WO2023096021A1 - Vacuum microwave spray coating device, method therefor and coating layer formed thereby - Google Patents

Vacuum microwave spray coating device, method therefor and coating layer formed thereby Download PDF

Info

Publication number
WO2023096021A1
WO2023096021A1 PCT/KR2021/020142 KR2021020142W WO2023096021A1 WO 2023096021 A1 WO2023096021 A1 WO 2023096021A1 KR 2021020142 W KR2021020142 W KR 2021020142W WO 2023096021 A1 WO2023096021 A1 WO 2023096021A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microwave
powder
vacuum
waveguide
coating layer
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/020142
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김대근
이경민
석혜원
최부현
이문기
Original Assignee
한솔아이원스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한솔아이원스 주식회사 filed Critical 한솔아이원스 주식회사
Priority claimed from KR1020210190816A external-priority patent/KR20230076700A/en
Publication of WO2023096021A1 publication Critical patent/WO2023096021A1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a vacuum microwave spray coating apparatus, a method thereof, and a coating layer according thereto.
  • an aerosol deposition method or a gas deposition method As a method of forming a structure containing a brittle material and/or a ductile material on the surface of a substrate, for example, an aerosol deposition method or a gas deposition method is known.
  • an aerosol deposition method or gas deposition method an aerosol in which powder (fine particles) containing a brittle material and/or a ductile material is dispersed in a gas is sprayed from a discharge port toward a substrate, and the powder is deposited on a substrate such as metal, glass, ceramics, or plastic. collide with The impact of this collision causes the powder to be deformed or crushed so that they can be bonded, and a coating layer (film-like structure) containing the constituent material of the powder can be directly formed on the substrate.
  • the problem to be solved according to the embodiment of the present invention is to heat the aerosolized powder with a microwave in a vacuum state to become a semi-melted powder, and collide and crush the aerosolized semi-melted powder on a substrate to form an aerosolized coating layer. It is to provide a vacuum microwave spray coating device that can be formed at a higher speed while forming by a deposition method, a method thereof, and a coating layer according to the method.
  • the vacuum microwave spray coating apparatus includes a transfer gas supply unit for supplying a transfer gas; a powder supply unit for aerosolizing and supplying powder by means of the transfer gas; a microwave supply unit supplying heat energy by microwave to the powder so that the powder is semi-melted; and a coating nozzle spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate, and the substrate, the microwave supply unit, and the coating nozzle may be accommodated in a vacuum chamber.
  • the microwave supply may include a power supply; A microwave generator connected to the power supply to generate microwaves; a microwave amplifier connected to the microwave generator to amplify microwaves; an antenna connected to the microwave amplifier to radiate microwaves; and a waveguide connected to the antenna and guiding the microwave, and the coating nozzle may be penetrated through the waveguide.
  • the coating nozzle may be coupled to the waveguide such that the longitudinal direction of the coating nozzle forms a right angle with respect to the longitudinal direction of the waveguide.
  • the antenna and the waveguide may be provided inside the vacuum chamber.
  • the antenna may be provided outside the vacuum chamber, the waveguide may be provided inside the vacuum chamber, and the antenna and the waveguide may be connected by an RF coaxial cable.
  • the microwave amplifier may be a magnetron generating microwaves by oscillation or a semiconductor transistor by RF amplification of a transistor.
  • an embodiment of the present invention may include a microwave power sensor for sensing power of microwaves reflected from the waveguide; a flow sensor for sensing the flow rate of the powder; and selecting a microwave frequency at which the reflection is the smallest using the microwave power sensor, and selecting a microwave power at which the powder is semi-melted using the flow sensor to determine the frequency of the microwave generator and the microwave power.
  • a controller for controlling the output power of the microwave amplifier may be further included.
  • a vacuum microwave spray coating method includes a transfer gas supply step of supplying a transfer gas; a powder supply step of aerosolizing and supplying powder by the transport gas; a microwave supplying step of supplying heat energy by microwaves to the powder so that the powder is semi-melted; and a coating step of spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate, and the substrate, a microwave supply unit, and a coating nozzle may be accommodated inside the vacuum chamber.
  • the coating layer according to the vacuum microwave spray coating method described above includes, as powder, yttria (Y2O3) having a particle size distribution D50 of 3 ⁇ m to 4 ⁇ m and zirconia (ZrO2) having a particle size distribution D50 of 2 ⁇ m to 3 ⁇ m,
  • the wt % of yttria and zirconia may be from 85 to 15 to 35 to 65.
  • the thickness of the coating layer may be 100 ⁇ m to 110 ⁇ m, and the hardness of the coating layer may be 5 GPa to 7 GPa.
  • the aerosolized powder is heated with a microwave in a vacuum state to become a semi-melted powder, and the aerosol semi-melted powder is collided with and crushed to a substrate to form a coating layer by an aerosol deposition method and at a higher speed.
  • a vacuum microwave spray coating device that can be formed, a method thereof, and a coating layer according to the method.
  • the aerosolized powder is semi-melted or reacted at a temperature lower than the melting point of the powder using thermal energy by microwave to collide and crush the substrate, thereby reducing the conventional vacuum aerosol deposition at room temperature.
  • a vacuum microwave spray coating device capable of forming a coating layer at a much faster film formation speed than the film formation speed by the method, a method thereof, and a coating layer according to the method are provided.
  • an embodiment of the present invention provides a coating layer of high hardness by mixing yttria and zirconia in an appropriate weight ratio and spraying them onto a substrate.
  • FIGS. 1A and 1B are configuration diagrams and flowcharts schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus, method, and coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a configuration diagram schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing an example of a solid state power amplification unit of a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an antenna of a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the reflection input coefficient (
  • FIG. 9 is a photograph showing a coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • EDS Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • EDS Electronic Dispersive X-ray Spectroscopy
  • EDS Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • FIG. 13 is a diagram showing thickness data of a coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing an optimal hardness-thickness relationship according to an embodiment of the present invention.
  • first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
  • control unit (controller) and/or other related devices or components according to the present invention may be implemented using any suitable hardware, firmware (eg, application specific semiconductor), software, or a suitable combination of software, firmware, and hardware.
  • firmware eg, application specific semiconductor
  • various components of a control unit (controller) and/or other related devices or parts according to the present invention may be formed on one integrated circuit chip or on separate integrated circuit chips.
  • various components of the control unit (controller) may be implemented on a flexible printed circuit film, and may be formed on a tape carrier package, a printed circuit board, or the same substrate as the control unit (controller).
  • control unit may be processes or threads executed in one or more processors in one or more computing devices, which execute computer program instructions to perform various functions mentioned below. and can interact with other components.
  • Computer program instructions are stored in memory that can be executed in a computing device using standard memory devices, such as, for example, random access memory.
  • Computer program instructions may also be stored on other non-transitory computer readable media, such as, for example, a CD-ROM, flash drive, or the like.
  • those skilled in the art related to the present invention will understand that the functions of various computing devices can be combined with each other, integrated into one computing device, or the functions of a particular computing device can be incorporated into one or more other computing devices without departing from the exemplary embodiments of the present invention. It should be recognized that it can be dispersed in the field.
  • control unit is a central processing unit, a mass storage device such as a hard disk or a solid-state disk, a volatile memory device, an input device such as a keyboard or mouse, and an output device such as a monitor or printer. of commercial computers.
  • FIGS. 1A and 1B are configuration diagrams and flowcharts schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus, method, and coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • the vacuum microwave spray coating apparatus 200 includes a transport gas supply unit 210, a powder supply unit 220 for storing and supplying powder, a powder supply unit ( A transfer pipe 222 for transferring powder from 220) at high speed using a transfer gas, a nozzle 232 for coating/laminating or spraying powder from the transfer tube 222 on a substrate 231, and a nozzle 232
  • the microwave supply unit 100 provides heat energy by microwaves to the powder passing through to make the powder into a semi-melted or semi-solid state, the semi-melted powder from the nozzle 232 collides with the surface of the substrate 231, It includes a process chamber 230 to form a coating layer having a certain thickness by crushing and/or pulverizing.
  • the transfer gas stored in the transfer gas supply unit 210 may be one or a mixture of two types selected from the group consisting of air, oxygen, helium, nitrogen, argon, carbon dioxide, hydrogen, and equivalents thereof, but the type of transfer gas is limited. It doesn't work.
  • the transfer gas is directly supplied from the transfer gas supply unit 210 to the powder supply unit 220 through the pipe 211, and the flow rate and pressure can be controlled by the flow controller 250 (including a flow sensor therein). .
  • the flow controller 250 (including the flow sensor) may transmit flow rate information of the powder to the microwave supply unit 100 .
  • the powder supply unit 220 stores and supplies a large amount of powder, and the powder may have a particle diameter ranging from about 0.1 ⁇ m to about 50 ⁇ m.
  • the particle size range of the powder is smaller than about 0.1 ⁇ m, it is difficult to store and supply the powder, and particles smaller than 0.1 ⁇ m when spraying, colliding, crushing, and/or grinding the powder due to aggregation during storage and supply of the powder
  • the particle size range of the powder is greater than about 50 ⁇ m, sand blasting, which cuts off the substrate during powder spraying, crushing, and/or crushing, is likely to occur, and the particle size of the partially formed coating layer is Since it is formed relatively large, the structure becomes unstable and the internal or surface porosity increases, so that the original characteristics of the material may not be exhibited.
  • a coating layer having a relatively small porosity (porosity), no surface micro-cracks, and a complex particle size that is easy to control the powder can be obtained.
  • a coating layer having a relatively high lamination speed, translucent, and easy material properties can be obtained.
  • Such powders may be brittle materials or/and ductile materials. Brittle materials are materials that are brittle and do not stretch, and include ceramics and glass.
  • a ductile material means a material that stretches well, as opposed to a brittle material, such as copper and lead.
  • the brittle material powder is yttria (Y2O3), YAG (Y3Al5O12), rare earth series (element series with atomic numbers 57 to 71 including Y and Sc) oxides, alumina (Al2O3), bio glass, silicon (SiO2) ), hydroxyapatite (hydroxyapatite), titanium dioxide (TiO 2 ), and may be one or a mixture of two selected from the group consisting of equivalents thereof, but the present invention is not limited to these materials.
  • the brittle material or ductile material powder is hydroxyapatite, calcium phosphate, bio glass, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), alumina, titanium dioxide, zirconia (ZrO2), yttria (Y2O3), yttria- Zirconia (YSZ, Yttria stabilized Zirconia), dysprocia (Dy2O3), gadolinia (Gd2O3), ceria (CeO2), Gadolinia-doped Ceria (GDC), magnesia (MgO), barium titanate (BaTiO3) ), nickel manganate (NiMn2O4), potassium sodium niobate (KNaNbO3), bismuth potassium titanate (BiKTiO3), bismuth sodium titanate (BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiZnFe2O4,
  • the microwave supply unit 100 applies heat energy by microwaves (eg, 400 MHz to 40 GHz, specifically 433 MHz, 915 MHz or 2,450 MHz) to the powder passing through the nozzle 232 so that the powder is in a semi-molten state. make it become to this end, the microwave supply unit 100 may include a power supply unit 110, a microwave generator 120 (or RF generator), and a waveguide 191.
  • the microwave generator 120 and the waveguide 191 are located inside the vacuum chamber 230, and the nozzle 232 may be installed through the waveguide 191.
  • the configuration and operation of the microwave supply unit 100 will be described in more detail below.
  • the semi-melted or semi-solid state of the powder means a state in which the powder is heated to a state lower than the melting point of the powder.
  • the melting point of the alumina powder is approximately 2.072°C
  • the semi-melted or semi-solid state of the alumina powder means a state in which the alumina powder is heated to a temperature lower than approximately 2.072°C.
  • Powder heating using microwaves is a heating method that is essentially different from general heating methods, and has many advantages compared to general heating methods. It is particularly effective for heating powders with poor thermal conductivity, and has the following characteristics.
  • Rapid heating Microwaves instantly penetrate into the powder and generate heat, so the time required for heat conduction is unnecessary, so it can be heated in a shorter time compared to external heating methods by heat conduction.
  • the process chamber 230 maintains a vacuum state during formation of the coating layer, and a vacuum unit 240 may be connected thereto. More specifically, the pressure of the process chamber 230 may be approximately 1 Pascal to 800 Pascals, and the pressure of the powder transported by the high-speed transfer pipe 222 may be approximately 500 Pascals to 2000 Pascals. However, in any case, the pressure of the high-speed transfer pipe 222 should be higher than the pressure of the process chamber 230 .
  • the internal temperature range of the process chamber 230 is approximately 0 °C to 30 °C, and therefore, a member for separately increasing or decreasing the internal temperature of the process chamber 230 may not be required. That is, the transfer gas and/or the substrate may be maintained at a temperature of 0° C. to 30° C. without being separately heated.
  • the powder in order to improve the deposition efficiency and density of the coating layer, the powder may be heated to a temperature of about 30° C. to about 2000° C. by microwave. That is, when the coating layer is formed by heating the powder, the stress applied to the powder is reduced, and a small porosity and dense coating layer can be obtained.
  • the temperature of the powder when the temperature of the powder is higher than about 2000 ° C., the powder melts and causes a rapid phase transition, and thus the porosity of the coating layer increases and the internal structure may become unstable. Also, when the powder is less than a temperature of approximately 30° C., the stress applied to the powder may not be reduced.
  • the temperature range is not limited in the present invention, and the temperature range of the transport gas, the substrate, the process chamber and/or the powder may be freely adjusted between about 0 °C and about 2000 °C according to the characteristics of the substrate on which the coating layer is to be formed.
  • the pressure difference between the process chamber 230 and the high-speed transfer pipe 222 may be approximately 1.5 times to 2000 times.
  • the pressure difference is less than about 1.5 times, high-speed transfer of the powder may be difficult, and when the pressure difference is greater than about 2000 times, the surface of the substrate may be excessively etched by the powder.
  • the powder from the powder supply unit 220 is injected through the transfer tube 222 and delivered to the process chamber 230 at high speed.
  • some structures of the nozzle 232 and the microwave supply unit 100 connected to the transfer pipe 222 are provided in the process chamber 230, and the semi-molten powder is supplied at a speed of about 50 m/s to about 500 m/s. It collides with the substrate 231. That is, the powder through the nozzle 232 is crushed and/or pulverized by kinetic energy obtained during transport, thermal energy obtained from microwaves, and collision energy generated during high-speed collision to form a certain thickness on the surface of the substrate 231. to form a coating layer.
  • Figure 2 is a configuration diagram schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus (200A) according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration of the microwave supply unit 100A is different from the configuration of the microwave supply unit 100 described above. That is, in FIG. 1A, among the microwave supply unit 100, the waveguide 191 to which the microwave generator 120 and the nozzle 232 are coupled is located inside the vacuum process chamber 230, and the power supply unit 110 ) was located outside the process chamber 230.
  • the waveguide 191 to which the nozzle 232 is coupled may be located inside the vacuum process chamber 230 .
  • the power supply 110 and the microwave generator 120 may be located outside the process chamber 230 .
  • the waveguide 191 may be connected to the microwave generator 120 through a flexible RF coaxial cable 192 . Therefore, the waveguide 191 and the nozzle 232 can freely move in 2D and/or 3D inside the vacuum chamber 230, thereby forming a coating layer on the 2D and/or 3D substrate 231. can be formed easily.
  • Figure 3 is a configuration diagram schematically showing the microwave supply unit 100 of the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a block diagram showing a microwave supply unit 100 in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the microwave supply unit 100 includes a power supply unit 110, a microwave generator 120, and a microwave It may include a power amplifier 140, an antenna 160, and a controller 170.
  • the microwave supply unit 100 includes a signal attenuator 130, an isolator 150, a microwave power sensor 181, and a powder flow sensor 182. ), the antenna 160 and the nozzle 232 are combined and may further include a waveguide 191 located inside the vacuum chamber 230.
  • the nozzle 232 is coupled to the waveguide 191, which means that the longitudinal direction of the nozzle 232 is substantially orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide 191, so that energy by microwaves is easily applied to the powder. to be absorbed.
  • the power supply 110 serves to supply DC power to the microwave generator 120 and the microwave power amplifier 140.
  • the power supply 110 may be, for example, but not limited to, a Switching Mode Power Supply (SMPS).
  • SMPS Switching Mode Power Supply
  • the power supply 110 may use a normal commercial AC voltage (eg, AC 110 to 220V).
  • the microwave generator 120 serves to generate microwaves by receiving DC power from the power supply 110 and transmits them to the signal attenuator 130 or the microwave power amplifier 140 .
  • the microwave generator 120 may generate, for example, but not limited to, microwaves having a frequency of approximately 400 to 2500 MHz, and this frequency band may be easily changed through software.
  • microwaves of 433 MHz or 2450 MHz can be generated through the microwave generator 120, for example.
  • the signal attenuator 130 is connected to the front end of the microwave power amplification unit 140, and serves to attenuate a microwave signal greater than the input allowed by the microwave power amplifier 140, if present. That is, a stable amplification operation is implemented without oscillation occurring in the microwave power amplifier 140 by the signal attenuator 130 .
  • the microwave power amplifier 140 serves to receive microwaves from the microwave generator 120, amplify them, and output them to the antenna 160.
  • the microwave power amplification unit 140 may output, for example, but not limited to, microwaves having a power of approximately 400 to 10000 watts, and this power may also be easily changed through software.
  • the microwave power amplifier 140 may be, for example, but not limited to, a magnetron generating microwaves by oscillation or a semiconductor transistor by RF amplification of a transistor.
  • the amplifier 140 may include, for example, but not limited to, a Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (LDMOS transistor), a GaN transistor, a GaAs transistor, an InP transistor, or a TWT/TWTa transistor.
  • LDMOS transistor Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • This type of microwave power amplification unit 140 may output, for example, but not limited to, microwaves of 200 MHz to 100 GHz and 0.5 to 10000 watts.
  • the isolator 150 is interposed between the microwave power amplification unit 140 and the antenna 160, so that impedance matching is strengthened so that power or power transmission is more smooth.
  • microwave power amplification from the antenna 160 It serves to prevent the reverse signal from flowing into the unit 140.
  • the microwave power sensor 180 to be described below is connected between the isolator 150 and the antenna 160 due to the isolator 150.
  • the antenna 160 receives microwaves from the microwave power amplifier 140 and directs them to the aerosolized powder in the waveguide 191 to which the nozzle 232 is coupled, serving to heat the powder. . At least one of these antennas 160 may be installed on the inner surface of the waveguide 191.
  • the aforementioned antenna 160 may be, for example, but not limited to, one or more selected from ceramic patch antennas, dipole antennas, monopole antennas, helical antennas, and equivalents thereof.
  • the controller 170 controls the microwave generator 120 and/or the microwave power amplifier 140 to control the frequency and/or output power of the microwave. Since the configuration of the controller 170 has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the microwave power sensor 181 serves to sense the microwave power reflected from the heating target, that is, the powder, and provide it to the controller 170. As described above, the microwave power sensor 181 is installed between the isolator 150 and the antenna 160, and transmits the microwave power reflected from the powder and received through the antenna 160 to the controller 170. In addition, the flow sensor 182 senses the flow rate of the aerosolized powder passing through the nozzle 232 and transmits it to the controller 180 . Here, the flow sensor 182 may be installed inside the flow controller 250 as an example.
  • the controller 170 determines the frequency of the lowest microwave among the frequencies of the microwave reflected from the microwave power sensor 181 as the frequency of the output microwave, so that the microwave with maximum efficiency is applied to the powder. to be sent In addition, the controller 170 determines the power of the microwave based on the flow rate of the powder obtained from the flow sensor 182, so that the powder is heated and semi-melted at a preset temperature at any flow rate.
  • the microwave supply unit 100 is capable of local heating rather than simple heating by uniform heat transfer through the antenna 192, and various applications of semiconductor technology are possible. It can be expanded with functions, it can be designed with a light and compact design with a simple configuration, and it is also possible to have sophisticated control.
  • the core of the powder can be rapidly heated by using the frequency band.
  • the microwave supply unit 100 can rapidly heat by using a low frequency, and can reduce a spark phenomenon with metal by using a low frequency.
  • FIG 5 is an equivalent circuit diagram showing an example of the microwave power amplifier 140 of the microwave supply unit 100 among the vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • the microwave power amplifier 140 may be, for example, but not limited to, an LDMOS transistor, which may be two transistors connected in series.
  • 1 and 2 are first and second gate terminals
  • 3 and 4 are first and second drain terminals
  • 5 is a commonly connected source terminal.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the antenna 160 of the microwave supply unit 100 among the vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • the antenna 160 includes, for example, but is not limited to, at least one of a patch antenna 161, a dipole antenna 162, a monopole antenna 163, and a helical antenna 164. can be used
  • a metal pattern may be formed in the most preferred form, for example, in a square, circular, and/or complex wiring form on a microstrip substrate.
  • a patch antenna 161 can derive various characteristics through small size, light weight, various pattern combinations and easy arrangement.
  • the dipole antenna 162 is the basis of the antenna design, and a unidirectional beam pattern is formed by bending different conductors of two different poles so that the total length is ⁇ /2.
  • the monopole antenna 163 is similar to a dipole, but has a form in which one side is replaced with a ground instead of a conductor. In the part symmetrical to the ground, an image effect like a dipole occurs.
  • the helical antenna 164 can be made in a much smaller size than a dipole or monopole at the same frequency, and the direction of the beam pattern can be made in an axial direction or a normal direction (like a dipole) depending on the spacing and method of twisting.
  • the microwave supply unit 100 is similar to the waveguide 191, but the horn antenna 165 (horn antenna) or the waveguide 191 has an open end like a funnel.
  • a slot antenna 165 having various types of slots formed on the side surface may be used.
  • FIG. 7 is a graph showing the reflection input coefficient (
  • the microwave supply unit 100 has a value of S11, which means an input reflection coefficient, in the form of a resonance graph.
  • S11 which means an input reflection coefficient
  • the smallest S11 value may appear at 433 MHz where the antenna 160 operates. That is, it can be seen that the 433 MHz microwave input to the antenna 160 is radiated to the powder to be heated as much as possible without being reflected and returned.
  • S11 has a deeper recessed shape, so that the radiation efficiency is high and the matching is good. Since the width is relatively narrow, it can be seen that the frequency bandwidth that the antenna 160 can handle is relatively narrow.
  • the powder was prepared as shown in Table 1 below.
  • Coating conditions by the mixed powder were prepared as shown in Table 2 below.
  • the diameter of the discharge port is the diameter of the spray nozzle
  • the output is the output by the microwave
  • the nozzle angle is the angle between the nozzle and the substrate (ie, the nozzle and the substrate are perpendicular)
  • the separation distance is the separation distance between the nozzle and the substrate
  • the feeder RPM is the rotational speed (supply speed) of the powder by the powder supply unit
  • gas type is the type of transport gas
  • vacuum degree is the vacuum degree of the vacuum chamber
  • coating speed is the powder spraying speed by the spray nozzle
  • number is the number of times of repeated coating of the coating layer.
  • the powder may include yttria (Y2O3) having a particle size distribution D50 of about 3 ⁇ m to about 4 ⁇ m and zirconia (ZrO2) having a particle size distribution D50 of about 2 ⁇ m to about 3 ⁇ m.
  • Y2O3 yttria
  • ZrO2 zirconia
  • FIG. 9 is a photograph showing a coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • the ratio of yttria:zirconia may be a weight ratio (wt%).
  • wt% weight ratio
  • EDS Electronic Dispersive X-ray Spectroscopy
  • EDS Electronicgy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 85:15
  • the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 85:15. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same.
  • Al is a material of a substrate on which a coating layer is formed
  • Au is a material of a conductive layer formed on a coating layer for EDS data extraction.
  • EDS Electronicgy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • FIG. 11 when the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 75:25, the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 75:25. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same.
  • Al is the material of the substrate on which the coating layer is formed
  • Au is the material of the conductive layer formed on the coating layer for EDS data extraction.
  • EDS Electronicgy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 65:35
  • the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 65:35. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same.
  • Au is the material of the conductive layer formed on the coating layer for EDS data extraction.
  • Table 3 is a table showing changes in Vickers Hardness by weight ratio of the coating layer formed of the mixed powder of yttria and zirconia.
  • the hardness of the coating layer is the highest when the weight ratio of the mixed powder of yttria and zirconia is approximately 75:25.
  • the hardness of the coating layer formed of the mixed powder of yttria and zirconia is about 6.3 Gpa in unit conversion.
  • FIG. 13 is a diagram showing thickness data of a coating layer according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, when the weight ratio of yttria and zirconia was 100:0, the thickness of the coating layer was 101.650 ⁇ m, 85:15, 109.323 ⁇ m, 75:25, 107.717 ⁇ m, and 65:35. In this case, it was 81.693 ⁇ m.
  • the X axis means the weight ratio of yttria and zirconia
  • the left Y axis means the Beaker hardness (GPa)
  • the right Y axis means the thickness of the coating layer ( ⁇ m).
  • the hardness and thickness of the coating layer have optimal values when the weight ratio (wt%) of yttria:zirconia is 75:25.
  • the weight ratio of zirconia increases to about 25 or more, the hardness of about 6 GPa or more is maintained, but it can be seen that the formation rate of the coating layer per hour is lowered. It is understood that the rate is reduced due to blasting with high-hardness zirconia and saturation occurs in the hardness of the coating layer due to internal defects in the coating layer.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Embodiments of the present invention relate to a vacuum microwave spray coating device, a method therefor and a coating layer formed thereby, and, in order to solve the described problem, provided are a vacuum microwave spray coating device, a method therefor and a coating layer formed thereby, the device changing aerosolized powder into a semi-molten powder by heating same with microwaves in a vacuum state, and making the aerosolized semi-molten powder collide with a substrate so as to pulverize same, thereby enabling a coating layer to be rapidly formed even if same is formed by aerosol deposition. To this end, disclosed are a vacuum microwave spray coating device, a method therefor and a coating layer formed thereby, the device comprising: a carrier gas supply part for supplying carrier gas; a powder supply part for aerosolizing and supplying a powder by means of the carrier gas; a microwave supply part, which supplies thermal energy to the powder through microwaves so as to semi-melt the powder; and a coating nozzle, which sprays the aerosolized semi-molten powder at a substrate so as to form a coating layer on the substrate, wherein the substrate, the microwave supply part and the coating nozzle are accommodated inside a vacuum chamber.

Description

진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층Vacuum microwave spray coating device, method and coating layer according thereto
본 발명의 실시예는 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a vacuum microwave spray coating apparatus, a method thereof, and a coating layer according thereto.
기재의 표면에 취성 재료 및/또는 연성 재료를 포함하는 구조물을 형성시키는 방법으로서, 예를 들면 에어로졸 디포지션법이나 가스 디포지션법 등이 알려져 있다. 에어로졸 디포지션법이나 가스 디포지션법에서는 취성 재료 및/또는 연성 재료를 포함하는 분말(미립자)을 가스 중에 분산시킨 에어로졸을 토출구로부터 기재를 향해서 분사하여 금속이나 유리, 세라믹스나 플라스틱 등의 기재에 분말을 충돌시킨다. 이 충돌의 충격에 의해 분말에 변형이나 파쇄를 일으키게 해서 이것들을 접합시키고, 기재 상에 분말의 구성 재료를 포함하는 코팅층(막 형상 구조물)을 다이렉트로 형성시킬 수 있다.As a method of forming a structure containing a brittle material and/or a ductile material on the surface of a substrate, for example, an aerosol deposition method or a gas deposition method is known. In the aerosol deposition method or gas deposition method, an aerosol in which powder (fine particles) containing a brittle material and/or a ductile material is dispersed in a gas is sprayed from a discharge port toward a substrate, and the powder is deposited on a substrate such as metal, glass, ceramics, or plastic. collide with The impact of this collision causes the powder to be deformed or crushed so that they can be bonded, and a coating layer (film-like structure) containing the constituent material of the powder can be directly formed on the substrate.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background art of the present invention is only for improving the understanding of the background of the present invention, and thus may include information that does not constitute prior art.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 진공 상태에서 에어로졸화된 분말을 마이크로 웨이브로 가열하여 반용융 분말이 되도록 하고, 이러한 에어로졸화된 반융용 분말을 기재에 충돌 및 파쇄시킴으로써, 코팅층을 에어로졸 디포지션법으로 형성하면서도 더욱 고속으로 형성할 수 있는 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 제공하는데 있다.The problem to be solved according to the embodiment of the present invention is to heat the aerosolized powder with a microwave in a vacuum state to become a semi-melted powder, and collide and crush the aerosolized semi-melted powder on a substrate to form an aerosolized coating layer. It is to provide a vacuum microwave spray coating device that can be formed at a higher speed while forming by a deposition method, a method thereof, and a coating layer according to the method.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치는 이송 가스를 공급하는 이송 가스 공급부; 상기 이송 가스에 의해 분말을 에어로졸화하여 공급하는 분말 공급부; 상기 분말에 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 공급하여 상기 분말이 반용융되도록 하는 마이크로 웨이브 공급부; 및 상기 에어로졸화된 반용융 분말을 기재에 분사하여, 상기 기재에 코팅층이 형성되도록 하는 코팅 노즐을 포함할 수 있고, 상기 기재, 상기 마이크로 웨이브 공급부 및 상기 코팅 노즐이 진공 챔버의 내부에 수용될 수 있다.To this end, the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a transfer gas supply unit for supplying a transfer gas; a powder supply unit for aerosolizing and supplying powder by means of the transfer gas; a microwave supply unit supplying heat energy by microwave to the powder so that the powder is semi-melted; and a coating nozzle spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate, and the substrate, the microwave supply unit, and the coating nozzle may be accommodated in a vacuum chamber. there is.
일부 예들에서, 상기 마이크로 웨이브 공급부는 전원 공급부; 전원 공급부에 연결되어 마이크로 웨이브를 생성하는 마이크로 웨이브 생성부; 상기 마이크로 웨이브 생성부에 연결되어 마이크로 웨이브를 증폭하는 마이크로 웨이브 증폭부; 상기 마이크로 웨이브 증폭부에 연결되어 마이크로 웨이브를 방사하는 안테나; 및 상기 안테나에 연결되어 마이크로 웨이브를 안내하는 도파관을 포함할 수 있고, 상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 관통 결합될 수 있다.In some examples, the microwave supply may include a power supply; A microwave generator connected to the power supply to generate microwaves; a microwave amplifier connected to the microwave generator to amplify microwaves; an antenna connected to the microwave amplifier to radiate microwaves; and a waveguide connected to the antenna and guiding the microwave, and the coating nozzle may be penetrated through the waveguide.
일부 예들에서, 상기 도파관의 길이 방향에 대하여 상기 코팅 노즐의 길이 방향이 직각을 이루도록 상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 결합될 수 있다.In some examples, the coating nozzle may be coupled to the waveguide such that the longitudinal direction of the coating nozzle forms a right angle with respect to the longitudinal direction of the waveguide.
일부 예들에서, 상기 안테나 및 상기 도파관이 상기 진공 챔버의 내측에 구비될 수 있다.In some examples, the antenna and the waveguide may be provided inside the vacuum chamber.
일부 예들에서, 상기 안테나는 상기 진공 챔버의 외측에 구비될 수 있고, 상기 도파관은 상기 진공 챔버의 내측에 구비될 수 있으며, 상기 안테나와 상기 도파관은 RF 동축 케이블로 연결될 수 있다.In some examples, the antenna may be provided outside the vacuum chamber, the waveguide may be provided inside the vacuum chamber, and the antenna and the waveguide may be connected by an RF coaxial cable.
일부 예들에서, 상기 마이크로 웨이브 증폭부는 발진에 의한 마이크로 웨이브를 생성하는 마그네트론 또는 트랜지스터의 RF 증폭에 의한 반도체 트랜지스터일 수 있다.In some examples, the microwave amplifier may be a magnetron generating microwaves by oscillation or a semiconductor transistor by RF amplification of a transistor.
일부 예들에서, 본 발명의 실시예는 상기 도파관에서 반사되는 마이크로 웨이브의 파워를 센싱하는 마이크로 웨이브 파워 센서; 상기 분말의 유량을 센싱하는 유량 센서; 및 상기 마이크로 웨이브 파워 센서를 이용하여 반사가 가장 작게 되는 마이크로 웨이브의 주파수를 선택하고, 상기 유량 센서를 이용하여 분말이 반용융되도록하는 마이크로 웨이브의 파워를 선택하여, 상기 마이크로 웨이브 생성부의 주파수 및 상기 마이크로 웨이브 증폭부의 출력 파워를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.In some examples, an embodiment of the present invention may include a microwave power sensor for sensing power of microwaves reflected from the waveguide; a flow sensor for sensing the flow rate of the powder; and selecting a microwave frequency at which the reflection is the smallest using the microwave power sensor, and selecting a microwave power at which the powder is semi-melted using the flow sensor to determine the frequency of the microwave generator and the microwave power. A controller for controlling the output power of the microwave amplifier may be further included.
본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법은 이송 가스를 공급하는 이송 가스 공급 단계; 상기 이송 가스에 의해 분말을 에어로졸화하여 공급하는 분말 공급 단계; 상기 분말에 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 공급하여 상기 분말이 반용융되도록 하는 마이크로 웨이브 공급 단계; 및 상기 에어로졸화된 반용융 분말을 기재에 분사하여, 상기 기재에 코팅층이 형성되도록 하는 코팅 단계를 포함할 수 있고, 기재, 마이크로 웨이브 공급부 및 코팅 노즐이 진공 챔버의 내부에 수용될 수 있다.A vacuum microwave spray coating method according to an embodiment of the present invention includes a transfer gas supply step of supplying a transfer gas; a powder supply step of aerosolizing and supplying powder by the transport gas; a microwave supplying step of supplying heat energy by microwaves to the powder so that the powder is semi-melted; and a coating step of spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate, and the substrate, a microwave supply unit, and a coating nozzle may be accommodated inside the vacuum chamber.
상술한 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법에 따른 코팅층은, 분말로서, 입도 분포 D50이 3㎛ 내지 4㎛인 이트리아(Y2O3)와 입도 분포 D50이 2㎛ 내지 3㎛인 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 이트리아와 지르코니아의 wt%는 85대 15 내지 35대 65일 수 있다.The coating layer according to the vacuum microwave spray coating method described above includes, as powder, yttria (Y2O3) having a particle size distribution D50 of 3 μm to 4 μm and zirconia (ZrO2) having a particle size distribution D50 of 2 μm to 3 μm, The wt % of yttria and zirconia may be from 85 to 15 to 35 to 65.
일부 예들에서, 상기 코팅층의 두께는 100㎛ 내지 110㎛이고, 상기 코팅층의 경도는 5GPa 내지 7GPa일 수 있다.In some examples, the thickness of the coating layer may be 100 μm to 110 μm, and the hardness of the coating layer may be 5 GPa to 7 GPa.
본 발명의 실시예는 진공 상태에서 에어로졸화된 분말을 마이크로 웨이브로 가열하여 반용융 분말이 되도록 하고, 이러한 에어로졸 반융용 분말을 기재에 충돌 및 파쇄시킴으로써, 코팅층을 에어로졸 디포지션법으로 형성하면서도 더욱 고속으로 형성할 수 있는 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 제공한다.In an embodiment of the present invention, the aerosolized powder is heated with a microwave in a vacuum state to become a semi-melted powder, and the aerosol semi-melted powder is collided with and crushed to a substrate to form a coating layer by an aerosol deposition method and at a higher speed. Provides a vacuum microwave spray coating device that can be formed, a method thereof, and a coating layer according to the method.
즉, 본 발명의 실시예는 에어로졸화된 분말을 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 이용하여 그 분말의 용점보다는 낮은 온도로 반융용 또는 반응고시켜 기재에 충돌 및 파쇄시킴으로써, 기존의 상온 진공 에어로졸 디포지션법에 의한 성막 속도보다 훨씬 빠른 성막 속도로 코팅층을 형성할 수 있는 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 제공한다.That is, in the embodiment of the present invention, the aerosolized powder is semi-melted or reacted at a temperature lower than the melting point of the powder using thermal energy by microwave to collide and crush the substrate, thereby reducing the conventional vacuum aerosol deposition at room temperature. A vacuum microwave spray coating device capable of forming a coating layer at a much faster film formation speed than the film formation speed by the method, a method thereof, and a coating layer according to the method are provided.
또한, 본 발명의 실시예는 이트리아와 지르코니아를 적절한 중량비로 혼합하여 기재에 분사시킴으로써, 고경도의 코티층을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a coating layer of high hardness by mixing yttria and zirconia in an appropriate weight ratio and spraying them onto a substrate.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 개략적으로 도시한 구성도 및 순서도이다.1A and 1B are configuration diagrams and flowcharts schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus, method, and coating layer according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부를 개략적으로 도시한 구성도이다.3 is a configuration diagram schematically showing a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부를 도시한 블럭도이다.4 is a block diagram showing a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부의 고체상태전력증폭부의 일례를 개략적으로 도시한 회로도이다.5 is a circuit diagram schematically showing an example of a solid state power amplification unit of a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부의 안테나의 일례를 도시한 도면이다.6 is a diagram showing an example of an antenna of a microwave supply unit in a vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치에서 안테나의 반사 입력 계수(|S11|)를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the reflection input coefficient (|S11|) of an antenna in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분말을 확대 도시한 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다.8 is an enlarged SEM (Scanning Electron Microscope) image of the powder according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 코팅층을 도시한 사진이다.9 is a photograph showing a coating layer according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=85:15)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia=85:15) according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=75:25)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia = 75:25) according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=65:35)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia=65:35) according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층의 두께 데이터를 도시한 도면이다.13 is a diagram showing thickness data of a coating layer according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 경도-두께 관계를 도시한 그래프이다.14 is a graph showing an optimal hardness-thickness relationship according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and/or" includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in the present specification means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected by interposing member C between member A and member B. do.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Terms used in this specification are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates otherwise. Also, when used herein, “comprise, include” and/or “comprising, including” refers to a referenced form, number, step, operation, member, element, and/or group thereof. presence, but does not preclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, elements, elements and/or groups.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.In this specification, terms such as first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are associated with an element or feature shown in a drawing. It can be used for easy understanding of other elements or features. Terminology related to this space is for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as "lower" or "below" becomes "above" or "above." Accordingly, "lower" is a concept encompassing "upper" or "below".
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.In addition, the control unit (controller) and/or other related devices or components according to the present invention may be implemented using any suitable hardware, firmware (eg, application specific semiconductor), software, or a suitable combination of software, firmware, and hardware. can For example, various components of a control unit (controller) and/or other related devices or parts according to the present invention may be formed on one integrated circuit chip or on separate integrated circuit chips. In addition, various components of the control unit (controller) may be implemented on a flexible printed circuit film, and may be formed on a tape carrier package, a printed circuit board, or the same substrate as the control unit (controller). In addition, various components of the control unit (controller) may be processes or threads executed in one or more processors in one or more computing devices, which execute computer program instructions to perform various functions mentioned below. and can interact with other components. Computer program instructions are stored in memory that can be executed in a computing device using standard memory devices, such as, for example, random access memory. Computer program instructions may also be stored on other non-transitory computer readable media, such as, for example, a CD-ROM, flash drive, or the like. In addition, those skilled in the art related to the present invention will understand that the functions of various computing devices can be combined with each other, integrated into one computing device, or the functions of a particular computing device can be incorporated into one or more other computing devices without departing from the exemplary embodiments of the present invention. It should be recognized that it can be dispersed in the field.
일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다. For example, the control unit (controller) according to the present invention is a central processing unit, a mass storage device such as a hard disk or a solid-state disk, a volatile memory device, an input device such as a keyboard or mouse, and an output device such as a monitor or printer. of commercial computers.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 개략적으로 도시한 구성도 및 순서도이다.1A and 1B are configuration diagrams and flowcharts schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus, method, and coating layer according to an embodiment of the present invention.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치(200)는 이송 가스 공급부(210), 분말(powder)을 보관 및 공급하는 분말 공급부(220), 분말 공급부(220)로부터 분말을 이송 가스를 이용하여 고속으로 이송하는 이송관(222), 이송관(222)으로부터의 분말을 기재(231)에 코팅/적층 또는 스프레잉하는 노즐(232), 노즐(232)을 지나가는 분말에 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 제공하여 분말이 반용융 또는 반응고 상태가 되도록 하는 마이크로 웨이브 공급부(100), 노즐(232)로부터의 반용융 분말이 기재(231)의 표면에 충돌, 파쇄 및/또는 분쇄되도록 함으로써, 일정 두께의 코팅층(coating layer)이 형성되도록 하는 공정 챔버(230)를 포함한다. As shown in FIG. 1A, the vacuum microwave spray coating apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a transport gas supply unit 210, a powder supply unit 220 for storing and supplying powder, a powder supply unit ( A transfer pipe 222 for transferring powder from 220) at high speed using a transfer gas, a nozzle 232 for coating/laminating or spraying powder from the transfer tube 222 on a substrate 231, and a nozzle 232 The microwave supply unit 100 provides heat energy by microwaves to the powder passing through to make the powder into a semi-melted or semi-solid state, the semi-melted powder from the nozzle 232 collides with the surface of the substrate 231, It includes a process chamber 230 to form a coating layer having a certain thickness by crushing and/or pulverizing.
도 1a 및 도 1b를 함께 참조하여, 형성 방법을 설명한다.The formation method will be described with reference to FIGS. 1A and 1B together.
이송 가스 공급부(210)에 저장된 이송 가스는 공기, 산소, 헬륨, 질소, 아르곤, 이산화탄소, 수소 및 그 등가물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있지만, 이송 가스의 종류가 한정되지 않는다. 이송 가스는 이송 가스 공급부(210)로부터 파이프(211)를 통해 분말 공급부(220)로 직접 공급되며, 유량 조절기(250, 내부에 유량 센서를 포함함)에 의해 그 유량 및 압력이 조절될 수 있다. 이러한 유량 조절기(250, 유량 센서 포함)는 마이크로 웨이브 공급부(100)에 분말의 유량 정보를 전송할 수 있다.The transfer gas stored in the transfer gas supply unit 210 may be one or a mixture of two types selected from the group consisting of air, oxygen, helium, nitrogen, argon, carbon dioxide, hydrogen, and equivalents thereof, but the type of transfer gas is limited. It doesn't work. The transfer gas is directly supplied from the transfer gas supply unit 210 to the powder supply unit 220 through the pipe 211, and the flow rate and pressure can be controlled by the flow controller 250 (including a flow sensor therein). . The flow controller 250 (including the flow sensor) may transmit flow rate information of the powder to the microwave supply unit 100 .
분말 공급부(220)는 다량의 분말을 보관 및 공급하는데, 이러한 분말은 입경 범위가 대략 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 분말의 입경 범위가 대략 0.1 ㎛보다 작을 경우, 분말의 보관 및 공급이 어려울 뿐만 아니라, 분말의 보관 및 공급 중 응집 현상으로 인해, 분말의 분사, 충돌, 파쇄 및/또는 분쇄 시 0.1 ㎛ 보다 작은 입자 들이 뭉쳐져 있는 형태인 압분체가 형성되기 쉬울 뿐만 아니라 대면적의 형성도 어려운 단점이 있다. 또한, 분말의 입경 범위가 대략 50 ㎛보다 클 경우, 분말의 분사, 충돌 파쇄 및/또는 분쇄 시 기판을 깎아 내는 샌드블라스팅(sand blasting) 현상이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 일부 형성된 코팅층 내의 입자 입경이 상대적으로 크게 형성되어, 구조가 불안정해지고 또한 내부 또는 표면의 기공률이 커져서 소재 본연의 특성을 발휘하지 못할 수 있다.The powder supply unit 220 stores and supplies a large amount of powder, and the powder may have a particle diameter ranging from about 0.1 μm to about 50 μm. When the particle size range of the powder is smaller than about 0.1 μm, it is difficult to store and supply the powder, and particles smaller than 0.1 μm when spraying, colliding, crushing, and/or grinding the powder due to aggregation during storage and supply of the powder There is a disadvantage in that it is easy to form a green compact, which is a form of agglomeration, and it is difficult to form a large area. In addition, when the particle size range of the powder is greater than about 50 μm, sand blasting, which cuts off the substrate during powder spraying, crushing, and/or crushing, is likely to occur, and the particle size of the partially formed coating layer is Since it is formed relatively large, the structure becomes unstable and the internal or surface porosity increases, so that the original characteristics of the material may not be exhibited.
분말의 입경 범위가 대략 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛ 일 경우, 기공률(공극률)이 상대적으로 작고, 표면 마이크로 크랙 현상이 없으며, 분말 제어가 용이한 복합 입자 입경을 갖는 코팅층을 얻을 수 있다. 또한, 분말의 입경 범위가 대략 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛ 일 경우, 코팅층의 적층 속도가 상대적으로 높고, 반투명하며, 소재 특성 구현이 용이한 복합 입자 입경을 갖는 코팅층을 얻을 수 있다. 이러한 분말은 취성 재료 또는/및 연성 재료일 수 있다. 취성 재료는 잘 깨지며 늘어나지 않는 재료로서, 세라믹 및 글래스 등을 포함한다. 또한, 연성 재료는 취성 재료와 반대로 잘 늘어나는 재료로서 구리 및 납 등을 의미한다.When the particle size range of the powder is approximately 0.1 μm to 50 μm, a coating layer having a relatively small porosity (porosity), no surface micro-cracks, and a complex particle size that is easy to control the powder can be obtained. In addition, when the particle size range of the powder is approximately 0.1 μm to 50 μm, a coating layer having a relatively high lamination speed, translucent, and easy material properties can be obtained. Such powders may be brittle materials or/and ductile materials. Brittle materials are materials that are brittle and do not stretch, and include ceramics and glass. In addition, a ductile material means a material that stretches well, as opposed to a brittle material, such as copper and lead.
구체적으로, 취성 재료 분말은 이트리아(Y2O3), YAG(Y3Al5O12), 희토류 계열(Y 및 Sc을 포함하여 원자번호 57부터 71까지의 원소 계열) 산화물, 알루미나(Al2O3), 바이오 글래스, 규소(SiO2), 수산화인회석(hydroxyapatite), 이산화티탄(TiO2) 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다.Specifically, the brittle material powder is yttria (Y2O3), YAG (Y3Al5O12), rare earth series (element series with atomic numbers 57 to 71 including Y and Sc) oxides, alumina (Al2O3), bio glass, silicon (SiO2) ), hydroxyapatite (hydroxyapatite), titanium dioxide (TiO 2 ), and may be one or a mixture of two selected from the group consisting of equivalents thereof, but the present invention is not limited to these materials.
좀더 구체적으로, 취성 재료 또는 연성 재료 분말은 수산화인회석, 인산칼슘, 바이오 글래스, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 이트리아-지르코니아(YSZ, Yttria stabilized Zirconia), 디스프로시아(Dy2O3), 가돌리니아(Gd2O3), 세리아(CeO2), 가돌리니아-세리아(GDC, Gadolinia doped Ceria), 마그네시아(MgO), 티탄산 바륨(BaTiO3), 니켈 망가네이트(NiMn2O4), 포타슘 소듐 니오베이트(KNaNbO3), 비스무스 포타슘 티타네이트(BiKTiO3), 비스무스 소듐 티타네이트(BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiZnFe2O4, ZnFe2O4,MnxCo3-xO4(여기서, x는 3 이하의 양의 실수), 비스무스 페라이트(BiFeO3), 비스무스 징크 니오베이트(Bi1.5Zn1Nb1.5O7), 인산리튬알루미늄티타늄 글래스 세라믹, Li-La-Zr-O계 Garnet 산화물, Li-La-Ti-O계 Perovskite 산화물, La-Ni-O계 산화물, 인산리튬철, 리튬-코발트 산화물, Li-Mn-O계 Spinel 산화물(리튬망간산화물), 인산리튬알루미늄갈륨 산화물, 산화텅스텐, 산화주석, 니켈산란타늄, 란타늄-스트론튬-망간 산화물, 란타늄-스트론튬-철-코발트 산화물, 실리케이트계 형광체, SiAlON계 형광체, 질화알루미늄, 질화규소, 질화티탄,AlON, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화텅스텐, 붕화마그네슘, 붕화티탄, 금속산화물과 금속질화물혼합체, 금속산화물과 금속탄화물혼합체, 세라믹과 고분자의 혼합체, 세라믹과 금속의 혼합체, 니켈, 동, 규소 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다.More specifically, the brittle material or ductile material powder is hydroxyapatite, calcium phosphate, bio glass, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), alumina, titanium dioxide, zirconia (ZrO2), yttria (Y2O3), yttria- Zirconia (YSZ, Yttria stabilized Zirconia), dysprocia (Dy2O3), gadolinia (Gd2O3), ceria (CeO2), Gadolinia-doped Ceria (GDC), magnesia (MgO), barium titanate (BaTiO3) ), nickel manganate (NiMn2O4), potassium sodium niobate (KNaNbO3), bismuth potassium titanate (BiKTiO3), bismuth sodium titanate (BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiZnFe2O4, ZnFe2O4, MnxCo3-xO4 (where x is a positive real number of less than 3), bismuth ferrite (BiFeO3), bismuth zinc niobate (Bi1.5Zn1Nb1.5O7), lithium aluminum phosphate titanium glass ceramic, Li-La-Zr-O-based Garnet oxide, Li-La-Ti -O-based Perovskite oxide, La-Ni-O-based oxide, lithium iron phosphate, lithium-cobalt oxide, Li-Mn-O-based Spinel oxide (lithium manganese oxide), lithium aluminum gallium phosphate, tungsten oxide, tin oxide, nickel Scattered lanthanum, lanthanum-strontium-manganese oxide, lanthanum-strontium-iron-cobalt oxide, silicate phosphor, SiAlON phosphor, aluminum nitride, silicon nitride, titanium nitride, AlON, silicon carbide, titanium carbide, tungsten carbide, magnesium boride, boride A mixture of one or two selected from the group consisting of titanium, a mixture of metal oxide and metal nitride, a mixture of metal oxide and metal carbide, a mixture of ceramic and polymer, a mixture of ceramic and metal, nickel, copper, silicon and equivalents thereof However, the present invention is not limited to these materials.
마이크로 웨이브 공급부(100)는 노즐(232)을 지나가는 분말에 마이크로 웨이브(예를 들면, 400MHz 내지 40 GHz, 구체적으로 433 MHz, 915 MHz 또는 2,450 MHz)에 의한 열 에너지를 인가하여 분말이 반용융 상태가 되도록 한다. 이를 위해 마이크로 웨이브 공급부(100)는 전원 공급부(110), 마이크로 웨이브 생성부(120, 또는 RF 생성부) 및 도파관(191)을 포함할 수 있다. 여기서, 마이크로 웨이브 생성부(120) 및 도파관(191)이 진공 챔버(230)의 내부에 위치하며, 노즐(232)이 도파관(191)을 관통하여 설치될 수 있다. 이러한 마이크로 웨이브 공급부(100)의 구성 및 동작은 아래에서 더욱 상세하게 설명한다.The microwave supply unit 100 applies heat energy by microwaves (eg, 400 MHz to 40 GHz, specifically 433 MHz, 915 MHz or 2,450 MHz) to the powder passing through the nozzle 232 so that the powder is in a semi-molten state. make it become To this end, the microwave supply unit 100 may include a power supply unit 110, a microwave generator 120 (or RF generator), and a waveguide 191. Here, the microwave generator 120 and the waveguide 191 are located inside the vacuum chamber 230, and the nozzle 232 may be installed through the waveguide 191. The configuration and operation of the microwave supply unit 100 will be described in more detail below.
한편, 분말의 반용융 또는 반응고 상태라함은 분말의 융점보다는 낮은 상태로 분말이 가열된 상태를 의미한다. 예를 들어, 알루미나 분말의 융점이 대략 2.072℃이므로, 알루미나 분말의 반용융 또는 반응고 상태라 함은 대략 2.072℃보다 낮은 온도로 알루미나 분말이 가열된 상태를 의미한다.On the other hand, the semi-melted or semi-solid state of the powder means a state in which the powder is heated to a state lower than the melting point of the powder. For example, since the melting point of the alumina powder is approximately 2.072°C, the semi-melted or semi-solid state of the alumina powder means a state in which the alumina powder is heated to a temperature lower than approximately 2.072°C.
마이크로 웨이브를 이용한 분말의 가열은 일반적인 가열 방법과 본질적으로 다른 가열 방법으로서, 일반적인 가열 방법에 비교하여 많은 장점을 가지고 있으며 특히 열전도성이 나쁜 분말의 가열에 유효하며 다음과 같은 특징을 갖는다.Powder heating using microwaves is a heating method that is essentially different from general heating methods, and has many advantages compared to general heating methods. It is particularly effective for heating powders with poor thermal conductivity, and has the following characteristics.
(1) 급속 가열: 마이크로 웨이브는 순간적으로 분말 속으로 침투해 발열하기 때문에 열전도에 필요한 시간이 불필요해져 열전도에 의한 외부 가열 방법에 비하여, 단시간에 가열 할 수 있다.(1) Rapid heating: Microwaves instantly penetrate into the powder and generate heat, so the time required for heat conduction is unnecessary, so it can be heated in a shorter time compared to external heating methods by heat conduction.
(2) 균일가열: 외부 가열 방법에서는 분말 내외의 온도 구배를 피할 수 없고 균일 가열하려고 하면 시간이 걸린다. 그러나, 마이크로 웨이브 가열에서는 분말 내의 전기력선이 균일하게 발생하려고 하면 온도 상승도 일정하게 된다. 외부 가열 방법에서는 분말 외측의 온도는 높고 분말 내측의 온도는 낮지만 마이크로 웨이브 가열에서는 분말 내외의 발열량을 동일하게 할 수가 있다.(2) Uniform heating: In the external heating method, the temperature gradient inside and outside the powder cannot be avoided, and it takes time to heat uniformly. However, in microwave heating, if the electric force lines in the powder are to be generated uniformly, the temperature rise is also constant. In the external heating method, the temperature on the outside of the powder is high and the temperature on the inside of the powder is low, but in microwave heating, the amount of heat generated inside and outside the powder can be equal.
(3) 국부가열: 분말의 외부 가열 방법에서는 국부만을 가열할 수 없는 곤란한 경우가 많다. 마이크로 웨이브 가열에서는 가열해야 할 부분에 전기력선이 집중하도록 하면 좁은 범위에서도 가열할 수 있다. 가열 시간이 짧기 때문에 가열 부분의 넓이는 작다.(3) Local heating: In many cases, it is difficult to heat only a local area in the method of externally heating the powder. In microwave heating, if the lines of electric force are concentrated on the part to be heated, it can be heated in a narrow range. Since the heating time is short, the area of the heating part is small.
(4) 선택 가열: 유전 손실에 의한 발열이기 때문에 유전 손실이 큰 것에 선택적으로 흡수되어 필요한 부분만을 가열할 수 있다. 다른 물질은 다른 마이크로웨이브 흡수 특성을 가지고 있기 때문에, 분말을 구성하는 개개 성분의 선택적 가열이 가능하다.(4) Selective heating: Since it is heat generated by dielectric loss, it is selectively absorbed by those with high dielectric loss, and only necessary parts can be heated. Since different materials have different microwave absorption properties, selective heating of the individual components that make up the powder is possible.
(5) 높은 열효율: 분말 자체가 발열체가 되기 때문에 주위의 공기나 노즐 등을 가열하는 손실이 없어 높은 열효율을 얻을 수 있다.(5) High thermal efficiency: Since the powder itself becomes a heating element, there is no loss of heating the surrounding air or nozzles, so high thermal efficiency can be obtained.
(6) 고속 열응답성: 마이크로 웨이브는 광속도로 전파하는 고속 응답성을 가지고 있으므로 순간 기동 정지 및 출력 조절에 의한 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.(6) High-speed thermal response: Since microwaves have a high-speed response that propagates at the speed of light, temperature control by instantaneous start-up and stop and output control can be easily performed.
(7) 형상에 무관한 균일가열: 분말의 각부가 동시에 발열하므로 복잡한 형상 에서도 비교적 균일에 가열할 수 있다.(7) Uniform heating regardless of shape: Because each part of the powder generates heat at the same time, it can be heated relatively uniformly even in a complicated shape.
(8) 공업적 이용의 적합성: 자동화 및 전력의 절약이 용이하며 설치 면적이 적게 들고 장치의 제어 및 사용이 간단하게 되어 공업용 가열 장치에 적합하다.(8) Suitability for industrial use: It is easy to automate and save power, requires a small installation area, and is simple to control and use, making it suitable for industrial heating devices.
(9) 열효율: 마이크로 웨이브는 노즐을 관통하여 지나가는 분말에만 흡수되고 주위의 노즐 내벽과 이송 가스를 가열하지 않기 때문에 당연히 열효율이 높다. 따라서 작업 환경의 개선에도 상당히 유용하다고 할 수 있다. 또한 에너지를 필요 부분에 집중시킬 수 있기 때문에 열효율이 높다.(9) Thermal efficiency: Since microwaves are only absorbed by the powder passing through the nozzle and do not heat the surrounding nozzle wall and conveying gas, the thermal efficiency is naturally high. Therefore, it can be said to be quite useful for improving the working environment. In addition, since the energy can be concentrated on the required part, the thermal efficiency is high.
(10) 제어 용이: 가열 소스와 가열 분말과의 직접적인 접촉이 없으며 가열이나 건조 과정에서 제어가 용이한 장점을 가지고 있다.(10) Easy control: There is no direct contact between the heating source and the heating powder, and it has the advantage of being easy to control during the heating or drying process.
공정 챔버(230)는 코팅층 형성 중에 진공 상태를 유지하며, 이를 위해 진공 유닛(240)이 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 공정 챔버(230)의 압력은 대략 1 파스칼 내지 800 파스칼이고, 고속 이송관(222)에 의해 이송되는 분말의 압력은 대략 500 파스칼 내지 2000 파스칼일 수 있다. 다만, 어떠한 경우에도, 공정 챔버(230)의 압력에 비해 고속 이송관(222)의 압력이 높아야 한다.The process chamber 230 maintains a vacuum state during formation of the coating layer, and a vacuum unit 240 may be connected thereto. More specifically, the pressure of the process chamber 230 may be approximately 1 Pascal to 800 Pascals, and the pressure of the powder transported by the high-speed transfer pipe 222 may be approximately 500 Pascals to 2000 Pascals. However, in any case, the pressure of the high-speed transfer pipe 222 should be higher than the pressure of the process chamber 230 .
더불어, 공정 챔버(230)의 내부 온도 범위는 대략 0 ℃ 내지 30 ℃이며, 따라서 별도로 공정 챔버(230)의 내부 온도를 증가시키거나 감소시키기 위한 부재가 없어도 좋다. 즉, 이송 가스 또는/및 기재가 별도로 가열되지 않고, 0 ℃ 내지 30 ℃의 온도로 유지될 수 있다.In addition, the internal temperature range of the process chamber 230 is approximately 0 °C to 30 °C, and therefore, a member for separately increasing or decreasing the internal temperature of the process chamber 230 may not be required. That is, the transfer gas and/or the substrate may be maintained at a temperature of 0° C. to 30° C. without being separately heated.
그러나, 상술한 바와 같이 코팅층의 증착 효율 및 치밀도 향상을 위해, 분말이 마이크로 웨이브에 의해 대략 30 ℃ 내지 대략 2000 ℃의 온도로 가열될 수 있다. 즉, 분말의 가열에 의해 코팅층의 형성 시 분말에 가해지는 스트레스가 감소하고, 기공률이 작으며, 또한 치밀한 코팅층이 얻어질 수 있다. However, as described above, in order to improve the deposition efficiency and density of the coating layer, the powder may be heated to a temperature of about 30° C. to about 2000° C. by microwave. That is, when the coating layer is formed by heating the powder, the stress applied to the powder is reduced, and a small porosity and dense coating layer can be obtained.
여기서, 분말이 대략 2000 ℃의 온도보다 높을 경우, 분말이 용융되면서 급격한 상전이를 일으키고, 이에 따라 코팅층의 기공률이 높아지고 내부 구조가 불안정해질 수 있다. 또한, 분말이 대략 30 ℃의 온도보다 작을 경우, 분말에 가해지는 스트레스가 감소하지 않을 수 있다.Here, when the temperature of the powder is higher than about 2000 ° C., the powder melts and causes a rapid phase transition, and thus the porosity of the coating layer increases and the internal structure may become unstable. Also, when the powder is less than a temperature of approximately 30° C., the stress applied to the powder may not be reduced.
본 발명에서 온도 범위를 한정하는 것은 아니며, 코팅층이 형성될 기재의 특성에 따라 이송 가스, 기재, 공정 챔버 및/또는 분말의 온도 범위는 대략 0 ℃ 내지 대략 2000 ℃ 사이에서 자유롭게 조정될 수 있다.The temperature range is not limited in the present invention, and the temperature range of the transport gas, the substrate, the process chamber and/or the powder may be freely adjusted between about 0 °C and about 2000 °C according to the characteristics of the substrate on which the coating layer is to be formed.
계속해서, 상술한 바와 같이, 공정 챔버(230)와 고속 이송관(222)(또는 이송 가스 공급부(210) 또는 분말 공급부(220)) 사이의 압력 차이는 대략 1.5배 내지 2000배 일 수 있다. 압력 차이가 대략 1.5배보다 작을 경우 분말의 고속 이송이 어려울 수 있고, 압력 차이가 대략 2000배보다 클 경우 분말에 의해 오히려 기재의 표면이 과도하게 식각될 수 있다.Subsequently, as described above, the pressure difference between the process chamber 230 and the high-speed transfer pipe 222 (or the transfer gas supply unit 210 or the powder supply unit 220) may be approximately 1.5 times to 2000 times. When the pressure difference is less than about 1.5 times, high-speed transfer of the powder may be difficult, and when the pressure difference is greater than about 2000 times, the surface of the substrate may be excessively etched by the powder.
이러한 공정 챔버(230)와 이송관(222)의 압력 차이에 따라, 분말 공급부(220)로부터의 분말은 이송관(222)을 통해 분사하는 동시에, 고속으로 공정 챔버(230)에 전달된다.According to the pressure difference between the process chamber 230 and the transfer pipe 222, the powder from the powder supply unit 220 is injected through the transfer tube 222 and delivered to the process chamber 230 at high speed.
또한, 공정 챔버(230) 내에는 이송관(222)에 연결된 노즐(232) 및 마이크 웨이브 공급부(100)의 일부 구조가 구비되어, 대략 50m/s 내지 대략 500m/s의 속도로 반용융 분말을 기재(231)에 충돌시킨다. 즉, 노즐(232)을 통한 분말은 이송 중 얻은 운동 에너지와, 마이크로 웨이브로부터 얻은 열 에너지와, 고속 충돌 시 발생하는 충돌 에너지에 의해 파쇄 및/또는 분쇄되면서 기재(231)의 표면에 일정 두께의 코팅층을 형성하게 된다. In addition, some structures of the nozzle 232 and the microwave supply unit 100 connected to the transfer pipe 222 are provided in the process chamber 230, and the semi-molten powder is supplied at a speed of about 50 m/s to about 500 m/s. It collides with the substrate 231. That is, the powder through the nozzle 232 is crushed and/or pulverized by kinetic energy obtained during transport, thermal energy obtained from microwaves, and collision energy generated during high-speed collision to form a certain thickness on the surface of the substrate 231. to form a coating layer.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치(200A)를 개략적으로 도시한 구성도이다. Figure 2 is a configuration diagram schematically showing a vacuum microwave spray coating apparatus (200A) according to an embodiment of the present invention.
여기서, 마이크로 웨이브 공급부(100A)의 구성이 상술한 마이크로 웨이브 공급부(100)의 구성과 상이하다. 즉, 도 1a에서, 마이크로 웨이브 공급부(100) 중에서 마이크로 웨이브 생성부(120) 및 노즐(232)이 결합된 도파관(191)은 진공인 공정 챔버(230)의 내부에 위치하였고, 전원 공급부(110)만이 공정 챔버(230)의 외부에 위치하였다.Here, the configuration of the microwave supply unit 100A is different from the configuration of the microwave supply unit 100 described above. That is, in FIG. 1A, among the microwave supply unit 100, the waveguide 191 to which the microwave generator 120 and the nozzle 232 are coupled is located inside the vacuum process chamber 230, and the power supply unit 110 ) was located outside the process chamber 230.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐(232)이 결합된 도파관(191)만이 진공인 공정 챔버(230)의 내부에 위치될 수 있다. 또한, 전원 공급부(110) 및 마이크로 웨이브 생성부(120)는 공정 챔버(230)의 외부에 위치될 수 있다. 이에 따라, 도파관(191)은 마이크로 웨이브 생성부(120)에 플렉시블 RF 동축 케이블(192)을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 도파관(191) 및 노즐(232)은 진공 챔버(230)의 내부에서 2차원 및/또는 3차원으로 자유롭게 움직일 수 있고, 이에 따라 2차원 및/또는 3차원의 기재(231)에 코팅층을 용이하게 형성할 수 있다.However, as shown in FIG. 2 , only the waveguide 191 to which the nozzle 232 is coupled may be located inside the vacuum process chamber 230 . Also, the power supply 110 and the microwave generator 120 may be located outside the process chamber 230 . Accordingly, the waveguide 191 may be connected to the microwave generator 120 through a flexible RF coaxial cable 192 . Therefore, the waveguide 191 and the nozzle 232 can freely move in 2D and/or 3D inside the vacuum chamber 230, thereby forming a coating layer on the 2D and/or 3D substrate 231. can be formed easily.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)을 도시한 블럭도이다.Figure 3 is a configuration diagram schematically showing the microwave supply unit 100 of the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 is a block diagram showing a microwave supply unit 100 in a vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 전원 공급부(110)와, 마이크로 웨이브 생성부(120)와, 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)와, 안테나(160)와, 컨트롤러(170)를 포함할 수 있다.3 and 4, in the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 includes a power supply unit 110, a microwave generator 120, and a microwave It may include a power amplifier 140, an antenna 160, and a controller 170.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 신호 감쇄기(130)와, 아이솔레이터(150)와, 마이크로 웨이브 파워 센서(181)와, 분말 유량 센서(182)와, 안테나(160) 및 노즐(232)이 결합되며 진공 챔버(230)의 내측에 위치되는 도파관(191)을 더 포함할 수 있다.In addition, in the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 includes a signal attenuator 130, an isolator 150, a microwave power sensor 181, and a powder flow sensor 182. ), the antenna 160 and the nozzle 232 are combined and may further include a waveguide 191 located inside the vacuum chamber 230.
여기서, 도파관(191)에는 노즐(232)이 결합되는데, 이는 도파관(191)의 길이 방향에 대하여 노즐(232)의 길이 방향이 대략 직각을 이루며 결합됨으로써, 마이크로 웨이브에 의한 에너지가 분말에 용이하게 흡수되도록 한다.Here, the nozzle 232 is coupled to the waveguide 191, which means that the longitudinal direction of the nozzle 232 is substantially orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide 191, so that energy by microwaves is easily applied to the powder. to be absorbed.
전원 공급부(110)는 마이크로 웨이브 생성부(120) 및 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140) 등에 직류 전원을 공급하는 역할을 한다. 전원 공급부(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다. 또한, 전원 공급부(110)는 통상의 상용 교류 전압(예를 들면, AC 110~220V)을 이용할 수 있다.The power supply 110 serves to supply DC power to the microwave generator 120 and the microwave power amplifier 140. The power supply 110 may be, for example, but not limited to, a Switching Mode Power Supply (SMPS). In addition, the power supply 110 may use a normal commercial AC voltage (eg, AC 110 to 220V).
마이크로 웨이브 생성부(120)는 전원 공급부(110)로부터 직류 전원을 공급받아 마이크로 웨이브를 생성하고, 이를 신호 감쇄기(130) 또는 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)에 전송하는 역할을 한다. 마이크로 웨이브 생성부(120)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 400 내지 2500 MHz의 주파수를 갖는 마이크로 웨이브를 생성할 수 있으며, 이러한 주파수 대역은 소프트웨어를 통해 쉽게 변경될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에서, 마이크로 웨이브 생성부(120)를 통해서는, 일례로 433 MHz 또는 2450 MHz의 마이크로 웨이브를 생성할 수 있다.The microwave generator 120 serves to generate microwaves by receiving DC power from the power supply 110 and transmits them to the signal attenuator 130 or the microwave power amplifier 140 . The microwave generator 120 may generate, for example, but not limited to, microwaves having a frequency of approximately 400 to 2500 MHz, and this frequency band may be easily changed through software. Here, in an embodiment of the present invention, microwaves of 433 MHz or 2450 MHz can be generated through the microwave generator 120, for example.
신호 감쇄기(130)는 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)의 전단에 연결되어, 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)에서 허용된 입력보다 큰 마이크로 웨이브의 신호가 있다면 이를 감쇄시키는 역할을 한다. 즉, 신호 감쇄기(130)에 의해 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)에서 발진이 일어나지 않고 안정적인 증폭 동작이 구현되도록 한다.The signal attenuator 130 is connected to the front end of the microwave power amplification unit 140, and serves to attenuate a microwave signal greater than the input allowed by the microwave power amplifier 140, if present. That is, a stable amplification operation is implemented without oscillation occurring in the microwave power amplifier 140 by the signal attenuator 130 .
마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)는 마이크로 웨이브 생성부(120)로부터 마이크로 웨이브를 전송받아, 이를 증폭하여 안테나(160)에 출력하는 역할을 한다. 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 400 내지 10000 watt의 파워를 갖는 마이크로 웨이브를 출력할 수 있으며, 이러한 파워 역시 소프트웨어를 통해 쉽게 변경할 수 있다. The microwave power amplifier 140 serves to receive microwaves from the microwave generator 120, amplify them, and output them to the antenna 160. The microwave power amplification unit 140 may output, for example, but not limited to, microwaves having a power of approximately 400 to 10000 watts, and this power may also be easily changed through software.
또한, 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)는, 예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 발진에 의한 마이크로 웨이브를 생성하는 마그네트론 또는 트랜지스터의 RF 증폭에 의한 반도체 트랜지스터일 수 있다. In addition, the microwave power amplifier 140 may be, for example, but not limited to, a magnetron generating microwaves by oscillation or a semiconductor transistor by RF amplification of a transistor.
특히, 증폭부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, LDMOS 트랜지스터(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), GaN 트랜지스터, GaAs 트랜지스터, InP 트랜지스터 또는 TWT/TWTa 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 200 MHz 내지 100 GHz, 0.5 내지 10000 watt의 마이크로 웨이브를 출력할 수 있다.In particular, the amplifier 140 may include, for example, but not limited to, a Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (LDMOS transistor), a GaN transistor, a GaAs transistor, an InP transistor, or a TWT/TWTa transistor. . This type of microwave power amplification unit 140 may output, for example, but not limited to, microwaves of 200 MHz to 100 GHz and 0.5 to 10000 watts.
아이솔레이터(150)는 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)와 안테나(160) 사이에 개재됨으로써, 임피던스 매칭이 강화되어 파워 또는 전력 송신이 더욱 원할해 지도록 하며, 특히, 안테나(160)로부터 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)를 향해 역으로 신호가 유입되지 않도록 하는 역할을 한다. 물론, 이러한 아이솔레이터(150)로 인해 하기할 마이크로 웨이브 파워 센서(180)는 아이솔레이터(150)와 안테나(160) 사이에 연결됨은 당연하다.The isolator 150 is interposed between the microwave power amplification unit 140 and the antenna 160, so that impedance matching is strengthened so that power or power transmission is more smooth. In particular, microwave power amplification from the antenna 160 It serves to prevent the reverse signal from flowing into the unit 140. Of course, it is natural that the microwave power sensor 180 to be described below is connected between the isolator 150 and the antenna 160 due to the isolator 150.
안테나(160)는 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)로부터 마이크로 웨이브를 전송받아, 이를 노즐(232)이 결합된 도파관(191) 내의 에어로졸화된 분말에 직접 방사시켜, 분말이 가열되도록 하는 역할을 한다. 이러한 안테나(160)는 도파관(191)의 내측면에 적어도 하나가 설치될 수 있다.The antenna 160 receives microwaves from the microwave power amplifier 140 and directs them to the aerosolized powder in the waveguide 191 to which the nozzle 232 is coupled, serving to heat the powder. . At least one of these antennas 160 may be installed on the inner surface of the waveguide 191.
상술한 안테나(160)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 세라믹 패치 안테나, 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 헬리컬 안테나 및 그 등가물 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상일 수 있다.The aforementioned antenna 160 may be, for example, but not limited to, one or more selected from ceramic patch antennas, dipole antennas, monopole antennas, helical antennas, and equivalents thereof.
컨트롤러(170)는 마이크로 웨이브 생성부(120) 및/또는 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)를 제어하여, 상술한 마이크로 웨이브의 주파수 및/또는 출력 파워를 제어하는 역할을 한다. 이러한 컨트롤러(170)의 구성은 위에서 이미 설명하였으므로 더 자세한 설명은 생략한다.The controller 170 controls the microwave generator 120 and/or the microwave power amplifier 140 to control the frequency and/or output power of the microwave. Since the configuration of the controller 170 has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
마이크로 웨이브 파워 센서(181)는 가열 대상 즉, 분말로부터 반사되는 마이크로 웨이브 파워를 센싱하여, 이를 컨트롤러(170)에 제공하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 마이크로 웨이브 파워 센서(181)는 아이솔레이터(150)와 안테나(160) 사이에 설치되어, 분말로부터 반사되어 안테나(160)로 수신된 마이크로 웨이브 파워를 컨트롤러(170)에 전송한다. 또한, 유량 센서(182)는 노즐(232)을 통과하여 지나가는 에어로졸화된 분말의 유량을 센싱하고 이를 컨트롤러(180)에 전송한다. 여기서, 유량 센서(182)는 일례로 유량 조절기(250)의 내측에 설치될 수 있다.The microwave power sensor 181 serves to sense the microwave power reflected from the heating target, that is, the powder, and provide it to the controller 170. As described above, the microwave power sensor 181 is installed between the isolator 150 and the antenna 160, and transmits the microwave power reflected from the powder and received through the antenna 160 to the controller 170. In addition, the flow sensor 182 senses the flow rate of the aerosolized powder passing through the nozzle 232 and transmits it to the controller 180 . Here, the flow sensor 182 may be installed inside the flow controller 250 as an example.
그러면, 컨트롤러(170)는 상술한 바와 같이 마이크로 웨이브 파워 센서(181)로부터 반사되는 마이크로 웨이브의 주파수중 가장 낮은 마이크로 웨이브의 주파수를 출력 마이크로 웨이브의 주파수로 결정함으로써, 분말에 최대 효율의 마이크로 웨이브가 전송되도록 한다. 또한, 컨트롤러(170)는 유량 센서(182)로부터 얻은 분말의 유량에 기초하여 마이크로 웨이브의 파워를 결정함으로써, 어느 유량에서도 분말이 미리 설정된 온도로 가열 및 반용융 상태가 되도록 한다.Then, as described above, the controller 170 determines the frequency of the lowest microwave among the frequencies of the microwave reflected from the microwave power sensor 181 as the frequency of the output microwave, so that the microwave with maximum efficiency is applied to the powder. to be sent In addition, the controller 170 determines the power of the microwave based on the flow rate of the powder obtained from the flow sensor 182, so that the powder is heated and semi-melted at a preset temperature at any flow rate.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 안테나(192)를 통한 균일한 열전달로 단순 가열이 아닌 국부 가열이 가능하고, 반도체 기술 적용으로 다양한 기능으로 확장이 가능하며, 간단한 구성으로 가볍고 소형인 설계가 가능하며, 또한 정교한 컨트롤이 가능하고, 433 MHz, 915 MHz 또는 2,450 MHz의 주파수 대역 사용으로 IoT/WIFI 주파수와 간섭되지 않으며, 특히 433MHz의 주파수 대역 사용으로 분말의 심부가 쾌속 가열될 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 저주파 사용에 따른 급속 가열이 가능하며, 저주파 사용에 따른 금속과의 스파크 현상을 감소시킬 수 있다.In this way, among the vacuum microwave spray coating apparatus according to the embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 is capable of local heating rather than simple heating by uniform heat transfer through the antenna 192, and various applications of semiconductor technology are possible. It can be expanded with functions, it can be designed with a light and compact design with a simple configuration, and it is also possible to have sophisticated control. The core of the powder can be rapidly heated by using the frequency band. In particular, among the vacuum microwave spray coating apparatus according to the embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 can rapidly heat by using a low frequency, and can reduce a spark phenomenon with metal by using a low frequency.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)의 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)의 일례를 도시한 등가 회로도이다.5 is an equivalent circuit diagram showing an example of the microwave power amplifier 140 of the microwave supply unit 100 among the vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 웨이브 전력 증폭부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, LDMOS 트랜지스터일 수 있는데 이는 2개의 트랜지스터가 직렬 연결된 형태일 수 있다. 여기서, 1,2는 제1,2게이트 단자, 3,4는 제1,2드레인 단자, 5는 공통 연결된 소스 단자이다. 이러한 구성에 의해, 게이트 단자(1,2)에 인가되는 전압에 따라 드레인 단자 - 소스 단자(3,4,5)를 통해 고출력을 갖는 마이크로 웨이브를 얻을 수 있게 된다. As shown in FIG. 5 , the microwave power amplifier 140 may be, for example, but not limited to, an LDMOS transistor, which may be two transistors connected in series. Here, 1 and 2 are first and second gate terminals, 3 and 4 are first and second drain terminals, and 5 is a commonly connected source terminal. With this configuration, it is possible to obtain microwaves with high output through the drain terminal and the source terminals 3, 4, and 5 depending on the voltage applied to the gate terminals 1 and 2.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)의 안테나(160)의 일례를 도시한 도면이다.6 is a diagram showing an example of the antenna 160 of the microwave supply unit 100 among the vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 안테나(160)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 패치 안테나(161), 다이폴 안테나(162), 모노폴 안테나(163), 헬리컬 안테나(164) 중에서 적어도 하나 이상 사용될 수 있다. As shown in FIG. 6, the antenna 160 includes, for example, but is not limited to, at least one of a patch antenna 161, a dipole antenna 162, a monopole antenna 163, and a helical antenna 164. can be used
패치 안테나(161)는, 본 발명의 실시예에서, 가장 바람직한 형태로, 예를 들면, 마이크로 스트립 기판 위에 네모, 원형 및/또는 복잡한 배선 형태로 금속 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 패치 안테나(161)는 소형, 경량의 특성 및 여러 가지 패턴 조합과 손쉬운 배열을 통해 다양한 특성을 이끌어 낼 수 있다. 다이폴 안테나(162)는 안테나 디자인의 기본으로서, 두 개의 서로 다른 극의 다른 도선을 구부려서 전체 길이를 λ/2가 되게 만들어서, 일 방향성의 빔 패턴이 형성되도록 한다. 모노폴 안테나(163)는 다이폴과 비슷하기는 하나, 한쪽이 도체 대신 그라운드로 대치된 형태를 한다. 그라운드로 대칭된 부분에서 이미지 이펙트(image effect)로 마치 다이폴과 같은 효과가 일어난다. 따라서, 안테나의 길이도 λ/2가 아니라 λ/4 만 있으면 된다. 헬리컬 안테나(164)는 같은 주파수에서 다이폴이나 모노폴등에 비해 훨씬 작은 크기로 만들 수 있으며, 꼬는 간격과 방법 등에 따라 빔 패턴의 방향도 축방향 또는 정상 방향(다이폴과 같은)으로 만들 수 있다.For the patch antenna 161, in an embodiment of the present invention, a metal pattern may be formed in the most preferred form, for example, in a square, circular, and/or complex wiring form on a microstrip substrate. Such a patch antenna 161 can derive various characteristics through small size, light weight, various pattern combinations and easy arrangement. The dipole antenna 162 is the basis of the antenna design, and a unidirectional beam pattern is formed by bending different conductors of two different poles so that the total length is λ/2. The monopole antenna 163 is similar to a dipole, but has a form in which one side is replaced with a ground instead of a conductor. In the part symmetrical to the ground, an image effect like a dipole occurs. Therefore, the length of the antenna only needs to be λ/4 instead of λ/2. The helical antenna 164 can be made in a much smaller size than a dipole or monopole at the same frequency, and the direction of the beam pattern can be made in an axial direction or a normal direction (like a dipole) depending on the spacing and method of twisting.
이밖에도, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 도파관(191)과 유사하나 끝단이 깔대기처럼 벌어진 혼 안테나(165)(horn antenna) 또는 도파관(191)의 옆면에 여러가지 형태의 슬롯(slot)이 형성된 슬롯 안테나(165) 등이 이용될 수도 있다.In addition, among the vacuum microwave spray coating apparatus according to the embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 is similar to the waveguide 191, but the horn antenna 165 (horn antenna) or the waveguide 191 has an open end like a funnel. A slot antenna 165 having various types of slots formed on the side surface may be used.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)중에서 안테나(160)의 반사 입력 계수(|S11|)를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the reflection input coefficient (|S11|) of the antenna 160 in the microwave supply unit 100 in the vacuum microwave spray coating apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 중에서 마이크로 웨이브 공급부(100)는 입력 반사 계수를 의미하는 S11의 값이 공진 그래프 형태를 갖는다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 안테나(160)가 동작하는 433 MHz에서 S11 값이 가장 작게 나타날 수 있다. 즉, 안테나(160)에 입력된 433 MHz의 마이크로 웨이브가 반사되어 돌아오지 않고 최대한 가열 대상인 분말로 복사됨을 볼 수 있다. 특히, 도 7의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 433 MHz의 주파수에서 S11이 더 밑으로 깊게 파인 형태를 하여 복사 효율이 높고 매칭도 잘 됨을 볼 수 있으나, 푹 파인 폭은 상대적으로 좁아 안테나(160)가 다룰 수 있는 주파수 대역폭은 비교적 좁음을 알 수 있다.As shown in Figure 7, among the vacuum microwave spray coating apparatus according to an embodiment of the present invention, the microwave supply unit 100 has a value of S11, which means an input reflection coefficient, in the form of a resonance graph. For example, although not limited to, the smallest S11 value may appear at 433 MHz where the antenna 160 operates. That is, it can be seen that the 433 MHz microwave input to the antenna 160 is radiated to the powder to be heated as much as possible without being reflected and returned. In particular, as can be seen in the graph of FIG. 7, according to the embodiment of the present invention, at a frequency of 433 MHz, S11 has a deeper recessed shape, so that the radiation efficiency is high and the matching is good. Since the width is relatively narrow, it can be seen that the frequency bandwidth that the antenna 160 can handle is relatively narrow.
[실시예][Example]
이하에서는, 상술한 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치 및 그 방법에 따라 제조된 이트리아(Y2O3) 및 지르코니아(ZrO2)의 혼합 분말에 의한 플라즈마 상온 분사 코팅의 고경도 후막 코팅층에 대해, 상세하게 설명한다.Hereinafter, a high-hardness thick film coating layer of plasma room temperature spray coating using a mixed powder of yttria (Y2O3) and zirconia (ZrO2) prepared according to the above-described vacuum microwave spray coating apparatus and method will be described in detail.
분말은 아래 표 1와 같이 준비하였다.The powder was prepared as shown in Table 1 below.
분말명powder name D50(㎛)D50 (μm)
Y2O3Y2O3 3.033.03
ZrO2ZrO2 2.62.6
혼합 분말에 의한 코팅 조건은 아래 표 2와 같이 준비하였다.Coating conditions by the mixed powder were prepared as shown in Table 2 below.
토출구
(직경)
outlet
(diameter)
출력Print 노즐각도nozzle angle 이격거리separation distance 피더feeder 가스종류gas type 가스량amount of gas 진공도degree of vacuum 코팅속도coating speed 횟수number
10mm10mm 0.5kW0.5kW 50mm50mm 1000RPM1000 RPM ArAr 30slm30 slm 0.28 Torr 0.28 Torr 100mm/s100 mm/s 3회3rd time
여기서, 토출구의 직경은 분사 노즐의 직경, 출력은 마이크로웨이브에 의한 출력, 노즐 각도는 노즐과 기판 사이의 각도(즉, 노즐과 기판이 수직임), 이격 거리는 노즐과 기판 사이의 이격 거리, 피더 RPM은 분말 공급부에 의한 분말의 회전 속도(공급 속도), 가스 종류는 이송 가스의 종류, 진공도는 진공 챔버의 진공도, 코팅 속도는 분사 노즐에 의한 분말의 분사 속도, 횟수는 코팅층의 반복 코팅 횟수를 각각 의미한다.Here, the diameter of the discharge port is the diameter of the spray nozzle, the output is the output by the microwave, the nozzle angle is the angle between the nozzle and the substrate (ie, the nozzle and the substrate are perpendicular), the separation distance is the separation distance between the nozzle and the substrate, the feeder RPM is the rotational speed (supply speed) of the powder by the powder supply unit, gas type is the type of transport gas, vacuum degree is the vacuum degree of the vacuum chamber, coating speed is the powder spraying speed by the spray nozzle, and number is the number of times of repeated coating of the coating layer. each means
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분말을 확대 도시한 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다. 도 8에 도시된 바와 같은 SEM 이미지를 갖는 이트리아 분말 및 지르코니아 분말이 각각 제공되었다. 일부 예들에서, 분말은 입도 분포 D50이 대략 3㎛ 내지 대략 4㎛인 이트리아(Y2O3)와 입도 분포 D50이 대략 2㎛ 내지 대략 3㎛인 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있다.8 is an enlarged SEM (Scanning Electron Microscope) image of the powder according to an embodiment of the present invention. Yttria powder and zirconia powder each having SEM images as shown in FIG. 8 were provided. In some examples, the powder may include yttria (Y2O3) having a particle size distribution D50 of about 3 μm to about 4 μm and zirconia (ZrO2) having a particle size distribution D50 of about 2 μm to about 3 μm.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 코팅층을 도시한 사진이다. 도 9에 도시된 예에서, (a)의 코팅층은 이트리아:지르코니아=100:0, (b)의 코팅층은 이트리아:지르코니아=85:15, (c)의 코팅층은 이트리아:지르코니아=75:25, (d)의 코팅층은 이트리아:지르코니아=65:35에 의해 제조된 것이다. 여기서, 이트리아:지르코니아의 비율은 중량비(wt%)일 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 모든 코팅층에서 박리 현상이 발견되지 않았으며, 육안 검사상 이상이 없었다. 9 is a photograph showing a coating layer according to an embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 9, the coating layer of (a) is yttria:zirconia = 100:0, the coating layer of (b) is yttria:zirconia = 85:15, and the coating layer of (c) is yttria:zirconia = 75 :25, the coating layer of (d) is prepared by yttria:zirconia = 65:35. Here, the ratio of yttria:zirconia may be a weight ratio (wt%). As shown in FIG. 9, no peeling phenomenon was found in all coating layers, and there was no abnormality in visual inspection.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=85:15)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비(wt%)가 85:15일 때, 이에 의해 형성된 이트리아:지르코니아의 혼합 코팅층 역시 중량비가 85:15로 관찰되었다. 즉, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비와 이에 따른 이트리아:지르코니아의 코팅층의 중량비가 동일하였다. 도 10에서 관측된, Y, Zr, O 이외에 Al은 코팅층이 형성된 기재의 재질이고, Au는 EDS 데이터 추출을 위한 코팅층에 형성된 도전층의 재질이다. 10 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia=85:15) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, when the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 85:15, the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 85:15. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same. In addition to Y, Zr, and O observed in FIG. 10, Al is a material of a substrate on which a coating layer is formed, and Au is a material of a conductive layer formed on a coating layer for EDS data extraction.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=75:25)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비(wt%)가 75:25일 때, 이에 의해 형성된 이트리아:지르코니아의 혼합 코팅층 역시 중량비가 75:25로 관찰되었다. 즉, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비와 이에 따른 이트리아:지르코니아의 코팅층의 중량비가 동일하였다. 도 11에서 관측된, Y, Zr, O 이외에 Al은 코팅층이 형성된 기재의 재질이고, Au는 EDS 데이터 추출을 위한 코팅층에 형성된 도전층의 재질이다. 11 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia = 75:25) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, when the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 75:25, the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 75:25. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same. In addition to Y, Zr, and O observed in FIG. 11, Al is the material of the substrate on which the coating layer is formed, and Au is the material of the conductive layer formed on the coating layer for EDS data extraction.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 코팅층(이트리아:지르코니아=65:35)의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 데이터를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비(wt%)가 65:35일 때, 이에 의해 형성된 이트리아:지르코니아의 혼합 코팅층 역시 중량비가 65:35로 관찰되었다. 즉, 이트리아:지르코니아의 혼합 분말의 중량비와 이에 따른 이트리아:지르코니아의 코팅층의 중량비가 동일하였다. 도 12에서 관측된, Y, Zr, O 이외에 Au는 EDS 데이터 추출을 위한 코팅층에 형성된 도전층의 재질이다. 12 is a diagram illustrating EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) data of a coating layer (yttria:zirconia=65:35) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, when the weight ratio (wt%) of the yttria:zirconia mixed powder was 65:35, the resulting yttria:zirconia mixed coating layer was also observed to have a weight ratio of 65:35. That is, the weight ratio of the mixed powder of yttria:zirconia and the weight ratio of the resulting yttria:zirconia coating layer were the same. In addition to Y, Zr, and O observed in FIG. 12, Au is the material of the conductive layer formed on the coating layer for EDS data extraction.
아래 표 3은 이트리아와 지르코니아의 혼합 분말로 형성된 코팅층의 중량비별 경도(Vickers Hardness) 변화를 도시한 표이다.Table 3 below is a table showing changes in Vickers Hardness by weight ratio of the coating layer formed of the mixed powder of yttria and zirconia.
Y2O3:ZrO2Y2O3:ZrO2 100:0100:0 85:1585:15 75:2575:25 65:3565:35
경도(HV)Hardness (HV) 556556 603603 643643 633633
표 3에 도시된 바와 같이, 이트리아와 지르코니아의 혼합 분말의 중량비가 대략 75:25일 때 코팅층의 경도가 가장 높게 나타남을 볼 수 있다. 여기서, 이트리아와 지르코니아의 혼합 분말로 형성된 코팅층의 경도는 단위 변환시 대략 6.3Gpa이다.As shown in Table 3, it can be seen that the hardness of the coating layer is the highest when the weight ratio of the mixed powder of yttria and zirconia is approximately 75:25. Here, the hardness of the coating layer formed of the mixed powder of yttria and zirconia is about 6.3 Gpa in unit conversion.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층의 두께 데이터를 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 이트리아와 지르코니아의 중량비가 100:0일 경우 코팅층의 두께가 101.650㎛이었고, 85:15일 경우 109.323㎛이었으며, 75:25일 경우 107.717㎛이었고, 65:35일 경우 81.693㎛이었다.13 is a diagram showing thickness data of a coating layer according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, when the weight ratio of yttria and zirconia was 100:0, the thickness of the coating layer was 101.650 μm, 85:15, 109.323 μm, 75:25, 107.717 μm, and 65:35. In this case, it was 81.693 μm.
즉, 지르코늄/이트륨 = 0.33 이하의 조건에서 대략 100㎛ 이상의 코팅층을 얻을 수 있었으나, 지르코늄/이트륨 = 0.33 초과의 조건에서 코팅층의 두께가 감소하였다. 이는 지르코늄의 높은 경도로 인하여 이미 형성된 코팅층이 블래스팅(blasting)되어 나타난 현상인 것으로 이해된다.That is, a coating layer of approximately 100 μm or more was obtained under the condition of zirconium/yttrium = 0.33 or less, but the thickness of the coating layer decreased under the condition of zirconium/yttrium = greater than 0.33. It is understood that this is a phenomenon caused by blasting of an already formed coating layer due to the high hardness of zirconium.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 경도-두께 관계를 도시한 그래프이다. 도 14에서 X축은 이트리아와 지르코니아의 중량비, 좌측 Y축은 비커 경도(GPa), 우측 Y축은 코팅층의 두께(㎛)를 의미한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이트리아:지르코니아의 중량비(wt%)가 75:25일때 코팅층의 경도 및 두께가 최적 값을 가짐을 볼 수 있다. 여기서, 지르코니아의 중량비가 대략 25 이상 증가시 대략 6GPa 이상의 경도는 유지되나, 시간당 코팅층의 형성 레이트(rate)가 저하됨을 볼 수 있다. 이는 고경도 지르코니아에 의한 블래스팅으로 레이트가 감소하고 코팅층의 내부 결함으로 코팅층의 경도에 새츄레이션(saturation)이 발생한 것으로 이해된다.14 is a graph showing an optimal hardness-thickness relationship according to an embodiment of the present invention. In FIG. 14, the X axis means the weight ratio of yttria and zirconia, the left Y axis means the Beaker hardness (GPa), and the right Y axis means the thickness of the coating layer (μm). As shown in FIG. 14, it can be seen that the hardness and thickness of the coating layer have optimal values when the weight ratio (wt%) of yttria:zirconia is 75:25. Here, when the weight ratio of zirconia increases to about 25 or more, the hardness of about 6 GPa or more is maintained, but it can be seen that the formation rate of the coating layer per hour is lowered. It is understood that the rate is reduced due to blasting with high-hardness zirconia and saturation occurs in the hardness of the coating layer due to internal defects in the coating layer.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치, 그 방법 및 이에 따른 코팅층을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out the vacuum microwave spray coating apparatus, method and coating layer according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following claims As claimed in, anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention will be said to have the technical spirit of the present invention to the extent that various changes can be made.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업][National research and development project supporting this invention]
[부처명]산업통상자원부[Name of Department] Ministry of Trade, Industry and Energy
[연구사업명]차세대 지능형 반도체 기술개발사업[Research project name] Next-generation intelligent semiconductor technology development project
[연구과제번호]20004294[Research project number]20004294
[연구과제 고유번호]1415172668[Research project unique number]1415172668
[연구과제명]저진공 플라즈마 Jet을 이용한 내플라즈마성이 향상된 차세대 세라믹코팅 기술개발[Research Project Title] Development of next-generation ceramic coating technology with improved plasma resistance using low-vacuum plasma jet
[연구관리전문기관]한국산업기술평가관리원[Research management institution] Korea Evaluation Institute of Industrial Technology
[기여율]100%[Contribution rate] 100%
[주관연구기관]아이원스(주)[Host Research Institution] IONES Co., Ltd.
[연구기간]2019. 04 01.~2021 12. 31[Research period] 2019. 04 01.~2021 12. 31

Claims (16)

  1. 이송 가스를 공급하는 이송 가스 공급부;a transfer gas supply unit supplying transfer gas;
    상기 이송 가스에 의해 분말을 에어로졸화하여 공급하는 분말 공급부;a powder supply unit for aerosolizing and supplying powder by means of the transfer gas;
    상기 분말에 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 공급하여 상기 분말이 반용융되도록 하는 마이크로 웨이브 공급부; 및a microwave supply unit supplying heat energy by microwave to the powder so that the powder is semi-melted; and
    상기 에어로졸화된 반용융 분말을 기재에 분사하여, 상기 기재에 코팅층이 형성되도록 하는 코팅 노즐을 포함하고,A coating nozzle spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate;
    상기 기재, 상기 마이크로 웨이브 공급부 및 상기 코팅 노즐이 진공 챔버의 내부에 수용되는, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.The vacuum microwave spray coating apparatus, wherein the substrate, the microwave supply unit, and the coating nozzle are accommodated in a vacuum chamber.
  2. 제 1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 마이크로 웨이브 공급부는The microwave supply unit
    전원 공급부;power supply;
    전원 공급부에 연결되어 마이크로 웨이브를 생성하는 마이크로 웨이브 생성부;A microwave generator connected to the power supply to generate microwaves;
    상기 마이크로 웨이브 생성부에 연결되어 마이크로 웨이브를 증폭하는 마이크로 웨이브 증폭부;a microwave amplifier connected to the microwave generator to amplify microwaves;
    상기 마이크로 웨이브 증폭부에 연결되어 마이크로 웨이브를 방사하는 안테나; 및an antenna connected to the microwave amplifier to radiate microwaves; and
    상기 안테나에 연결되어 마이크로 웨이브를 안내하는 도파관을 포함하고,A waveguide connected to the antenna and guiding the microwave;
    상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 관통 결합된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.A vacuum microwave spray coating apparatus in which the coating nozzle is penetrated through the waveguide.
  3. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 도파관의 길이 방향에 대하여 상기 코팅 노즐의 길이 방향이 직각을 이루도록 상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 결합된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.The coating nozzle is coupled to the waveguide so that the longitudinal direction of the coating nozzle forms a right angle with respect to the longitudinal direction of the waveguide, the vacuum microwave spray coating apparatus.
  4. 제 2 항에 잇어서,According to claim 2,
    상기 안테나 및 상기 도파관이 상기 진공 챔버의 내측에 구비된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.The antenna and the waveguide are provided inside the vacuum chamber, vacuum microwave spray coating apparatus.
  5. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 안테나는 상기 진공 챔버의 외측에 구비되고, 상기 도파관은 상기 진공 챔버의 내측에 구비되며, 상기 안테나와 상기 도파관은 RF 동축 케이블로 연결된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.The antenna is provided on the outside of the vacuum chamber, the waveguide is provided on the inside of the vacuum chamber, the antenna and the waveguide are connected by an RF coaxial cable, vacuum microwave spray coating apparatus.
  6. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 마이크로 웨이브 증폭부는 발진에 의한 마이크로 웨이브를 생성하는 마그네트론 또는 트랜지스터의 RF 증폭에 의한 반도체 트랜지스터인, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.The microwave amplification unit is a semiconductor transistor by RF amplification of a magnetron or transistor that generates microwaves by oscillation, vacuum microwave spray coating apparatus.
  7. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 도파관에서 반사되는 마이크로 웨이브의 파워를 센싱하는 마이크로 웨이브 파워 센서;a microwave power sensor for sensing the power of the microwave reflected from the waveguide;
    상기 분말의 유량을 센싱하는 유량 센서; 및a flow sensor for sensing the flow rate of the powder; and
    상기 마이크로 웨이브 파워 센서를 이용하여 반사가 가장 작게 되는 마이크로 웨이브의 주파수를 선택하고, 상기 유량 센서를 이용하여 분말이 반용융되도록하는 마이크로 웨이브의 파워를 선택하여, 상기 마이크로 웨이브 생성부의 주파수 및 상기 마이크로 웨이브 증폭부의 출력 파워를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 장치.Using the microwave power sensor, a microwave frequency at which reflection is the smallest is selected, and a microwave power at which the powder is semi-melted is selected using the flow sensor, and the frequency of the microwave generator and the microwave power are selected. Vacuum microwave spray coating apparatus further comprising a controller for controlling the output power of the wave amplifier.
  8. 이송 가스를 공급하는 이송 가스 공급 단계;a transfer gas supply step of supplying a transfer gas;
    상기 이송 가스에 의해 분말을 에어로졸화하여 공급하는 분말 공급 단계;a powder supply step of aerosolizing and supplying powder by the transport gas;
    상기 분말에 마이크로 웨이브에 의한 열 에너지를 공급하여 상기 분말이 반용융되도록 하는 마이크로 웨이브 공급 단계; 및a microwave supplying step of supplying heat energy by microwaves to the powder so that the powder is semi-melted; and
    상기 에어로졸화된 반용융 분말을 기재에 분사하여, 상기 기재에 코팅층이 형성되도록 하는 코팅 단계를 포함하고,A coating step of spraying the aerosolized semi-molten powder onto a substrate to form a coating layer on the substrate;
    기재, 마이크로 웨이브 공급부 및 코팅 노즐이 진공 챔버의 내부에 수용되는, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.A vacuum microwave spray coating method, wherein a substrate, a microwave supply and a coating nozzle are accommodated inside a vacuum chamber.
  9. 제 8 항에 있어서,According to claim 8,
    상기 마이크로 웨이브 공급부는The microwave supply unit
    전원 공급부;power supply;
    전원 공급부에 연결되어 마이크로 웨이브를 생성하는 마이크로 웨이브 생성부;A microwave generator connected to the power supply to generate microwaves;
    상기 마이크로 웨이브 생성부에 연결되어 마이크로 웨이브를 증폭하는 마이크로 웨이브 증폭부;a microwave amplifier connected to the microwave generator to amplify microwaves;
    상기 마이크로 웨이브 증폭부에 연결되어 마이크로 웨이브를 방사하는 안테나; 및an antenna connected to the microwave amplifier to radiate microwaves; and
    상기 안테나에 연결되어 마이크로 웨이브를 안내하는 도파관을 포함하고,A waveguide connected to the antenna and guiding the microwave;
    상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 관통 결합된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.The coating nozzle is coupled through the waveguide, vacuum microwave spray coating method.
  10. 제 9 항에 있어서,According to claim 9,
    상기 도파관의 길이 방향에 대하여 상기 코팅 노즐의 길이 방향이 직각을 이루도록 상기 도파관에 상기 코팅 노즐이 결합된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.The coating nozzle is coupled to the waveguide so that the longitudinal direction of the coating nozzle forms a right angle with respect to the longitudinal direction of the waveguide, vacuum microwave spray coating method.
  11. 제 9 항에 잇어서,According to claim 9,
    상기 안테나 및 상기 도파관이 상기 진공 챔버의 내측에 구비된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.The antenna and the waveguide are provided inside the vacuum chamber, the vacuum microwave spray coating method.
  12. 제 9 항에 있어서,According to claim 9,
    상기 안테나는 상기 진공 챔버의 외측에 구비되고, 상기 도파관은 상기 진공 챔버의 내측에 구비되며, 상기 안테나와 상기 도파관은 RF 동축 케이블로 연결된, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.The antenna is provided on the outside of the vacuum chamber, the waveguide is provided on the inside of the vacuum chamber, the antenna and the waveguide are connected by an RF coaxial cable, vacuum microwave spray coating method.
  13. 제 9 항에 있어서,According to claim 9,
    상기 마이크로 웨이브 증폭부는 발진에 의한 마이크로 웨이브를 생성하는 마그네트론 또는 트랜지스터의 RF 증폭에 의한 반도체 트랜지스터인, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.The microwave amplification unit is a semiconductor transistor by RF amplification of a magnetron or transistor that generates microwaves by oscillation, vacuum microwave spray coating method.
  14. 제 9 항에 있어서,According to claim 9,
    상기 도파관에서 반사되는 마이크로 웨이브의 파워를 센싱하는 마이크로 웨이브 파워 센서;a microwave power sensor for sensing the power of the microwave reflected from the waveguide;
    상기 분말의 유량을 센싱하는 유량 센서; 및a flow sensor for sensing the flow rate of the powder; and
    상기 마이크로 웨이브 파워 센서를 이용하여 반사가 가장 작게 되는 마이크로 웨이브의 주파수를 선택하고, 상기 유량 센서를 이용하여 분말이 반용융되도록하는 마이크로 웨이브의 파워를 선택하여, 상기 마이크로 웨이브 생성부의 주파수 및 상기 마이크로 웨이브 증폭부의 출력 파워를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는, 진공 마이크로 웨이브 스프레이 코팅 방법.Using the microwave power sensor, a microwave frequency at which reflection is the smallest is selected, and a microwave power at which the powder is semi-melted is selected using the flow sensor, and the frequency of the microwave generator and the microwave power are selected. Further comprising a controller for controlling the output power of the wave amplifying unit, vacuum microwave spray coating method.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항에 기재된 어느 한 방법으로 형성된 코팅층으로서,A coating layer formed by any one of claims 8 to 14,
    상기 분말은 입도 분포 D50이 3㎛ 내지 4㎛인 이트리아(Y2O3)와 입도 분포 D50이 2㎛ 내지 3㎛인 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 이트리아와 지르코니아의 wt%는 85대 15 내지 35대 65인, 코팅층.The powder includes yttria (Y2O3) having a particle size distribution D50 of 3 μm to 4 μm and zirconia (ZrO2) having a particle size distribution D50 of 2 μm to 3 μm, and the wt% of yttria and zirconia is 85 to 15 to 35 vs. 65, coating layer.
  16. 제 15 항에 있어서,According to claim 15,
    상기 코팅층의 두께는 100㎛ 내지 110㎛이고, 상기 코팅층의 경도는 5GPa 내지 7GPa인, 코팅층.The thickness of the coating layer is 100㎛ to 110㎛, the hardness of the coating layer is 5GPa to 7GPa, the coating layer.
PCT/KR2021/020142 2021-11-24 2021-12-29 Vacuum microwave spray coating device, method therefor and coating layer formed thereby WO2023096021A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0163546 2021-11-24
KR20210163546 2021-11-24
KR1020210190816A KR20230076700A (en) 2021-11-24 2021-12-29 Vacuum micro wave spray coating device, method thereof and coating layer thereto
KR10-2021-0190816 2021-12-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023096021A1 true WO2023096021A1 (en) 2023-06-01

Family

ID=86539852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/020142 WO2023096021A1 (en) 2021-11-24 2021-12-29 Vacuum microwave spray coating device, method therefor and coating layer formed thereby

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023096021A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006193784A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Fujitsu Ltd Apparatus for forming film by aerosol deposition
KR20080050356A (en) * 2005-09-30 2008-06-05 후지필름 가부시키가이샤 Method of manufacturing composite structure, impurity removal processing apparatus, film forming apparatus, composite structure and raw material powder
US20080241556A1 (en) * 1999-10-12 2008-10-02 Toto Ltd. Composite structure and method for forming the same
JP2009095685A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Tokyo Electron Ltd Powder production apparatus and method
KR20210086194A (en) * 2019-12-31 2021-07-08 아이원스 주식회사 Plazma Powder Deposition Apparatus and Deposition Method Using The Same
KR20220084691A (en) * 2020-12-14 2022-06-21 아이원스 주식회사 Vacuum micro wave spray coating device and method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080241556A1 (en) * 1999-10-12 2008-10-02 Toto Ltd. Composite structure and method for forming the same
JP2006193784A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Fujitsu Ltd Apparatus for forming film by aerosol deposition
KR20080050356A (en) * 2005-09-30 2008-06-05 후지필름 가부시키가이샤 Method of manufacturing composite structure, impurity removal processing apparatus, film forming apparatus, composite structure and raw material powder
JP2009095685A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Tokyo Electron Ltd Powder production apparatus and method
KR20210086194A (en) * 2019-12-31 2021-07-08 아이원스 주식회사 Plazma Powder Deposition Apparatus and Deposition Method Using The Same
KR20220084691A (en) * 2020-12-14 2022-06-21 아이원스 주식회사 Vacuum micro wave spray coating device and method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7097735B2 (en) Plasma processing device
JP4727057B2 (en) Plasma processing equipment
KR920002864B1 (en) Apparatus for treating matrial by using plasma
US20220254604A1 (en) Inductively coupled plasma treatment system
US10982331B2 (en) Method for forming ceramic coating having improved plasma resistance and ceramic coating formed thereby
US7786675B2 (en) Fast ferroelectric phase shift controller for accelerator cavities
JP4555992B2 (en) Aerosol deposition system
KR20220084691A (en) Vacuum micro wave spray coating device and method thereof
US5701228A (en) Stage system or device
WO2023096021A1 (en) Vacuum microwave spray coating device, method therefor and coating layer formed thereby
JP6995999B2 (en) Low particle capacitive coupling component for workpiece processing
WO2002080248A1 (en) Plasma processing device
JP2000290062A (en) MgO VAPOR-DEPOSITED MATERIAL AND ITS PRODUCTION
US20080180030A1 (en) Plasma processing apparatus
KR20230076700A (en) Vacuum micro wave spray coating device, method thereof and coating layer thereto
JP2005082849A (en) Plasma treatment device
US20070152610A1 (en) Fast ferroelectric phase shift controller for accelerator cavities
Michizono et al. High-power test of pill-box and TW-in-ceramic type S-band RF windows
JPS63270450A (en) Production of thick film oxide super conductor
WO2023210868A1 (en) Method for preparing silicon anode material for lithium-ion secondary battery
WO2023210869A1 (en) Method for preparing silicon anode material, for lithium-ion secondary battery, to which boron oxide is applied
KR20240106927A (en) Thermal spray coating method of fine powder and the thermal spray coating layer thereof
KR20240106926A (en) Thermal spray coating method of fine powder and the thermal spray coating layer thereof
KR20200026054A (en) Structure-forming apparatus with uniform thickness and method thereof
KR20240106928A (en) Thermal spray coating method of fine powder and the thermal spray coating layer thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21965804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1