KR20070047714A - 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법 - Google Patents

열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070047714A
KR20070047714A KR1020060107204A KR20060107204A KR20070047714A KR 20070047714 A KR20070047714 A KR 20070047714A KR 1020060107204 A KR1020060107204 A KR 1020060107204A KR 20060107204 A KR20060107204 A KR 20060107204A KR 20070047714 A KR20070047714 A KR 20070047714A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermal spray
yttria
powder
spray powder
thermal
Prior art date
Application number
KR1020060107204A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101344840B1 (ko
Inventor
준야 키타무라
히로유키 이베
Original Assignee
가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
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 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 filed Critical 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
Publication of KR20070047714A publication Critical patent/KR20070047714A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101344840B1 publication Critical patent/KR101344840B1/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62665Flame, plasma or melting treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00Compounds of rare earth metals
    • C01F17/20Compounds containing only rare earth metals as the metal element
    • C01F17/206Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
    • C01F17/218Yttrium oxides or hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/50Agglomerated particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/51Particles with a specific particle size distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/11Powder tap density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/20Powder free flowing behaviour
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54Particle size related information
    • C04B2235/5418Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567Treatment time

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

열분사용 분말은 이트리아 조립-소결 입자와 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하의 이트리아 미립자를 함유한다. 열분사용 분말 내 이트리아 미립자 함유량은 1,000~10,000 질량 ppm이다. 열분사용 분말은 대기압 플라즈마 열분사에 의해 열분사 피막을 형성하는 용도로 사용되는 것이 바람직하다.
이트리아, 열분사, 피막

Description

열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법 {THERMAL SPRAY POWDER AND METHOD FOR FORMING A THERMAL SPRAY COATING}
본 발명은 이트리아 조립-소결 입자를 함유한 열분사용 분말 및 이러한 열분사용 분말을 이용한 열분사 피막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정 디바이스의 제조 분야에서는 플라즈마를 이용한 드라이 식각에 의한 디바이스의 미세 가공이 행해지고 있다. 이 플라즈마 프로세스 중, 플라즈마에 의해 식각 손상을 입을 우려가 있는 반도체 디바이스 제조 장치나 액정 디바이스 제조 장치 부분에 열분사 피막을 만들어서 해당 부분의 내플라즈마 식각성을 개선하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 공개 번호 2002-80954호 공보 참조). 이와 같이 내플라즈마 식각성을 개선함에 따라 입자의 비산(飛散)이 억제되고, 그 결과 디바이스의 제품 득률이 향상된다.
이러한 용도로 사용되는 열분사 피막은 예를 들면 이트리아 조립-소결 입자 를 함유한 열분사용 분말을 플라즈마 열분사하여 형성할 수 있다. 열분사 피막의 내플라즈마 식각성 향상을 목표로 한 열분사용 분말의 개발이 이루어지고 있지만, 아직 요구되는 성능을 만족할 수 있는 열분사용 분말을 얻을 수 없는 것이 현실이다.
본 발명의 목적은 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막 형성에 적합한 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이트리아 조립-소결 입자와 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하의 이트리아 미립자를 함유한 열분사용 분말을 제공한다. 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량은 1,000~10,000 질량 ppm이다.
또한 본 발명은 상기의 열분사용 분말을 대기압 플라즈마 열분사하여 열분사 피막을 형성하는 공정을 갖춘 열분사 피막의 형성 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 한 실시 형태를 설명한다.
본 실시 형태의 열분사용 분말은 이트리아 조립-소결 입자에 이트리아 미립 자가 혼합된 이트리아 조립-소결 입자와 이트리아 미립자로 실질적으로 이루어진다. 열분사용 분말 내에서 이트리아 미립자는 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 정전기적으로 부착된 상태, 즉 물리 흡착된 상태로 존재한다. 이트리아 조립-소결 입자는 조립-소결법에 의해 제작되는 것이며, 1차 입자끼리 주로 화학 결합에 의해 강고하게 결합하게 된다.
조립-소결법에서는 원료 분말에서 조립 분말을 우선 제작하고, 이 조립 분말을 소결하고 해쇄(解碎)하며, 필요에 따라서는 분급하여 조립-소결 입자를 제작한다. 원료 분말은 이트리아 분말일 수 있고, 이트륨 분말이나 수산화 이트륨 분말 또는 이것들과 이트리아 분말의 혼합물 같은 조립 및 소결 과정에서 최종적으로 이트리아로 변환할 수 있는 물질의 분말일 수 있다.
원료 분말의 평균 입자 지름은 0.01~8 ㎛ 정도가 바람직하다. 원료 분말로부터의 조립 분말의 제작은 적절한 분산매에 원료 분말을 혼합하고, 필요에 따라서는 바인더를 첨가하여 만들어진 슬러리를 분무 조립함으로써 행해지고, 원료 분말에서 직접 조립 분말을 제작하는 전동 조립 또는 압축 조립함으로써 행해진다. 조립 분말의 소결은 대기 중, 진공 중 및 불활성 가스 분위기 중, 어느 것으로 이루어져도 좋지만, 원료 분말 내 이트륨이 이트리아로 변환하기 위해서는 대기 중에서 이루어지는 것이 바람직하다. 조립 분말의 소결에는 전기로 또는 가스로를 이용할 수 있다. 소결 온도는 1200~1700 ℃가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 1300~1700 ℃이다. 소결 시, 최고 온도 보관 유지 시간은 30분~10시간이 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 1~5시간이다.
열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름이 20 ㎛ 미만일 경우, 조금 더 말하자면 22 ㎛ 미만일 경우, 더욱 말하자면 25 ㎛ 미만일 경우, 여기에 더 말하자면 28 ㎛ 미만일 경우에는 이트리아 조립-소결 입자 내에 비교적 작은 입자가 많이 포함될 수 있기 때문에 유동성이 좋은 열분사용 분말을 얻을 수 없을 우려가 있다. 따라서 열분사용 분말의 유동성을 향상시키기 위해서는 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름은 20 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 22 ㎛ 이상, 더더욱 바람직한 것은 25 ㎛ 이상, 가장 바람직한 것은 28 ㎛ 이상이다. 또한 열분사용 분말의 유동성이 저하됨에 따라, 열분사 프레임으로 열분사용 분말의 공급이 불안정해지기 쉬워, 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 균일하지 않게 되기 쉽다. 플라즈마에 의한 열분사 피막 식각은 열분사 피막 내 내플라즈마 식각성이 낮은 부분에서 우선적으로 진행되기 때문에 내플라즈마 식각성이 균일하지 않은 열분사 피막은 내플라즈마 식각성이 떨어지는 경향이 있다.
한편, 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름이 60 ㎛를 넘을 경우, 조금 더 말하자면 57 ㎛를 넘을 경우, 더욱 말하자면 55 ㎛를 넘을 경우, 여기에 더 말하자면 52 ㎛를 넘을 경우에는 열분사 프레임에 의해 이트리아 조립-소결 입자가 충분히 연화 또는 용해되지 않을 우려가 있다. 이로 인해 열분사용 분말의 부착 효율이 저하될 우려가 있다. 따라서 부착 효율의 향상을 위해서는 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름은 60 ㎛ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 57 ㎛ 이하, 더더욱 바람직한 것은 55 ㎛ 이하, 가장 바람직한 것은 52 ㎛ 이하이다.
내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기 위해서는 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 미립자의 평균 입자 지름은 1 ㎛ 이하가 필수적이다. 1 ㎛를 넘을 경우에는 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 이트리아 미립자가 정전기적으로 부착되기 어렵기 때문에, 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 이트리아 미립자가 정전기적으로 부착됨으로 인한 열분사용 분말의 유동성 개선은 거의 인정할 수 없다. 그렇기 때문에 유동성이 좋은 열분사용 분말을 얻을 수 없을 우려가 높고, 열분사 피막의 내플라즈마 식각성 균일하지 않게 될 우려가 높다. 그리고 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 미립자의 평균 입자 지름이 1 ㎛를 넘을 경우에는 라멜라 조직을 나타내는 열분사 피막 내 라멜라간 결합을 시키는 이트리아 미립자에서 유래되는 층이 균일하지 않게 되기 쉽다. 이로 인해 이트리아 미립자에서 유래되는 층에 의한 라멜라간 결합의 증강은 거의 인정할 수 없다. 따라서 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기는 어렵다.
또한 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 미립자의 평균 입자 지름이 0.6 ㎛ 를 넘을 경우, 조금 더 말하자면 0.4 ㎛를 넘을 경우에는, 설사, 1 ㎛ 이하라고 하더라도 열분사용 분말의 유동성이 그다지 개선되지 않아서 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 약간 저하될 우려가 있다. 따라서 열분사 피막의 내플라즈마 식각성을 한층 더 향상시키기 위해서는 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 미립자의 평균 입자 지름은 0.6 ㎛ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 0.4 ㎛ 이하이다.
내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기 위해서는 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량은 1000 질량 ppm 이상이 필수적이다. 1000 질량 ppm 미만일 경우에는 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 너무 적기 때문에 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 이트리아 미립자가 정전기적으로 부착됨으로 인한 열분사용 분말의 유동성 개선은 거의 인정할 수 없다. 그렇기 때문에 유동성이 좋은 열분사용 분말을 얻을 수 없을 우려가 높고, 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 균일하지 않게 될 우려가 높다. 그리고 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 1000 질량 ppm 미만일 경우에는 같은 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 너무 적기 때문에 이트리아 미립자에 의한 열분사 피막 내 라멜라간 결합의 증강은 거의 인정할 수 없다. 따라서 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기는 어렵다.
또한 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 1300 질량 ppm 미만일 경우, 조금 더 말하자면 1500 질량 ppm 미만일 경우에는, 설사, 1000 질량 ppm 이 상이라고 하더라도 열분사용 분말의 유동성이 그다지 개선되지 않아 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 약간 저하될 우려가 있다. 따라서 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 한층 더 향상되기 위해서는 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량은 1300 질량 ppm 이상이 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 1500 질량 ppm 이상이다.
내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기 위해서는 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량은 10,000 질량 ppm 이하일 것도 필수적이다. 10,000 질량 ppm을 넘을 경우에는 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 정전기적으로 부착되지 않고 유리(遊離)하는 이트리아 미립자가 증가한다. 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 정전기적으로 부착되지 않고 유리하는 이트리아 미립자는 서로 응집하여 열분사용 분말의 유동성을 저하시키는 원인이 된다. 그리고 이트리아 미립자가 서로 응집한 채로 열분사 피막 내에 혼입되면, 그 혼입 자체에 의해서도 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 저하된다. 따라서 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 10,000 질량 ppm을 넘을 경우에는 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 얻기는 어렵다.
또한 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 9,000 질량 ppm을 넘을 경우, 조금 더 말하자면 8,000 질량 ppm을 넘을 경우에는, 설사, 10,000 질량 ppm 이하라고 하더라도 열분사용 분말의 유동성이 약간 저하된다. 이로 인해 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 약간 저하될 우려가 있다. 따라서 열분사 피막의 내플라즈마 식각성을 한층 더 향상시키기 위해서는 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량은 9,000 질량 ppm 이하가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 8,000 질량 ppm 이하이다.
열분사용 분말의 안식각이 40°를 넘을 경우, 조금 더 말하자면 38°를 넘을 경우, 더욱 말하자면 36°를 넘을 경우에는 유동성이 좋은 열분사용 분말을 얻을 수 없을 우려가 있다. 따라서 열분사용 분말의 유동성을 향상시키기 위해서는 열분사용 분말의 안식각은 40°이하가 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 38°이하, 가장 바람직한 것은 36°이하이다. 또한 상술한 바와 같이 열분사용 분말의 유동성이 저하됨에 따라, 열분사 프레임으로 열분사용 분말 공급이 불안정해지기 쉬워, 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 균일하지 않게 되기 쉽다.
열분사용 분말의 부피 비중이 1 미만일 경우에는 치밀도가 높은 열분사 피막을 얻기 어렵다. 따라서 열분사 피막의 치밀도 향상을 위해서는 열분사용 분말의 부피 비중은 1 이상이 바람직하다. 또한 치밀도가 낮은 열분사 피막은 기공율이 높고, 플라즈마에 의한 열분사 피막의 식각은 열분사 피막 내 기공 주변에서도 우선적으로 진행되기 때문에 기공율이 높은 열분사 피막은 내플라즈마 식각성이 떨어지는 경향이 있다.
열분사용 분말의 부피 비중 상한은 특별히 한정할 수 없지만, 실용적인 면에서 말하자면 열분사용 분말의 부피 비중은 3.0 이하가 바람직하다.
본 실시 형태의 열분사용 분말은 플라즈마 열분사 또는 이 이외의 열분사 법에 의해 열분사 피막을 형성하는 용도로 사용된다. 열분사용 분말을 플라즈마 열분사 할 때 분위기 압력은 대기압으로 하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 열분사용 분말은 대기압 플라즈마 열분사 용도로 이용되는 것이 바람직하다. 플라즈마 열분사 할 때 분위기 압력이 대기압이 아닐 경우, 특히 감압 분위기일 경우에는 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 약간 저하될 우려가 있다. 열분사용 분말을 감압 플라즈마 열분사할 경우에는 열분사 중, 열분사용 분말 내 이트리아 환원이 일어날 우려가 있다. 이로 인해 열분사 피막 내 산소 결손에 기인하는 격자 결함이 포함될 우려가 있다. 플라즈마에 의한 열분사 피막의 식각은 열분사 피막 내 결함 부분에서도 우선적으로 진행된다. 그렇기 때문에 감압 플라즈마 열분사에 의해 형성되는 열분사 피막은 대기압 플라즈마 열분사에 의해 형성되는 열분사 피막에 비해 내플라즈마 식각성이 떨어지는 경향이 있다.
본 실시 형태에 의하면 이하의 이점을 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 열분사용 분말은 이트리아 조립-소결 입자와 이트리아 미립자를 함유한 이트리아 미립자의 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하로 설정되는 것과 동시 에 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 1,000~10,000 질량 ppm으로 설정되어 있다. 그렇기 때문에 이트리아 조립-소결 입자의 표면에 이트리아 미립자가 정전기적 부착에 의해 열분사용 분말의 유동성이 효과적으로 개선되었다. 이로 인해 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 균일화되고 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 향상된다. 그리고 이트리아 미립자에 의해 열분사 피막 내 라멜라간 결합이 효과적으로 증강되어, 결과적으로도 열분사 피막의 내플라즈마 식각성이 향상된다. 따라서 본 실시 형태의 열분사용 분말로부터 형성되는 열분사 피막은 내플라즈마 식각성이 뛰어나다. 바꿔 말하면, 본 실시 형태의 열분사용 분말은 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막을 형성하는데 적합하다.
상기 실시 형태를 다음과 같이 변경할 수 있다.
열분사용 분말은 이트리아 조립-소결 입자 및 이트리아 미립자 이외의 성분을 함유해도 좋다. 다만, 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자 및 이트리아 미립자 이외의 성분은 가능한 한 적은 것이 바람직하다.
열분사용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자 및 이트리아 미립자는 이트리아 이외의 성분을 함유해도 좋다. 다만, 이트리아 조립-소결 입자 내 이트리아의 함유량 및 이트리아 미립자 내 이트리아의 함유량은 90% 이상이 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 95% 이상, 가장 바람직한 것은 99% 이상이다. 이트리아 조립-소결 입자 내 이트리아 이외의 성분 및 이트리아 미립자 내 이트리아 이외의 성분은 특별히 제한할 수 없지만, 희토류 산화물이 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
이트리아 조립-소결 입자에 이트리아 미립자를 혼합한 실시예 1~10 및 비교예 1~3의 열분사용 분말을 제작했다. 그리고 각 열분사용 분말을 플라즈마 열분사하여 열분사 피막을 형성했다. 열분사용 분말 및 열분사 피막의 자세한 것은 표1에 나타낸 대로이다. 그리고 열분사 피막을 형성할 때의 열분사 조건(대기압 플라즈마 열분사 조건 및 감압 플라즈마 열분사 조건)은 표2에 나타낸 대로이다.
표1의 “이트리아 미립자 함유량”난은 각 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량을 나타낸다.
표1의 “이트리아 미립자의 평균 입자 지름”난은 (주) 호리바 세이사쿠쇼의 레이저 회절/산란식 입도 측정기 “LA-300”을 이용해 측정한 각 열분사용 분말에 포함되는 이트리아 미립자의 평균 입자 지름을 나타낸다.
표1의 “이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름”난은 (주) 호리바 세이사쿠쇼의 레이저 회절/산란식 입도 측정기 “LA-300”을 이용해 측정한 각 열분사 용 분말에 포함되는 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름을 나타낸다.
표1의 “안식각”난은 츠츠이 리카쿠 키카이(주)의 A.B.D 분체 특성 측정기 “A.B.D-72형”을 이용해 측정한 각 열분사용 분말의 안식각을 나타낸다.
표1의 “부피 비중”난은 JIS Z2504에 준해 측정한 각 열분사용 분말의 부피 비중을 나타낸다.
표1의 “열분사 분위기”난은 열분사 피막을 형성해야 하는 각 열분사용 분말을 플라즈마 열분사 할 때의 분위기 압력을 나타낸다.
표1의 “부착 효율”난은 각 열분사용 분말을 열분사하여 형성한 열분사 피막 중량의, 열분사에 사용한 열분사용 분말의 중량에 대해 비율인 부착 효율에 대해 평가한 결과를 나타낸다. 이 난에서 1(우수)은 부착 효율이 50% 이상, 2(양호)는 45% 이상 50% 미만, 3(불량)은 45% 미만을 나타낸다.
표1의 “치밀도”난은 각 열분사용 분말을 열분사하여 형성한 열분사 피막 치밀도에 대해 평가한 결과를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 우선 각 열분사 피막을 그 윗면에 직각으로 교차하는 면에서 절단하여, 평균 입자 지름 0.06 ㎛ 의 콜로이드 실리카를 이용해 그 절단면을 경면 연마했다. 그 후, 에누 사포트사의 화상 해석 처리 장치 “NSFJ1-A”를 이용해서 열분사 피막의 절단면에서 기공율을 측정했다. “치밀도”난에서 1(우수)은 기공율이 6% 미만, 2(양호)는 6% 이상 12% 미만, 3(불량)은 12% 이상을 나타낸다.
표1의 “내플라즈마 식각성”난은 각 열분사용 분말을 열분사하여 형성한 열분사 피막의 내플라즈마 식각성에 대해 평가한 결과를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 우선 평균 입자 지름 0.06 ㎛ 의 콜로이드 실리카를 이용해서 각 열분사 피막의 표면을 경면 연마했다. 연마 후, 열분사 피막 표면의 일부를 폴리이미드 테이프로 마스킹하고 나서, 그 열분사 피막의 표면 전체를 표3에 나타내는 조건으로 플라즈마 식각을 했다. 그 후, 케이엘에이텐코사의 단차 측정 장치 “알파 스텝”을 이용해서 마스킹한 부분과 마스킹하지 않은 부분 사이의 단차 크기를 측정했다. “내플라즈마 식각성”난에서 1(우수)은 단차 크기를 식각 시간으로 나누어 산출된 식각률이 40 nm/분 미만, 2(양호)는 40 nm/분 이상 50 nm/분 미만, 3(불량)은 50 nm/분 이상을 나타낸다.
Figure 112006080124319-PAT00001
대기압 플라즈마 열분사 조건 기재:갈색 산화알루미늄 연삭재(A#40)에 의한 블라스트 처리된 Al합금(A6061)판 (50mm×75m×5mm) 열분사기:Praxair사 제품의 “SG-100” 분말 공급기:Praxair사 제품의 “Model 1264” Ar 가스압:50psi (0.34 MPa) He 가스압:50psi (0.34 MPa) 전압:37.0V 전류:900A 열분사 거리:120mm 열분사용 분말 공급량:매분 20g 감압 플라즈마 열분사 조건 기재:갈색 산화알루미늄 연삭재(A#40)에 의한 블라스트 처리된 Al합금(A6061)판 (50mm×75m×5mm) 열분사기:Sulzer-Metco사 제품의 “F4” 분말 공급기:Sulzer-Metco사 제품의“Twin10” Ar 가스 유량:42L/min He 가스압:10L/min 전압:43.0V 전류:620A 열분사 거리:200mm 열분사용 분말 공급량:매분 20g
식각 장치:아르밧쿠㈜의 반응 이온 식각 장치 “NLD-800” 식각 가스:CF4 식각 가스 유량:0.054L/min 챔버 압력:1Pa 플라즈마 출력:800W 식각 시간:1시간
표1에 나타나 있듯이, 실시예 1~10의 열분사 피막에서는 내플라즈마 식각성에 관해 실용상 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 있던 것에 비해, 비교예 1~3의 열분사 피막에서는 내플라즈마 식각성에 관해 실용상 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 없었다.
본 발명에 따라, 열분사용 분말은 이트리아 조립-소결 입자와 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하의 이트리아 미립자를 함유하고, 이 열분사용 분말 내 이트리아 미립자 함유량은 1,000~10,000 질량 ppm으로, 대기압 플라즈마 열분사함으로써 내플라즈마 식각성이 뛰어난 열분사 피막의 형성에 적합한 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 이트리아 조립-소결 입자와 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이하의 이트리아 미립자를 함유한 열분사용 분말에 있어서, 열분사용 분말 내 이트리아 미립자의 함유량이 1,000~10,000 질량 ppm인 열분사용 분말.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이트리아 조립-소결 입자의 평균 입자 지름이 20~60 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 열분사용 분말.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 안식각이 40°이하인 것을 특징으로 하는 열분사용 분말.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부피 비중이 1 이상인 것을 특징으로 하는 열분사용 분말.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대기압 플라즈마 열분사에 의해 열분사 피막을 형성하는 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 열분사용 분말.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 열분사용 분말을 대기압 플라즈마 열분사하여 열분사 피막을 형성하는 공정을 갖춘 열분사 피막의 형성 방법.
KR1020060107204A 2005-11-02 2006-11-01 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법 KR101344840B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005320116A JP4630799B2 (ja) 2005-11-02 2005-11-02 溶射用粉末及び溶射皮膜の形成方法
JPJP-P-2005-00320116 2005-11-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070047714A true KR20070047714A (ko) 2007-05-07
KR101344840B1 KR101344840B1 (ko) 2013-12-26

Family

ID=38053868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060107204A KR101344840B1 (ko) 2005-11-02 2006-11-01 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7700060B2 (ko)
JP (1) JP4630799B2 (ko)
KR (1) KR101344840B1 (ko)
TW (1) TWI394619B (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101045793B1 (ko) * 2008-09-08 2011-07-04 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 코팅 방법 및 장치
JP5939084B2 (ja) 2012-08-22 2016-06-22 信越化学工業株式会社 希土類元素オキシフッ化物粉末溶射材料の製造方法
WO2015079906A1 (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射材料および溶射皮膜
JP6193493B2 (ja) * 2014-06-20 2017-09-06 株式会社フジミインコーポレーテッド 粉末積層造形に用いる粉末材料およびそれを用いた粉末積層造形法
JP2023051381A (ja) 2021-09-30 2023-04-11 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射用粉末および溶射皮膜の作製方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4101713A (en) * 1977-01-14 1978-07-18 General Electric Company Flame spray oxidation and corrosion resistant superalloys
JPS6119771A (ja) * 1984-07-06 1986-01-28 Shinshu Ceramic:Kk 微粉体輸送方法
JPH0726187B2 (ja) * 1986-12-24 1995-03-22 トヨタ自動車株式会社 断熱溶射層の形成方法
JPH083718A (ja) * 1994-06-16 1996-01-09 Toshiba Corp 溶射被覆金属部材の製造方法
DE60127035T2 (de) * 2000-06-29 2007-11-08 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermisches Sprühbeschichtungsverfahren und Pulver aus Oxyden der seltenen Erden dafür
JP3672833B2 (ja) 2000-06-29 2005-07-20 信越化学工業株式会社 溶射粉及び溶射被膜
US6685991B2 (en) * 2000-07-31 2004-02-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for formation of thermal-spray coating layer of rare earth fluoride
JP4044348B2 (ja) * 2001-03-08 2008-02-06 信越化学工業株式会社 溶射用球状粒子および溶射部材
US6916534B2 (en) * 2001-03-08 2005-07-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermal spray spherical particles, and sprayed components
EP1243666B1 (en) * 2001-03-21 2008-05-07 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermal spray rare earth oxide particles, sprayed components and corrosion resistant components
JP4273292B2 (ja) * 2001-04-06 2009-06-03 信越化学工業株式会社 溶射用粒子、および該粒子を用いた溶射部材
US6596397B2 (en) * 2001-04-06 2003-07-22 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermal spray particles and sprayed components
US6852433B2 (en) * 2002-07-19 2005-02-08 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare-earth oxide thermal spray coated articles and powders for thermal spraying
JP2005179696A (ja) * 2003-12-16 2005-07-07 Tocalo Co Ltd 溶射用粉末材料および耐高温腐食性に優れる溶射皮膜被覆部材
US8075860B2 (en) 2005-09-30 2011-12-13 Fujimi Incorporated Thermal spray powder and method for forming a thermal spray coating

Also Published As

Publication number Publication date
TWI394619B (zh) 2013-05-01
KR101344840B1 (ko) 2013-12-26
JP4630799B2 (ja) 2011-02-09
US7700060B2 (en) 2010-04-20
US20070116885A1 (en) 2007-05-24
JP2007126710A (ja) 2007-05-24
TW200718488A (en) 2007-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101352873B1 (ko) 열분사용 분말 및 열분사 피막 형성 방법
KR20070047715A (ko) 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법
CN102965610B (zh) 热喷涂粉末、形成热喷涂涂层的方法以及抗等离子体构件
JP4981291B2 (ja) 溶射用粉末及び溶射皮膜の形成方法
KR102282057B1 (ko) 용사 피막, 용사 피막의 제조 방법, 용사 부재 및 용사 재료
US20060178010A1 (en) Member having plasma-resistance for semiconductor manufacturing apparatus and method for producing the same
US20060159946A1 (en) Member having plasma-resistance for semiconductor manufacturing apparatus and method for producing the same
KR101344840B1 (ko) 열분사용 분말 및 열분사 피막의 형성 방법
TWI472647B (zh) 熱噴塗粉末及形成熱噴塗塗層之方法
KR102711711B1 (ko) 서스펜션 플라즈마 분무용 슬러리 및 분무 피막의 형성 방법
KR20060092095A (ko) 용사용 분말
JP2008073825A (ja) Cmpコンディショナおよびその製造方法
KR102266655B1 (ko) 이트륨계 과립 분말을 이용한 용사 피막의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 이트륨계 용사 피막
CN115261762A (zh) 喷镀用材料
TW202244286A (zh) 成膜用材料、成膜用漿液、熔射皮膜以及熔射構件
JP4981292B2 (ja) 溶射用粉末及び溶射皮膜の形成方法
KR101333149B1 (ko) 열분사 피막
JP2007100143A (ja) 溶射皮膜
JP2007126711A (ja) 溶射用粉末及び溶射皮膜の形成方法
JP2008073826A (ja) Cmpコンディショナおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161123

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171117

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181115

Year of fee payment: 6