KR20240005313A - 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법 - Google Patents

전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명인 전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법은, 전자빔출력장치의 제1 내부챔버에 포함된 비활성기체에 전자를 조사하고 플라즈마를 생성하는 단계, 플라즈마를 구성하는 전자를 전자빔의 형태로 제2 내부챔버에 위치하는 기판의 표면에 소정의 시간동안 방사하는 단계, 기판의 표면을 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)로 에칭(etching)하여 기판의 표면의 불순물 또는 산화막을 제거하는 단계 및 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법{METHOD FOR IMPROVING ADHESION OF CABON COATING USING ELECTRON BEAM SURFACE TREATMENT}
본 발명은 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 관한 것이다.
최근에는 로봇, 센서, 반도체 등이 지속적으로 소형화되고 정밀화됨에 따라 다양한 소형부품에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에, 사출, 압연, 압출 등과 관련된 정밀금형 기술은 다양한 산업적 응용이 이루어지고 있다.
추가로, 코팅기술은 재료의 물성을 변화시키는 표면처리와 더불어 소형과되고 정밀화된 금속기판의 표면에 탄소코팅층을 형성하여 물성을 향상시킬 수 있는 기술로서 다양한 분야에서 사용되고 있다.
한편, 제품이 소형화되고 정밀화됨에 따라서 부식, 파손, 등과 같은 다양한 원인에 의해 탄소코팅층과 금속기판의 표면의 접착력이 감소하게 되어 다양한 문제점이 발생될 수 있다.
이에, 열처리, 표면처리 등 탄소코팅층과 금속기판의 표면의 접착력을 향상시키기 위한 다양한 시도가 있으나, 공정과정이 복잡할 뿐만 아니라 많은 시간을 소요하며 탄소코팅층과 금속기판의 표면의 접착력의 정도가 강하지 않다.
이에, 공정시간을 최소화하고 단순화시킬 뿐만 아니라 탄소코팅층과 금속기판의 표면의 높은 접착력을 보장할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치를 이용하여 금속(또는, 기판)의 표면물성을 변화시키고 Ta-C탄소코팅층의 접착력을 증가시키기 위함이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치를 이용하여 금속(또는, 기판)의 표면처리, 에칭, 및 Ta-C탄소코팅 등을 일괄적으로 수행하여 공정과정을 단순화시키고 공정시간을 단축시키기 위함이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법은, 전자빔출력장치의 제1 내부챔버에 포함된 비활성기체에 전자를 조사하고 플라즈마를 생성하는 단계, 플라즈마를 구성하는 전자를 전자빔의 형태로 제2 내부챔버에 위치하는 기판의 표면에 소정의 시간동안 방사하는 단계, 기판의 표면을 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)로 에칭(etching)하여 기판의 표면의 불순물 또는 산화막을 제거하는 단계 및 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 제1 항에 있어서, 제1 내부챔버에 전자를 조사하여 플라즈마를 생성하는 단계는, 진공상태인 제1 내부챔버의 내부에 비활성가스를 유입하는 단계, 제1 내부챔버의 일단에 위치한 캐소드전극과 타단에 위치한 애노드전극 사이의 전위차를 형성하는 단계, 제1 내부챔버의 외면에 배치된 솔레노이드에 소정의 전압을 인가하여 제1 내부챔버의 내부에 자기장을 형성하는 단계, 캐소드전극에서 방출되는 전자를 자기장에 의해 가속시키는 단계, 가속된 전자를 비활성가스와 충돌시켜 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법에서 캐소드전극에 인가되는 전압은 30kV으로 설정되고 솔레노이드에 인가되는 소정의 전압은 1.5kV으로 설정되고, 비활성가스는 아르곤가스이고, 제1 내부챔버의 아르곤가스의 압력은 0.042Pa에서 0.05Pa 사이로 유지된다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 플라즈마를 구성하는 전자를 전자빔의 형태로 기판의 표면에 방사하는 단계는, 플라즈마를 구성하는 전자를 소정의 펄스개수를 가지는 전자빔으로 방사하여 기판의 표면의 결정구조를 변화시켜 기판의 표면의 경도를 증가시키고, 기판의 표면을 에칭시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법에서 소정의 펄스개수는 5이고, 1개의 펄스는 2마이크로초동안 지속되며, 소정의 시간은 30분이다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 표면을 에칭하여 불순물 또는 산화물을 제거하는 단계는, 제2 내부챔버에 위치하는 하나 이상의 회전대 위에서 소정의 시간 동안 전자빔이 방사된 기판을 회전시키는 단계, 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 하나 이상의 회전대를 회전시키는 단계 및 회전하는 하나 이상의 회전대를 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)가 출력되는 제1 통로에 근접시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 표면을 에칭하여 불순물 또는 산화물을 제거하는 단계는, 제1 통로에 근접한 회전하는 어느 하나의 회전대 위에 배치된 기판을 향해 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)를 출력하는 단계 및 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)를 이용하여 소정의 시간 동안 전자빔이 방사된 기판의 표면의 불순물 또는 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계는, 제2 내부챔버에 위치하는 하나 이상의 회전대 위에서 선형이온빔소스에 의해 불순물 또는 산화막이 제거된 기판을 회전시키는 단계, 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 하나 이상의 회전대를 회전시키는 단계 및 회전하는 하나 이상의 회전대를 탄소가 출력되는 제2 통로에 근접시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계는, 제2 통로에 근접한 회전하는 어느 하나의 회전대 위에 배치된 기판을 향해 탄소를 출력하는 단계 및 탄소를 이용하여 선형이온빔소스에 의해 불순물 또는 산화막이 제거된 기판의 표면에 탄소를 증착시킨다.
본 발명에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법은, 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치를 이용하여 금속(또는, 기판)의 표면물성을 변화시키고 Ta-C탄소코팅층의 접착력을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법은, 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치를 이용하여 금속(또는, 기판)의 표면처리, 에칭, 및 Ta-C탄소코팅층의 코팅 등을 일괄적으로 수행하여 공정과정을 단순화시키고 공정시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 Ta-C 탄소코팅층이 코팅이 된 기판에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam)) 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 일 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 다른 예이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 다른 예이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 X선 회절(XRD) 실험을 이용하여 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열 팽창 계수(CTE)를 이용하여 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류응력(Residual stress)를 이용하여 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 6의 Ta-C탄소코팅층의 코팅 전후의 X선 회설(XRD) 실험결과와 도 7의 팽창의 정도(d-spacing)의 결과를 비교하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장되게 나타낼 수 있다.
또한, 설명에서 "동일하다"라고 표현한 것은, "실질적으로 동일하다"는 의미일 수 있다. 즉, 통상의 지식을 가진 자가 동일하다고 납득할 수 있을 정도의 동일함일 수 있다. 그 외의 표현들도 "실질적으로"가 생략된 표현들일 수 있다.
이하, 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법을 기존의 기술인 열처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판 및 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판과 비교하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 Ta-C 탄소코팅층이 코팅이 된 기판에 대한 모식도이다.
도 1(a)는 Ta-C 탄소코팅층이 코팅 된 기판을 나타내는 모식도이며, 도 1(b)는 탄소코팅층과 기판의 표면을 나타내는 모식도이다.
도 1(a)를 참고하면, 기판(Substrate)의 표면에는 Ta-C탄소코팅층(Ta-C(Tetrahedral Amorphous Carbon) Coating)이 코팅될 수 있다.
기판(substrate)은 다양한 금속물질로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 소정의 길이, 너비, 두께를 가지는 스테인리스강(Stainless Steel)을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1(b)를 함께 참고하면, 기판(Substrate)과 Ta-C탄소코팅층(Tetrahedral Amorphous Carbon)은 다양한 원인(또는, 요인)에 의해서 접착력이 낮으며 서로 박리될 수 있다.
예를 들어, 기판(Substrate)은 경도가 낮으며 연성(Ductility)을 가지는 반면, Ta-C탄소코팅층은 경도가 높고 취성(Brittleness)을 가져, 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층 사이의 물성의 차이가 있다.
즉, 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층 사이의 물성의 차이로 인해 다양한 화학적 성질의 차이가 발생될 수 있으며, 이로 인해 기판(Substrate)과 Ta-C탄소코팅층 사이의 접착력은 낮아 서로 고정되지 않고 박리될 수 있다.
또는, 기판(Substrate)과 Ta-C탄소코팅층이 맞닿은 표면이 서로 울퉁불퉁하여 서로 정합되지 않을 수 있다. 이로 인해, 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층 사이의 접착력은 낮으며 서로 고정되지 않고 박리될 수 있다.
또는, 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층의 표면의 잔류응력(Residual stress)의 차이로 인해 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층 사이의 접착력은 낮으며 서로 고정되지 않고 박리될 수 있다.
예를 들어, 기판의 중심방향으로 응력(Interfacial Stress)가 생성될 수 있으며 이로 인해, 기판(substrate)과 Ta-C탄소코팅층의 화학적 결합력이 낮을 수 있다.
또는, 기판(Substrate)과 Ta-C탄소코팅층의 열팽창계수(CTE, Coefficient of Thermal Expansion)의 차이로 인해 기판과 Ta-C탄소코팅층 사이의 화학적 결합력이 낮을 수 있다.
상술한 바와 같이 다양한 원인에 의해서 기판(Substrate)과 Ta-C탄소코팅층의 접착력이 낮아 서로 박리될 수 있으며 다양한 문제점이 발생될 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2(a)는, 기판(Substrate)에 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치를 이용하여 금속의 표면물성을 변화시키고 선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)를 이용한 식각(또는, 에칭, etching)을 수행하고 Ta-C탄소코팅층을 코팅하는 일련의 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)를 함께 참고하면, 본 발명에는 기판(Substrate)의 표면에 Ta-C탄소코팅층을 코팅하기 위해 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치가 이용될 수 있다.
전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치는 비활성기체(예를 들어 아르곤가스(Ar))가 유입되는 제1 내부챔버, 제1 내부챔버의 일단에 위치하는 캐소드전극(Cathode), 제1 내부챔버의 위치하는 애노드전극(Anode), 제1 내부챔버의 외측에서 제1 내부챔버를 둘러싸는 솔레노이드(Solenoid), 및 기판이 보관되고 진공상태로 유지되는 제2 내부챔버(또는, Vacuum chamber)로 구성될 수 있다.
제1 내부챔버는 진공상태일 수 있으며, 아르곤가스(Ar)가 유입될 수 있다. 제1 내부챔버에 유입되는 아르곤가스(Ar)의 압력은 0.042Pa에서 0.05Pa으로 유지될 수 있다.
캐소드전극(Cathode)과 애노드전극(Anode) 사이에는 전위차가 형성될 수 있다. 또한, 솔레노이드(Solenoid)에는 소정의 전압이 인가될 수 있다. 구체적으로, 캐소드전극은 30Kv의 전압으로 설정될 수 있다. 솔레노이드에 인가되는 소정의 전압은 1.5Kv로 설정될 수 있다.
전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치의 제1 내부챔버에서는 상술한 캐소드전극과 애노드전극의 전위차로 인해 전자가 캐소드전극에서 애노드전극으로 출력(또는, 발사)될 수 있다.
이때, 솔레노이드에 인가된 소정의 전압으로 인해 제1 내부챔버에는 자기장이 형성될 수 있으며, 캐소드전극에서 애노드전극으로 출력된 전자는 상기 자기장에 의해 가속될 수 있다.
제1 내부챔버에서 가속된 전자는 아르곤가스(Ar)와 충돌할 수 있으며, 아르곤가스(Ar)는 원자핵과 전자가 분리된 플라즈마 상태(Ar Plasma)가 될 수 있다.
제1 내부챔버에서 플라즈마 상태가 된 원자핵과 전자를 분리하여 전자를 펄스의 형태인 전자빔(LPEB)으로 제2 내부챔버의 스테이지(Stage)에 위치한 기판(Sample 또는 substate)의 표면의 방향으로 방사할 수 있다.
이때, 하나의 기판에는 5개의 펄스의 개수를 가지는 전자빔(LPEB)이 방사될 수 있으며, 1개의 펄스는 2마이크로초(2us)동안 하나의 기판(Sample 또는 substate)에 방사될 수 있다.
상술한 과정을 통해, 제2 내부챔버에 위치한 기판의 표면물성이 변화될 수 있다.
구체적으로, 기판의 표면의 경도(hardness)가 증가될 수 있다. 즉, 기판의 중심방향으로 생성되는 응력(Interfacial Stress)을 감소시킬 수 있다. 또는, 전자빔 기판의 표면에 충돌되면서 기판의 표면을 식각(또는, 박리)하여 평탄화시킬 수 있다.
도 2(a) 내지 도 2(c)를 함께 참고하면, 제2 내부챔버(Vacuum chamber)는 진공상태로 유지될 수 있다. 제2 내부챔버에는 자체적으로 회전하는 동시에, 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 회전하는 하나 이상의 회전대(Rotating stage)가 위치할 수 있다. 상기 하나 이상의 회전대(Rotating stage) 각각에는 기판(Sample 또는 Substate)이 위치할 수 있다.
제2 내부챔버의 일 측면에는 선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)가 출력되는 통로(이하, 제1 통로라 명명함)가 위치할 수 있다. 제2 내부챔버의 일 측면에 위치하는 제1 통로를 통해 선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)가 출력될 수 있으며 기판의 표면을 식각(또는, 에칭, LIS etching)하여 기판(Sample 또는 Substate) 표면의 불순물 또는 산화막을 제거할 수 있다.
구체적으로, 제2 내부챔버의 내부에 위치하는 하나 이상의 회전대(Rotating stage)는 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 360도 회전할 수 있다. 또한, 하나 이상의 회전대(Rotating stage)는 하나 이상의 회전대(Rotating stage) 각각이 위치하는 중심축을 기준으로 자체적으로 360도 회전할 수 있다.
어느 하나의 회전대(Rotating stage)가 선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)가 출력되는 제1 통로에 근접한 경우, 어느 하나의 회전대(Rotating stage)의 상부면에 위치하는 기판(Sample 또는 substate)의 표면은 제1 통로에서 출력되는 선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)에 의해 식각(또는, 에칭, LIS etching)될 수 있다.
제2 내부챔버의 타 측면에는 고체 탄소(또는, Ta-C탄소코팅층)를 기판에 증착시키기 위한 통로(이하, 제2 통로로 명명함)가 위치할 수 있다. 상기 제2 통로는 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)에 연결될 수 있다.
FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)란, 아크방전(Arc discharge)을 이용하여 음극부의 물질을 증발시켜 이를 표면에 증착시킬 수 있는 장치를 의미한다.
선형이온소스(LIS, Linear Ion Source)에 의해 기판(Sample 또는 substate)의 표면이 식각(또는, 에칭, LIS etching)되어 불순물 또는 산화물이 제거된 이후, 회전대는 회전하여 제2 통로에 근접할 수 있다.
이때, 제2 통로에 근접한 회전대의 상부면에 위치하는 기판(Sample 또는 substate)의 표면은 제2 통로에서 출력된 탄소(또는, Ta-C탄소코팅층)가 증착될 수 있다.
기판(Sample 또는 substate)의 표면에 증착된 탄소(또는, Ta-C탄소코팅층)는 1.3um-0.07um에서 1.3um+0.07um의 두께로 증착될 수 있다. 이때, 탄성계수(Elastic modulus)는 599-50Gpa에서 599+50Gpa의 사이에 해당할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법은 기존의 열처리를 이용한 탄소 코팅 방법에 비해 전자빔(LPEB(Large Pulsed Electron Beam))출력장치에 의해 공정이 일률적으로 수행되므로 공정과정이 단순해질 수 있을 뿐만 아니라 공정시간을 단축시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 일 예이다.
도 3(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하기 위한 방법으로 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판에 뾰족한 물체(또는, 첨필(Stylus))를 이동시키며 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Sample 또는 Substate)의 표면을 스크래치를 내는 실험에 관한 도면이다.
도 3(b)는 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated), 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare), 및 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에 첨필(Stylus)을 힘을 가하면서 이동시켜 스크래치가 형성된 결과(Scratch track)에 관한 도면이다.
도 3(a) 및 도 3(b)를 함께 참고하면, 첨필(Stylus)은 원추형일 수 있으며 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 된 기판(Sample 또는 Substate)에 가해지는 힘(Load)이 점차 증가되는 경우(Progressive load mode)에서는 반경이 20마이크로 미터이고 기울기가 136도의 첨필(Stylus)이 사용될 수 있다.
한편, Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Sample 또는 Substate)에 가해지는 힘(Load)이 일정한 경우(Constant load mode)에서는 반경이 12.5마이크로 미터이고 기울기가 65도의 첨필(Stylus)이 사용될 수 있다.
첨필(Stylus)에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅 된 기판(Sample 또는 Substate)에 가해지는 힘(Load)이 점차 증가되는 경우(Progressive load mode)와 힘이 일정한 경우(Constant load mode)의 Ta-C 탄소코팅층이 코팅된 기판의 스크래치 흔적(Scratch track)을 비교하여 Ta-C 탄소코팅층과 기판(Sample 또는 substate)의 접착력을 판단할 수 있다.
이하, 도 3(a)의 기판에 가해지는 힘이 점차 증가되는 경우(Progressive load mode)를 예로 들어 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 Ta-C 탄소코팅층과 기판의 향상된 접착력을 설명하기로 한다.
도 3(a)의 힘이 점차 증가되는 경우(Progressive load mode)를 참고하면, Ta-C 탄소코팅층이 코팅된 기판의 일 지점을 기준으로 첨필(Stylus)에 가하는 힘(Load)을 증가시키며 첨필(Stylus)을 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 첨필(Stylus)은 Ta-C 탄소코팅층이 코팅된 기판(Sample 또는 Substate)의 일 지점을 기준으로 0mN에서 1000mN까지 점차 하중(또는, 힘, Load)을 증가시키며 이동할 수 있다.
표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)의 경우 기판(Sample 또는 substate)의 일 지점을 기준으로 첨필(Stylus)에 433.99mN의 하중(또는, 힘, Load)이 가해진 지점부터 Ta-C 탄소코팅층이 기판(Sample 또는 substate)에서 박리되기 시작한다.
기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우 기판(Sample 또는 substate)의 일 지점을 기준으로 첨필(Stylus)에 611.23Mn의 하중(또는, 힘, Load)이 가해진 지점부터 Ta-C 탄소코팅층이 기판(Sample 또는 substate)에서 박리되기 시작한다.
본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우 기판(Sample 또는 substate)의 일 지점을 기준으로 첨필(Stylus)에 611.23mN의 하중이 가해진 지점부터 Ta-C 탄소코팅층이 기판(Sample 또는 substate)에서 박리되기 시작한다.
즉, 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated) 및 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)에 비해 첨필(Stylus)에 더 많은 하중(또는, 힘, Load)을 가해야만 Ta-C 탄소코팅층이 기판에서 박리됨을 알 수 있다.
즉, Ta-C 탄소코팅층과 기판의 접착력이 큰 것으로 판단할 수 있다.
이하, 도 3(b)의 기판에 가해지는 힘(또는, 힘, Load)이 일정한 경우(Constant load mode)를 예로 들어 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 Ta-C 탄소코팅층과 기판의 접착력을 설명하기로 한다.
도 3(b)의 기판에 가해지는 힘(또는, 힘, Load)이 일정한 경우(Constant load mode)를 참고하면, Ta-C 탄소코팅층이 코팅된 기판(Sample 또는 Substate)의 일 지점을 기준으로 첨필(Stylus)에 가하는 힘(또는, 힘, Load)을 일정하게 유지하며 첨필(Stylus)을 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 첨필(Stylus)은 Ta-C 탄소코팅층이 코팅된 기판(Sample 또는 Substate)의 일 지점을 기준으로 일정한 하중(또는, 힘, Load)을 가하며 이동할 수 있다.
표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)의 경우, 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우, 및 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우 기판(Sample 또는 substate)에서 Ta-C탄소코팅층이 박리된 스크래치 흔적(Scratch track)을 비교하여 설명하기로 한다.
본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 나타나는 스크래치 흔적(Scratch track)은 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated) 및 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)에 비해 더 좁은 면적에서 스크래치 흔적(Scratch track)이 나타난다.
즉, Ta-C 탄소코팅층과 기판의 접착력이 큰 것으로 판단할 수 있다.
상술한 도 3의 실험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력은 기존의 열처리기술을 이용한 탄소 코팅의 접착력 및 표면처리를 하지 않은 탄소 코팅의 접착력에 비해 크고 강하다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 다른 예이다.
도 4(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소코팅의 접착력을 측정하기 위한 방법으로 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판에 뾰족한 물체(indenter)에 하중(normal load)을 가하여 생성된 균열 모양을 관측하는 실험에 관한 도면이다.
도 4(b)는 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated), 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare), 및 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에에 뾰족한 물체(indenter)에 하중(normal load)을 가하여 생성된 균열 모양을 관측한 실험에 관한 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 함께 참고하면, 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)에는 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우에 비해 추가적인 방사상의 균열(Circular cracks)가 생성될 수 있다.
기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우에는 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우에 비해 박리되는 지점(delamination)이 추가로 생성될 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우가 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우에 비해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판의 경도가 높고 접착력이 높으므로, 뾰족한 물체(indenter)에 하중(normal load)을 가하여 생성된 균열이 적음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용한 탄소 코팅의 접착력을 측정하는 실험에 관한 다른 예이다.
도 5(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅의 접착력을 측정하기 위한 방법으로 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판을 절단기계로 절단하여 절단된 단면을 관측하는 실험에 관한 도면이다.
도 5(b)는 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated), 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare), 및 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)을 절단기계로 절단하여 절단한 단면을 관측한 실험에 관한 도면이다.
도 5(a)를 참고하면 절단기계는 3500rpm의 회전속도로 모터를 회전시켜 절단날을 회전시킬 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 함께 참고하면, 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)의 경우, 상기 절단기계에 의해 단면이 절단되어 생성된 박리 면적은 6.152mm3으로 측정된다. 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우, 상기 절단기계에 의해 단면이 절단되어 생성된 박리 면적은 4.265mm3으로 측정된다. 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우, 상기 절단기계에 의해 단면이 절단되어 생성된 박리 면적은 2.044mm3으로 측정된다.
상기 절단기계에 의해 단면이 절단된 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 절단면의 경우 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare)의 절단면 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 절단면에 비해 박리된 Ta-C탄소코팅층의 박리 면적이 좁음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 경우가 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@bare) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@heat-treated)의 경우에 비해 절단면에서 관측되는 Ta-C탄소코팅층의 박리 면적이 작으므로 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력이 크고 강함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 이용하여 전자빔(LPEB) 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 6(a)의 a)는 Ta-C탄소코팅층이 기판에 코팅되기 전에 따른 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 한 결과이다. 도 6(a)의 b)는 Ta-C탄소코팅층이 기판에 코팅된 후에 따른 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 한 결과이다.
도 6(b)는 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 통해 측정된 데이터값을 나타내는 표이다.
일반적으로 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction)을 이용한 분석법이란, X선을 결정에 부딪히고 회절각을 측정하여 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 위한 분석방법을 의미한다.
도 6(a)의 a) 및 b)를 참고하면, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 되기 전 후의 기판(LPEB-treated, Ta-C@ LPEB-treated), 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 되기 전후의 기판(heat-treated, Ta-C@ heat-treated), 및 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 되기 전후의 기판(bare, Ta-C@ bare)에 X선을 부딪히고 회절각을 측정하는 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 하여 결정구조를 측정할 수 있다.
구체적으로, 도 6(a)의 a) 및 b)를 참고하면 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 실험을 통해 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ LPEB-treated) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)의 표면을 결정구조는 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)의 표면의 결정구조와 다름을 알 수 있다.
전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ LPEB-treated) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)의 표면을 결정구조는 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)의 표면의 결정구조에 비해 마르텐사이트(Martensite)화 된 결정의 비율이 높음을 알 수 있다.
또한, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ LPEB-treated) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에서는 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)의 표면과 달리 오스테나이트화(Austenite)를 나타내는 X선 회절(XRD, X-ray Diffraction) 피크가 새롭게 형성된 것을 알 수 있다.
도 6(b)를 참고하면, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)의 표면을 구성하는 결정의 입자크기(Grain size)는 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)의 표면을 구성하는 결정의 입자크기(Grain size)에 비해 작음을 알 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)를 함께 참고하면, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated) 및 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에서는 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)의 표면에 비해 마르텐사이트(Martensite)화 된 결정의 비율이 높고, 표면을 구성하는 결정의 입자크기(Grain size)에 비해 작으므로 경도가 높음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 X선 회절(XRD) 실험을 이용하여 측정된 바와 같이, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판은 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ bare)에 비해 경도가 높으므로 Ta-C탄소코팅층과 기판 사이의 접착력이 높을 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열팽창계수(CTE)를 이용하여 전자빔 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 7을 참고하면, 일반적인 금속(reference)의 경우 Ta-C코팅의 공정과정(Coating deposition) 중 열(heating)로 인해 기판은 열팽창이 될 수 있다. 열팽창이 된 기판의 상부면에 Ta-C코팅층이 증착될 수 있으며, 코팅 공정이 완료된 후 기판은 수축(Cooling)될 수 있다.
이때, Ta-C탄소코팅층과 기판의 열팽창계수(CTE)의 차이로 인해서 Ta-C탄소코팅층과 기판의 계면에서는 잔류응력이 발생될 수 있다. 상기 잔류응력으로 인해 Ta-C탄소코팅층은 기판에서 박리될 수 있다.
도 6(b) 및 도 7을 함께 참고하면, 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)의 표면을 구성하는 결정의 입자크기(Grain Size)는 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 표면을 구성하는 결정의 입자크기(Grain Size)보다 작다.
즉, 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)의 표면을 구성하는 결정의 총 면적은 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)의 표면을 구성하는 결정의 총 면적보다 크다.
결정의 총 면적의 크기가 클수록 열팽창계수(CTE)를 증가될 수 있다. 이로 인해, 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에서 Ta-C 탄소코팅층과 기판의 열팽창계수(CTE)의 차이는 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 Ta-C 탄소코팅층과 기판의 열팽창계수(CTE)의 차이보다 클 수 있다.
즉, 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 Ta-C코팅층의 코팅공정과정(Coating deposition) 중 팽창의 정도(d-spacing)가 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에 비해 작을 수 있다.
또한, 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 Ta-C코팅층의 코팅공정과정이 완료된 후, 수축(Cooling)하는 정도(d-spacing)가 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에 비해 작을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판은 기존의 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에 비해 열팽창계수(CTE)가 작으므로 코팅공정과정의 전후에 팽창의 정도(d-spacing)가 작을 수 있으며, 이로 인해 코팅공정과정 전후에 변화가 적으므로 Ta-C탄소코팅층과 기판 사이의 접착력이 높을 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류응력(Residual stress)를 이용하여 전자빔 표면처리를 이용하여 증가된 Ta-C탄소코팅층과 기판의 접착력의 원인을 판단하기 위한 실험에 관한 일 예이다.
도 7 및 도 8을 함께 참고하면, Ta-C탄소코팅층의 탄소공정과정(Coating deposition) 중 열팽창으로 인한 팽창정도(d-spacing) 및 공정이 완료된 후 기판의 수축(Cooling)의 정도(d-spacing)는 잔류응력(residual stress)에 의해 영향을 받을 수 있다.
기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)에서 열(heating)에 의해 영향을 받는 열영향부(HAZ, Heat Affected Zone)은 기판(Ta-C@ heat-treated) 전체영역일 수 있다.
이때, Ta-C탄소코팅층의 공정과정(Coating deposition) 중 열(heateing)로 인해 기판의 표면에는 압축 잔류응력(compressive residual stress)이 발생될 수 있다.
기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)은 상술한 압축 잔류응력(compressive residual stress)에 의해 열(heateing)을 가하는 공정과정(Coating deposition)에서 열팽창에 의한 팽창정도(d-spacing)가 커질 수 있다.
즉, 열처리를 하는 경우, 기판의 팽창정도(d-spacing)가 클 수 있다.
한편, 본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 전자빔을 조사하는 과정에서 인장 잔류응력(tensile residual stress)이 발생될 수 있다.
본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 상술한 인장 잔류응력(tensile residual stress)에 의해 전자빔을 가하는 공정과정(irradiation)에서 팽창정도(d-spacing)가 작아질 수 있다.
즉, 전자빔 표면처리를 하는 경우, 기판의 팽창정도(d-spacing)는 작을 수 있다.
한편, 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)은 Ta-C코팅의 공정이 완료된 후 기판은 수축(Cooling)과정에서 상술한 큰 팽창정도(d-spacing)로 인해 큰 수축량이 나타날 수 있다.
본 발명의 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@LPEB-treated)은 상술한 작은 팽창정도(d-spacing)로 인해 작은 수축량이 나타날 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판은 기존의 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판(Ta-C@ heat-treated)과 달리 기판의 표면에서 인장 잔류응력(tensile residual stress)이 발생하여 팽창정도(d-spacing)가 작으므로 Ta-C탄소코팅층과 기판의 변형이 적게 일어날 수 있으며, 서로 접착력이 높을 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 6의 Ta-C탄소코팅층의 코팅 전후의 X선 회설(XRD) 실험결과와 도 7의 팽창의 정도(d-spacing)의 결과를 비교하기 위한 도면이다.
도 9(a)의 a)는 Ta-C탄소코팅층이 코팅되기 전 X선 회설(XRD) 실험결과에 관한 그래프이다. 도 9(a)의 b)는 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 후 X선 회설(XRD) 실험결과에 관한 그래프이다.
도 9(b)는 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅되기 전의 기판(LPEB-treated), Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@LPEB-treated), 기존의 열처리기술을 이용한 Ta-C탄소코팅층이 코팅되기 전의 기판(heat-treated), Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@heat-treated), 표면처리를 하지 않고 Ta-C탄소코팅층이 코팅되기 전의 기판(bare), Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@bare)의 X선 회절(XRD)에서 피크변화(Peak shift) 및 팽창의 정도(d-spacing)를 비교한 표이다.
도 9(a), 도 9(b) 및 도 6(a)를 함께 참고하면, Ta-C탄소코팅층이 코팅전에 X선 회절(XRD) 결과를 참고하면, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 측정된 X선 회절(XRD)의 피크(Peak)와 기존의 열처리기술을 이용한 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@heat-treated)에서 측정된 X선 회절(XRD)의 피크(Peak)는 표면처리를 하지 않고 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@bare)에서 측정된 X선 회절(XRD)의 피크(Peak)의 방향으로 이동한다.
또한, 팽창한 정도(d-spacing)를 참고하면, Ta-C탄소코팅층이 코팅전에 X선 회절(XRD) 결과를 참고하면, 전자빔 표면처리를 이용한 탄소 코팅 접착력 향상 방법에 의해 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@LPEB-treated)에서 측정된 팽창의 정도(d-spacing)와 기존의 열처리기술을 이용한 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@heat-treated)에서 측정된 팽창의 정도(d-spacing)는 표면처리를 하지 않고 Ta-C탄소코팅층이 코팅된 기판(Ta-C@bare)에서 측정된 팽창의 정도(d-spacing)와 유사한 팽창의 정도(d-spacing)로 이동하는 것을 알 수 있다. X선 회절(XRD)의 피크(Peak)의 방향의 이동패턴과 팽창의 정도(d-spacing)의 이동패턴은 동일한 경향을 가짐을 알 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
substrate: 기판
Ta-C Coating: Ta-C 탄소코팅층
Ta-C@LPEB-treated: 전자빔 표면처리를 이용한 탄소코팅이 된 기판
Ta-C@heat-treated: 열처리기술을 이용한 탄소코팅이 된 기판
Ta-C@bare: 표면처리를 하지 않고 탄소코팅이 된 기판

Claims (9)

  1. 전자빔출력장치의 제1 내부챔버에 포함된 비활성기체에 전자를 조사하고 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 플라즈마를 구성하는 전자를 전자빔의 형태로 제2 내부챔버에 위치하는 기판의 표면에 소정의 시간동안 방사하는 단계;
    상기 기판의 표면을 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)로 에칭(etching)하여 상기 기판의 표면의 불순물 또는 산화막을 제거하는 단계; 및
    상기 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내부챔버에 전자를 조사하여 플라즈마를 생성하는 단계는,
    진공상태인 상기 제1 내부챔버의 내부에 상기 비활성가스를 유입하는 단계;
    상기 제1 내부챔버의 일단에 위치한 캐소드전극과 타단에 위치한 애노드전극 사이의 전위차를 형성하는 단계;
    상기 제1 내부챔버의 외면에 배치된 솔레노이드에 소정의 전압을 인가하여 상기 제1 내부챔버의 내부에 자기장을 형성하는 단계;
    상기 캐소드전극에서 방출되는 상기 전자를 상기 자기장에 의해 가속시키는 단계;
    상기 가속된 전자를 상기 비활성가스와 충돌시켜 상기 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 캐소드전극에 인가되는 전압은 30kV으로 설정되고 상기 솔레노이드에 인가되는 소정의 전압은 1.5kV으로 설정되고, 상기 비활성가스는 아르곤가스이고, 상기 제1 내부챔버의 상기 아르곤가스의 압력은 0.042Pa에서 0.05Pa 사이로 유지되는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 구성하는 전자를 전자빔의 형태로 기판의 표면에 방사하는 단계는,
    상기 플라즈마를 구성하는 전자를 소정의 펄스개수를 가지는 상기 전자빔으로 방사하여 상기 기판의 표면의 결정구조를 변화시켜 상기 기판의 표면의 경도를 증가시키고, 상기 기판의 표면을 에칭시키는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 소정의 펄스개수는 5이고, 1개의 펄스는 2마이크로초동안 지속되며, 상기 소정의 시간은 30분인,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 에칭하여 불순물 또는 산화물을 제거하는 단계는,
    상기 제2 내부챔버에 위치하는 하나 이상의 회전대 위에서 상기 소정의 시간 동안 상기 전자빔이 방사된 상기 기판을 회전시키는 단계;
    상기 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 상기 하나 이상의 회전대를 회전시키는 단계; 및
    상기 회전하는 하나 이상의 회전대를 상기 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)가 출력되는 제1 통로에 근접시키는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 에칭하여 불순물 또는 산화물을 제거하는 단계는,
    상기 제1 통로에 근접한 상기 회전하는 어느 하나의 회전대 위에 배치된 상기 기판을 향해 상기 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)를 출력하는 단계; 및
    상기 선형이온빔소스(LIS, Linear Ion Source)를 이용하여 상기 소정의 시간 동안 상기 전자빔이 방사된 상기 기판의 표면의 불순물 또는 산화막을 제거하는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계는,
    상기 제2 내부챔버에 위치하는 하나 이상의 회전대 위에서 상기 선형이온빔소스에 의해 상기 불순물 또는 산화막이 제거된 상기 기판을 회전시키는 단계;
    상기 제2 내부챔버의 중심을 기준으로 상기 하나 이상의 회전대를 회전시키는 단계; 및
    상기 회전하는 하나 이상의 회전대를 상기 탄소가 출력되는 제2 통로에 근접시키는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 탄소를 증착시켜 탄소코팅층을 생성하는 단계는,
    상기 제2 통로에 근접한 상기 회전하는 어느 하나의 회전대 위에 배치된 상기 기판을 향해 상기 탄소를 출력하는 단계; 및
    상기 탄소를 이용하여 상기 선형이온빔소스에 의해 상기 불순물 또는 산화막이 제거된 상기 기판의 표면에 상기 탄소를 증착시키는 단계를 포함하는,
    전자빔 표면처리를 이용한 비정질 탄소의 코팅 밀착력 향상 방법.
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