KR20170142312A - 초미세 세라믹 비드의 cvd 다이아몬드 증착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 초미세 지르코니아 세라믹 볼형상 분말의 CVD 다이아몬드 코팅에 관한 것이다.
종래에는, 프라즈마 발생실 내에 모재를 설치하고, 당해 플라즈마 발생실 내를 배기시킨 후에, 이것에 휘발성 탄화수소와 수소가스의 혼합 가스를 도입한 후에, 마이크로파 또는 고주파를 입사시켜 플라즈마를 유발하고, 모재 상에 모재 상에 다결정질 다이아몬드를 석출시키는 방법이 사용되어 왔으나, 다이아몬드의 석출 속도가 만족할 정도가 아니라는 문제가 있었다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 휘발성 탄화수소와 수소와의 혼합가스에 고주파 또는 마이크로파를 입사하여 플라즈마를 유도시키고, 이 플라즈마 공간에서, 지르코니아 세라믹 분말을, 진동판을 진동시키는 것에 의해 분산 부유시키면서 유동시켜서, 이것들 분말의 표면에 다결정질 다이아몬드를 합성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정지된 판상의 모재 표면에 석출되는 경우에 비교하여 그 성장 속도를 수배 상승시킬 수 있다. 또한, 첨가물을 부가하는 것 없이, 분말상의 다결정체 다이아몬드를 증착할 수 있는 장점이 있다.

Description

초미세 세라믹 비드의 CVD 다이아몬드 증착 방법{Method for the diamond film deposition on fine ceramic beads}

본 발명은, 초미세 지르코니아 세라믹 볼형상 분말의 CVD 다이아몬드 코팅에 관한 것이다.

종래에는, 프라즈마 발생실 내에 모재를 설치하고, 당해 플라즈마 발생실 내를 배기시킨 후에, 이것에 휘발성 탄화수소와 수소가스의 혼합 가스를 도입한 후에, 마이크로파 또는 고주파를 입사시켜 플라즈마를 유발하고, 모재 상에 모재 상에 다결정질 다이아몬드를 석출시키는 방법이 사용되어 왔었다.

상기한 방법에 따르면, 다이아몬드의 석출 속도가 만족할 정도가 아니라는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다이아몬드의 석출 속도를 높이고, 더욱이 결정 입자로 구성된 다결정질 다이아몬드의 합성법을 제공한다.

본 발명자들은 다이아몬드의 석출 속도가 낮은 원인에 대해 검토한 결과, 그 석출의 과정은 가열한 모재 표면으로의 반응 물체인 모재의 수송, 가열한 모재 표면에서의 화학 반응에 의해 부산물로서 발생한 생성물의 탈리, 및 역확산 등의 과정을 거치고 있다. 따라서, 가열한 모재와 반응가스의 경계에 확산층이 형성되고, 이 확산층의 존재가 반응가스의 모재 표면으로의 확산 속도를 방해하는 것에 기인하며, 그리고 석출 속도를 상승시키기 위해서는 이 확산층을 없애고, 다이아몬드의 석출 속도가 촉진되는 것을 알았다. 이러한 규명 사실에 근거하여 본 발명을 완성하였다.

상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 요지는, 탄화수소와 수소와의 혼합가스에 고주파 또는 마이크로파를 입사하여 플라즈마를 유발시키고, 이 플라즈마 공간에서의 다이아몬드 분말 또는 금속, 비금속 무기질 분말을 진동판을 진동시키는 것에 의해 분산 부유시키면서 유동시키고, 이것들 분말의 표면에 다결정질 다이아몬드를 피복 또는 분말을 핵으로 하여서 분말상 다결정질 다이아몬드를 증착하는 것을 특징으로 하는 다결정질 다이아몬드 합성 방법에 관한 것이다.

이상에서 상술한 것처럼, 본 발명에 의하면, 정지된 판상의 모재 표면에 석출되는 경우에 비교하여 그 성장 속도를 수배 상승시킬 수 있다. 또한, 첨가물을 부가하는 것 없이, 분말상의 다결정체 다이아몬드를 증착할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 고주파 플라즈마를 이용하여, 분말의 유동을 음파에 의하여 진동판을 진동시키는 방법의 개요도.
도 2는 마이크로파 플라즈마를 이용하여, 분말의 유동을 기계적인 방법에 의하여 진동판을 진동시키는 방법의 개요도.

본 발명의 방법을 도면에 근거하여 설명하면, 도 1은 고주파 플라즈마를 이용하여, 분말의 유동을 음파에 의해 진동판을 진동시키는 방법, 도 2는 마이트로파 플라즈마를 이용하여, 분말의 유동을 기계적인 방법에 의하여 진동판을 진동시키는 방법의 개요도를 보인다. 도면중에서, 1은 저주파 발진기, 2는 증폭기, 3은 확성기, 4는 진동판, 5는 고주파 발진기, 6은 동축 케이블, 7은 고주파 코일, 8은 플라즈마 발생기, 9는 분체, 10은 가스 공급 장치, 11은 혼합 가스 공급관, 12는 배기 장치, 13, 14, 15, 16은 조정 밸브, 17은 마이크로 발진기, 18은 도파관, 19는 전자석을 나타낸다.

우선, 플라즈마 발생실(8)에 분체(9)를 넣고, 배기장치(12)를 작동시켜 감압시킨 후에, 조정밸브(13, 14, 15)를 조정하여 가스공급장치(10)으로부터 수소가스, 휘발성 탄화수소와의 혼합가스를 혼합가스 공급관(11)을 통하여 플라즈마 발생실(8) 내에 공급하여 소정의 압력으로 유지한다. 다음에 저주파 발진기(1) 및 증폭기(2)를 작동시키고, 확성기(3) 또는 전자석(19)에 의해 진동수(4)를 진동시켜, 저주파 발진기(1)의 주파수, 증폭기(2)의 출력을 조정하여 분체(9)를 적절한 상태로 유동시킨다.

도 1에서는 고주파 발진기(5)를 작동시켜 그 출력을 고주파 코일(7)에 부여하고, 유동층 중에 플라즈마를 유발한다.

도 2에서는, 마이크로파 발진기(17)를 작동시켜, 그 출력을 도파관(18)을 통하여 플라즈마 발생실(8) 내에 입사시키고, 유동층 중에 플라즈마를 유발한다.

본 발명에서 이용하는 휘발성 탄화수로로서는, 예를 들면 메탄, 에탄, 아세톤, 부탄 등을 들 수 있다. 메탄은 저렴하고 입수하기 용이한 점에서는 바람직하다. 휘발성 탄화수소와 수소와의 비율은, 20 : 100, 바람직하게는 5 : 100 이하로 하는 것, 또는 분체로서는 이트륨 안정화 지르코니아 분말을 들 수 있다. 그 분체의 입도는 300μm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의, 분체에 대한 다이아몬드 증착 방법을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 덧붙여 본 발명은 이하의 실시 예의 범위로 한정되는 것은 아니다.

제1도의 장치에서, 분체로서 이트륨 안정화 지르코니아 세라믹 분말(30μm), 반응 가스로서 메탄과 수소와의 혼합가스를 사용하였다. 배기장치(12)를 작동시켜서 플라즈마 발생실(8) 내를 충분히 배기시킨 후에, 가스 공급장치(10)로부터 조정밸브(13, 14, 15, 16)을 조정하여 가스농도 3%의 수소와의 혼합가스를 플라즈마 발생실(8) 내에 도입하고, 당해 플라즈마 발생기(8) 내의 압력을 0.06 기압이 되도록 혼합 가스의 유속 50cm/min으로 공급하였다. 다음에, 저주파 발진기(1), 증폭기(2)를 조정하여 확성기(3)에 80Hz, 5Watt의 출력을 부여하여 진동판(4)을 진동시켜서 이트륨 안정화 지르코니아 분말(9)을 유동시켰다. 이어서, 고주파 발진기(5) (13.56MHz), 800Watt의 출력을 동축 케이블(6)을 통하여 고주파 코일(7)에 부여하고, 유동층 중에 플라즈마를 유발시켰다. 3시간 석출을 행한바, 입경 42μm의 입상 다결정체 다이아몬드 증착이 얻어졌다.

실시예 1과 같은 조건에서 마이크로파 (2450MHz), 600Watt의 출력을 플라즈마 발생실(8) 내에 입사하고, 유동층 중에 플라즈마를 유발하였다. 진동판(4)의 진동은 저주파 발진기(1), 및 증폭기(2)를 작동시키고, 전자석(19)을 작용시켜 행하였다. 3시간 석출을 행한바, 입경 50μm의 입상 다결정체 다이아몬드 증착이 얻어졌다.

[실시예 3]

실시예 1과 같은 조건에서 분체로서 알루미나(20μm), 탄탈(20μm)을 사용하여 3시간 석출을 행한바, 각각 입경 30μm, 35μm의 다결정체 다이아몬드 증착이 얻어졌다.

1 증폭기
2 저주파 발진기
3 확성기
4 진동판
5 고주파 발진기
6 동축 케이블
7 고주파 코일
8 플라즈마 발생실
9 분체
10 가스 공급 장치
11 혼합 가스 공급관
12 배기 장치
13, 14, 15, 16 조정 밸브
17 마이크로 발진기
18 도파관
19 전자석

Claims (1)

1. 휘발성 탄화수소와 수소와의 혼합가스에 고주파 또는 마이크로파를 입사하여 플라즈마를 유도시키고, 이 플라즈마 공간에서, 지르코니아 세라믹 분말을, 진동판을 진동시키는 것에 의해 분산 부유시키면서 유동시켜서, 이것들 분말의 표면에 다결정질 다이아몬드를 합성시키는 것을 특징으로 하는 초미세 세라믹 비드의 CVD 다이아몬드 증착 방법.

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