KR20020046328A - Method and apparatus of improving strength of ceramic ware products - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유리 또는 금속 및 비금속 재질로 이루어진 제품의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 전술한 다양한 소재의 제품을 제조하는데 있어서 이러한 제품이 가지는 강도를 크게 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a product made of glass or metal and non-metal materials, and more particularly, to an apparatus and a method for increasing the strength of such a product in the production of products of the various materials described above.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라서 어떤 하나의 물리량을 가진 물질을 다른 물리량을 가진 물질로 변환하는 신소재 개발 분야가 급성장하고 있으며, 이러한 신소재 분야의 급성장은 서로 다른 특성을 가지고 있는 각각의 상이한 물질의 장점을 취하여 보다 개선된 소자로 형성하는 증착분야의 발전을 가져 왔고 이러한 증착 방법은 현재 산업의 여러 분야에서 활용되고 있다.In recent years, as science advances, the field of new material development that converts a substance having one physical quantity into a substance having a different physical quantity is rapidly growing, and the rapid growth of this new material field has advantages of each different substance having different characteristics. It has led to the development of the deposition field to take the form of a more improved device and this deposition method is currently being used in various fields of the industry.
이러한 증착 방법 중 박막증착이란 어떤 물리량을 가지는 소자에 다른 물리량을 가진 물질을 박막의 형태로 표면에 코팅하여 증착함으로써 보다 개선된 소자를 구현하는 방법인데, 이러한 박막증착방법은 박막성분을 구성하는 물질 또는 박막을 구성하는 환경이나 그 밖의 다른 기준에 의하여 다양하게 분류된다.Among these deposition methods, thin film deposition is a method of implementing an improved device by coating and depositing a material having a different physical quantity on the surface of a device having a certain physical quantity in the form of a thin film, and the thin film deposition method is a material constituting a thin film component. Or variously classified according to the environment or other criteria constituting the thin film.
이러한 다양한 박막증착방법 중에서, 그 특성이 우수하여 널리 이용되는 플라즈마 진공 증착 방법을 소개한다.Among these various thin film deposition methods, the plasma vacuum deposition method which is excellent in its characteristics and widely used is introduced.
상기 플라즈마 진공 증착 방법이란, 기본적으로 진공 증착법을 사용하는데 이러한 진공 증착법은 진공 중에서 금속, 금속화합물 또는 합금을 가열 증발시켜서 증발금속 또는 증발금속화합물을 목적물질의 표면에 응축하게 하여 박막을 형성시키는 방법으로서 특히 이러한 박막을 구성하는 응축과정으로 스퍼터링을 이용하는 박막 증착방법을 플라즈마 진공증착법이라 한다.The plasma vacuum deposition method is basically a vacuum deposition method, which vacuum evaporation of a metal, a metal compound or an alloy in a vacuum to vaporize the evaporated metal or evaporated metal compound on the surface of the target material to form a thin film In particular, a thin film deposition method using sputtering as a condensation process constituting such a thin film is called plasma vacuum deposition.
이러한 플라즈마 진공 증착 방법은 일반적으로 챔버라 불리는 반응 용기에서 이루어지는데, 이러한 챔버내에는 불활성 가스와, 증발원과, 박막이 증착될 대상 물질과, 박막성분이 되는 물질을 가지고 있는 타깃 물질이 구성되어 있게 된다.This plasma vacuum deposition method is generally performed in a reaction vessel called a chamber, in which a target material having an inert gas, an evaporation source, a target material on which a thin film is to be deposited, and a thin film component is formed. do.
이러한 구성을 가지는 챔버의 증발원에 전압을 인가하여 추출된 전자를 불활성 가스와 충돌시키면, 충돌한 기체 분자의 일부는 이온화가 되지만, 대부분은 이온화가 되지 못하고 여기(excitation)된 후 안정한 상태로 되돌아가면서 글로우(glow)방전을 일으키게 되는데, 이러한 글로우 방전에 의하여 기체들은 플라스마(plasma)로 변화하게 된다.When the electrons extracted by applying a voltage to the evaporation source of the chamber having such a configuration collide with the inert gas, some of the collided gas molecules are ionized, but most of them cannot be ionized and are returned to a stable state after excitation. Glow (Glow) discharge is caused, the gas by the glow discharge is transformed into plasma (plasma).
이때, 이러한 플라스마 속의 이온(Ar+)은 음전기에 의하여 가속되어 높은 운동에너지를 가지게 되고, 이러한 높은 운동에너지를 갖는 원자가 음극물질인 타깃물질에 충돌하면, 그 원자는 고체내부에 침입하여 고체내부에서는 원자와 원자의 연속적인 연쇄 충돌을 발생시키게 되고 이러한 충돌에 의해 타깃 물질 원자가 공간으로 튕겨 나가면서 비산 하게 되어 대상물질에 박막으로 증착되는데 이와 같이 이온과 금속을 충돌시켜 금속 원자가 튀어나오는 현상을 스퍼터링이라 한다.At this time, the ions (Ar +) in the plasma are accelerated by the negative electrode and have a high kinetic energy. When the atoms having such high kinetic energy collide with the target material, which is a negative electrode material, the atoms invade the solid and the atom inside the solid. A continuous chain collision of and atoms occurs, and the target material atoms bounce off into space and scatter as a result of being deposited as a thin film on the target material.The phenomenon of sputtering of metal atoms by colliding ions and metals is called sputtering. .
특히 전술한 글로우 방전을 유지하기 위하여 전장을 형성하기도 하는데, 이와 같이 전장을 형성하여 스터터 링을 개선하는 방법을 마그네트론 스퍼터링이라 하며 이러한 마그네트론 스퍼터링은 전력효율이 높고 피 박막 물질에 가해지는 충격이 적은 등의 장점을 가지고 있다.In particular, the electric field may be formed to maintain the above-described glow discharge, and a method of improving the stuttering by forming the electric field is called magnetron sputtering. The magnetron sputtering has high power efficiency and low impact on the thin film material. It has such advantages.
이러한 스퍼터링 현상을 이용하여 박막을 증착하는 플라즈마 진공 증착 방법은 장치 전체의 구성이 비교적 간단하고, 다양한 종류의 물질에 쉽게 적용될 수 있으며, 박막 형성시의 막의 스텝 커버리지 등의 물성특성이 뛰어난 장점과 더불어 피 박막 물질인 대상물질로 금속과 비금속 모두에 적용될수 있어 오늘날 다 방면의 산업분야에서 이용되고 잇는 박막 형성 방법으로, 특히 이러한 플라즈마 진공 증착 방법은 그 타깃 물질로 일반적으로 금속 물질이 사용되므로 강도가 낮은 대상 물질에 금속의 타깃 물질성분을 박막으로 증착하여 대상 물질의 강도를 높일 수 있기 때문에 예를 들어 도자기나 유리등의 유기 물질을 대상물질로 하여 금속의 박막을 코팅하는 분야에 사용되기도 한다.The plasma vacuum deposition method for depositing a thin film using the sputtering phenomenon is relatively simple in the overall configuration of the apparatus, can be easily applied to various kinds of materials, and has excellent properties such as step coverage of the film during thin film formation. It is a thin film material that can be applied to both metals and non-metals and is used in various industrial fields today. In particular, the plasma vacuum deposition method has a high strength because a metal material is generally used as a target material. Since the target material component of the metal in a low target material can be deposited in a thin film to increase the strength of the target material, it is also used in the field of coating a thin film of metal with an organic material such as porcelain or glass as a target material.
그러나 이러한 일반적인 플라즈마 진공 증착법을 사용하여 박막을 형성하여도 그 박막의 크기가 작기 때문에 유리 또는 금속 및 비금속재질의 제품이 가지는 강도는 크게 증가되지 못하게 되고, 반면에 강도를 증가시키기 위하여 박막의 두께를 두껍게 증착할 경우에 제품이 가지는 고유의 장점을 해치게 되는 문제점을 가지고 있다.However, even when the thin film is formed using the conventional plasma vacuum deposition method, since the size of the thin film is small, the strength of the glass, metal, and nonmetallic products cannot be greatly increased, while the thickness of the thin film is increased to increase the strength. In case of thick deposition, there is a problem in that it injures the inherent advantages of the product.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 박막의 두께를 증가하지 않고도 보다 큰 강도를 가질 수 있는 유리 또는 금속 및 비금속 재질의 제품을 구현할 수 있는 강도개선장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a strength improving apparatus and method for realizing a product of glass or metal and non-metal materials that can have a greater strength without increasing the thickness of the thin film. .
도 1은 본 발명에 따른 강도개선 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록 구성도.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a strength improving apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 강도개선장치의 일부분인 챔버의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of the chamber that is part of the strength improvement apparatus according to the present invention,
도 3은 도 2의 챔버의 횡단면도,3 is a cross-sectional view of the chamber of FIG. 2, FIG.
도 4는 도 2의 I-I선을 따라 절단하여 랙크 구동 메카니즘을 도시한 단면도4 is a cross-sectional view showing the rack driving mechanism cut along the line I-I of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 챔버20 : 감압장치10 chamber 20 pressure reducing device
34, 35, 36 : 가스밸브37 : 나노입자 밸브34, 35, 36: gas valve 37: nanoparticle valve
51 : 티타늄 봉52 : 마그네트론51 titanium rod 52 magnetron
53 : 냉각판54 : 티타늄 판53: cold plate 54: titanium plate
55 : 그리드 봉60 : 랙크55: grid rod 60: rack
61 : 주축62 : 감속 장치61: spindle 62: reduction gear
63 : 상부플레이트64 : 랙크축63: upper plate 64: rack shaft
65 : 주기어66 : 유동기어65: main gear 66: fluid gear
67 : 지지판68 : 세로지지바67: support plate 68: vertical support bar
M : 모터M: motor
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 내부에 제품이 안착되는 챔버와; 상기 챔버 내부를 일정한 압력 이하의 진공상태로 감압하는 감압장치와; 상기 챔버 내부에 하나 이상의 가스를 선택적으로 공급하는 가스 밸브를 각각 가지는 다수개의 가스저장장치와; 상기 챔버 내부에 선택적으로 나노 입자 물질을 공급하는 나노 입자 밸브를 가지고, 내부에 수 십 나노 크기의 나노 입자를 저장하고 있는 나노 입자 저장장치와; 상기 챔버 내부를 감압시키기 위하여 감압장치를 제어하고, 상기 가스밸브를 통해 불활성 가스를 공급한 후 고압을 인가시켜 상기 제품의 표면에 박막을 형성할 수 있게 하고, 이와 동시에 상기 나노 입자 저장장치에 저장된 수십 나노 크기의 나노 입자를 상기 나노 입자 밸브를 통해 상기 챔버 내부의 제품에 분사되도록 하는 제어부를 포함하는 강도개선장치를 제공한다.The present invention and the chamber is the product seated therein to achieve the above object; A decompression device for depressurizing the inside of the chamber to a vacuum below a predetermined pressure; A plurality of gas storage devices each having a gas valve for selectively supplying at least one gas into the chamber; A nanoparticle storage device having a nanoparticle valve for selectively supplying nanoparticle materials in the chamber and storing tens of nanoscale nanoparticles therein; A pressure reducing device is controlled to reduce the inside of the chamber, an inert gas is supplied through the gas valve, and a high pressure is applied to form a thin film on the surface of the product, and at the same time stored in the nanoparticle storage device. It provides a strength improving device comprising a control unit for spraying nanoparticles of several tens of nano-size to the product inside the chamber through the nanoparticle valve.
특히, 상기 다수개의 가스 저장장치는 각각 질소, 산소, 아르곤 가스를 저장하고, 상기 나노 입자 저장장치는 철(Fe), 텅스텐(W) 중 선택된 하나의 물질이 수십 나노 크기를 가지고 있는 나노입자상태로 저장하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the plurality of gas storage devices store nitrogen, oxygen, and argon gas, respectively, and the nanoparticle storage device is a nanoparticle state in which a material selected from iron (Fe) and tungsten (W) has tens of nanometers in size. It is characterized by storing as.
또한 본 발명은 티타늄 재질의 캐소드과, 상기 캐소드으로부터 전자를 방출하고 전장을 형성하는 마그네트론과, 상기 방출된 전자가 타격하는 티타늄 재질의 타깃과, 상기 캐소드과 상기 타깃 사이에 가공하고자 하는 제품을 포함하는 챔버와; 상기 챔버의 내부 압력을 감압하는 감압 장치와; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는 가스 주입 장치와; 상기 챔버내에 나노 입자를 주입하는 나노 입자 주입장치를 포함하는 강도개선장치를 이용한 강도개선 방법으로서, 상기 챔버를 상기 감압장치에 의해 감압하는 단계와; 상기 가스 주입 장치를 통해 상기 챔버내에 가스를 주입하는 단계와; 상기 마그네트론에 전압을 인가하여 상기 캐소드로부터 전자를 방출하여 상기 주입된 가스 분자와 충돌시켜 상기 가스가 플라즈마로 변화하여 글로우 방전을 일으키고, 상기 플라즈마 가스가 타깃을 타격하도록 하여 상기 타깃으로부터 비산된 타깃 물질 성분 분자가 상기 제품에 박막으로 증착되는 단계와; 상기 챔버 내에 상기 나노 입자 주입 장치를 통해 수십 나노 크기 상태의 나노 입자를 주입하여 가공하고자 하는 제품에 나노입자를 포함하는 박막을 증착하는 단계를 포함하는 강도개선 장치를 제공한다.The present invention also provides a chamber comprising a cathode made of titanium, a magnetron that emits electrons from the cathode and forms an electric field, a target made of titanium hit by the emitted electrons, and a product to be processed between the cathode and the target. Wow; A decompression device for depressurizing an internal pressure of the chamber; A gas injection device for injecting gas into the chamber; CLAIMS 1. A method for improving strength using a strength improving device including a nano particle injecting device for injecting nanoparticles into the chamber, the method comprising: depressurizing the chamber by the pressure reducing device; Injecting gas into the chamber through the gas injection device; The target material is applied to the magnetron to emit electrons from the cathode and collide with the injected gas molecules to cause the gas to turn into a plasma to cause a glow discharge, and to cause the plasma gas to strike the target to be scattered from the target. Depositing the component molecules in a thin film on the article; It provides a strength improving apparatus comprising the step of depositing a thin film containing nanoparticles in a product to be processed by injecting nanoparticles of several tens of nanoscale state through the nanoparticle injection device in the chamber.
특히 상기 가스는 질소, 산소, 아르곤 가스 중 선택된 하나 이상이고, 상기 챔버로 주입되는 나노 입자는 철(Fe), 텅스텐(W) 중 선택된 하나의 물질이 수십 나노 크기를 가지고 있는 나노 입자 상태인 것을 특징으로 한다.In particular, the gas is at least one selected from nitrogen, oxygen, and argon gas, and the nanoparticles injected into the chamber are nanoparticles in which one selected from iron (Fe) and tungsten (W) has tens of nanometers. It features.
이하 본 발명에 따른 플라즈마 진공 증착방법을 통한 강도개선장치 및 그 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for improving strength through a plasma vacuum deposition method and a method thereof will be described in detail.
본 발명은 특히 제품의 강도를 크게 개선하기 위하여, 나노(nano : 10 억분의 1미터) 단위의 크기를 가진 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 데, 이와 같이 수 나노미터에서 수백 나노미터의 크기를 가지는 나노입자로 이루어진 구조를 일반적으로 나노 입자 구조(nano structured) 또는 나노 물질(nanophase material)이란 한다.The present invention is characterized by the use of particles having a size of nano (nano: 1 billion billion meters) unit, in particular in order to greatly improve the strength of the product, such as from several nanometers to hundreds of nanometers The structure of the branched nanoparticles is generally referred to as nanoparticle structured or nanophase material.
이러한 나노 물질은 입자의 크기가 가시광선의 파장에 비해 훨씬 작고, 입자의 질량에 비해 상대적으로 커다란 그레인 바운더리(grain boundary)를 형성하여 불연속적인 전자 에너지 밀도를 가지는 원자 또는 분자나 연속적인 에너지 밀도를 가지는 벌크(bulk)상태와 달리, 이들이 가지지 못하는 독특한 성질을 가지고 있다.These nanomaterials have atoms or molecules with continuous electron densities or discontinuous electron energy densities, with particle sizes much smaller than the wavelength of visible light and forming larger grain boundaries relative to the particle mass. Unlike the bulk state, they have unique properties that they do not have.
즉, 나노 물질은 벌크 물질에 비해서 더욱 많은 수의 원자나 분자가 계면에 위치하므로 우수한 강도와 화학적 안정성을 가지고 있는데 본 발명은 이러한 나노물질을 사용하여 제품의 강도를 크게 증가하는 것을 특징으로 한다.That is, nanomaterials have superior strength and chemical stability because more atoms or molecules are located at the interface than bulk materials, and the present invention is characterized by greatly increasing the strength of a product using such nanomaterials.
이하 본 발명에 따른 올바른 실시예를 도면을 통하여 보다 상세히 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention A preferred embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 강도 개선 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전면에 개폐가 가능한 도어(11)를 가지고 있는 원통형의 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내부를 일정한 압력 이하로 감압하는 감압장치(20)와, 상기 챔버(10)로 불활성 가스를 주입하는 다수개의 가스 저장장치(30, 31, 32)와, 상기 챔버(10)로 나노 입자 물질을 주입하는 나노입자저장장치(33)를 포함하여 구성된다.Strength improvement apparatus according to the present invention, as shown in Figure 1, the cylindrical chamber having a door 11 that can be opened and closed on the front and the inside of the chamber 10 to reduce the pressure below a certain pressure Decompression device 20, a plurality of gas storage devices (30, 31, 32) for injecting an inert gas into the chamber 10, and a nano particle storage device 33 for injecting nanoparticle material into the chamber (10) It is configured to include).
특히, 상기 챔버(10)는 그 내부에 소정의 내부 장치를 가지고 있고, 이러한 내부 장치의 일부를 구동하기 위하여 모터(M)와, 상기 내부 장치의 일부를 냉각하기 위한 냉각장치(15)를 포함하고 있다.In particular, the chamber 10 has a predetermined internal device therein, and includes a motor M and a cooling device 15 for cooling a part of the internal device to drive a part of the internal device. Doing.
또한, 본 발명에 따른 강도개선 장치는 상기 다수개의 가스 저장 장치(30,31, 32)와 상기 나노 입자 저장 장치(33)는 챔버(10)에 인입되는 불활성 가스와 나노입자의 양을 조절하기 위하여, 각 가스 저장 창치에 연결되는 각각의 가스밸브(34, 35, 36)와, 하나의 나노 입자 밸브(37)를 가지고 있으며, 이러한 모터(M)와 냉각 장치(15)와 압력 조절장치(20)와 나노 입자 밸브(37)와 다수개의 가스 밸브(34, 35, 36)를 제어하는 제어부(40)를 포함하여 구성된다.In addition, the strength improvement apparatus according to the present invention, the plurality of gas storage devices (30, 31, 32) and the nanoparticle storage device 33 to adjust the amount of inert gas and nanoparticles introduced into the chamber 10 To this end, each of the gas valves 34, 35, 36 connected to each gas storage device, and one nanoparticle valve 37, which has a motor (M), a cooling device (15) and a pressure regulator ( 20) and a control unit 40 for controlling the nanoparticle valve 37 and the plurality of gas valves (34, 35, 36).
전술한 다수개의 불활성 가스 저장장치(30, 31, 32)는 바람직하게는 각각 아르곤 가스를 저장하는 아르곤 가스 탱크와, 질소가스를 저장하는 질소 가스 탱크와, 산소가스를 저장하는 산소 가스 탱크이다.The plurality of inert gas storage devices 30, 31, and 32 described above are preferably argon gas tanks storing argon gas, nitrogen gas tanks storing nitrogen gas, and oxygen gas tanks storing oxygen gas, respectively.
이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 강도개선장치를 통하여 유리 또는 금속 및 비금속 재질로 구성되는 제품의 강도를 개선하는 강도개선방법을 도 1이 챔버 부분을 확대하여 도시한 내부 구성 단면도인 도 2를 통하여 좀더 자세히 설명한다.Strength improvement method for improving the strength of the product consisting of glass or metal and non-metal material through the strength improvement apparatus having such a configuration through FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal configuration shown in FIG. Explain in more detail.
상기 챔버(10)는 바람직하게는 그 내적 부피를 최대로 활용할 수 있도록 원통형을 이루며, 이러한 내부 공간은 감압장치(20)에 의하여 압력을 제어 할 수 있으며, 이러한 챔버(10)의 바닥면 중앙에는 중심축 방방을 따라 직립 설치된 티타늄 봉(51)으로 이루어진 캐소드수단이 위치하고, 이러한 티타늄 봉(51)의 상단에는 상기 티타늄 봉(51)으로부터 전자를 방출하여 타깃을 타격하게 하고, 상기 챔버(10)내에 전장을 형성하는 마그네트론(52)이 설치되어 있다.The chamber 10 preferably has a cylindrical shape so as to make maximum use of its internal volume, and such internal space can control the pressure by the pressure reducing device 20, and in the center of the bottom surface of the chamber 10, A cathode means consisting of a titanium rod 51 is installed upright along the central axis direction, the upper end of the titanium rod 51 emits electrons from the titanium rod 51 to strike the target, the chamber 10 The magnetron 52 which forms an electric field is provided in the inside.
또한 이러한 챔버(10)의 내부의 일측의 옆면에는 티타늄 판(54)이 타깃 수단으로써, 전술한 티타늄 봉(51)과 대향되게 고정되어 위치하는데 바람직하게는 이러한 티타늄 판(54)이 위치 고정된 챔버의 옆면과 상기 티타늄 판 사이에 티타늄 판(54)을 냉각할 수 있는 수단인 냉각판(53)이 위치하게 되고 이러한 냉각판(53)은 도 1에 도시된 냉각장치(15)로부터 냉각수가 공급되어 통과하는 구성으로 이루어져 있다.In addition, the titanium plate 54 is located on the side surface of one side of the inside of the chamber 10 as the target means, and is fixedly opposed to the titanium rod 51 described above. Between the side surface of the chamber and the titanium plate is a cooling plate 53, which is a means for cooling the titanium plate 54, and the cooling plate 53 is provided with cooling water from the cooling device 15 shown in FIG. It consists of a structure that is supplied and passed through.
이러한 구성을 가지는 챔버(10)의 옆면에는 가스와 나노입자가 분사되는 다수개의 가스 분사구(34, 35, 36)와 나노 입자 분사구(37)가 위치하며 전술한 티타늄 봉(51)과 티타늄 판(54) 사이에는 바람직하게는 그리드 봉(55)이 설치되어 있다.On the side of the chamber 10 having such a configuration, a plurality of gas injection holes 34, 35, 36 and nano particle injection holes 37 through which gas and nanoparticles are injected are located, and the titanium rod 51 and the titanium plate ( Between the 54), the grid rod 55 is preferably provided.
또한 이러한 구성을 가지는 챔버(10) 내부에는 가공하고자 하는, 예를 들어, 유기제품을 상하 방향의 복층으로 얹어서 지지하는 지지판(67)과, 이러한 지지판을 고정하는 다수개의 랙크(60)가 챔버 상부에 설치된 모터(M)에 의해 상기 티타늄 봉(51)의 둘레를 따라 공전 및 자전 가능하게 설치되어 있는데, 이러한 구성을 도 2와, 챔버의 횡단면도인 도 3과, 도 2의 I-I선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도인 도 4를 통하여 상세히 설명한다.In addition, the chamber 10 having such a configuration includes a support plate 67 to be processed, for example, an organic product placed in a vertical layer in a vertical direction, and a plurality of racks 60 fixing the support plate. It is installed so as to rotate and rotate along the circumference of the titanium rod 51 by the motor (M) installed in, this configuration is cut along the line II of Fig. 2, the cross-sectional view of the chamber and Fig. It will be described in detail with reference to Figure 4 which is a cross-sectional view showing a cross section.
상기 챔버(10)의 상부면의 중앙에는, 상단은 모터(M)에 감속기(62)를 통하여 연결되고, 하단은 원형의 상부플레이트(63)가 연결되어 있는 주축(61)이 관통 설치되어 있으며, 상기 상부플레이트(63)의 저면에는 원주방향을 따라 소정간격을 둔 다수개의 랙크(60)들이 각각 상부플레이트(63)를 관통한 랙크축(64)에 매달려 고정되어 있으며, 상기 주축(61)에는 주기어(65)가 고정 설치되고, 상기 각 랙크축(64)에는 상기 주기어(65)와 외접하는 유성기어(66)들이 고정 설치되어, 상기 주축(61)이 모터에 의해 회전함에 따라 랙크(60)는 주축(61) 주위를 선회하면서 랙크 축(64)을 중심으로 자전하게 된다.In the center of the upper surface of the chamber 10, the upper end is connected to the motor (M) through the reducer 62, the lower end is provided with a main shaft 61 through which the circular upper plate 63 is connected. On the bottom surface of the upper plate 63, a plurality of racks 60 having a predetermined interval along the circumferential direction are fixed to the rack shaft 64 passing through the upper plate 63, respectively, and the main shaft 61 The main gear 65 is fixedly installed on the rack shaft 64, and the planetary gears 66 external to the main gear 65 are fixed to the rack shafts 64. As the main shaft 61 rotates by a motor, The rack 60 rotates about the rack shaft 64 while pivoting around the main shaft 61.
이때 상기 각각의 랙크(60)는 다수개의 지지판(67)이 상하방향으로 일정한 간격을 두고 복층으로 위치하고, 이러한 다수개의 복층 구조의 지지판(67)은 다수개의 세로 지지바(68) 들에 의하여 착탈 가능하도록 그 테두리부가 끼워져 설치되어 있다.At this time, each rack 60 is a plurality of support plates 67 are located in a plurality of layers at regular intervals in the vertical direction, such a plurality of multi-layer structure support plate 67 is removable by a plurality of vertical support bars (68). The edge part is inserted and installed so that it may be possible.
또한, 상기 모터(M)는 도 1에 도시된 제어부(40)에 전기적으로 연결되어 작동제어를 받으면서 랙크(60)들을 티타늄봉(51) 주위로 공전시키면서 랙크축(64)을 중심으로 회전시키게 된다.In addition, the motor (M) is electrically connected to the control unit 40 shown in FIG. 1 and rotated about the rack shaft 64 while revolving the racks 60 around the titanium rod 51 under operation control. do.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 강도개선 장치는 일반적인 유리 또는 금속 및 비금속 제품이 가지는 강도를 크게 하기 위하여 금속 나노 입자를 포함하는 티타늄 박막을 코팅하는 장치인데, 이러한 본 발명에 따른 강도개선 장치를 통하여 제품의 강도를 크게 할 수 있는 방법을 도 1과 도2를 통하여 자세히 설명한다.Strength improvement device according to the present invention having the above-described configuration is a device for coating a titanium thin film containing metal nanoparticles in order to increase the strength of the general glass or metal and non-metal products, the strength improvement device according to the present invention The method of increasing the strength of the product through will be described in detail with reference to FIGS.
먼저 전술한 구성을 가지는 챔버(10)의 전면에 위치하는, 개폐가능 한 도어(11)를 열고 그 내부에 구비된 랙크(60)에 결합된 각 지지판(67)에, 예를 들어 유기제품을 얹고 도어를 닫는다.First, for example, an organic product may be placed on each support plate 67 coupled to the rack 60 provided therein by opening and closing the door 11, which is located at the front of the chamber 10 having the above-described configuration. Top and close the door.
이후 상기 제어부(40)를 조작하여 진공 감압장치(20)를 가동함으로써 챔버 내부의 압력을 감압하는데, 이와 같이 상기 챔버(10)의 내부를 감압하는 이유는 이후 공정에서 발생되는 전자와 플라즈마 분자와 타깃 수단의 원자가 가지는 평균 자유행로(mean free path)를 길게 하여 박막물질의 원자나 분자, 이온들이 원활히 운동 할 수 있게 하고, 순수한 박막을 구성하기 위한 것으로 본 발명에 따른 강도개선 장치에 있어서 바람직하게는 대략 0.3 내지 0.5 밀리토르(Millitorr)정도의 진공상태까지 감압한다.Thereafter, by operating the vacuum decompression device 20 by operating the control unit 40 to reduce the pressure in the chamber. Thus, the reason for depressurizing the inside of the chamber 10 may include electrons and plasma molecules generated in a subsequent process. In order to make the atoms, molecules, and ions of the thin film material move smoothly by lengthening the mean free path of atoms of the target means, and to form a pure thin film, it is preferable in the strength improving apparatus according to the present invention. The pressure is reduced to a vacuum of about 0.3 to 0.5 millitorr.
이후, 감압이 완료되면 상기 제어부(40)를 조작하여 모터(M)를 회전 구동시켜, 모터(M)와 주기어(65) 및 유성기어(66)로 맞물려 자전과 공전이 가능하게 이루어진 랙크(60)를 자전시키면서 티타늄 봉(51) 주위로 선회시키면서 가스밸브(34, 35, 36)를 열어서 불활성가스를 챔버(10) 내부에 주입한다.After the decompression is completed, the control unit 40 is operated to rotate and drive the motor M to engage with the motor M, the main gear 65 and the planetary gear 66 to rotate and revolve ( While rotating 60, the gas valves 34, 35, 36 are opened while turning around the titanium rod 51 to inject inert gas into the chamber 10.
이후 상기 마그네트론(52)을 통하여 티타늄 봉(51)에 전압을 인가하고 전장을 형성하면 티타늄 봉(51)에서는 전자가 방출하게 되고, 이러한 방출된 전자는 챔버(10) 내의 불활성 기체와 충돌하게 되는데 이와 같이 전자와 충돌한 불활성 기체 분자의 일부는 이온화되지만, 대부분은 이온화되지 못하고 여기(excitation)상태가 된 후 곧 원래의 안정한 상태로 되돌아가면서 글로우(glow)라는 광선을 발하며 글로우 방전하여 플라즈마가 발생된다.Then, when the voltage is applied to the titanium rod 51 through the magnetron 52 and the electric field is formed, electrons are emitted from the titanium rod 51, and the emitted electrons collide with the inert gas in the chamber 10. Some of the inert gas molecules collided with the electrons are ionized, but most of them are not ionized and become excited and soon return to their original stable state, and emit a glow called glow to generate a plasma. do.
이러한 글로우 방전이 발생할 경우, 방출된 전자는 상기 챔버내의 압력이 대략 0.3 내지 0.5 밀리토르 정도의 감압 상태의 전장이 형성된 상태 이므로 나선운동을 하며 음극쪽으로 이동하면서 주변의 기체분자와 계속 충돌하면서 온도가 1000K 이하의 글로우 방전을 유지하게 된다.When such a glow discharge occurs, the emitted electrons are in a decompressed electric field in which the pressure in the chamber is about 0.3 to 0.5 millitorr, so that the temperature of the electrons continues to collide with the surrounding gas molecules while moving in a spiral direction. The glow discharge of 1000K or less is maintained.
또한 플라즈마 속의 양이온은 음전기의 힘에 의하여 음극의 티타늄 판(54)으로 이동하는데 이러한 양이온은 마그네트론(52)이 형성하는 전장에 의하여 가속되어 높은 운동에너지를 가지고 타깃인 티타늄 판(54)으로 날아가 부딪힌다.In addition, the positive ions in the plasma move to the titanium plate 54 of the negative electrode by the force of the negative electrode, which is accelerated by the electric field formed by the magnetron 52 to fly to the target titanium plate 54 with high kinetic energy. .
이러한 높은 운동에너지를 입자가 상기 티타늄 판(54)에 충돌하면, 상기 티타늄 판(54) 내부에서는 원자와 원자의 연쇄적으로 충돌을 일으켜 티타늄 원자가 공중으로 비산하게 되는데, 이러한 비산된 티나늄 원자는 상기 불활성가스와 반응하면서, 랙크(60)에 얹혀져 티타늄 봉(51) 주위를 회전하는 제품의 표면에 골고루 증착된다.When the particles impinge on the titanium plate 54 with such high kinetic energy, the titanium plate 54 may cause a collision between atoms and atoms, causing titanium atoms to fly into the air. While reacting with the inert gas, it is evenly deposited on the surface of the product which is placed on the rack 60 and rotates around the titanium rod 51.
여기서 그리드 봉(55)은 티타늄 봉(51)에서 방출되는 전자량을 증감하여 전술한 반응을 조절하는 역할을 한다.The grid rod 55 serves to control the above reaction by increasing or decreasing the amount of electrons emitted from the titanium rod 51.
이때 상기 나노입자 저장 장치(33)에 저장된 나노입자를 상기 챔버(10)로 주입할 수 있도록 나노입자 밸브(37)를 열고 나노입자를 챔버(10)로 주입하는데, 상기 챔버로 주입되는 나노입자는 바람직하게는 금속 물질로써 Fe, W중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.In this case, the nanoparticle valve 37 is opened to inject the nanoparticles into the chamber 10 to inject the nanoparticles stored in the nanoparticle storage device 33 into the chamber 10, and the nanoparticles injected into the chamber 10. Is preferably selected from one of Fe and W as a metal material.
전술한 바와 같이 나노입자 밸브(37)를 통하여 나노입자를 상기 챔버(10) 내로 주입할 경우에, 상기 나노입자 저장장치(33)의 압력은 고압 또는 상압의 상태이고, 이러한 나노 입자가 유입되는 챔버(10) 내의 압력은 0.3 ∼0.5 밀리토르 정도로 감압된 상태이므로, 이러한 수 나노미터에서 수십 나노미터에 이르는 나노입자는 챔버(10)의 전(全)면적으로 분산되어 비산하게 되고, 이때 모터(M)가 회전하면서 랙크(60)에 지지된 제품을 자전 및 공전시키게 되므로 제품의 표면에 나노입자가 균일하게 증착된다.As described above, when the nanoparticles are injected into the chamber 10 through the nanoparticle valve 37, the pressure of the nanoparticle storage device 33 is at a high pressure or an atmospheric pressure, and the nanoparticles are introduced. Since the pressure in the chamber 10 is reduced to about 0.3 to 0.5 millitorr, the nanoparticles ranging from several nanometers to several tens of nanometers are dispersed and scattered over the entire area of the chamber 10, where the motor Rotating and revolving the product supported by the rack 60 while (M) is rotated, so that the nanoparticles are uniformly deposited on the surface of the product.
이와 같이 제품에 티타늄 박막을 증착하는 환경에 주입된 수십 나노 미터 이하의 나노 입자 물질은 상기 제품의 표면에 상기 티타늄 분자를 접속인자(coupling agent) 매체로 하여 자기 집합법에 의하여 증착되고, 이러한 제품은 나노 입자 물질을 포함하는 티타늄 박막으로 증착되게 된다.The nanoparticle material of several tens of nanometers or less implanted in an environment in which a titanium thin film is deposited on a product is deposited by a self-aggregation method using the titanium molecule as a coupling agent medium on the surface of the product. The thin film is deposited on a titanium thin film containing silver nanoparticle material.
즉, 전술한 과정을 통하여 유리 또는 금속 및 비금속 재질의 제품은 철(Fe) 또는 텅스텐(W)의 나노 입자를 가지는 티타늄 박막으로 코팅되어 월등히 개선된 강도를 가지게 된다.That is, the glass or metal and non-metallic products through the above-described process is coated with a titanium thin film having nanoparticles of iron (Fe) or tungsten (W) has a significantly improved strength.
이상에서는 본 발명의 장치를 유기제품에 적용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 유리 또는 금속 및 비금속 재질의 제품에도 다양하게 적용될 수 있다In the above, an example of applying the apparatus of the present invention to an organic product has been described. However, the present invention may be variously applied to a product made of glass, metal, or nonmetallic material.
이상과 같이 본 발명에 따른 강도개선장치와 그 방법에 의하여 나노 입자를 가지는 티타늄 박막이 증착된 제품은 일반적인 제품과 비교하면 박막의 크기는 거의 동일하나 그 강도면에서 월등히 개선된 제품을 구현할 수 있게 된다.As described above, a product having a titanium thin film having nanoparticles deposited thereon by the strength improving device and the method according to the present invention can realize a product having substantially the same size as the general product but having an improved strength in terms of strength. do.
또한 본 발명에 따른 강도개선방법에 따라 완성된 제품은 예를 들어 유기제품의 경우, 제품의 표면에 1 나노 미터 두께의 가스가 내부에 침탄되고, 표면에 나노 입자를 포함하는 티타늄 박막을 형성하여 내식성과 내마모성이 높아지고 그 경도를 10,000Hv 이상으로 상승시켜 영구적인 소재에 가까운 특성을 가질 수 있다.In addition, the finished product according to the strength improvement method according to the present invention is, for example, in the case of an organic product, a gas of 1 nanometer thick carburized inside the product, to form a titanium thin film containing nanoparticles on the surface Corrosion resistance and abrasion resistance is increased and the hardness is increased to 10,000Hv or more can have the characteristics close to the permanent material.
특히 본 발명에 의한 강도개선 장치를 사용하면 비교적 간단한 공정으로 짧은 시간에 대량의, 강고가 개선된 제품을 박막 처리 할수 있는 장점과 비 숙련자라도 균일한 품질의 제품을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.In particular, the use of the strength improvement device according to the present invention has the advantage that a thin film can be processed in a short time in a relatively simple process with a large amount of rigidity, and that even an inexperienced person can obtain a uniform quality product.
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KR20020046327A (en) * | 2000-12-12 | 2002-06-21 | 이강중 | Manufacturing method and apparatus of ceramic ware |
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- 2000-12-12 KR KR1020000075651A patent/KR20020046328A/en active IP Right Grant
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