KR20120009698A - 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법 - Google Patents

유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120009698A
KR20120009698A KR1020100070046A KR20100070046A KR20120009698A KR 20120009698 A KR20120009698 A KR 20120009698A KR 1020100070046 A KR1020100070046 A KR 1020100070046A KR 20100070046 A KR20100070046 A KR 20100070046A KR 20120009698 A KR20120009698 A KR 20120009698A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite crucible
glassy carbon
thermosetting resin
producing
carbon coated
Prior art date
Application number
KR1020100070046A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101210882B1 (ko
Inventor
조광연
장승조
홍석기
Original Assignee
장승조
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 장승조, 한국세라믹기술원 filed Critical 장승조
Priority to KR1020100070046A priority Critical patent/KR101210882B1/ko
Publication of KR20120009698A publication Critical patent/KR20120009698A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101210882B1 publication Critical patent/KR101210882B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C23C14/12—Organic material
    • 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
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
    • 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
    • C23C2222/00—Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
    • C23C2222/20—Use of solutions containing silanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

본 발명은 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 표면에 열경화성 수지층이 형성된 흑연 도가니를 건조하는 단계; 상기 건조된 흑연 도가니를 열처리하여 열경화성 수지를 경화시키는 단계; 및 상기 경화 단계를 거친 흑연 도가니를 열처리하여 경화된 열경화성 수지를 유리질 탄소로 탄화시키는 단계를 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법, 및 흑연 도가니, 및 상기 흑연 도가니 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층을 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 고온 공정에서도 파티클 발생이 없고 우수한 기계적 강도를 나타내며, 조직이 치밀하여 가스나 유체의 침투가 방지될 수 있다. 또한, 열전도도 등의 특성이 우수하여, 증착 공정시 증착액의 흡수가 방지될 수 있다. 따라서, 이러한 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조 등의 다양한 분야, 특히 CIGS계 박막형 태양전지 제조에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법{GRAPHITE CRUCIBLE WITH GLASSY CARBON COATINGS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 흑연 도가니 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흑연 도가니에 표면처리를 통하여 유리질 탄소(glassy carbon) 코팅을 형성함으로써, 파티클 발생을 방지하고, 기계적 강도가 우수하며, 가스나 유체 침투가 없고 증착액 흡수를 방지할 수 있는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
흑연은 열전도도 및 금속과의 비젖음 특성이 우수하므로, 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조 등의 다양한 분야에서 흑연 도가니(graphite crucible)로 널리 이용된다. 흑연 도가니는 일반적으로 흑연 분말에 점토를 혼합하여 성형하여 만들어진다.
특히, 최근 청정 에너지 개발에 대하여 관심이 집중되면서, 차세대 태양전지로서 CIGS(Copper-Indium-Gallium-Senenide)계 태양전지와 같은 박막형 태양전지에 대한 다양한 개발이 이루어지고 있다. 이러한 박막형 태양전지 제조 공정에 있어서, 태양광 집열판 형성시 증착용 증발 소스를 담은 흑연 도가니의 성능 향상이 더욱 요구되고 있다.
그러나, 흑연은 탄소층간 결합이 약한 반데르발스 결합으로 이루어져 있어, 고온 반응에서 파티클(particle)이 발생하고 기계적 강도가 저하되며, 이에 따라 가스나 유체가 침투할 수 있고, 또한 증착 코팅시 도가니로 증착액이 흡수될 수 있는 문제가 있다. 이에, 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조 공정에 있어서 흑연 도가니를 이용하는 경우 공정 효율이 저하되고, 최종 생성물의 물성 확보가 곤란해질 수 있다.
한편, 유리질 탄소 블록을 이용한 도가니가 제안되었으나, 그 제조 공정이 대단히 어렵고 복잡하며, 비용이 흑연 도가니에 비하여 10배 이상 비싸기 때문에 양산성 및 경제성 문제로 실용화가 곤란하다.
따라서, 흑연 도가니에 있어서, 열전도도 등의 우수한 특성에 더하여, 파티클 발생이나 가스/유체의 침투가 방지되고, 기계적 강도가 우수하며, 도가니로 증착액이 흡수되지 않는 등의 특성을 더욱 향상시켜 각종 산업 분야에서 유용하게 적용될 수 있도록 하기 위한 요구가 여전히 존재하는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 흑연 도가니에 표면처리를 통하여 유리질 탄소(glassy carbon) 코팅을 형성함으로써, 흑연 도가니 및 유리질 탄소 도가니의 장점을 모두 발휘하여, 열전도도 등의 특성이 우수하고, 파티클 발생을 방지하고, 기계적 강도가 우수하며, 가스나 유체 침투가 없고 증착액 흡수를 방지할 수 있는 흑연 도가니, 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 표면에 열경화성 수지층이 형성된 흑연 도가니를 건조하는 단계; 상기 건조된 흑연 도가니를 열처리하여 열경화성 수지를 경화시키는 단계; 및 상기 경화 단계를 거친 흑연 도가니를 열처리하여 경화된 열경화성 수지를 유리질 탄소로 탄화시키는 단계를 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 흑연 도가니, 및 상기 흑연 도가니 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층을 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니를 제공한다.
본 발명에 따르면, 표면처리를 통하여 흑연 도가니 표면에 유리질 탄소 코팅을 형성함으로써, 흑연 도가니의 장점 및 유리질 탄소 도가니의 장점을 모두 발휘라 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 고온 공정에서도 파티클 발생이 없고 우수한 기계적 강도를 나타내며, 조직이 치밀하여 가스나 유체의 침투가 방지될 수 있다. 또한, 열전도도 등의 특성이 우수하고, 증착 공정시 증착액의 흡수가 방지될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조 시 증착 코팅 등의 다양한 분야에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 실시예 2(1)에 따른 페놀 수지, 및 페놀 수지와 메탄올의 혼합물에 대한 열중량-시차열분석(TG-DTA) 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 2는 실시예 2(2)에 따른 중온 건조시 각각 60℃ 초과 온도(a), 및 50℃(b)에서 건조한 시편의 탄화 후 사진.
도 3은 실시예 2(3)에 따른 고압 경화시 각각 200psi 미만의 압력(a) 및 300psi의 압력에서 경화시킨 시편의 탄화 후 사진.
도 4는 실시예 2(4)에 따른 수지 용액 중의 페놀 수지 및 메탄올 혼합 비율을 달리하여 제조한 시편의 탄화 후 사진.
도 5는 실시예 3에 따른 농도를 달리한 실란으로 표면처리한 흑연 분말의 FT-IR 분석 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 실시예 3에 따른 실란으로 표면처리한 흑연 분말 및 실란으로 표면처리하지 않은 흑연 분말의 FT-IR 분석 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 실시예 3에서 관찰된 실란 농도에 따른 젖음 현상을 나타내는 사진.
도 8 및 9는 실시예 4(1)에 따른 탄화 후 시편의 FE-SEM 분석결과를 나타내는 도.
도 10은 실시예 4(2)에 따른 탄화 후 시편의 FE-SEM 분석결과를 나타내는 도.
도 11 내지 13은 실시예 4(3)에 따른 탄화 후 시편의 FE-SEM 분석결과를 나타내는 도.
도 14 내지 16은 실시예 4(4)에 따른 탄화 후 시편의 FE-SEM 분석결과를 나타내는 도.
도 17 내지 19는 실시예 5에 따른 탄화 후 시편의 FE-SEM 분석결과를 나타내는 도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법은 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 상기 표면에 열경화성 수지층이 형성된 흑연 도가니를 건조하는 단계; 상기 건조된 흑연 도가니를 열처리하여 열경화성 수지를 경화시키는 단계; 및 상기 경화 단계를 거친 흑연 도가니를 열처리하여 경화된 열경화성 수지를 유리질 탄소로 탄화시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서는 통상적으로 이용되는 흑연 도가니를 제한 없이 이용할 수 있다. 예를 들어, 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조의 증착 코팅 공정 등에 이용되는 통상적인 흑연 도가니를 적절하게 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 열경화성 수지는 흑연 도가니 표면에 코팅되어 후속 공정에서 유리질 탄소(glassy carbon)로 탄화된다. 본 발명에 이용될 수 있는 열경화성 수지는 페놀 수지(phenol resin), 푸란 수지(furan resin) 또는 그 혼합물이다.
일 실시예에서, 상기 열경화성 수지층 형성 단계는 상기 흑연 도가니를 열경화성 수지 함유 용액에 침지하는 것을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 열경화성 수지층 형성 단계는 상기 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지 함유 용액을 코팅하는 것을 포함한다.
이때 이용되는 열경화성 수지 함유 용액은 열경화성 수지의 알코올 용액일 수 있다.
상기 용액을 형성하는데 이용되는 알코올은 메탄올인 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 열경화성 수지 함유 용액은 열경화성 수지 20~50중량% 및 알코올 50~80중량%를 포함한다. 본 발명에 있어서, 열경화성 수지와 알코올의 혼합비는 탄화 공정 후 최종 생성물의 표면 상태 및 물성 측면에서 선택될 수 있으며, 열경화성 수지 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 최종 탄화 후 부풀음 현상이 발생하여 흑연 도가니의 표면 상태가 불균일하고, 불량해질 우려가 있다.
열경화성 수지층 형성은 제조 공정 조건에 따른 적절한 온도 및 시간 조건 하에서, 열경화성 수지 함유 용액에 흑연 도가니를 침지하거나, 열경화성 수지 함유 용액을 흑연 도가니 표면에 코팅함으로써 수행되고, 예를 들어, 50~180℃에서, 12~36 시간 동안 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열경화성 수지층 형성 단계에 이용되는 열경화성 수지 함유 용액은 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)을 더 포함할 수 있다.
열경화성 수지 함유 용액에 에틸렌 글리콜을 더 포함시킴으로써, 흑연 도가니 표면에 형성되는 코팅층 두께를 물성 향상에 충분하도록 두껍게 형성할 수 있다.
에틸렌 글리콜은 열경화성 수지 함유 용액 전체 중량을 기준으로 10~40중량% 포함되는 것이 바람직하다. 에틸렌 글리콜 함량이 10중량% 미만인 경우에는 탄화후 흑연 도가니 표면의 코팅층 두께가 원하는 정도로 충분히 두껍게 형성되지 않으며, 40중량%를 초과하는 경우 표면의 과도한 판상 구조 형성으로 인한 손실 우려가 있다.
일 실시예에서, 상기 열경화성 수지층 형성 단계에 이용되는 열경화성 수지 함유 용액은 할로겐을 더 포함할 수 있다.
열경화성 수지 함유 용액에 할로겐을 더 포함시킴으로써, 가교결합(cross-linking)에 의하여 표면 구조가 치밀화되어, 탄화후 흑연 도가니 표면의 코팅층 두께를 물성 향상에 충분하도록 두껍게 형성할 수 있다.
할로겐은 불소, 염소, 브롬, 요오드 또는 그 혼합물일 수 있으며, 특히 요오드가 바람직하다.
할로겐은 열경화성 수지 함유 용액 전체 중량을 기준으로 0.1~5중량% 포함되는 것이 바람직하다. 할로겐 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 가교결합이 불충분하게 이루어질 수 있어 탄화후 흑연 도가니 표면의 코팅층 두께가 원하는 정도로 두껍게 형성되기 어려우며, 5중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 효과 향상을 기대할 수 없고, 오히려 물성 저하의 우려가 있다.
일 실시예에서, 상기 열경화성 수지층 형성 단계에 이용되는 열경화성 수지 함유 용액은 에틸렌 글리콜 및 할로겐, 특히 요오드가 첨가된 열경화성 수지의 알코올 용액이다.
다음으로, 이와 같이 표면에 열경화성 수지층이 형성된 흑연 도가니를 건조한다.
건조 단계는 최종 탄화후 흑연 도가니 표면에 형성되는 코팅층의 두께 및 표면 특성 향상 측면에서, 상온에서 8~16시간 동안 건조하는 제1 단계, 및 40~60℃에서 8~16시간 동안 열풍건조하는 제2 단계로 이루어질 수 있다.
상기 제2 단계에서 열경화성 수지 함유 용액에 포함된 알코올이 빠져나가면서 표면에 기포가 생성될 수 있으므로, 알코올의 증발온도를 고려하여 건조 온도 및 시간을 적절하게 조절함으로써 최종 생성된 코팅층의 표면 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 단계의 건조 온도가 40℃ 미만인 경우에는 표면에 형성된 열경화성 수지층이 흑연 도가니 표면에 충분히 고정되지 않아 탄화후 표면 코팅층의 두께가 불충분하거나 표면 특성이 불균일하게 형성될 우려가 있고, 60℃를 초과하는 경우에는 알코올이 증발하면서 표면에 기포가 생성되어, 탄화후 표면 특성이 불량해질 수 있다.
다음으로, 건조된 흑연 도가니를 열처리하여 열경화성 수지를 경화시킨다.
경화는 200~400psi의 압력 하에, 150~200℃에서 0.5~5시간 동안 열처리함으로써 이루어질 수 있다.
경화 온도 및 시간은 이용된 열경화성 수지의 경화 온도에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 경화시에, 열경화성 수지의 축합 반응이 이루어지면서 생성되는 H2O 및 CH2O로 인하여 기포가 발생하게 되므로, 이를 고려하여 압력 및 시간 조건을 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.
경화 단계에서 압력이 200psi 미만인 경우에는 열경화성 수지의 축합 반응에서 발생하는 H2O 및 CH2O로 인하여 발생된 기포 제거가 불충분하게 되어 탄화시 흑연 도가니 표면의 코팅층의 표면 특성이 불량해지게 되고, 400psi를 초과하는 경우에는 오히려 물성 저하의 우려가 있다.
경화는 아르곤, 질소 등의 불활성 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 경화 단계를 거친 흑연 도가니를 열처리하여 경화된 열경화성 수지를 유리질 탄소로 탄화시킨다.
탄화는 1100~1250℃에서 0.5~5시간 동안 열처리함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 탄화는 불활성 분위기, 예를 들어 아르곤 또는 질소 분위기 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.
탄화 과정에 의하여 흑연 도가니 표면층의 열경화성 수지가 유리질 탄소로 탄화됨으로써 흑연 도가니 표면에 유리질 탄소 코팅층이 형성되게 된다.
일 실시예에서, 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하기 전에, 흑연 도가니를 실란으로 표면처리하는 단계; 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 실란을 이용하여 표면처리함으로써 흑연 도가니 표면에 실라놀기가 도입되어 친수성이 유도되고, 결합력이 향상되어 열경화성 수지층 형성을 용이하게 하여, 최종적으로 유리질 탄소 코팅층이 적절하게 형성될 수 있다.
이러한 표면처리 방법은 공정 조건에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어, 흑연 도가니를 실란 용액에 침지하거나, 또는 흑연 도가니 표면에 실란 용액을 도포함으로써 이루어질 수 있다.
표면처리에 이용될 수 있는 실란 용액은 전술한 바와 같은 효과를 발휘하는한 특히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알코올, 물, 또는 그 혼합물 중의 실란 용액을 이용할 수 있다. 실란의 예로는 γ-아미노프로필트리에톡시실란(γ-APTS)을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실란 용액의 농도는 0.05~0.5부피%인 것이 바람직하다. 실란 용액의 농도가 0.05부피% 미만인 경우에는 흑연 도가니 표면에 실라놀기 도입이 충분치 않아 열경화성 수지와의 결합력을 최대화하기 어렵고, 0.5부피%를 초과하는 경우에는 실라놀기가 불균일하게 형성되어 열경화성 수지와의 결합력이 저하될 우려가 있다.
이와 같이 표면처리에 의하여 도입된 실라놀기 간의 중축합 반응을 촉진시키기 위하여, 표면 처리 후 80~150℃에서 0.5~4시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
이 때, 건조 온도가 80℃ 미만인 경우에는 반응속도가 너무 느려 양산성을 확보할 수 없으며, 150℃를 초과하는 경우에는 급격한 반응이 발생하여 실라놀기 간의 중축합 반응 후 치밀한 실라놀기 층을 얻을 수 없게 된다.
건조 시간이 0.5시간 미만인 경우에는 중축합 반응이 충분하지 않아, 실라놀기가 충분히 고정되지 않을 수 있고, 4시간을 초과하는 경우에는 더 이상의 효과 향상을 기대하기 어렵고, 오히려 물성 저하의 우려가 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 흑연 도가니, 및 상기 흑연 도가니 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층을 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니를 제공한다.
본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 전술한 바와 같은 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 우수한 열전도도 등의 흑연 도가니의 장점과 파티클 발생 억제, 우수한 기계적 강도, 가스 또는 유체의 불침투성, 도가니로의 증착액 흡수가 없는 등의 유리질 탄소 도가니의 장점을 모두 발휘할 수 있다. 이러한 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니는 금속이나 합금의 용융 공정, 실리콘 단결정 제조 공정, 박막형 태양전지 제조의 증착 코팅 공정 등에 유용하게 적용될 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 제조
에탄올 90부피% 및 증류수 10부피%를 혼합한 후, 혼합액에 대하여 γ-아미노프로필트리에톡시실란 0.2부피%를 첨가하고 교반한 후, 이 혼합 용액에 CIGS 박막 태양전지 제조 등에 있어서, 증착 코팅시에 증착용 증발 소스를 담는 통상적인 흑연 도가니를 침지하였다. 이후, 2시간 동안 100℃에서 건조하였다.
메탄올 90중량% 및 페놀 수지 10중량%를 첨가하고 교반하여 수지 용액을 형성하였다. 상기 실란처리된 흑연 도가니를 수지 용액에 침지한 후, 상온에서 12시간 동안 건조하였다. 다음으로 50℃에서 12시간 동안 건조하였다. 이후, 아르곤 분위기 하, 300psi에서, 내부 로 온도를 180℃로 설정하고, 3시간 동안 승온하여 2시간 동안 유지하였다. 다음으로 알루미나 튜브로에서 아르곤 분위기 하, 5℃~10℃/min의 속도로 1000~1100℃까지 승온하여 2시간 유지함으로써, 본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니를 제조하였다.
실시예 2: 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 특성 평가(1)
본 발명에 따른 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 특성을 평가하기 위하여, 특성 평가를 위하여 설정된 조건을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.
(1) 도 1에 페놀 수지, 및 페놀 수지와 메탄올의 혼합물에 대한 열중량-시차열분석(TG-DTA) 측정 결과를 나타낸다. 도 1로부터 메탄올 증발온도인 74℃를 기준으로 메탄올이 빠져나오게 되므로, 이를 고려하여 건조 온도를 40~60℃ 정도의 범위로 설정하였다. 또한, 180℃에서부터 중합 반응이 시작되므로, 고압 경화 시에 내부 로 온도는 150~200℃ 정도로 설정하였다.
(2) 수지 용액에 침지한 후, 수행되는 중온 건조 시 온도에 따른 탄화 후 표면 상태를 비교하기 위하여, 메탄올 60중량% 및 페놀 수지 40중량%의 수지 용액에 침지한 후, 각각 60℃ 초과 온도(a), 및 50℃(b)에서 2시간 동안 건조시키고, 전술한 바와 같이 경화 및 탄화하여 형성된 시편 사진을 도 2에 나타낸다. 도 2로부터, 침지 후 이루어지는 건조 시에 건조 온도가 60℃를 초과하는 경우(a)에는 50℃인 경우(b)에 비하여, 메탄올이 빠져나가면서 표면에 기포가 생성되어, 탄화 후 표면 상태가 불량해지는 것을 확인할 수 있다.
(3) 고압 경화시 압력 조건에 따른 탄화 후 표면 상태를 비교하기 위하여, 메탄올 10중량% 및 페놀 수지 90중량%의 수지 용액에 침지한 후, 50℃에서 중온건조된 시편을 150℃의 온도에서, 각각 200psi 미만의 압력(a) 및 300psi의 압력(b) 조건에서 경화시키고, 전술한 바와 같이 탄화시켜 형성된 시편 사진을 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터, 고압 경화 시 압력이 200psi 미만인 경우(a)에는 수지가 축합반응을 진행하면서 생성되는 H2O 및 CH2O로 인하여 기포가 발생하여, 탄화 후 표면 상태가 불량해지는 것을 확인할 수 있다.
(4) 수지 용액에 포함되는 페놀 수지 및 메탄올의 혼합 비율에 따른 탄화 후 표면 상태를 비교하기 위하여, 페놀 수지 및 메탄올을 각각 상이한 비율로 혼합하여 이용하고, 전술한 실시예 1과 같이 시편을 제조하였다. 시편의 탄화 후 사진을 도 4에 나타낸다. 도 4에 표시된 MeOH:R은 메탄올:페놀 수지의 함량비(중량%)를 나타낸다. 도 4로부터 수지 용액을 이루는 페놀 수지의 함량이 20~50중량% 범위인 경우 표면 상태가 우수하게 형성될 수 있음을 확인하였다.
실시예 3: 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 특성 평가(2)
도 5에 농도를 달리한 실란으로 표면처리한 흑연 분말의 FT-IR 분석 결과를 나타내고, 도 6에 실란으로 표면처리한 흑연 분말 및 실란으로 표면처리하지 않은 흑연 분말의 FT-IR 분석 결과를 나타낸다.
γ-아미노프로필트리에톡시실란의 농도를 각각 0.05부피%, 0.2부피%, 0.3부피% 및 0.5부피%로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편에 대하여 젖음 현상을 비교관찰하였고, 그 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7로부터 특히 실란의 농도가 0.2부피%인 경우에 젖음 특성이 가장 적합한 것을 확인할 수 있다.
실시예 4: 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 특성 평가(3)
(1) 수지 용액 중의 페놀 수지의 함량을 각각 10중량% 및 20중량%(잔부는 메탄올)로 하여 상기 실시예 1과 같이 제조된 시편의 FE-SEM 분석 결과를 각각 도 8 및 9에 나타낸다. 도 9에 나타낸 페놀 수지 함량이 20중량%인 경우에 탄화 후 시편 표면에 0.6 마이크론 두께의 유리질 탄소 코팅층이 형성되었다.
(2) 페놀 수지 20중량%, 메탄올 70중량%, 및 에틸렌 글리콜을 10중량% 첨가하여 수지 용액을 형성한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 시편의 FE-SEM 분석 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10을 참조하면, 수지 용액에 에틸렌 글리콜을 첨가함으로써, 탄화 후 시편 표면에 형성된 코팅층 두께가 1.7 마이크론으로, 에틸렌 글리콜을 첨가하지 않은 경우(0.6 마이크론)에 비하여 유리질 탄소 코팅층의 두께가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
(3) 수지 용액 중에, 에틸렌 글리콜을 10중량% 첨가하고, 페놀 수지의 함량을 각각 25중량%, 30중량% 및 35중량%로 변화시켜(이에 상응하여 메탄올의 함량도 변화시킴), 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 시편의 FE-SEM 분석결과를 각각 도 11 내지 13에 나타낸다. 도 11 내지 13으로부터 수지 용액 중의 페놀 수지 함량이 증가할수록 탄화 후 시편 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층의 두께가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
(4) 수지 용액 중에, 페놀 수지를 25중량% 첨가하고, 에틸렌 글리콜의 함량을 각각 20중량%, 30중량 및 40중량%로 변화시켜(이에 상응하게 메탄올 함량도 변화시킴), 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 시편의 FE-SEM 분석 결과를 각각 도 14 내지 16에 나타낸다. 도 14 내지 16을 참조하면, 수지 용액 중의 에틸렌 글리콜의 함량이 증가할수록 탄화 후 시편 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층의 두께가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 5: 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 특성 평가(3)
수지 용액에 요오드 1중량%를 첨가하고, 페놀 수지를 각각 25중량%, 30중량% 및 35중량% 첨가하여(이에 상응하게 메탄올의 함량도 변화시킴), 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 시편의 FE-SEM 분석 결과를 각각 도 17 내지 19에 나타낸다. 도 17 내지 19를 참조하면, 수지 용액에 요오드를 첨가함으로써 탄화 후 시편의 표면 구조에가 안정적으로 형성되고, 손실이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 흑연 도가니는 금속이나 합금의 용융, 실리콘 단결정 제조, 박막형 태양전지 제조 시 증착 코팅 등의 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하는 단계;
    상기 표면에 열경화성 수지층이 형성된 흑연 도가니를 건조하는 단계;
    상기 건조된 흑연 도가니를 열처리하여 열경화성 수지를 경화시키는 단계; 및
    상기 경화 단계를 거친 흑연 도가니를 열처리하여 경화된 열경화성 수지를 유리질 탄소로 탄화시키는 단계를 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 페놀 수지(phenol resin), 푸란 수지(furan resin), 또는 그 혼합물인
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열경화성 수지층 형성 단계는, 상기 흑연 도가니를 열경화성 수지 함유 용액에 침지하거나, 또는 상기 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지 함유 용액을 코팅하는 것을 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 함유 용액은 열경화성 수지의 알코올 용액인
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 함유 용액은 열경화성 수지 20~50중량% 및 알코올 50~80중량%를 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 함유 용액은 에틸렌 글리콜을 더 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에틸렌 글리콜은 열경화성 수지 함유 용액 전체 중량을 기준으로 10~40중량% 포함되는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 함유 용액은 할로겐을 더 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 할로겐은 불소, 염소, 브롬, 요오드 또는 그 혼합물인
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 할로겐은 열경화성 수지 함유 용액 전체 중량을 기준으로 0.1~5중량% 포함되는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 침지는 50~180℃의 온도에서, 12~36시간 동안 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 건조 단계는
    상온에서 8~16시간 동안 건조하는 제1 단계; 및
    40~60℃에서 8~16시간 동안 열풍건조하는 제2 단계로 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 경화 단계는 200~400psi의 압력 하에, 150~200℃에서 0.5~5시간 동안 열처리함으로써 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄화 단계는 1000~1250℃에서 0.5~5시간 동안 열처리함으로써 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 흑연 도가니 표면에 열경화성 수지층을 형성하기 전에,
    흑연 도가니를 실란으로 표면처리하는 단계; 및
    건조하는 단계를 더 포함하는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 표면처리 단계는 흑연 도가니를 실란 용액에 침지하거나, 또는 흑연 도가니 표면에 실란 용액을 도포함으로써 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실란 용액은 알코올, 물, 또는 그 혼합물 중의 실란 용액이고, 실란 용액의 농도는 0.05~0.5부피%인
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 건조 단계는 80~150℃에서 0.5~4시간 동안 이루어지는
    유리질 탄소 코팅 흑연 도가니의 제조방법.
  19. 흑연 도가니, 및 상기 흑연 도가니 표면에 형성된 유리질 탄소 코팅층을 포함하는 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니.
KR1020100070046A 2010-07-20 2010-07-20 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법 KR101210882B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100070046A KR101210882B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100070046A KR101210882B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120009698A true KR20120009698A (ko) 2012-02-02
KR101210882B1 KR101210882B1 (ko) 2012-12-11

Family

ID=45834455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100070046A KR101210882B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101210882B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102479916B1 (ko) * 2022-06-23 2022-12-21 주식회사 지.티.아이 함침액 제조 방법 및 이를 이용한 흑연 가공제품의 코팅 방법
KR102479917B1 (ko) * 2022-06-10 2022-12-21 주식회사 지.티.아이 가압 함침을 이용한 흑연 가공제품의 유리질 카본의 고온 탄화 코팅 방법
KR102488375B1 (ko) * 2022-06-10 2023-01-18 주식회사 지.티.아이 고온 경화를 이용한 고순도화 흑연 가공 제품의 함침 코팅 방법
WO2023238979A1 (ko) * 2022-06-10 2023-12-14 주식회사 지.티.아이 흑연 가공제품의 함침 코팅 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102479917B1 (ko) * 2022-06-10 2022-12-21 주식회사 지.티.아이 가압 함침을 이용한 흑연 가공제품의 유리질 카본의 고온 탄화 코팅 방법
KR102488375B1 (ko) * 2022-06-10 2023-01-18 주식회사 지.티.아이 고온 경화를 이용한 고순도화 흑연 가공 제품의 함침 코팅 방법
WO2023238979A1 (ko) * 2022-06-10 2023-12-14 주식회사 지.티.아이 흑연 가공제품의 함침 코팅 방법
KR102479916B1 (ko) * 2022-06-23 2022-12-21 주식회사 지.티.아이 함침액 제조 방법 및 이를 이용한 흑연 가공제품의 코팅 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101210882B1 (ko) 2012-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2543650A1 (en) Method for manufacturing high-density fiber reinforced ceramic composite materials
CN109053207A (zh) 一种硅酸钇改性碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法
KR101210882B1 (ko) 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법
CN113773119B (zh) 一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法
CN113716977B (zh) 一种碳/碳复合材料表面宽温域复合抗氧化涂层及制备方法
CN114368981A (zh) 石墨类材料及工件抗氧化处理技术和应用
CN106631161A (zh) 一种在碳基材料表面制备抗高温氧化复合涂层的方法
TW200402404A (en) Method for manufacturing silicon carbide sintered compact jig and silicon carbide sintered compact jig manufactured by the method
CN112624797A (zh) 一种石墨表面梯度碳化硅涂层及其制备方法
JPH1067565A (ja) 炭化ケイ素焼結体及びその製造方法
CN115716760B (zh) 一种C/SiC-HfC陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114315390B (zh) 一种碳/碳复合材料表面宽温域长寿命抗氧化涂层及低温制备方法
CN115521157A (zh) 一种SiC晶须强韧化的先驱体陶瓷基复合材料及其制备方法
Gong et al. Rapid Curing of Liquid Polycarbosilane and Its Conversion into Protective Coating
WO2021206168A1 (ja) Ｃ／ｃコンポジット及びその製造方法、並びに熱処理用治具及びその製造方法
US20060240287A1 (en) Dummy wafer and method for manufacturing thereof
CN110066185B (zh) 一种C/C-SiC-Al复合材料及制备方法
CN115710134B (zh) 一种界面改性的陶瓷基复合材料及其制备方法
JP4002325B2 (ja) 炭化ケイ素焼結体の製造方法
CN114457295B (zh) 一种高强高导的长碳纤维增强铝基复合材料的制备方法
JP3431958B2 (ja) 炭素繊維強化炭素材の耐酸化処理法
WO2023189050A1 (ja) 平板状多孔質炭素材料、平板状多孔質炭素材料の製造方法、及び前駆体
JP2001139386A (ja) 炭化ケイ素焼結体
JPS64321B2 (ko)
JPS62270491A (ja) サセプタ−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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee