항 및/또는 제4항의 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제2항에 있어서, 제3항 및/또는 제4항의 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제3항에 있어서, 우선 제1 단계에서 낮은 처리 온도로 작업을 하여 먼저 얇고, 특히 폐쇄된 붕화물 층을 생성하고, 이어서 제2 단계에서 상승된 처리 온도로 작업을 하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제2항 또는 제5항에 있어서, 여기 붕소 분배제의 양을 적어도 상대적으로 산정하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제2항, 제5항 또는 제8항에 있어서, 여기 붕소 분배제의 양을 스펙트럼 분석에 의해 산정하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제2항, 제5항, 제8항 또는 제9항에 있어서, 적어도 여기 붕소를 여기 붕소 분배제 생성물로서 산정하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제10항에 있어서, 산정된 여기 붕소제 양을 또 다른 하나 이상의 붕소 분배제 생성물의 산정된 양과 연관지어 최소량 및/또는 최대량을 산출하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 약 1 체적%를 넘는 함량의 붕소 삼할로겐화물을 붕소 분배제로서 함유하고, 그와 함께 수소 및 경우에 따른 불활성 가스를 함유하는 가스 매체를 공급하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 점유율이 약 1.1:1 내지 5:1의 범위, 바람직하게는 1.5:1 내지 3.5:1의 범위에 있는 펄스 직류 전압을 사용하여 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 주기 지속 시간이 약 210 ㎲이고, 특히 ≥50 ㎲인 펄스 직류 전압을 사용하여 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 약 500 볼트 내지 약 1000 볼트의 범위, 바람직하게는 약 600 볼트 내지 약 900 볼트의 범위, 더욱 바람직하게는 약 650 볼트 내지 약 800 볼트의 범위에 있는 펄스 직류 전압을 사용하여 글로 방전을 일으키는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.5 내지 약 15 hPa의 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 hPa의 범위의 저압에서 작업을 하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 함량이 약 2 체적% 내지 약 50 체적%, 바람직하게는 약 2 체적% 내지 약 10 체적%인 붕소 삼할로겐화물을 함유한 가스 매체를 공급하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 약 20 체적%까지의 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤, 2 체적% 내지 50 체적%, 바람직하게는 2 체적% 내지 10 체적%의 붕소 삼할로겐화물 및 잔부의 수소를 함유한 가스 매체를 공급하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, BCl₃또는 BF₃를 붕소 분배제 매체로서 사용하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.
글로 방전이 일어나는 처리실이 마련된 반응기 및 붕소 분배제를 함유한 가스 매체를 반응기에 공급하는 공급 장치를 포함하는 형식의 플라즈마 붕화 처리에 의해 표면상에 붕화물 층을 생성하는 장치에 있어서,

펄스 폭 및/또는 펄스 휴지기의 변경이 가능한 펄스 직류 전압을 제공하는 플라즈마 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항에 있어서, 하나 이상의 질량 유량계(17, 18, 19)가 마련되어 가스 매체 중의 하나 이상의 가스의 성분 및/또는 유량을 측정 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 또는 제21항에 있어서, 2개 이상, 바람직하게는 3개의 질량 유량계(17, 18 19)가 마련되어 붕소 분배제 및/또는 수소 및/또는 불활성 가스의 유량을 측정 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 유형에 의존하지 않는 압력계(22)가 마련되어 처리 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 유형에 의존하지 않고서 처리 압력을 측정하는 압력계(22)는 컴퓨터 제어 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 가스는 가스 샤워를 경유하여 처리실 중에 분배되는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 도입되는 붕소 분배제용의 냉각된 가스 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제26항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배기 가스 처리용 가스 정화 장치(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 정화 장치(25)는 가스 처리실에 연결된 진공 펌프(24)에 후속하여 접속되는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기(11)에 보조 가열 장치(28)가 마련되어 원하는 처리 온도를 실현하는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제20항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 붕화물 층 생성 방법.