KR20120026936A - Ｐｖｄ 진공 코팅 방법을 이용한 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법 및 이를 이용하여 제조한 유리 가공품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PVD 진공 코팅 방법으로 유리 가공품에 메탈릭 코팅층을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 제조한 유리 가공품에 관한 것으로, 유리 가공품 및 코팅 시편을 PVD(Physical Vapor Deposition) 챔버 내에 배치하는 단계와, 상기 PVD 표면처리 챔버 내부를 1 ~ 50mtorr로 진공화 하는 단계 및 상기 PVD 표면처리 챔버에 20 ~ 600V의 바이어스 전압을 1 ~ 99분간 인가하여 상기 시편의 입자를 상기 유리 가공품의 표면에 진공 스퍼터링하는 단계를 포함하되, 상기 코팅 시편은 Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용함으로써, 균일하고 반투명 또는 불투명한 0.1 ~ 10㎛의 두께의 메탈릭 코팅층이 형성된 유리 가공품을 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유리 가공품에 메탈릭(metallic) 코팅층을 형성하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리병, 와인잔, 유리잔 및 도자기와 같은 유리 가공품의 표면에 PVD(Physical Vapor Deposition) 진공 코팅 방법을 이용하여 메탈릭 코팅층을 형성함으로써, 다양한 색상 및 금속 질감을 구현하면서도, 반투명의 반짝이는 장식 효과를 구현할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
시멘트, 유리, 플라스틱, 종이 등의 제품 표면에 금속 혹은 금속을 함유하는 메탈릭 코팅층을 형성하기 위하여, 일반적으로 도장이나 도금과 같은 방식이 사용되고 있다.
먼저, 도장 방법으로는 무기도료에 금속 분말을 혼합한 후 코팅 및 경화하는 방법이 사용되고 있다.
이를 위해서는 유색 기능성 도료가 사용되고 있는데, 특히 메탈릭(metallic) 타입의 무기 도료가 여러 분야에 적용되고 있다.
그러나, 이때 금속 색상을 부여하는 메탈릭 타입 도료 조성물은 금속 고유의 표면의 질감 및 무늬 등을 그대로 표현하기가 불가능한 문제가 있다.
한편, 도금 방식의 경우 상술한 금속 표면 질감은 살릴 수 있으나, 도금 설비 제고가 용이하지 않으며, 유리나 플라스틱과 같은 부도체에는 도금이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 유리 가공품에 금속 자체 혹은 금속을 함유하는 메탈릭 코팅층을 형성함에 있어, 균일하고 미려한 효과를 갖는 메탈릭 코팅층을 형성할 수 있는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 코팅 조건 제어를 통하여, 금속 고유의 질감을 가지면서도 반투명 또는 불투명한 특성을 갖는 메탈릭 코팅층이 형성된 유리 가공품을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PVD 진공 코팅 방법을 이용한 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법은 (a) 유리 가공품 및 코팅 시편을 PVD(Physical Vapor Deposition) 표면처리 챔버 내에 배치하는 단계와, (b) 상기 PVD 표면처리 챔버 내부를 1 ~ 50mtorr로 진공화 하는 단계 및 (c) 상기 PVD 표면처리 챔버에 20 ~ 600V의 바이어스 전압을 1 ~ 99분간 인가하여 상기 시편의 입자를 상기 유리 가공품의 표면에 스퍼터링 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 코팅 시편은 Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용하는 것을 특징으로 하고, 상기 PVD 표면처리 챔버 내부의 온도는 상온에서 ~ 500℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a) 단계 이전 또는 직후에 상기 유리 가공품의 코팅 부분을 노출시키기 위한 마스킹 또는 레이저 마킹을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 유리 가공품은 유리병, 유리잔, 와인잔 및 도자기 중 하나 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 (c) 단계는 0.1 ~ 10㎛ 정도의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하고, 상기 (c) 단계 이후에 UV 코팅층을 추가로 형성할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 가공품은 상술한 방법으로 제조하여 0.1 ~ 10㎛ 정도의 코팅층을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 PVD 진공 코팅 방법을 이용한 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법은 PVD(Physical Vapor Deposition) 진공 코팅 방법을 이용함으로써, 도금 이나 도장에서는 구현이 어려웠던 반투명 또는 불투명 재질의 메탈릭 코팅층을 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용함으로써, 다양한 색상의 메탈릭 코팅층을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 PVD 표면처리 챔버 내의 진공도를 1 ~ 50mtorr로 조절하고, 20 ~ 600V의 바이어스 전압을 1 ~ 99분간 인가하는 가공법을 제공함으로써, 균일하면서도 금속 고유의 표면 재질을 갖는 코팅층이 형성된 유리 가공품을 용이하게 얻을 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 가공품 코팅 방법을 나타낸 순서도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 유리병에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 유리잔에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 유리잔에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 유리병에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 유리잔에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 유리잔에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 PVD 진공 코팅 방법을 이용한 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법 및 이를 이용하여 제조한 유리 가공품에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따른 PVD 코팅 방법을 이용하면, 기존의 유기도료를 이용한 방법에서는 구현이 어려웠던 반투명성 또는 불투명성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 PVD 코팅 방법은 유기 도료의 특성인 열변색, 저경도 및 저내후성 문제를 해결할 수 있으며, 유기용제에 의한 유리 가공품의 용해 및 화재시 유독가스 배출 문제 등을 해결할 수 있다.
본 발명에서 '탈릭(metallic)'라 함은 '금속 자체' 혹은 '금속을 함유하는'의 의미로 사용될 수 있다. 따라서 메탈릭 코팅층은 Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용한 코팅층이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유리 가공품 코팅 방법을 나타낸 순서도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유리 가공품 코팅 방법은 유리 가공물 및 코팅 시편을 PVD 표면처리 챔버 내부에 장입 배치하는 단계(S110)와, PVD 표면처리 챔버를 가열하고 진공화하는 단계(S120)와, PVD 표면처리 챔버에 바이어스 전압을 인가하고, 스퍼터링 증착 코팅을 수행하는 단계(S130) 및 UV코팅과 레이저 마킹 같은 기타 표면처리를 수행하여 유리 가공품을 완성하는 단계(S140)를 포함한다.
여기서, 먼저 유리 가공품은 유리병, 유리잔, 와인잔 및 도자기와 같은 제품을 이용할 수 있다. 이때, 본 발명에서 유리 가공품이라 하는 것을 일반적인 유리병, 유리잔 및 와인잔을 포함하고 있으나, 그 범위를 더 확대시켜서 도자기류의 가공품 또한 포함하는 개념으로서 정의되는 것으로 한다.
본 발명에서는 진공 챔버를 이용하므로, 코팅하고자 하는 제품의 크기가 비교적 작은 제품이 유리하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 코팅 시편은 금속 자체 혹은 금속화합물로 이루어진 메탈릭 코팅 시편으로서, Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용할 수 있다.
이때, Ti 단독으로 사용되는 경우 탁한 은빛의 코팅층을 얻을 수 있었고, TiN의 경우 노란색을 얻을 수 있었으며, 금장색까지도 구현이 가능하였다.
또한, TiCN 계열의 경우 보라색에서 남색계열까지 얻을 수 있었고, 더 진하게는 회색까지도 구현이 가능하였다.
그 다음으로, ZrN를 이용한 경우 연한 노란색에서 아이보리색까지 구현이 가능하였으며, Cr의 경우 흰색에서부터 은색까지 구현이 가능하였다.
그 다음으로, CrN의 경우에는 밝은 회색계열의 색상을 구현할 수 있었으며, TiAlN을 사용한 경우 자주색에서부터 진한보라색, 군청색 및 청색까지 구현이 가능하였다.
그 다음으로, TiAlCN의 경우 갈색계열에서 연한 검정색 계열까지 구현이 가능하였으며, TiAlSiN의 경우 연한 청색에서 진한 청색까지 다양한 색상들이 구현 가능하였다.
따라서, 상기 일례를 들었던 물질들을 혼합하는 경우 더 다양한 색상의 코팅층을 얻을 수 있다.
여기서, 상기와 같은 색상의 구현은 PVD 표면처리 챔버의 조건 및 기타 코팅 조건을 제어함으로써 가능한 것이며, 그 구체적 조건들을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, PVD 표면처리 챔버 내부의 반응 온도는 상온에서 ~ 500℃로 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에서 사용하는 상온은 18 ~ 28℃ 가 될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 그러나, 반응 온도가 상온 미만인 경우에는 증착 온도가 너무 낮아서 금속 입자의 코팅이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있고, 반응 온도가 500℃를 초과하는 경우에는 상기 경우와는 반대로 코팅은 너무 잘 이루어지지만 정밀한 제어가 어려워 지는 문제가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 PVD 표면처리 챔버의 반응 온도를 조절하기 위해 가열하는 온도는 상온 ~ 500℃가 바람직하며, 더 최상의 코팅 조건을 위해서는 코팅 처리를 하고자 하는 제품에 맞는 처리 온도에서 코팅이 수행될 수 있도록 하는 것이 더 바람직하다.
다음으로, PVD 표면처리 챔버 내부를 진공화 하는 단계는 1 ~ 50mtorr의 진공도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 진공도가 1mtorr 미만인 경우에는 이물질 등의 영향으로 단일 색상이 구현되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 진공도가 50mtorr를 초과하는 경우에는 진공도 유지를 위한 비용이 증가할 수 있고, 진공도 제어 또한 용이하지 못한 문제가 있을 수 있다.
그 다음으로, PVD 표면처리 챔버에 스퍼터링 증착(Sputtering)을 실시하기 위한 바이어스 전압은 20 ~ 600V가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 바이어스 전압 또한 20V 미만이 되는 경우 스퍼터링 증착이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 600V를 초과하는 경우에는 스퍼터링 제어가 용이하지 못하고 경제성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
이때, 스퍼터링 증착을 실시하기 위한 소스는 Ar 가스를 이용한 이온 빔(ion-beam)을 이용하거나, 전자 빔(electron-beam), RF(Radio-Frequency) 빔 또는 엑시머 레이저 빔 등 다양한 방식을 이용할 수 있으며, 전자에서 후자로 갈수록 더 미세한 메탈릭 코팅층의 형성이 가능하다.
그 다음으로, 바이어스 전압 인가에 따른 코팅 시간을 1 ~ 99분간으로 제품에 따라 구분하여 제어하는 것이 바람직하다.
진공 PVD 코팅 시간이 1분 미만인 경우에는 코팅층의 형성이 미흡해질 수 있으며, 99분을 초과하는 경우에는 코팅층의 두께 조절이 용이하지 못하여 불균일한 코팅층이 형성되거나, 투명성이 완전히 저하되는 등의 문제가 있을 수 있다.
아울러, 상기와 같은 코팅 시간에 따른 메탈릭 코팅층의 두께는 0.1 ~ 10㎛가 되도록 하는 것이 바람직하다.
메탈릭 코팅층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우에는 코팅 효과가 거의 나타나지 않을 수 있고, 메탈릭 코팅층의 두께가 10㎛를 초과하는 경우에는 반투명성의 반짝이는 효과가 저하되고, 메탈릭 코팅층이 지나치게 두꺼워져 크랙이 발생하는 등의 문제가 있을 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 우수한 반투명성을 확보하기 위해서는 메탈릭 코팅층의 두께를 1.0㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PVD 코팅 방법을 이용하면, 유리 가공품에 다양한 색깔을 구현할 수 있으며, 금속 고유의 광택을 얻으면서도 반투명성의 효과를 얻을 수 있어, 다양한 활용이 가능하다.
이에 대한 예들을 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라서 유리병에 메탈릭 코팅층을 형성한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 2를 참조하면, 실제 유리병에 다양한 색상의 메탈릭 코팅층을 구현한 것으로, 유리병의 주입구 등 일반적으로 코팅이 용이하지 못한 부분 까지도 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 전반적으로 균일한 코팅 상태를 유지할 수 있다.
여기서, 메탈릭 코팅층의 및 내부 물질이 자외선에 의해서 변화하는 것을 방지하는 등의 여러 목적에 따라서 메탈릭 코팅층 상부에 UV 코팅층을 더 형성할 수 있다. UV 코팅층은 아크릴공중합체, 실록산화합물 및 전도성 고분자 화합물을 혼합하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 실록산화합물이 첨가되지 않는 경우에는 자외선 차단 효과가 현저하게 저하되었으며, 전도성 고분자 화합물의 경우 메탈릭 코팅층 고유의 광택이나 질감 저하 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 유리잔에 반투명 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 3을 참조하면, 와인잔에 회색계열의 코팅층을 형성한 것으로 금속 고유의 질감을 나타내면서도, 우수한 반투명성을 타나내는 것을 볼 수 있다.
이와 같은 경우에는, 상기 본 발명의 PVD 코팅 조건에 따라서 0.1 ~ 1.0㎛ 두께의 코팅층을 구현한 것이며, 와인잔의 손잡이 부분 등에도 균일하고 우수한 상태의 코팅층을 용이하게 형성할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 유리잔에 메탈릭 코팅층을 코팅한 것을 촬영한 제품 사진이다.
도 4를 참조하면, 상기 도 3의 실시예의 경우보다 더 두께운 코팅층을 구현한 것을 알 수 있다. 또한 다양한 코팅 시편을 이용하여 금장색 등 다양한 색상을 구현한 것을 알 수 있다.
이와 같은 경우 와인잔을 PVD 표면처리 챔버 내에 배치한 후, 또는 배치 전에 와인잔에 별도의 마스킹(masking) 공정을 수행하여 원하는 부분에만 메탈릭 코팅층이 형성되도록 할 수 있다.
도 4에 나타난 와인잔들의 경우 사진 상으로는 불투명한 것으로 보이나, 별도의 마스킹 공정에 의해서 와인잔의 내부면에는 코팅이 이루어지지 않도록 하여 실제로는 반투명 상태를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 가공품에 메탈릭 코팅층을 코팅하는 방법은 PVD 진공 코팅 방법을 이용함으로써, 도금이나 도장에서는 구현이 어려웠던 반투명 또는 불투명 재질의 메탈릭 코팅층을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용함으로써, 다양한 색상의 메탈릭 코팅층을 얻을 수 있으며, 마스킹 공정 또는 레이저 마킹에 의해서 부분적인 코팅층의 구현이 가능하므로, 다양한 코팅 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 PVD 표면처리 챔버 내의 온도 및 진공도를 조절과, 바이어스 전압, 코팅 시간 및 코팅 두께를 조절함으로써, 균일한 코팅 상태를 유지하면서도 금속 고유의 표면 재질을 갖는 코팅층을 형성할 수 있다. 또한 본 발명은 메탈릭 코팅 후속 공정으로 UV 코팅층 형성 등 다양한 공정에 용이하게 적용할 수 있으므로, 그 활용성을 극대화시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
S110 : 유리 가공물 및 코팅 시편 배치
S120 : PVD 표면처리 챔버 가열 및 진공화
S130 : 바이어스 인가 및 스퍼터링 증착 코팅
S140 : 유리 가공품 완성
S120 : PVD 표면처리 챔버 가열 및 진공화
S130 : 바이어스 인가 및 스퍼터링 증착 코팅
S140 : 유리 가공품 완성
Claims (8)
- (a) 유리 가공품 및 메탈릭 코팅 시편을 PVD(Physical Vapor Deposition) 표면처리 챔버 내에 배치하는 단계;
(b) 상기 PVD 표면처리 챔버 내부를 1 ~ 50mtorr로 진공화하는 단계; 및
(c) 상기 PVD 표면처리 챔버에 20 ~ 600V의 바이어스 전압을 1 ~ 99분간 인가하여, 상기 메탈릭 코팅 시편의 입자를 상기 유리 가공품의 표면에 스퍼터링 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 메탈릭 코팅 시편은
Ti, TiSi, Zr, Cr, TiAl, AlTi 및 TiAlSi 중 하나 이상의 물질들 또는 상기 각 물질들에 산화물, 질화물 및 탄화물들 중 하나 이상의 물질들을 이용하는 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 PVD 표면처리 챔버 내부의 온도는
상온에서 ~ 500℃인 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전 또는 직후에
상기 유리 가공품의 코팅 부분을 노출시키기 위한 마스킹 또는 레이저 마킹을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
0.1 ~ 10㎛의 PVD 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에
UV 코팅층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 가공품은
유리병, 유리잔, 와인잔 및 도자기 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유리 가공품의 메탈릭 코팅층 형성 방법.
- 제1항에 기재된 방법으로 0.1 ~ 10㎛의 메탈릭 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 유리 가공품.
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- 2010-09-10 KR KR1020100089150A patent/KR101212323B1/ko active IP Right Grant
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