KR20030032999A - 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코팅이 2개 이상의 화합물 또는 원소로 형성되는, 기판에 코팅을 도포하는 방법에 관한 것이다. 바람직한 구현예에 있어서, 코팅은 2개 이상의 금속으로 형성된다. 본 발명에 따르면, 코팅은 초킹 조건 하에서 증착에 의해 형성된다.

Description

증착방법{Vapour deposition}

금속과 같은 원소의 수증기를 이용하여 그 원소를 기판에 부착하여 코팅을 제공하는 방법이 본 발명의 분야에서 알려져 있다. 증착될 원소는 종종 아연이며, 원소가 스틸 스트립 상에 규칙적으로 증착된다.

이러한 목적으로 사용되는 종래의 장치는, 기판의 표면 앞쪽에 원소를 증기화시키는 증발 용기를 포함한다. 대개 채널은 채널의 개구부에서 움직이는 기판의 표면으로 금속의 증기를 유도한다. 증발은 대개 진공하에 효과적으로 이루어진다. 기판은 증기에 비해 상대적으로 차서 기판 상에서 증기를 탈승화시킴으로써 목적하는 코팅이 형성되도록 한다. 기체상에서 고체로의 전이를 탈승화라 하는 반면, 그의 역방향 전이를 승화라 한다.

코팅이 아연과 같은 하나의 원소로만 형성되는 경우에는 전술한 과정이 만족스럽게 진행된다. 그러나, 코팅이 2개 이상의 원소로 이루어지는 경우에는 문제가 발생한다.

통상, 2개의 원소로 증착이 이루어지는 경우에는, 2개의 원소가 들어있는 하나의 증발 용기가 사용되거나 원소가 각각 하나씩 들어있는 2개의 용기가 사용된다. 2개 이상의 원소를 증착시키는 경우에는 유사한 용기들이 사용되거나 용기들과 장치를 조합하여 사용한다.

통상, 코팅을 형성하는데 사용되는 원소 각각의 증기 포화압력 커브는 서로 매우 다르다. 특히 2개 이상의 원소가 들어있는 하나의 용기가 사용되는 경우에 서른 다른 증기 포화압력 커브로 인해 증기 비율을 조절하기가 어렵고 때로는 한 원소의 지나친 손실이 발생한다. 2개의 용기가 사용되는 경우에 각 용기에서 생산된 증기를 위한 별개의 채널이 존재한다면 생산된 각 증기는 그 채널들을 통해 기판으로 유도된다. 증기가 기판 표면에 도달하기 전에 증기는 소정의 유속에서 소정의 조성을 가져야 하며 철저하게 혼합되어야 한다. 이때 문제가 발생한다.

2개 또는 그 이상의 기체 또는 증기를 고정된 유속에서 소정의 비율로 배합하는 일은 일정량(두께와 조성)의 코팅을 달성하는데 필수적이기는 하지만 일반적으로 어려운 일이다. 기체간 상호작용으로 인해서 기체들은 원치 않은 방향으로 흘러갈 수 있다. 통상, 코팅 조성에 사용된 원소들 각각의 증기압과 온도는 서로 완전히 다르다. 결과적으로, 증기, 보다 중요하게는 증발 챔버 중의 증기 소스는 증착 공정에 관여하는 다른 원소의 증기로 오염된다. 또한, 보다 낮은 증기압을 갖는 증기는 완전하게 증착되지 못한다.

본 발명은 2개 이상의 원소로 된 코팅을 기판에 증착방법으로 도포하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 초킹 조건을 채용함으로써 2개 이상의 원소의 코팅을 증착하는 방법과 관련된 문제점들을 극복할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명은제1 증기와 제2 증기를 초킹 조건 하에서 기판에 증착시키는, 기판에 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다.

코팅을 형성하는데 사용되는 여러 가지 원소의 증기를 초킹 조건 하에 증발 챔버에서 기판으로 이송할 때 증기 또는 증기 소스가 다른 증기로 오염될 가능성이 완전히 없어지지는 않더라도 현저하게 줄어든다. 또한, 초킹 조건을 사용하면 공정을 효율적으로 제어할 수 있는데, 특히 증기의 유속을 효율적으로 제어할 수 있고, 결과적으로는 코팅의 조성 균일성 및 두께를 효율적으로 제어할 수 있다.

본 발명은 배치식으로, 연속식으로 또는 반연속식으로 실시될 수 있다. 그러나, 본 발명의 잇점은 연속식 또는 반연속식 방법에서 보다 명확해진다.

일반적인 초킹 현상을 도 1을 들어 설명하기로 한다. 표준방식 및 기술배경에서 벗어난 것에 대해서는 표준 교재를 참조한다.

증기는 증기 라인(2,3)과 제한지점(restriction, 4)을 통해 용기(1) 안의 소스로부터 영역(5)로 유동한다. 제한지점은 유동 경로 중에 위치하는 가장 작은 유동 횡단면적을 갖는 영역이다. 이처럼 가장 작은 유동 횡단면적은 여러 가지 형태를 가질 수 있는데, 예를 들면, 하나 이상의 구멍, 슬릿 등을 갖는 오리피스판일 수 있다. 용기(1) 안의 압력을 P1으로 표기한다. 제한지점(4) 하류의 압력은 배압 Pb(5)이다. 처음에는 배압(5)이 용기(1) 안의 압력과 동일하다고 가정한다. 증기 라인 상의 압력 차이가 0인 경우에는 결과적으로 유속도 0이다. 이제, 배압(5)이 꾸준히 낮아진다면 유속은 증가하고 제한지점에서의 속도는 점점 더 빨라진다. 그러나, 일정한 배압에 도달하면 제한지점(4)에서의 속도는 음속이 되고 유속은 최고에 도달한다. 음속이라는 것은 어느 지점에서의 증기 속도를 그 지점에서의 음속으로 나눈 값으로 정의된 마하수 'M'이 1이 되는 것을 의미하다. 이 때 흐름이 초킹된다.

배압(5)의 추가적인 감소가 유속을 더 이상 증가시키지는 않는다. 마하 1로 흘러갈 때의 증기의 특성을 임계 특성이라고 하고 별표(*)로 나타낸다. 따라서 초킹 조건은 배압(5)이 제한지점(4)에서의 임계 압력 P_b< P^*보다 낮거나 동일한 것이다. 초킹 조건에서의 유속은 제한지점(4)에서의 정체 조건으로서 표시될 수 있는데, 이미 공지된 하기 식(1)로 산출된다.

식중,

m = 질량 유속(㎏/s)

C = 보정 지수 [-], 얇은 오리피스판에 대한 C는 약 0.85

A^*= 제한지점의 표면적[㎡]

T₀= 정체 온도 [K]

γ = c_p/ c_γ, 일정한 압력과 일정한 부피에서의 비열 용량 비율[-]

M_w= 분자량 [㎏/몰]

R = 만유 기체 상수 [J/㎏몰K]

p^*= 제한지점에서의 임계 압력 [Pa]

p₀= 정체 압력 [Pa]

식(1)은 적당한 혼합물의 특성을 삽입함으로써 기체 혼합물에 적용될 수도 있다.

이 장치의 어떤 지점에서, 유동 기체는 특정 온도, 압력, 엔탈피 등을 갖는다. 순간적으로 그 시점에서의 속도가 0이 되었다면 (무마찰 단열 또는 등엔탈피 감속), 이러한 특성들은 그의 정체 조건으로서 알려져 있고 0에 의한 식에서 인덱스로서 표시되는 새로운 값을 가질 수 있다. 특정 영역에서의 흐름의 임계 특성은 정체 특성과 관련이 있을 수 있다. 이러한 관계를 압력에 대하여 표시하면 다음과 같다:

증착 방법을 제어하기 위해서는 제한지점(4)에서의 정체 특성과 임계 특성뿐 아니라 식(1)로 정의된 질량 유속이 제한지점 상류의 특성, 예를 들면 증발 용기(1) 내의 특성과 관련이 있는 것이 유용하다. 흐름이 용기와 증기 라인을 통해 제한지점까지 무마찰 단열(일정 엔탈피)이라면 정체 특성은 어느 곳에서나 일정해서 분석하기가 상당히 간단하다. 흐름이 무마찰 단열이 아니면, 서로 다른 영역에서의 정체 조건이 더 이상 일정하지는 않지만 서로 여전히 연관성은 있는데, 이에 대해서는 표준 교과서들을 참조한다. 초크된 제한지점으로부터 유래하는 기체가 증착되고 주변으로의 손실이 없으면 증착된 코팅의 질량 속도는 식 (1)에 의해 산출된 기체의 질량 유속과 동일한데, 이로써 증착율 산출이 간단해진다. 실제로, 어느 정도의 손실은 허용되어져야 할 것인데, 이는 손실 지수 도입에 의해 산출시 고려될 수 있다.

본 발명에 따른 증착 방법에서 선호되듯이, 전술한 관계 및 공정은 특정한 디자인 밸유에 대하여 임계 압력과 질량 유속을 제어하는 수단을 제공한다.

반드시 필수적인 것은 아니지만, 전술한 관계 및 공정상의 간편함이 선호되며 실현하기가 그렇게 어렵지는 않다.

무엇보다도, 이미 언급한 바와 같이, 이러한 간편함은 흐름이 단열이고 무마찰 (일정 엔탈피)인 경우에 달성된다. 이것은 용기의 벽과 증기 라인을 증기의 온도에 해당하는 정도의 온도로 가열하여 열의 상호작용을 최소화함으로써 달성될 수 있다. 만약 덕트 등의 크기가 더 크다면 구부러짐이 제한되고 흐름 속도와 흐름 구배가 낮으며 따라서 마찰 효과가 최소화될 수 있다. 결과적으로 용기의 지점(1)에서부터 제한지점(4)에 이르기까지 장치 전체에 걸쳐 정체 조건이 일정하게 된다.

다음으로, 흐름이 일정 엔탈피이고 소스(1)에서의 증기 속도를 무시할 수 있을 정도가 되도록 증기 소스의 크기가 정해진다면 제한지점(4)와 중간 지점에서의 정체 조건은 증발 용기의 조건과 동일하다. 정체 압력이 증발 용기 중의 용융 금속 위에 가해지는 증기 압력과 동일하다면 정체 온도가 용융 금속의 온도와 동일하다. 용기 중의 용융 금속 상에 가해지는 증기 압력은 이미 알려져 있거나 측정될 수 있는 포화 압력 곡선에서 용융 금속의 온도에 정비례한다. 용융물의 온도와 증기압을정체 온도 및 압력으로 대체할 수 있기 때문에 초킹 조건 하에서의 유동 속도는 식(1)로 매우 간단하게 산출된다. 또한, 임계 압력이 용융 금속에 가해지는 증기압에 비례하기 때문에 임계 압력은 식(2)에 의해 간단하게 산출된다.

기판으로 사용되는 물질은 원칙적으로는 그렇게 중요하지 않다. 본 발명에 따르면 서로 다른 여러 가지 물질들이 코팅용으로 제공될 수 있다. 그러나, 이 물질은 증착 과정 동안 적용되는 조건에 견딜 수 있어야 하는데, 이러한 조건은 주로 기판이 불가피하게 노출되어지는 온도와 압력을 의미한다. 코팅될 수 있는 물질의 전형적인 예는 금속과 세라믹 물질, 유리 및 플라스틱이다. 바람직하기로는, 이 기판은 시트나 호일의 형태를 갖는다.

기판은 코팅되기 전과 후에 여러 가지 방법으로 처리될 것이다. 이러한 처리들에 대해서는 도 2에 도시된 가능한 공정 장치를 들어 설명할 것이다. 그러한 처리의 예로는 세척, 어닐링 등이 있다. 코팅 공정에서, 기판(6)은 실링 메카니즘에 의해 진공 챔버(7)로 계속 공급될 것이고, 표면 세척과 같은 추가의 처리를 거치게 될 수 있다. 기판 이동 방향은 화살표로 표시된다. 양호한 코팅 증착력을 보장하기 위해서 증착 전 및/또는 증착중의 기판 온도를 제어할 수 있다. 온도 제어는, 예를 들면 인덕션 히터(9)를 이용하여 기판을 가열하거나 기판을 온도-제어 롤러(10) 또는 온도-제어 표면 상으로 유도해서 전도 가열함으로써 실시된다.

이어서, 기판을 소망하는 코팅 두께까지 증착을 수행하는 증착 유닛(11)에 통과시킨다. 여러개의 증착 유닛과 각 증착 유닛 다음에 위치하는 기판 제어 유닛이 있을 수 있다. 이로 인해 다중 증착과 이중면 증착이 가능하다.

증착은 기판의 오염을 방지하는 제어된 분위기 하에서 실시된다. 진공의 조성은 아르곤(14)과 같은 불활성 기체를 챔버에 공급하고 펌핑 수단(15)을 이용함으로써 능동적으로 제어된다. 공정의 개시(중지)와 시스템의 가열(냉각)시, 진공 챔버중의 압력은 증기 소스(미도시)의 증기압과 동일한 정도이거나 그보다 더 높아서 증기가 진공 챔버로 유입되어 진공 시스템에서 증착되는 것을 방지한다. 시스템이 작동할 준비가 되고 챔버가 비워지며 증기가 흐를 수 있도록 셔터가 오픈되면 증기 주입구(12, 13) 내에서 기계식 셔터 대신 사용하거나 그와 병행하여 사용할 있다.

증착시, 증기가 성급하게 응축하거나 탈승화하지 못할 정도로 벽이 충분히 가열되는 것이 바람직하다. 바람직하기로는, 증기와 접촉하는 장치의 벽은 용융 유닛 (증기 소스)에서 배출되는 증기의 온도와 동일한 온도를 가져야 한다. 증기는 이전에 표시된 것보다 더 높은 벽 온도를 얻었을 때 과열된다. 그러나, 이러한 방법으로 얻어진 과열량은 오히려 제어되지 않는다. 과열이 필요하다면, 제어된 방법으로, 예를 들면 열교환기를 이용하거나 증기가 지나가고 인덕션 히팅이 이루어지는 증기 라인에 다공성 전도성 플러그를 도입하여 증기를 과열하는 것이 바람직하다.

증기가 기판 상에서 탈승화되기에 충분한 정도로 기판을 냉각시켜서 액상 필름이 형성되지 못하고 필름의 대부분이 재증발되지 않도록 코팅의 양호한 접착성은 보장될 수 있을 정도의 온기를 가지도록 기판의 온도를 제어한다. 증착 조건, 특히 온도 조건은 당업자에게 통상적인 수준에서 선택된 물질에 적합할 것이다.

원하는 정도의 증착이 이루어진 후에는 실링 장치를 이용하여 기판을 진공챔버 밖으로 유도할 수 있다.

본 발명에 따르면, 코팅은 2개 이상의 원소로 이루어진다. 원칙적으로 코팅 형성에 사용된 원소의 갯수의 상한선이 제한되지는 않는다. 그러나, 보다 많은 갯수의 원소들이 관련될수록 공정 설비가 더 복잡해진다. 코팅된 기판을 사용하게 될 분야를 고려할 때, 대개는 3개 이하, 바람직하게는 2개의 원소가 관여한다. 통상적인 조합은 아연과 마그네슘이다.

여기서 사용된 용어인 원소가 반드시 주기율표에 나열된 순수한 원소를 의미하는 것은 아니며 화합물을 의미할 수도 있다. 이것은 언급된 물질이 코팅의 일부를 형성할 것임을 반증하는 것이다. 일반적으로, 증기는 순수한 화합물로 이루어질 것이다.

바람직한 구현예에 있어서, 원소는 금속이다. 즉, 코팅은 2개 이상의 금속의 합금으로 이루어진 금속 코팅일 것이다. 사용되는 금속은 소망하는 코팅 특성 및 코팅된 기판의 소정 용도에 따라서 선택될 것이다. 아연-마그네슘 합금의 코팅을 제공하는 아연과 마그네슘을 이용했을 때 양호한 결과가 얻어진다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 중요한 태양은 초킹 조건을 채용한다는 것이다. 초킹 조건은 제한지점을 이용함으로써 용이하게 달성될 수 있다. 이 조건에서는 서로 다른 증기의 질량 흐름을 제어할 수 있다. 제한지점 이후의 배압이 제한지점의 소위 임계 압력보다 낮거나 동일하다면 제한지점에서의 흐름은 음속이 된다. 그 경우에, 증기의 질량 유속은 상류의 정체 압력과 제한지점의 표면적에 의해서만 결정되고 하류의 압력에는 더 이상 의존하지 않는다. 따라서, 질량 유속과 그로 인한 코팅 두께에 대한 제어는 간단한다. (마찰 효과, 열 상호작용 쇼크를 방지하는) 증착 유닛을 조심스럽게 디자인함으로써 상류 정체 압력은 증기 소스, 예를 들면 용융 금속 위에 가해지는 증기압과 동일하고, 용융 금속의 온도에 의해서만 결정된다. 따라서, 유속 (코팅 두께)은 용융 온도와 제한지점의 면적에 의해서만 결정된다.

어떤 환경하에서는, 초킹 조건이 각각의 증기 흐름에 대하여 유지된다는 것을 보장하기가 어려울 수 있다. 증기의 하류 상호작용과 제한지점 이후의 압력 필드로 인해 초킹 조건이 모든 제한지점에 대하여 보장하기가 어려울 수 있다. 그 경우, 질량 유속은 하류 압력에 의해서도 결정되지만 더 이상 잘 정의되지는 않는다. 본 발명의 일부는 상류 증기 압력을 선택하고, 이에 의해 제한지점 하류에서의 상호 작용을 최소화하는 것이다. 진정한 초킹 조건을 유지하는데 따르는 어려움은 모든 증기 흐름의 임계 압력을 적절하게 선택함으로써 극복될 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명의 이러한 특징을 하기의 두가지 구현예를 들어 설명하기로 한다:

구현예 1) : 증기 1에 대한 초크된 제한지점(choked restriction)과 증기 2에 대한 초크된 제한지점을 이용하여 2개의 증기가 혼합되게 된다. 2개의 제한지점에서의 임계 압력이 대략적으로 동일하도록 각 증기의 조건(용융 온도)을 선택한다. 적당한 질량유속과 증기비율이 제공되도록 각 제한지점의 표면적을 선택한다.

구현예 2) : 2개의 증기가 혼합된다. 초크된 제한지점 ('a')을 이용하여 증기 1을 제어된 속도에서 증기 흐름 2로 주입한다. 증기 1과 증기 2의 혼합물은 다른 초크된 제한지점 ('b')을 통해 공급된후 증착된다. 이 경우에, 증기 1의 조건은, 제한지점(1)의 임계 압력이 증기 2 (제한지점 'b'의 상류)의 압력과 동일하거나 그보다 높도록 선택된다. 각 제한지점의 표면적은 적당한 질량 유속과 증기 비율을 제공하도록 선택된다.

이들 실시예는 2개 이상의 증기를 혼합하는데까지 확장 적용될 수 있다.

초킹 조건을 수득하는데 사용되는 제한지점과 노즐은 여러 가지 디자인을 가질 수 있다. 통상, 기판으로부터 조심스럽게 선택된 간격만큼 이격하여 하나씩 배열된 하나 이상의 초킹 오리피스 (홀 또는 슬릿)들이 사용된다. 그 실시예들이 도 3a (왼쪽에서 오른쪽으로의 흐름 방향)와 도 3b(지면 쪽으로의 방향 흐름)에 도시되어 있다.

이어서, 아연과 마그네슘을 스틸 스트립 상에 (연속적으로 또는 반 연속적으로) 증착하는 방법을 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 다른 성분들을 2개 이상의 성분 또는 오직 한 성분과 함께 증착하는데까지 적용될 수 있다는 것이 분명하다. 증착 방법의 원리를 도 4a에 도시한다. 아연과 마그네슘의 각 제한지점은 여러 가지 형태를 가질 수 있는데, 그 예들을 도 4b에 나타낸다.

종래에는 아연과 마그네슘을 정해진 비율로 혼합하는데 어려움이 있었다. 때로는 하나의 원소만을 스틸 스트립에 증착하는 것이 더 바람직하다는 것과, 불균일한 질량 전달이 일어난다는 것을 발견하였다. 이러한 일은 배합되는 위치에서 아연과 마그네슘 사이에 압력 차이가 존재할 때 주로 일어난다.

마그네슘과 아연의 확산이 질량 전달의 주요 구동력인 경우에, 한 성분의 증기압이 다른 성분의 증기압보다 더 높다면 제1 원소가 다른 원소 쪽으로 유동한다는 사실에 의해 이러한 확산이 야기된다. 이어서, 제2 원소는 기류에 대해 확산하지 못하게 되고, 이에 따라 효과적인 증착 방지가 이루어진다.

실험예에서는, 초킹 아연 오리피스(choking zinc orifice)가 마그네슘 오리피스 다음에 위치하는 경우에 마그네슘 또는 아연의 질량 흐름은 마그네슘과 아연 오리피스 모두에서 흐름이 초킹되었다고 가정했을 때 예상되는 것보다 적다. 이는, 상호 작용이 아연 오리피스와 마그네슘 오리피스 사이에 만들어진다는 것을 암시한다. 조건에 따라서는, 예를 들어 아연 오리피스 이후의 압력이 초크될 마그네슘 오리피스 용에 대해서는 너무 높을 수 있다. 그 경우, 마그네슘의 질량 흐름은 잘 정의되지 않는다. 다른 경우에는 아연 질량 흐름이 예상치보다 낮다.

전술한 바에 따르면 도 5에 도시된 세가지 디자인으로 귀결된다. 도 5에 언급한 바와 같은 아연과 마그네슘 대신에 임의의 다른 원소로 대체하거나 원소들을 서로 교환할 수도 있다. 이 디자인은 2개 이상의 원소를 커버하도록 확장될 수 있다.

도 5a에서, 혼합물의 유속은 오리피스판 형태인 초킹 제한지점에 의해 제어된다. 제한지점은 초크된다. 선택적인 비초크 오리피스판을 도입하여 흐름 분포 및/또는 혼합을 개선한다. 이러한 공정 설비에 있어서, 아연-마그네슘 혼합물만이 초크된다. 아연과 마그네슘 각각의 흐름은 초킹 조건 하에 있지 않다. 두 원소 모두의 증기압이 서로 다르고 용기들 사이가 "개방"된채 연결되어 있기 때문에 혼합물의 유속과 조성을 제어하기가 어렵다. 환경에 따라서는, 가장 높은 증기압을 갖는 원소를 포함하는 증기로부터 가장 낮은 증기압을 갖는 원소를 포함하는 용기쪽으로 증기가 흘러갈 것이고, 이러한 증기 흐름은 더 낮은 증기압을 갖는 원소가 증착 위치 쪽으로 확산하지 못하도록 역작용을 하거나 그러한 확산을 방해할 것이다.

도 5b는 본 발명의 바람직한 구현예를 도시한다. 이 경우에, 아연과 마그네슘의 흐름은 모두 초크된 오리피스판에 의해 제어된다. 이로 인해 두 원소 모두의 유속과 비율이 잘 제어될 수 있다. 오리피스들 간의 상호작용을 최소화하기 위해서는, 초킹 오리피스에서의 아연과 마그네슘의 임계 압력이 대략적으로 동일하게 되도록 아연과 마그네슘의 압력을 선택한다. 각 제한지점의 표면적은 적당한 질량 유속과 증기비율이 제공되도록 선택된다. 선택적인 비초크 오리피스판을 도입하여 흐름 분포 및/또는 혼합을 개선할 수 있다.

도 5c는 본 발명의 매우 바람직한 구현예를 나타낸다. 이 경우에, 혼합물의 흐름과 원소중 하나, 예를 들면 마그네슘의 흐름은 초킹 오리피스에 의해 제어된다. 아연과 마그네슘의 압력은 마그네슘 초킹 오리피스중의 임계 압력이 아연 압력과 대략적으로 동일한 오리피스 이후의 배압과 동일하거나 다소 높도록 선택된다. 각 제한지점의 표면적은 적당한 질량 유속과 증기비율이 얻어지도록 선택된다. 선택적인 비초킹 오리피스판을 도입하여 흐름의 분포 및/또는 혼합을 개선할 수 있다.

아연과 마그네슘 원소들을 경유해서 아연-마그네슘 합금을 스틸 스트립 위에 증착하는 2개의 실현가능한 실시예를 들어 본 발명을 설명하기로 한다. 물론, 이들실시예들이 본 발명을 제한하는 것으로 인식되어서는 안된다. 당업자들에게 명백하다면 여러 가지 변형예들이 가능하다. 증착 장치는 반연속형이다. 도 7a 및 7b 참조. 즉, 통상 수백 미터 길이의 금속 스트립을 갖는 코일을 배치 진공 챔버(19) 안에 배치하고, 자동 풀림 장치(16) 및 자동 권치 장치(17)는 금속 스트립을 원하는 속도로 증착부(18)의 전면으로 이송한다. 챔버는 진공 펌프(미도시)에 연결된다. 증착시, 진공 챔버 내의 압력은 1Pa 정도이다. 사용된 증착 장치는 무시할 수 있을 정도의 증발 용기(20, 21)내 증기 속도를 가지며, 대략적인 등엔트로피 흐름이 용기(20, 21) 및 제한지점(22, 23, 24, 25) 사이에 존재하는데, 제한지점에서의 정체 압력과 온도는 증발 용기 내의 온도 및 압력과 동일하다. 도 6은, 전술한 식(2)로 산출한 대로 아연과 마그네슘의 임계 압력과 함께 아연과 마그네슘의 포화 증기 압력을 온도의 함수로서 제공한다.

실시예 1은 도 7a에 도시되어 있는데, 아연 증기는 초크된 제한지점(23)을 통해 공급되고, 마그네슘 증기는 별도의 초크된 제한지점(22)을 통해 공급된다. 제한지점을 통과한 후에 2개의 증기가 합해져서 증착된다. 각 증기의 조건(용융 온도)은 아연 제한지점의 임계 압력이 마그네슘 제한지점의 임계 압력과 같아지도록 선택된다. 예를 들어, 개시점으로서 Mg의 용융 온도를 770℃로 하면, 이것은 1000Pa의 마그네슘 임계 압력에 상응한다 (도 6 참조). 아연에 대하여 동일한 임계 압력을 달성하려면, 아연 용융 온도가 대략 620℃가 되어야 한다. 2m/분의 스트립-이송 속도에서 총중량을 기준으로 하여 6%의 마그네슘을 갖는 5㎛ 두께의 코팅을 얻으려면 필요한 유효 표면적이 아연 제한지점에 대해서는 1.27×10^-4㎡이고 마그네슘 제한지점에 대해서는 1.57×10^-5㎡이라는 것이 식(1)로부터 산출되었다. 실험예에서 이 값을 이용하면, 총 중량을 기준으로 하여 6.7%의 마그네슘 함량을 갖는 5.3㎛의 코팅 두께가 얻어졌다.

실시예 2는 도 7b에 도시되어 있는데, 초크된 제한지점(24)은 마그네슘 증기를 제어된 속도로 아연 증기 라인으로 주입하는데 사용된다. 생성되는 아연-마그네슘 혼합물을 스트립 상에 증착하기 전에 다른 초킹 제한지점(25)을 통하여 공급한다. 분출될 때 마그네슘 흐름량이 아연 흐름량보다 적기 때문에 상대적으로 작은 제한지점을 이용해서 마그네슘을 메인 흐름에 주입하고 그 반대가 되지 않도록 하는 것이 바람직한 것으로 여겨진다. 이제, 마그네슘 증기 조건을 제한지점(24)에서의 임계 마그네슘 압력이 용기 내의 상류 아연 압력과 동일해지도록 선택한다. 개시점으로서 아연 온도를 524℃로 하면, 용기 중의 상응하는 포화 아연 압력은 317Pa이다. 이 압력이 아연 증기 라인에서도 우세하다고 가정하면 마그네슘의 임계 압력은 317Pa와 동일하거나 더 높은 것이 바람직한데, 이는 644Pa의 마그네슘 압력 및 702℃의 온도와 상응한다. 실험에에서는 733℃의 마그네슘 온도가 사용되었다. 10중량%의 마그네슘을 얻으려면 제한지점의 유효 표면적이 아연-마그네슘에 대해서는 3.2×10^-4㎡이고 마그네슘에 대해서는 1.57×10^-5㎡이라는 것이 식(1)로부터 산출되었다. 사용된 코팅 마그네슘 함량은 평균적으로 13%였다. 전술한 방법은, 필요에 따라서 정밀하게 변할 수 있는 제한지점의 반응 조건 및 표면적을 결정하기에 가장 신속한 방법을 제공한다.

Claims (11)

1. 제1 증기 및 제2 증기중 하나 이상을 초킹 조건 하에 기판에 증착하는 것을 특징으로 하는, 기판에 코팅을 도포하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 금속 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판이 스틸 시트 또는 스틸 스트립인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 증기 및 상기 제2 증기가 금속 증기인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 증기가 아연 증기이고, 상기 제2 증기가 마그네슘 증기인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 증기가 증착 전에 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 모든 증기가 혼합되기 전에 초킹되는 것을 특징으로하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 하나 이상의 증기는 혼합되기 전에 초킹되고 혼합 증기는 혼합 후 초킹되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 8항중 어느 한항에 있어서, 증기의 임계 압력이 실질적으로 서로 동일해지도록 제어함으로써 초킹 조건을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 2개 이상의 원소를 증착하는 연속식 증착에서 초킹 조건을 이용하여 증착되어질 모든 원소를 소망하는 양만큼 증착시키는 방법.
11. 2개 이상의 원소를 증착하는 연속식 증착에서 초킹 조건을 이용하여 원소들중 하나의 소스가 다른 원소로 오염되지 않도록 하는 방법.