KR20210079878A - Surface roughness Improving Method of Substrate and Substrate Using the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기재의 표면조도 개선 방법 및 이를 이용하여 표면조도가 개선된 기재로, 상세하게는, 나노입자를 이용하여 기재의 표면조도를 개선하는 방법 및 이를 이용하여 표면조도가 개선된 기재에 관한 것이다. The present invention relates to a method for improving the surface roughness of a substrate and a substrate with improved surface roughness using the same, and more particularly, to a method for improving the surface roughness of a substrate using nanoparticles and a substrate with improved surface roughness using the same will be.
핸드폰, 컴퓨터, 전자부품, 산업부품 등에 사용되는 정밀 부품들은 다양한 방법으로 제조되며, 예를 들어, 다이캐스팅, 사출 성형 등을 진행 후 표면에 도금 공정을 적용하여 금속 코팅을 진행한다. 그러나, 이러한 제조방법의 특성상 최종 재료의 표면 및 내부에 형성되는 미세 기공은 표면에 부분적인 고저차를 유발하는 바 최종제품의 품질을 저하시키는 경우가 되고 있다.Precision parts used in mobile phones, computers, electronic parts, industrial parts, etc. are manufactured by various methods, for example, die casting, injection molding, etc., and then metal coating is applied to the surface by applying a plating process. However, due to the nature of the manufacturing method, the micropores formed on the surface and inside of the final material cause a partial height difference on the surface, thereby reducing the quality of the final product.
이와 관련하여 도 1은 종래 기술에 따른 도료를 코팅한 기재의 단면도이다.In this regard, FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate coated with a paint according to the prior art.
도 1에 따르면, 종래 기재는 제조방법의 특성상 최종 재료의 표면 및 내부에 형성되는 포어가 존재하므로 통상의 방법으로 연마 후 도료를 코팅할 경우 도료 건조와 경화 과정에서 포어 터짐, 부풀어오름, 함몰 등의 문제가 발생하여 표면에 부분적인 고저 차를 유발하는 바 최종제품의 품질을 저하시키는 경우가 있었다. According to Figure 1, the conventional substrate has pores formed on the surface and inside of the final material due to the characteristics of the manufacturing method. Therefore, when a paint is coated after polishing by a conventional method, pores burst, swell, dent, etc. during the drying and curing of the paint. In some cases, the quality of the final product was deteriorated as a problem of
이에, 금속 나노입자를 이용하여 이러한 문제를 해결하려는 노력이 있었으나, 금속 나노입자 자체의 크기로 인한 조도로 인해 추가적으로 형성되는 인쇄층 등의 두께가 불균일해지는 문제가 있었다. 또한, 금속 나노입자와 기재의 접착력이 약하여 사용 과정에서 도금층이 탈리되는 문제가 발생하여 성능이 저하되기도 하였다.Accordingly, there was an effort to solve this problem by using metal nanoparticles, but there was a problem in that the thickness of the additionally formed printed layer due to the roughness due to the size of the metal nanoparticles itself becomes non-uniform. In addition, since the adhesion between the metal nanoparticles and the substrate was weak, a problem occurred in which the plating layer was detached in the course of use, and thus the performance was deteriorated.
이에 이러한 문제를 해결하는 한편, 친환경 표면처리 기술 적용을 위하여 도금 공정을 대체할 수 있는 코팅 기술이 필요한 실정이다. Accordingly, while solving these problems, there is a need for a coating technology that can replace the plating process in order to apply eco-friendly surface treatment technology.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 나노 입자를 이용하여 기재의 표면조도를 개선하는 방법을 제공한다.Specifically, an object of the present invention is to provide a method for improving the surface roughness of a substrate using nanoparticles.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 이용하여 표면조도가 개선되어 우수한 제반 특성을 가지는 기재에 관한 것이다. Another object of the present invention relates to a substrate having excellent overall properties by improving the surface roughness using the above method.
본 발명은,The present invention is
가) 기재를 준비하는 단계;A) preparing a substrate;
나) 상기 기재의 표면을 연마하여 표면상에 개방형 포어(open pore)를 형성하는 단계;b) polishing the surface of the substrate to form open pores on the surface;
다) 상기 기재 표면상의 개방형 포어를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포하는 단계;c) applying a nanoparticle suspension to fill the open pores on the surface of the substrate;
라) 상기 나노입자 현탁액이 도포된 기재에 대한 광 소결 또는 열 소결을 통해 나노입자와 기재의 접착력을 향상하는 단계;를 포함하는 기재의 표면조도 개선방법을 제공한다. D) improving the adhesion between the nanoparticles and the substrate through optical sintering or thermal sintering to the substrate to which the nanoparticle suspension is applied; provides a method for improving the surface roughness of a substrate, including.
하나의 실시예로, 상기 단계 다)는,In one embodiment, the step c) is,
다-1a) 상기 기재 표면상의 개방형 포어를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포하여 나노입자 봉공층을 형성하는 단계; 및c-1a) forming a nanoparticle sealing layer by applying a nanoparticle suspension to fill the open pores on the surface of the substrate; and
다-1b) 상기 기재 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분을 연마하는 단계;를 포함할 수 있다. C-1b) grinding the portion of the nanoparticle sealing layer exposed on the surface of the substrate; may include.
또 다른 실시예로, 상기 단계 다)는,In another embodiment, the step c) is,
다-2a) 상기 기재 표면상에 형성된 개방형 포어를 화상으로 분석하는 단계; 및c-2a) image analysis of the open pores formed on the surface of the substrate; and
다-2b) 화상으로 분석된 개방형 포어를 나노입자 현탁액으로 선택적 도포하는 단계; 를 포함할 수 있다.c-2b) selectively applying the image-analyzed open pores with a nanoparticle suspension; may include.
상기 단계 다-2b)에서 상기 도포는 노즐 스프레이 공정으로 수행할 수 있다.In step c-2b), the application may be performed by a nozzle spray process.
상기 단계 다)는 진공 분위기 하에서 이루어질 수 있다.Step c) may be performed under a vacuum atmosphere.
상기 단계 라)에서 상기 광처리는 IPL(intense pulsed light)을 조사하여 수행할 수 있다.In step d), the light treatment may be performed by irradiating intense pulsed light (IPL).
상기 단계 라)에서 상기 열처리는 50 내지 300℃까지 가열하고 5 내지 150분 동안 유지한 후, 상온으로 냉각하는 과정으로 수행할 수 있다. In step d), the heat treatment may be performed by heating to 50 to 300° C., maintaining for 5 to 150 minutes, and then cooling to room temperature.
또한, 본 발명은, 상기 단계 라)를 수행 후,In addition, the present invention, after performing step d),
마) 광 소결 또는 열 소결된 기재에 아크릴계 화합물을 도포하는 레벨 코팅(level coating) 단계;를 추가로 포함할 수 있다. E) a level coating step of applying an acrylic compound to the optically sintered or thermally sintered substrate; may be further included.
본 발명은, The present invention is
상기 표면조도 개선 방법을 이용하여 표면조도가 개선된 기재를 제공한다. Provided is a substrate having improved surface roughness by using the method for improving surface roughness.
상기 기재는 표면 조도가 50 내지 95% 개선된 것일 수 있다. The substrate may have a surface roughness improved by 50 to 95%.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 기재를 연마하여 형성된 개방형 포어에 나노입자를 도포하여 상기 개방형 포어를 선택적으로 메울 수 있으므로 기재의 거칠기를 개선할 수 있어 표면조도가 좋아질 수 있다. 또한, 상기 나노입자를 이용하여 개방형 포어를 메운 후, 광 소결 또는 열 소결을 통한 후처리를 수행하므로 나노입자와 기재의 접착력이 향상되어 우수한 밀착성을 가지는 기재를 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, since the open pores can be selectively filled by applying nanoparticles to the open pores formed by grinding the substrate, the roughness of the substrate can be improved and the surface roughness can be improved. In addition, after the open pores are filled using the nanoparticles, post-treatment through optical sintering or thermal sintering is performed, so that the adhesion between the nanoparticles and the substrate is improved, thereby providing a substrate having excellent adhesion.
본 발명에 또 다른 실시예에 따르면, 나노입자를 이용하여 개방형 포어를 메운 후, 레벨 코팅하는 단계를 포함하여 진행하므로 간단하고 친환경적인 방법으로 도금 공정을 대체할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the plating process can be replaced by a simple and eco-friendly method because it proceeds including the step of level coating after filling the open pores using nanoparticles.
도 1은 종래 기술에 따른 도료를 코팅한 기재의 단면도이다;
도 2(a)은 기재의 단면도이다;
도 3(a)는 표면상에 개방형 포어를 가지는 기재의 단면도이고, 도 2(b)는 알루미늄 합금 사출물의 표면을 연마한 후 찍은 사진이다;
도 4(a) 및 (b)은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노입자 현탁액의 도포 과정을 보여주는 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노입자 현탁액의 도포 과정을 보여주는 모식도이다;
도 6는 레벨 코팅층이 형성된 기재의 단면도이다;
도 7은 실험예에 따른 기재의 사진이다;
도 8은 실험예에 따른 기재의 확대 사진 및 3D 이미지이다; 및
도 9은 실험예에 따라 표면 조도가 개선된 기재의 FE-SEM 사진이다.1 is a cross-sectional view of a substrate coated with a paint according to the prior art;
Fig. 2(a) is a cross-sectional view of the substrate;
Fig. 3 (a) is a cross-sectional view of a substrate having open pores on its surface, and Fig. 2 (b) is a photograph taken after polishing the surface of the aluminum alloy injection product;
4 (a) and (b) are schematic diagrams showing the application process of the nanoparticle suspension according to an embodiment of the present invention;
5 is a schematic diagram showing a process of applying a nanoparticle suspension according to another embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view of a substrate having a level coating layer formed thereon;
7 is a photograph of a substrate according to an experimental example;
8 is an enlarged photograph and 3D image of a substrate according to an experimental example; and
9 is an FE-SEM photograph of a substrate having improved surface roughness according to an experimental example.
이하, 도 2 내지 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 9 .
도 2 내지 6는 본 발명의 실시예에 따른 기재의 표면조도 개선방법의 각 단계를 보여주는 도면이다.2 to 6 are views showing each step of the method for improving the surface roughness of the substrate according to the embodiment of the present invention.
우선 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(가)에서 기재(100)를 준비한다.First, as shown in FIG. 2 , the
상기 기재(100)은 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 세라믹, SUS, 구리 또는 이들의 합금 등 전자제품의 외장재로 사용하는 금속 소재일 수 있으며, 상세하게는, 알루미늄 또는 이의 합금으로 금속 형태의 다이캐스팅으로 제조된 것일 수 있다. The
상기 기재(100)의 다이캐스팅 제조 과정 특성상 표면이 거칠게 성형되고 내부에 다수의 포어(pore, 200)를 가질 수 있다. 이러한 기재(100)는 두꺼운 산화막, 수산화막 등이 형성되어 있지 않은 것이 필요하므로 전처리 공정으로 표면의 이물질과 유분을 제거하는 탈지 공정, 에칭 공정, 세척 공정 등을 선택적으로 수행할 수 있다. Due to the characteristics of the die-casting manufacturing process of the
다음으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 단계(나)에서 상기 기재(100)의 표면을 연마하여 표면상에 형성된 개방형 포어(open pore, 210)를 확인할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3(a), in step (b), the surface of the
사출에 의해 거칠게 성형된 기재(100) 표면의 조도를 좋게 하기 위해서 일반적으로 연마 과정을 진행하는데, 이 때 내부의 포어가 드러나 오히려 표면 조도가 더 나빠질 수 있다. 따라서 본 발명은 드러난 내부의 포어, 즉 개방형 포어(210)을 메우는 과정을 포함하여 표면 조도를 개선할 수 있다.In order to improve the roughness of the surface of the
구체적으로, 연마 과정을 거친 기재(100)는, 기재(100) 표면에 드러난 개방형 포어(210)와 기재(100)의 내부에 형성된 폐쇄형 포어(220)를 가질 수 있다.Specifically, the
상기 연마 방법은 전해연마, 기계적, 화학적, 물리적 연마공정 중 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polishing method may use one or more of electropolishing, mechanical, chemical, and physical polishing, but is not limited thereto.
이와 관련해, 도 3(b)는 알루미늄 합금 사출물의 표면을 연마한 후 찍은 사진이다.In this regard, Figure 3 (b) is a photograph taken after polishing the surface of the aluminum alloy injection molding.
도 3(b)를 참고하면, 알루미늄 합금 표면을 연마시 내부의 포어가 드러나면서 복수의 개방형 포어가 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 개방형 포어들은 기재의 표면조도를 저하시키는 원인이 된다. 이에, 본 발명에서는 이하에서 살펴보는 바와 같이 상기 기재(100) 표면상의 개방형 포어(210)를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포할 수 있다. Referring to FIG. 3(b), it can be seen that a plurality of open pores are observed while the pores inside are exposed when the surface of the aluminum alloy is polished. These open pores cause deterioration of the surface roughness of the substrate. Accordingly, in the present invention, the nanoparticle suspension may be applied to fill the
상기 나노입자 현탁액은 상기 나노입자를 포함하는 현탁액으로 잉크 또는 페이스트 형태를 가질 수 있다. 상기 나노입자는 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 나노입자, 실리카 등의 산화물 나노 입자, 또는 고분자 나노입자일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The nanoparticle suspension may be in the form of an ink or paste as a suspension containing the nanoparticles. The nanoparticles may be metal nanoparticles such as copper, aluminum, gold, or silver, oxide nanoparticles such as silica, or polymer nanoparticles, but is not limited thereto.
상기 나노입자 현탁액은 나노입자 이외 용매, 기타 첨가물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매는 탈이온수, 알코올 또는 암모니아수일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The nanoparticle suspension may include a solvent other than nanoparticles, other additives, and the like, but is not limited thereto. The solvent may be deionized water, alcohol or ammonia water, but is not limited thereto.
구체적으로, 도 4(a) 및 (b)은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노입자 현탁액의 도포 과정을 보여주는 모식도이다. Specifically, Figure 4 (a) and (b) is a schematic diagram showing the application process of the nanoparticle suspension according to an embodiment of the present invention.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 단계(다-1a)에서 상기 기재(100) 표면상의 개방형 포어(210)를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포하여 나노입자 봉공층(300)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4(a), in step (c-1a), the
상기 도포는 통상적으로 수행되는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 롤코팅, 스프레이, 침적, 스프레이 스퀴징 및 침적 스퀴징에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.The application is not particularly limited as long as it is a commonly performed method, but, for example, may be performed by any one method selected from roll coating, spraying, immersion, spray squeezing and immersion squeezing.
미세한 나노입자의 특성상 도포 과정에서 나노입자는 개방형 포어(210)뿐만 아니라 기재(100) 표면에도 위치할 수 있어, 나노입자 봉공층(300)은 상기 기재(100) 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분(320) 및 개방형 포어를 메우는 나노입자 봉공층 부분(310)으로 구성되어 있다.Due to the nature of the fine nanoparticles, in the application process, the nanoparticles can be located not only on the
이에, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 단계(다-1b)에서 상기 기재(100) 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분(320)을 연마할 수 있다. 상기 연마 과정을 통해 기재(100) 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분(320)은 제거가 되며, 기재(100)의 표면과 개방형 포어를 메우는 나노입자 봉공층 부분(310)의 표면이 동일면에 위치하게 되어 기재(100)의 표면을 평평하게 형성할 수 있으므로 표면 조도가 개선될 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 4(b), the nanoparticle
상기 연마는 기재(100) 및 나노입자의 종류, 크기에 따라 전해연마, 기계적, 화학적, 물리적 연마공정을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 샌드 및 비드 블라스트 등의 세라믹 연마제, SiC paper 등을 이용한 물리적인 방법 또는 25 내지 35℃의 세정수에 10 내지 30분 동안 침전시키는 화학적인 방법 등으로 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.For the polishing, electrolytic polishing, mechanical, chemical, and physical polishing processes may be used depending on the type and size of the
상기 나노입자는 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 나노입자, 실리카 등의 산화물 나노 입자, 또는 고분자 나노입자로, 기재(100)와 경도 차이로 연마 과정시 표면조도 저하가 발생하지 않은 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.The nanoparticles are metal nanoparticles such as copper, aluminum, gold, silver, etc., oxide nanoparticles such as silica, or polymer nanoparticles. can be used without
상기 나노입자 현탁액은 상기 나노입자를 포함하는 현탁액으로 잉크 또는 페이스트 형태를 가질 수 있다. 상기 나노입자 현탁액은 나노입자 이외 용매, 기타 첨가물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매는 탈이온수, 알코올 또는 암모니아수일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The nanoparticle suspension may be in the form of an ink or paste as a suspension containing the nanoparticles. The nanoparticle suspension may include a solvent other than nanoparticles, other additives, and the like, but is not limited thereto. The solvent may be deionized water, alcohol or ammonia water, but is not limited thereto.
도 5에 도시된 바와 같이, 단계(다-2a)에서 상기 기재(100) 표면상에 형성된 개방형 포어를 화상으로 분석할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the open pores formed on the surface of the
상기 화상은 화상형성장치(도시하지 않음)를 통해 분석할 수 있으며, 상기 화상형성장치는 기재(100) 표면상에 형성된 개방형 포어의 위치를 분석하여 개방형 포어 부분만 선택적으로 나노입자 현탁액으로 메어질 수 있도록 한다. The image may be analyzed through an image forming apparatus (not shown), and the image forming apparatus analyzes the position of the open pores formed on the surface of the
구체적으로, 단계(다-2b)에서 화상으로 분석된 개방형 포어에 나노입자 현탁액으로 선택적 도포하여 나노입자로 메워진 개방형 포어(410)를 형성할 수 있다. Specifically, the nanoparticle suspension may be selectively applied to the open pores analyzed by image in step (c-2b) to form the
상기 도포는 노즐(500)을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 노즐(500)은 나노입자 현탁액을 고속으로 개방형 포어에 선택적으로 분출시키기 위한 것으로, 개방형 포어에 소정간격으로 이격되어 상층부의 유로(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 화상형성장치에서 개방형 포어의 위치에 대한 정보를 받을 수 있다. 나노입자 현탁액을 분출시킬 때 고압 상태에서 분출을 작게 하면 압력 에너지가 속도에너지로 바뀌어 나노입자로 메워진 개방형 포어(410)를 빠르게 형성할 수 있다. The application may be performed using the
상기 나노입자는 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 나노입자, 실리카 등의 산화물 나노 입자, 또는 고분자 나노입자라면 제한 없이 사용될 수 있다. The nanoparticles may be used without limitation as long as they are metal nanoparticles such as copper, aluminum, gold, or silver, oxide nanoparticles such as silica, or polymer nanoparticles.
상기 나노입자의 입경은 1 내지 500 nm일 수 있고, 상세하게는 10 내지 250 nm일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 나노입자의 입경이 지나치게 작으면 공정상의 어려움이 발생할 수 있으며, 지나치게 크면 개방형 포어를 메우는 과정에서 나노입자 사이의 공극이 커지거나, 크기가 작은 개방형 포어를 메우기 어려워지므로 바람직하지 않다. The particle diameter of the nanoparticles may be 1 to 500 nm, specifically 10 to 250 nm. If the particle diameter of the nanoparticles is too small outside the above range, difficulties in the process may occur, and if it is too large, the pores between the nanoparticles increase in the process of filling the open pores, or it is not preferable because it becomes difficult to fill the small open pores.
상기 나노입자 현탁액은 상기 나노입자를 포함하는 현탁액으로 잉크 또는 페이스트 형태를 가질 수 있다. 상기 나노입자 현탁액은 나노입자 이외 용매, 기타 첨가물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매는 탈이온수, 알코올 또는 암모니아수일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The nanoparticle suspension may be in the form of an ink or paste as a suspension containing the nanoparticles. The nanoparticle suspension may include a solvent other than nanoparticles, other additives, and the like, but is not limited thereto. The solvent may be deionized water, alcohol or ammonia water, but is not limited thereto.
상기 나노입자 현탁액의 점도는 10 내지 300,000 cP일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 나노입자 현탁액의 점도가 지나치게 작으면 본 발명이 의도하는 효과를 얻기 힘들고, 점도가 지나치게 크면 공정상 어려움이 발생할 수 있다. The viscosity of the nanoparticle suspension may be 10 to 300,000 cP. If the viscosity of the nanoparticle suspension is too small outside the above range, it is difficult to obtain the intended effect of the present invention, and if the viscosity is too large, difficulties in the process may occur.
본 발명에서 상기 단계(다)의 나노입자 현탁액을 도포하는 과정은 진공 분위기 하에서 이루어질 수 있다.In the present invention, the process of applying the nanoparticle suspension of step (c) may be made under a vacuum atmosphere.
이러한 진공 분위기는 기재(100)에 도포된 나노입자 현탁액이 개방형 포어 내로 기포 없이 메워지도록 하므로 궁극적으로 표면 조도가 개선된 기재를 얻을 수 있다. Such a vacuum atmosphere allows the nanoparticle suspension applied to the
본 발명에서, 나노입자 현탁액을 이용하여 기재(100)에 위치하는 개방형 포어(210)를 메워 기재의 표면조도를 개선시키는 한편, 후처리 과정을 통해 상기 나노입자와 기재(100)의 접착력을 향상시키면서 나노입자 이외 불순물을 제거할 수 있다. In the present invention, the surface roughness of the substrate is improved by filling the
하나의 예로, 상기 단계(라)에서 광 소결을 수행할 수 있다. As an example, optical sintering may be performed in step (d).
이러한 광 소결은 IPL(intense pulsed light)을 조사하여 이루어질 수 있으며, 상온, 대기압 상태에서 기판의 손상없이 빠른 시간 내 소결이 가능하여 높은 소결 침투력을 가지고 선택적 소결이 가능하다. 상기 IPL을 이용한 광 소결은 예를 들어, Xenon lamp 조사에 의한 플라즈모닉 용접(plasmonic welding)을 통해 이루어질 수 있으며, 조사하는 빛의 파장을 적절히 조절하여 UV 400 nm 미만을 이용하여 나노입자의 접착력을 향상시키고 NIR 700 nm 초과를 이용하여 불순물 제거를 통한 기판 표면 클리닝을 할 수 있다. Such optical sintering can be accomplished by irradiating intense pulsed light (IPL), and sintering can be performed within a short time without damage to the substrate at room temperature and atmospheric pressure, thereby enabling selective sintering with high sintering penetration. The optical sintering using the IPL can be made through, for example, plasmonic welding by irradiation with a Xenon lamp, and by appropriately controlling the wavelength of the irradiated light, the adhesion of the nanoparticles is improved using less than UV 400 nm. and substrate surface cleaning through impurity removal using NIR greater than 700 nm.
또 다른 예로, 상기 단계(라)에서 열 소결을 수행할 수 있다.As another example, thermal sintering may be performed in step (d).
이러한 열 소결은 가열 후 일정 시간 유지 후, 상온으로 냉각하는 과정을 통해 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 50 내지 300℃까지 가열하고 5 내지 150분 동안 유지한 후, 상온으로 냉각하는 단계로 이루어질 수 있다. 상기 가열 온도 및 온도 유지 시간이 상기 정의된 범위를 벗어날 경우, 기재가 손상되거나 공정상 효율이 떨어질 우려가 있어 바람직하지 않다. 상기 냉각 단계에서 냉각은 유체 또는 물을 이용할 수 있으며, 상세하게는 유체 또는 미세한 액적과 같은 분무된 물 등을 이용할 수 있다. This thermal sintering may be accomplished through a process of cooling to room temperature after heating and maintaining for a certain period of time, specifically, heating to 50 to 300° C. and maintaining for 5 to 150 minutes, and then cooling to room temperature. . When the heating temperature and the temperature holding time are out of the above-defined ranges, there is a risk that the substrate may be damaged or the efficiency of the process may be lowered, which is not preferable. In the cooling step, the cooling may use a fluid or water, specifically, may use a fluid or sprayed water such as fine droplets.
도 6는 또다른 실시예로, 기재(100)의 메워진 개방형 포어(310)에 형성된 레벨 코팅층(600)를 보여주는 모식도이다. FIG. 6 is a schematic diagram showing the
개방형 포어가 메워진 경우, 레벨 코팅층(600)이 용이하게 형성될 수 있으므로 간단하고 친환경적인 방법으로 도금 공정을 대체할 수 있으며, 도금 수준의 표면조도를 제공할 수 있다.When the open pores are filled, since the
상기 레벨 코팅층은 아크릴계 화합물을 포함하는 현탁액을 도포하여 형성될 수 있다.The level coating layer may be formed by applying a suspension containing an acrylic compound.
상기 아크릴계 화합물은 아크릴계 모노머; 및 아크릴계 올리고머를 포함할 수 있다.The acrylic compound is an acrylic monomer; and an acrylic oligomer.
상기 아크릴계 모노머는, 예를 들어, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 스티렌, 2-에틸헥실아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시부틸 아크릴레이트 메타크릴산, 아크릴산 및 이타콘산으로 이루어진 군에서 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The acrylic monomer is, for example, methyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, styrene, 2-ethylhexyl acrylate, butyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylic Late, 2-hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate may be one or more from the group consisting of methacrylic acid, acrylic acid and itaconic acid, but is not limited thereto.
상기 아크릴계 올리고머는 상기 아크릴계 모노머의 올리고머일 수 있고, 경우에 따라서는, 우레탄 변성 아크릴레이트 올리고머, 에테르 아크릴레이트 올리고머 및 에스테르 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The acrylic oligomer may be an oligomer of the acrylic monomer, and in some cases, may be at least one selected from the group consisting of a urethane-modified acrylate oligomer, an ether acrylate oligomer, and an ester acrylate oligomer, but is not limited thereto.
이후, 열, 자외선 등을 통하여 상기 아크릴계 화합물을 경화시킬 수 있다. Thereafter, the acrylic compound may be cured through heat, ultraviolet light, or the like.
한편, 본 발명은 상기 기재의 표면조도 개선방법을 이용하여 표면조도가 개선된 기재를 제공한다. On the other hand, the present invention provides a substrate with improved surface roughness by using the method for improving the surface roughness of the substrate.
본 발명에 따른 기재(100)는 개방형 포어(210)가 나노입자로 메어졌으며, 광 소결 또는 열 소결과 같은 후처리 과정을 통해 기재(100)의 표면 조도가 개선되는 한편, 나노입자와 기재의 접착력이 향상될 수 있다. In the
따라서, 레벨 코팅층(600)을 보다 용이하게 형성하여 간단하고 친환경적인 방법으로 도금 공정을 대체할 수 있으며, 도금 수준의 표면조도를 제공할 수 있다. 즉, 도금 공정에서는 다수의 중금속 또는 경금속 이온을 포함한 폐수를 발생시키나 본 발명에 따른 방법은 도금 공정을 거치지 않아 폐수 발생을 최소화할 수 있으므로 매우 환경 친화적이다.Accordingly, the
본 발명에 따른 공정이 적용된 기재는 모재 대비 50 내지 95%, 상세하게는 55 내지 90%로 개선되므로 모재 포어로부터 발생하는 터짐, 도장면 부풀어 오름, 함몰 현상 등을 최소화할 수 있다. 상기 범위는 제조 공정, 경제성 등을 고려한 최적의 범위이다.Since the substrate to which the process according to the present invention is applied is improved to 50 to 95%, specifically 55 to 90%, compared to the base material, it is possible to minimize bursting, swelling of the painted surface, denting, etc. occurring from the pores of the base material. The above range is an optimal range in consideration of the manufacturing process, economic feasibility, and the like.
구체적으로, 이러한 기재의 표면 조도(Ra)은 10 nm 내지 2 um 일 수 있고, 상세하게는 10 nm 내지 1.8 um일 수 있다.Specifically, the surface roughness (Ra) of such a substrate may be 10 nm to 2 um, specifically 10 nm to 1.8 um.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
실험예Experimental example
하기와 같은 실험 조건으로, 알루미늄 기재를 준비하여 표면을 연마하고 산화 구리 현탁액을 도포한 후, 표면 위로 노출된 봉공층 부분을 연마하고, 광 소결을 진행하여 기재 표면을 개선하였다. 이를 표 1, 도 7, 8 및 9에 나타내었다.Under the following experimental conditions, an aluminum substrate was prepared, the surface was polished, a copper oxide suspension was applied, the sealing layer portion exposed on the surface was polished, and the substrate surface was improved by performing optical sintering. This is shown in Table 1, Figures 7, 8 and 9.
- Al 기재 Surface treatment : O2 plasma, 150 W, 300 sec - Al substrate surface treatment: O 2 plasma, 150 W, 300 sec
-Screen printing용 소재 : Water-based CuO ink, > 50 wt%, ~250 nm, ~300,000 cP-Material for screen printing: Water-based CuO ink, > 50 wt%, ~250 nm, ~300,000 cP
-코팅 후 IPL 공정 조건 : 3 kV, 1320 ms (pulse width), 1/3/5/10/20 shots-IPL process conditions after coating: 3 kV, 1320 ms (pulse width), 1/3/5/10/20 shots
상기 표 1, 도 7 내지 9를 참고하면, 본 발명에 따라 제조된 기재의 표면 조도(Ra)는 코팅 전의 모재의 표면 조도(Ra)과 비교하여 개선된 것을 확인할 수 있다. 특히 도 9를 참고하면, 포어 또는 스크래치와 같은 파인 부분에 구리 나노입자가 메워져서 표면 조도가 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIGS. 7 to 9 , it can be seen that the surface roughness (Ra) of the substrate prepared according to the present invention is improved compared to the surface roughness (Ra) of the base material before coating. In particular, referring to FIG. 9 , it can be confirmed that the copper nanoparticles are filled in the fine portions such as pores or scratches, thereby improving the surface roughness.
100 기재
200 포어
210 개방형 포어
220 폐쇄형 포어
300 나노입자 봉공층
310 개방형 포어를 메우는 나노입자 봉공층 부분
320 기재 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분
410 나노입자로 메워진 개방형 포어
500 노즐
600 레벨 코팅층100 entries
200 pore
210 open pore
220 closed pore
300 nanoparticle sealing layer
310 Part of the nanoparticle sealing layer filling the open pores
320 Part of the nanoparticle encapsulation layer exposed over the substrate surface
Open pores filled with 410 nanoparticles
500 nozzles
600 level coating layer
Claims (10)
나) 상기 기재의 표면을 연마하여 표면상에 개방형 포어(open pore)를 형성하는 단계;
다) 상기 기재 표면상의 개방형 포어를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포하는 단계;
라) 상기 나노입자 현탁액이 도포된 기재에 대한 광 소결 또는 열 소결을 통해 나노입자와 기재의 접착력을 향상하는 단계; 및A) preparing a substrate;
b) polishing the surface of the substrate to form open pores on the surface;
c) applying a nanoparticle suspension to fill the open pores on the surface of the substrate;
D) improving the adhesion between the nanoparticles and the substrate through optical sintering or thermal sintering to the substrate to which the nanoparticle suspension is applied; and
다-1a) 상기 기재 표면상의 개방형 포어를 메우기 위해 나노입자 현탁액을 도포하여 나노입자 봉공층을 형성하는 단계; 및
다-1b) 상기 기재 표면 위로 노출된 나노입자 봉공층 부분을 연마하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기재의 표면조도 개선방법.According to claim 1, wherein the step c),
c-1a) forming a nanoparticle sealing layer by applying a nanoparticle suspension to fill the open pores on the surface of the substrate; and
c-1b) polishing the portion of the nanoparticle sealing layer exposed on the surface of the substrate;
다-2a) 상기 기재 표면상에 형성된 개방형 포어를 화상으로 분석하는 단계; 및
다-2b) 화상으로 분석된 개방형 포어를 나노입자 현탁액으로 선택적 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기재의 표면조도 개선방법.According to claim 1, wherein the step c),
c-2a) image analysis of the open pores formed on the surface of the substrate; and
C-2b) The method of improving the surface roughness of a substrate, comprising: selectively applying the nanoparticle suspension to the open pores analyzed by the image.
마) 광 소결 또는 열 소결된 기재에 아크릴계 화합물을 도포하는 레벨 코팅(level coating) 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기재의 표면조도 개선방법.The method of claim 1, wherein after performing step d),
E) a level coating step of applying an acrylic compound to the photo-sintered or thermally sintered substrate;
The substrate according to claim 9, wherein the surface roughness of the substrate is improved by 50 to 95%.
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