KR20130126586A - 아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 낮은 압력의 아크 증발의 경우 진공 챔버(10) 내에서 아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법 및 증발기(12, 14, 62, 64,66, 68)로서, 상기 진공 챔버(10)는 적어도 하나의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)를 구비하고, 상기 증발기는 타깃 물질(20), 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급 라인(53, 54), 및 진공 펌프를 포함하며, 상기 타깃 물질(20)을 포함하는 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)는 음극으로 기능하고 상기 진공 챔버(10)의 내부벽(36)은 양극으로 기능하며, 상기 음극과 양극 사이에는 아크가 생성되는, 기판 코팅 방법 및 증발기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 높은 용융 금속이 촉매를 위해 상기 타깃 물질(20)로 사용되고, 코팅 동안 상기 진공 챔버(20)에서의 압력은 적어도 0.5Pa, 특히 적어도 3Pa, 바람직하게는 5Pa이다. 높은 산소 함량을 구비하는 촉매적으로 활성인 금속의 층이 상기 기판 상에 형성된다.

Description

아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법{PROCESS FOR COATING A SUBSTRATE BY MEANS OF AN ARC}
본 발명은 아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 특허청구범위 제1항의 전제부에 특정된 유형의 방법 및 낮은 압력에서 진공 챔버 내에서 아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법을 수행하기 위한 진공 챔버의 증발기에 관한 것이다.
낮은 압력에서의 진공 챔버 내의 아크에 의해, -아크 증발-에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법이 오랫 동안 알려져 있다. 아크 증발 또는 아크-PVD는 이온 도금 PVD 방법이다. 이 방법에서, 아크는 챔버와 음의 전위에 있는 타깃 물질 사이에 형성되고, 상기 아크는 타깃 물질이 용융되고 증발되게 한다. 타깃 물질은 이에 따라 음극을 구성한다. 이 방법에서 용융된 및 증발된 타깃 물질은 챔버에 도입되는 반응가스와 반응하여 진공 챔버에서 기판, 즉 코팅될 작업물에 증착된다. 아크 증발 동안, 증발된 물질의 주요 부분은 이온화된다. 물질 증기는 타깃 물질부터 시작하여 확산된다. 음의 전위, -음의 바이어스 전압-이 기판에 추가적으로 인가되기 때문에, 이온화된 물질 증기가 제일 먼저 기판 쪽으로 가속된다. 물질 증기는 기판 면에서 농축된다. 높은 이온화 율로 인해 막대한 양의 운동 에너지가 기판에 그리고 타깃에 각 응력에 의해 물질 수증기에 도입될 수 있다. 이것은 더 많거나 더 적은 응력 효과가 기판에 드러나게 한다. 특히, 이것은 층 접착, 밀도, 조성 등과 같은 증착된 층의 특성에 영향을 미치는 데 사용된다.
이러한 층은 접합 방지면을 생성하거나 또는 부식 방지 도구 및 성분(components)을 위한 마모 방지용으로 요구된다. 아크에 의해 코팅하기 위한 방법은 기본적으로 절단 공구의 코팅으로부터 알려져 있다. 이렇게 획득된 코팅은 하부의 매우 경화된 캐리어 물질을 마모 저항성으로 만들기 위해 의도된다. 아크 증발은 총 압력이 감소된 상태에서 진공 챔버에서 수행된다(WO2009/110830 A1 참조). 이러한 목적에 사용되는 챔버는 일반적으로 크기가 작아 이 때문에 일반적으로 대형 성분을 코팅하는데는 맞지 않다. 증착이 챔버 벽에 제공된 개별 둥근 소스를 통해 일어날 때, 아크 증발 방법은 매우 대규모일 수 있어서, 대형 진공 챔버에 사용하기 위한 이상적인 필요 조건을 가지고 있다.
대부분의 경우, 금속 증기 및 반응가스의 가능한 조합과 같은 효과를 달성하는 것이 유리한 것으로 간주된다. 그렇지 않으면, 용적(droplet)이라고 언급되는 로컬 영역의 순수 금속이 증착된 층에 형성될 수 있다. 이것은 거친 표면, 덜 조밀하고 이에 따라 부식 저항이 낮은 층은 물론 층의 전기적 및 표면 화학적 특성의 변화를 초래한다.
종종, Mo, Nb, W, Ta, Hf, Zr, Ru 및 Ir과 같은 높은 융점 금속의 조합은 특히 흥미로운 기계적, 전기적 및 표면 화학적 특성을 나타낸다. 아크 증발에 의해 이러한 금속을 증착하는 것은 상대적으로 높은 아크 전류, 즉 100amp 이상, 및 종종 20V 이상의 높은 아크 전압을 요구한다.
이러한 코팅은 또한 예를 들어, 전극에도 요구된다. 그러나, 지금까지, 사람들은 특히 전기분해에서 특히 염소-알칼리 전기 분해에 사용하기 위해 의도된 전극을 아크 증발에 의해 생산하는 것을 억제하였다. 이러한 촉매적으로(catalytically) 활성인 코팅은 높은 산소 함량을 구비하는 높은 융점 금속으로 구성된다. 이러한 층이 아크 증발에 의해 생산되었다면, 이것은 매우 높은 아크 전류를 요구할 것이고 이는 이어서 높은 증발 율을 초래하여 이에 따라 반응가스와의 반응이 불충분하게 되는 일을 초래할 수 있을 것이다. 전극을 위한 촉매적으로 활성인 층은 아크 증발에 의해서는 기술적으로 그리고 경제적으로 구현하기가 어렵다. 이러한 이유로, 이러한 코팅은 알려진 스프레이 또는 침지 방법 또는 기계적 도포 방법을 사용하여 지금까지 생성되었다.
일반적으로, 아크에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법은 낮은 압력에서 진공 챔버 내에서 수행된다. 이러한 목적을 위해, 진공 챔버는 타깃 물질을 포함하는 적어도 하나의 증발기를 구비한다. 또한, 반응가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과 낮은 압력을 생성하기 위한 진공 펌프가 제공된다. 타깃 물질을 포함하는 증발기는 음극으로 기능하고 진공 챔버의 내부벽은 양극으로 기능한다. 아크는 이후 타깃 물질과 진공 챔버의 내부벽 사이에 생성된다. 진공 챔버에서 지배적인 압력은 낮은 압력이며, 즉 통상적으로 0.05Pa 내지 2.00Pa 사이의 압력이다.
본 발명의 목적은, 혼합 면에서, 한편으로는 높은 융점의 금속과 다른 한편으로는 공급된 반응가스의 성분의 조합을 가능한 한 효과적으로 얻을 수 있도록, 진공 챔버에서 아크를 사용하여 기판을 코팅하기 위해 특허청구범위 제1항의 전제부에서 특정된 유형의 방법을 더 개발하는 것이다.
본 목적은 특허청구범위 제1항의 전제부와 제1항의 특징부의 조합에 의해 달성된다.
본 발명은 층 형성 금속과 반응가스의 혼합이 압력을 증가시키는 것에 의해 개선될 수 있다는 통찰력에 기초한다.
촉매적으로 활성인 코팅은 대규모로 염소와 수산화나트륨 용액을 생산하기 위한 경제적인 염소-알칼리 전기 분해를 위한 중요한 필요 조건이다. 실제로, 과전압은 특히 루테늄 산화물 코팅에 의해 감소될 수 있다. 이 코팅은 이후 경화되는 액체 필름의 형태로 기계적으로 지금까지 적용되었다. 이 방법은 많은 장비를 필요로 하지 않는 장점이 있다. 도포 필름의 두께는 기계적 도포가 수행되는 한 면에 도포되는 액체의 점도와 표면 에너지와 밀접히 관련되어 있다. 이후 열 경화 단계는 휘발성 결합제를 제거하고 코팅을 더욱 응고시키는 기능을 한다.
이러한 방법은 표면이 미세하게 부서질 수 있는(micro- embrittled) 위험을 수반한다. 높은 접착 강도를 얻기 위해, 표면은 금속성의 밝은 상태로 코팅되는 것이 추가적으로 필요하다. 거의 눈에 보이지 않는 특히 유기 불순물이 불만족스러운 층 접착을 초래한다. 기본 물질에의 불충분한 접합은 방법 동작시 즉시 또는 일정 시간 후에 눈에 띄게 될 수도 있다. 이 기계적 특성으로 인해, 이러한 도포 유형은 용이하지만, 코팅의 기계적 특성, 층 밀도 및 접착력과 관련하여 특정 위험이 잠복한다. 그러나, 이러한 모든 인자는 코팅의 기능과 내구성에 상당히 기여한다. 이러한 이유로, 다음 특성을 구비하는 층의 증착을 보장하는 방법이 필요하다:
- 높은 접착 강도
- 정밀하게 조절가능한 조성
- 정밀하게 유지가능한 층의 두께
- 방법의 용이한 제어 및 조사
본 발명에 따르면, 높은 융점 금속이 전기적으로 활성인 표면 및/또는 촉매를 위한 타깃 물질로 사용되며, 코팅 동안 진공 챔버 내의 압력은 적어도 0.5Pa, 특히 적어도 3Pa 및 바람직하게는 적어도 5Pa이다. 높은 산소 함량을 구비하는 전기적으로 활성인 금속 및/또는 높은 산소 함량을 구비하는 촉매적으로 활성인 금속의 층은 이에 따라 기판 상에 형성된다. 압력 범위 면에서 층 형성 금속과 반응가스 사이의 충돌 율은 충분히 증가되고 단지 작은 아크 전류만이 요구된다. 이것은 이어서 낮은 증발 율을 초래하고 이에 따라 반응가스와 층 형성 금속의 혼합 및 반응을 더 개선시킨다. 반응가스와 층 형성 금속 증기의 개선된 포화는 진공 챔버 내의 상대적으로 높은 총 압력에서 증착하는 것을 통해 달성된다. 이것은 증발된 층 형성 금속과 반응가스의 높은 충돌 가능성을 초래한다. 추가적인 결과로, 층에서 순수 금속의 함량은 유리하게는 더 감소될 수 있다. 이것은 상당히 더 낮은 아크 전류에 더하여 추가적인 물질 비용을 절약할 수 있다.
전기적으로 활성인 표면은 촉매를 위해 요구되는 것은 물론, 배터리에서 낮은 손실의 전류 공급 즉, 전해질로부터 전극으로 낮은 손실의 전이를 위해 요구된다. 일반적으로, "전기적으로 활성인 표면"이라는 용어는 전기적 도포를 위해 전기 저항 및 전해질 과전압에 대해 한정된 특성을 구비하는 표면을 말한다.
본 방법의 바람직한 실시예에 따라, 순수 산소, O2 또는 높은 산소 함량을 구비하는 가스가 반응가스로 사용된다.
예를 들어 전극을 위한 높은 융점의 금속으로 사용하기 위해, 루테늄, 이리듐, 티타늄, 백금 또는 이들의 혼합물이 유용한 것으로 입증되었다. 그 결과, 루테늄, 이리듐, 티타늄, 백금 또는 이들의 혼합물의 형태의 높은 융점의 금속이 타깃 물질로 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 아크 전류는 적어도 65amp, 바람직하게는 75amp이다. 반응가스와 층 형성 물질의 철저한 혼합은 증발 율이 감소할 때 간단한 방식으로 보장된다. 증발 속도가 감소할 때, 증발된 층 형성 물질과 반응가스의 충돌 가능성이 증가한다.
본 방법의 경제적 실현을 보장하기 위해, 아크 전류는 100amp보다 높지 않다.
지금까지는 진공 챔버에 무작위적으로 반응가스가 흐르는 방식으로 진공 챔버에 반응가스를 공급하는 것이 관습이었다. 그러나, 본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 따라, 반응가스와 층 형성 금속 증기의 개선된 포화를 달성하기 위해, 반응가스는 코팅 과정에서 증발기에서 직접 타깃 물질에 공급된다. 바람직하게는, 반응가스는 환형 방식으로 타깃 물질에 공급되고 링 주위에 균일하게 분배된다.
본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 음의 전압이 기판, 즉 코팅될 작업물에 인가된다. 아크 증발의 높은 이온화 레벨 면에서, 기판에 인가된 이 음의 전압은 층 형성 입자를 기판 쪽으로 가속시켜 명확히 개선된 층 접착을 초래한다. 이러한 이유로, 접착을 촉진하는 층이 코팅 동안 필요치 않다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 본 방법은 바람직하게는 전기 분해, 특히 염소-알칼리 전기 분해에 사용되는 전극을 코팅하는데에 사용된다.
촉매적으로 활성인 층이 높은 산소 함량을 특징으로 한다. 일반적으로 챔버 내 산소는 층의 낮은 접착 강도와 연관된 것으로 알려져 있다. 산소 함유 코팅은 크롬과 알루미늄 산화물의 증착으로부터 이미 알려져 있다. 그러나, 본 방법은 400℃ 내지 500℃의 높은 온도에서 증착하는 것에 의해 충분한 접착 강도를 보장한다. 여기서, 높은 증착 온도는 일반적으로 항상 개선된 접합을 초래하는 사실이 이루어진다. 그러나, 균일하게 높은 온도에서 대면적 촉매 코팅을 증착하는 것은 상당한 양의 장비를 필요로 한다. 추가적인 문제는 기판과 층의 상이한 열 팽창 계수로부터 초래되는 응력에 의해 야기된다. 1.2 × 2.7m의 일반적인 크기를 감안할 때, 이러한 응력은 커져서 궁극적으로 도포된 코팅이 파열되게 할 수 있다. 작은 크기의 절단 공구와는 달리, 고온 증착은 여기서 솔루션을 제공하지 않는다.
PVD 층의 접착 강도는 불순물과 자연 산화물에 의해 상당히 손상된다. 또한, 불순물은 전기 장벽 층의 효과를 가질 수 있다. 최적의 세정(cleaning)은 단단한 강옥(hard corundum)으로 블래스팅하는 것에 의해 달성될 수 있다. 적어도 표면의 세정 후 및 코팅 층을 증착하기 전에 자연 산화는 피할 수 없다. 따라서 촉매 코팅의 기계적 도포는 장벽 층이 형성되거나 또는 기본 물질과 접합이 불충분할 접합을 초래할 위험을 수반한다. 본 명세서에 설명된 아크 증발 방법에서 자연 산화물의 분해는 아르곤과 수소의 혼합물을 글로우잉(glowing)하는 것에 의해 획득된다. 이 경우에 아르곤은 순전히 기계적인 분무 기능을 가지는 반면, 수소는 산화물 필름의 화학적 환원(reduction)을 제공한다. 아크 증발 방법은 추가적으로 90%를 초과하는 층 형성 종의 높은 이온화 레벨이 획득될 수 있게 한다. 따라서 거의 모든 층 형성 증기 입자들이 기판 표면 쪽으로 가속되어 기판 격자 속으로 박힐 수 있다. 기계적 세정, 특히, 전술된 조치에 의해 층 형성 종(아크 증발)의 높은 이온화 레벨로 강옥 블래스팅, 물리적 동작(아르곤)과 화학적 에칭(수소)을 조합하는 것은 낮은 온도, 특히 200℃에서 재현가능하고 신뢰가능한 방식으로 대면적-대규모적인 아크 증발-에 산화층이 증착될 수 있는 분야에서 전문가에게 놀라운 결과를 산출하였다.
일반적으로, 반응가스, 예를 들어, O2는 주입 창(injection lance)에 의해 진공 챔버의 주변 영역으로 주입된다. 그러나, 이것은 반응가스와 음극 도너(donor) 물질의 충분한 포화를 초래한다. 그러나, 여전히 조용한 연소 동작을 얻기 위해, 증발기는 약 30%만큼 증가된 전류에서 동작되어야 할 수 있다. 이 효과는 작은 크기를 갖는 증발기를 설계하는 것을 어렵게 한다. 작은 증발기의 사용을 특히 매력적이게 만드는 것은 작은 도너 바디가 보다 용이하게 획득될 수 있다는 것이다. 대안적으로, 반응가스로 높은 정도의 포화는 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 증발기 주위에 배치된 환형 노즐을 통해 이 반응가스를 직접 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다. 높은 반응가스 함량은 아크 전류를 감소될 수 있게 하고 이에 따라 냉각 요구 조건을 감소시킬 수 있다. 또한, 증발될 물질은 반응가스로 완전히 포화될 수 있다.
아크 증발은 따라서 층 조성에 높은 레벨의 유연성을 특징으로 한다. 층의 조성은 이에 따라 도입되는 반응가스, -산소-의 양을 증가시키는 것에 의해 층 두께를 증가시켜서 금속을 산화물로 변화될 수 있다. 이러한 전이는 촉매 층의 기능을 개선시킬 수 있거나 또는 또한 마모 보호 지시자로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 목적은 낮은 압력에서 진공 챔버 내에서 아크에 의해, -아크 증발-에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법을 수행하기 위한 진공 챔버의 증발기로서, 반응가스 공급 수단은 타깃 물질 주위에 환상으로 배치되고 규칙적으로 이격된 가스 배출 개구를 구비하는, 증발기에 의해 달성된다. 이것은 또한 층 형성 물질과 반응가스의 완전한 혼합을 보장한다. 이것은 또한 아크에서 높은 증발율에도 불구하고 보장되고 타깃 물질의 증발된 전기적으로 활성인 및/또는 촉매적으로 활성인 물질의 매우 높은 포화를 초래한다.
특히 반응가스 공급 수단은 아크 증발 동안 아크와 간섭하지 않는 방식으로 타깃 물질로부터 축 방향으로 그리고 방사 방향으로 이격된다.
거리와 환형 형상은 단락을 방지하기 위하여, 반응가스 공급 수단이 과열되는 것을 방지하기 위하여, 증발기 중단을 방지하기 위하여 충분히 크게 선택되어야 한다.
반응가스 배출 개구는 특히 모두 동일한 단면을 구비한다. 반응가스 공급 수단의 환형 형상은 증기 단계로부터 음극 표면으로, 즉 타깃 물질의 표면으로 산화물 형성을 이동시킨다. 특히, 음극 표면에 아크의 더 정밀한 분배가 이에 따라 얻어진다. 이로써 다시 아크 전류는 감소될 수 있다. 아크 전류의 감소는 음극 표면 온도의 감소를 초래한다. 이것은 층 형성 물질의 증발율을 낮게 설정할 수 있게 한다. 낮은 증발율은 다시 층 형성 금속과 반응가스 사이에 개선된 반응을 할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 가능한 응용은 도면에 도시된 실시예와 함께 다음 상세한 설명으로부터 얻어질 수 있다. 상세한 설명, 청구범위 및 도면 전체에서 동일한 용어 및 도면 부호가 아래 도면 부호의 목록에 기재된 바와 같이 사용되었다.
도 1은 진공 챔버에서 서로 인접하게 장착된 본 발명에 따른 2개의 증발기의 단면도;
도 2는 도 1의 2개의 증발기의 사시도;
도 3은 증발기와 지지부의 평면도;
도 4는 환형 반응가스 공급 수단의 평면도.
도 1은 낮은 압력에서 진공 챔버 내에서 아크, 아크 증발에 의하여 기판을 코팅하는 방법을 수행하기 위한 진공 챔버(10) 내에서 서로 인접하게 장착된 2개의 증발기(12, 14)의 단면도를 도시한다. 단면 라인, 즉 라인 A-A는 도 3에서 볼 수 있다. 진공 챔버(10)는 복수의 증발기(12, 14)를 포함할 수 있다. 두 증발기(12, 14)는 서로 동등하고 대응하는 구조로 되어 있다.
각 증발기(12, 14)는 타깃 물질(20)을 가지는 타깃 지지부(18)가 신속 해제 체결부(22)에 의해 홀딩되는 기본 몸체(16)를 구비한다. 아크 증발 동안 타깃 물질(20)과 타깃 지지부(18)를 냉각시키는 냉각 덕트(24)가 기본 몸체(16)에 제공된다.
증발기(12, 14)는 증발기 지지부(26)에 수용되고 이에 단단히 연결된다. 이를 위해, 증발기 지지부(26)는 증발기(12, 14)에 맞추어진 리세스(recess)(28)를 구비하며, 그리고 한편으로는 증발기 지지부(26)에 연결되고 다른 한편으로 해당 증발기(12, 14)에 연결된 증발기 홀딩 고정부(30)를 구비한다.
냉각 덕트(24)는 기본 몸체(16)를 향하는 타깃 지지부(18)의 거의 전체 면에 걸쳐 형성되고 냉각 연결부(32)에 연결된다.
기본 몸체(16)는 전류 공급부(34)에 연결되고 이에 따라 타깃 물질(20)이 음극으로 기능하도록 음의 전위를 기본 몸체(16), 타깃 지지부(18) 및 타깃 물질(20)에 공급되게 한다.
증발기 지지부(26)는 증발기 지지부(26)와 챔버 벽(36) 사이에 절연 수단(38)을 제공한 상태에서 진공 챔버(10)의 챔버 벽(36)에 나사 결합된다. 또한, 나사 연결부(40)는 증발기 지지부(26)로부터 절연된다. 그 결과, 증발기 지지부(26)는 진공 챔버(10)의 챔버 벽(36)으로부터 완전히 절연된다.
신속 해제 체결부(22) 외에, 타깃 물질(20)을 포함하는 타깃 지지부(18)는 또한 다른 나사 연결부(42)를 통해 기본 몸체(16)에 연결된다. 신속 해체 체결부(22)에 그리고 타깃 물질(20) 주위에는 붕소 질화물로 구성된 링(44)이 장착된다.
링(44)과 타깃 물질(20)은 공통 면(46)을 형성한다. 이 면(46)에는 타깃 물질(20)의 영역에 증발기(12, 14)를 포함하는 쉴드 패널(48)의 면이 배치된다. 쉴드 패널(48)은 고정 수단(50)을 통해 증발기 지지부(26)에 연결된다.
면(46)과 평행하게 이 면(46)으로부터 이격되어 연장하는, 각 증발기(12, 14)를 위한 반응가스 공급 수단(52, 54)이 제공된다. 반응가스 공급 수단(52, 64)은 동일하고 대응하게 설계되었다(도 2 참조).
반응가스 공급 수단(52, 54)은 대응하는 연결부(56, 58)를 통해 반응가스 공급 라인(60)에 연결된다.
도 3의 평면도는 6개의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)와 증발기 지지부(26)를 도시한다. 크기에 따라, 더 많거나 더 적은 개수의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)를 증발기 지지부(26)에 배열하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 6개의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)에 대해 증발기 지지부(26)를 설계하지만, 이것에 단 4개의 증발기만을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 필요치 않는 증발기는 실제로 설치되지 않고 리세스(28)만이 판에 제공될 수 있는데, 여기에는 도시하지 않는다.
진공 챔버(10)에서 복수의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)를 구비하는 복수의 증발기 지지부(26)가 장착될 수 있다.
도 4는 다른 반응가스 공급 수단(54)에 대응하는 반응가스 공급 수단(52)과, 참조 부호를 가지지 않는 반응가스 공급 수단을 도시한다. 반응가스 공급 수단(52)은 환형 디자인이고 규칙적으로 이격된 반응가스 배출 개구(70)를 포함한다. 이것은 반응가스가 타깃 물질(20)에 인접하여 균일하게 제공될 수 있게 한다. 반응가스 공급 수단(52)은 면(46)과 평행하게 배치되고 아크 증발 동안 아크와 간섭하는 것을 방지하기 위해 타깃 물질의 원통형 형태에 대하여 타깃 물질(20)로부터 축 방향으로 그리고 방사방향으로 이격된다.
반응가스 배출 개구(70)는 균일한 개구 단면을 구비한다. 반응가스 공급 수단(52, 54)을 통해 촉매를 위한 타깃 물질(20)로 사용되는 높은 융점 금속, 즉, 루테늄에 산소가 공급된다. 여기에 미도시된 기판을 진공 챔버(10)에서 아크에 의하여 코팅하는 동안, 적어도 3Pa의 압력, 바람직하게는 5Pa의 압력이 진공 챔버(10)에 설정된다. 이러한 목적을 위해 제어 및 조절 수단이 여기에 미도시된 진공 펌프를 적절히 제어하는 것으로 제공된다. 동작 전류는 적어도 65amp, 바람직하게는 75amp이고, 따라서 명확히 100amp 아래이다.
음의 바이어스 전압이 층 접착력을 개선하기 위해, 여기에 미도시된 기판에 적용된다.
본 발명의 방법과 본 발명의 증발기는 바람직하게는 전기분해, 특히 염소-알칼리 전기분해를 위한 전극을 생산하는데 사용되는데, 여기서 상기 전극은 높은 산호 함량을 구비하는 전기적으로 활성이고 동시에 촉매적으로 활성인 금속의 층을 포함한다.
촉매 코팅을 위한 본 발명에 따른 절차 단계의 예는 다음과 같다:
1. 지지부 물질을 알칼리 세정하는 단계.
2. 6000Pa에서 표준 강옥 120을 사용하여 강옥 블래스팅(corundum blasting)에 의하여 기판을 거칠게 하는(Roughening) 단계.
3. 블래스팅 물질의 제거를 위해 초음파 환경에서 기판을 추가적으로 세정하는 단계.
4. 기판을 대전(charging)하는 단계.
5. 0.1Pa에서 진공 챔버를 배기(evacuating)하는 단계.
6. 200℃로 기판을 가열하는 단계.
7. 약 15분 동안 5Pa에서 Ar/H2 혼합물에서 기판을 글로우잉(glowing)하는 단계.
8. 200℃에서 그리고 3 내지 5Pa에서 촉매 물질로 기판을 코팅하는 단계.
10 : 진공 챔버
12 : 상부 증발기
14 : 하부 증발기
16 : 기본 몸체
18 : 타깃 지지부
20 : 타깃 물질
22 : 신속 해제 체결부
24 : 냉각 덕트
26 : 증발기 지지부
28 : 증발기 지지부 리세스(recess)
30 : 증발기 홀딩 고정부
32 : 냉각 연결부
34 : 전기 연결부
36 : 챔버 벽
38 : 절연 수단
40 : 나사 연결부
42 : 추가적인 나사 연결부
44 : 링
46 : 면
48 : 쉴드 패널
50 : 고정 수단
52 : 상부 반응가스 공급 수단
54 : 하부 반응가스 공급 수단
56 : 상부 연결부
58 : 하부 연결부
60 : 반응가스 공급 라인
62 : 증발기
64 : 증발기
66 : 증발기
68 : 증발기
70 : 반응가스 배출 개구

Claims (14)

  1. 저압력의 진공 챔버(10) 내에서 아크에 의해, -아크 증발-에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법으로서, 진공 챔버(10)는 하나 이상의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)를 구비하고, 상기 증발기는 타깃 물질(20), 반응가스를 공급하는 반응가스 공급 수단(53, 54) 및 진공 펌프를 포함하며, 상기 타깃 물질(20)을 포함하는 상기 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)는 음극으로 기능하고, 상기 진공 챔버(10)의 내부벽(36)은 양극으로 기능하고, 상기 음극과 양극 사이에는 아크가 생성되는, 기판 코팅 방법에 있어서,
    고융점을 갖는 금속이 전기적으로 활성인 표면을 위한 타깃 물질(20) 및/또는 촉매를 위한 타깃 물질(20)로 사용되고, 코팅을 하는 동안 상기 진공 챔버(10)에서의 압력은 0.5Pa 이상, 특히 3Pa 이상, 바람직하게는 5Pa이고, 고 산소 함량을 갖는 전기적으로 활성인 금속의 층 및/또는 고 산소 함량을 갖는 촉매적으로 활성인 금속의 층이 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    산소 또는 고 산소 함량을 구비하는 가스가 상기 반응가스로 사용되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    루테늄, 이리듐, 티타늄, 백금 또는 이들의 혼합물이 상기 타깃 물질(20)로 사용되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크의 전류는 65amp 이상, 바람직하게는 75amp인 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크의 전류는 100amp 미만인 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응가스는 상기 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)에서 상기 타깃 물질(20)에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 반응가스는 환상 방식으로 상기 타깃 물질(20)에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    음의 바이어스 전압이 상기 기판에 적용된 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 전기 분해용 전극, 특히 염소-알칼리 전기분해용 전극을 코팅하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    a) 상기 기판을 알칼리 세정하는 단계;
    b) 상기 기판을 거칠게 하는 단계로서, 바람직하게는 6000Pa에서 특히 표준 강옥 120으로 특히 강옥 블라스팅하는 단계;
    c) 블라스팅 물질을 제거하기 위해 상기 기판을 초음파 세정하는 단계;
    d) 상기 기판을 대전하는 단계;
    e) 특히 0.1 Pa에서 상기 진공 챔버를 배기하는 단계;
    f) 특히 200℃로 상기 기판을 가열하는 단계;
    g) 특히 15분 동안 바람직하게는 5Pa에서 특히 Ar/H2 혼합물에서 상기 기판을 글로우잉(glowing)하는 단계; 및
    h) 특히 200℃ 및 3 내지 5Pa에서 촉매 물질로 상기 기판을 코팅하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 코팅 방법.
  11. 저압력의 진공 챔버 내에서 아크에 의해, -아크 증발-에 의해 기판을 코팅하기 위한 방법, 특히 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 기판 코팅 방법을 수행하기 위한 진공 챔버(10)의 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)로서,
    상기 증발기(12, 14, 62, 64, 66, 68)는 타깃 물질(20)을 포함하고,
    반응가스 공급 수단(52, 54)이 환형 방식으로 상기 타깃 물질(20) 주위에 배치되고, 규칙적으로 이격된 반응가스 배출 개구(70)를 구비하는 것을 특징으로 하는 증발기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반응가스 공급 수단(52, 54)은 아크 증발 과정 동안 아크와 간섭하지 않는 거리에 상기 타깃 물질(20)로부터 축 방향으로 그리고 방사 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 증발기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 반응가스 배출 개구(70)는 각각, 동일한 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 증발기.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타깃 물질(20)은 촉매를 위한 고융점의 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017033994A1 (ja) * 2015-08-25 2017-03-02 国立大学法人熊本大学 金属箔触媒及びその製造方法、並びに触媒コンバータ
JP7419107B2 (ja) * 2020-02-28 2024-01-22 いすゞ自動車株式会社 触媒用部材の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0215162A (ja) * 1988-06-30 1990-01-18 Nippon Sheet Glass Co Ltd 酸化チタン被膜の形成方法
JPH03141104A (ja) * 1989-10-24 1991-06-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合酸化物超電導薄膜の作製方法
JPH03147312A (ja) * 1989-11-01 1991-06-24 Nippon Chemicon Corp 電解コンデンサ用アルミニウム電極の製造方法
GB9316926D0 (en) * 1993-08-13 1993-09-29 Ici Plc Electrode
JP3287163B2 (ja) * 1995-01-23 2002-05-27 日新電機株式会社 アーク式蒸発源
JP2000096212A (ja) * 1998-09-28 2000-04-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 光触媒膜被覆部材およびその製造方法
DE19905735A1 (de) * 1999-02-11 2000-08-17 Kennametal Inc Verfahren zum Herstellen eines Zerspanungswerkzeugs sowie Zerspanungswerkzeug
JP3104701B1 (ja) * 1999-08-18 2000-10-30 日新電機株式会社 アーク式蒸発源
US20050106435A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Jang Bor Z. Twin-wire arc deposited electrode, solid electrolyte membrane, membrane electrode assembly and fuel cell
JP2009540932A (ja) * 2006-06-21 2009-11-26 プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド 陰極アーク製作構造物を備えるインプラント型医療デバイス
FR2903808B1 (fr) * 2006-07-11 2008-11-28 Soitec Silicon On Insulator Procede de collage direct de deux substrats utilises en electronique, optique ou opto-electronique
SE532049C2 (sv) * 2008-03-07 2009-10-13 Seco Tools Ab Oxidbelagt skärverktygsskär för spånavskiljande bearbetning av stål
EP2107136B1 (en) * 2008-03-31 2014-12-31 Permelec Electrode Ltd. Manufacturing process of electrodes for electrolysis

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