KR100784992B1 - 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타겟 제조공정 및 그 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정립이 미세하고 균일하며 물성이 우수한 다성분계의 고속용 가공공구용 타겟을 제조할 수 있도록 한 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품에 관한 것이다.
이를 위해, 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하고, 미세 입자화한 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하며, 초음파를 이용하여 소결체 상면을 가공한 후 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 타겟을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 기계적 합금화 공정과 소결공정을 통해 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포할 수 있게 됨으로써, 물성이 우수한 합금 소결체를 제조하여 고속용 가공공구의 코팅 재료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
타겟, 기계적 합금화법, 스파크 플라즈마 소결법, 다성분 합금계.
Description
도 1은 본 발명에 따른 코팅용 타겟 제조방법을 순차적으로 나열한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 미세 입자화단계에서의 기계적 합금화 공정을 위한 볼밀의 구조를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정에 의해 만들어지는 다성분계 합금계에 대한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정을 거친 분말 내 합금 원소의 분포를 나타낸 사진,
도 5는 본 발명에 따른 기계적 합금화 공정을 거친 분말의 미세구조를 나타낸 사진,
도 6은 본 발명에 따른 소결체 형성단계에서의 스파크 플라즈마 소결공정을 위한 장치를 도시한 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 스파크 플라즈마 소결공정시 소결체의 수축 정도를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 타겟 제조단계의 과정을 순차적으로 도시한 흐름도.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
10 : 타겟 20 : 소결체
30 : 백플레이트 35 : 브레이징 시트
T : 가공툴 S1 : 미세 입자화단계
S2 : 소결체 형성단계 S3 : 타겟 제조단계
본 발명은 타겟 제조공정 및 그 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정립이 미세하고 균일하며 물성이 우수한 다성분계의 고속용 가공공구용 타겟을 제조할 수 있도록 한 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품에 관한 것이다.
일반적으로, 칩, 드릴, 엔드밀 등과 같은 절삭공구의 내마모성을 향상시키거나 마찰계수의 향상 등 여러 목적을 위해서는 다양한 코팅방법을 이용하여 절삭공구에 피막을 입힌다.
이와 같이 피막을 입히는 공정에는 스퍼터링, 아크 이온 플레이팅, 물리적 기상증착 등 다양한 공정이 있는데, 이 중 스퍼터링(sputtering)법은 에너지를 갖는 입자가 타겟(target)에 충돌하면 타겟으로부터 원자 또는 분자가 튀어 나와 기판 표면에 박막을 형성하는 것을 말한다.
이 원리는 타겟을 (-)극, 기판을 (+)극으로 하고 1~2Torr 정도의 Ar분위기에서 고전압을 걸어주면 (-)극 근처의 Ar가스는 이온화해서 Ar+로 되어 (-)극에 충돌 한다. 이 이온충격에 의해서 튀어나온 분자 또는 원자가 (+)극의 기판에 붙어서 박막이 형성되는 것이다.
아크 이온 플레이팅도 비슷한 원리에 의해 박막을 형성시키는 방법으로서, 플라즈마 영역이 아닌 아크영역에서 타겟 물질을 활성화 시키게 된다. 이처럼, 타겟 물질로부터 스퍼터링 또는 아크 이온 플레이팅되어 박막이 형성된 기판 물질의 표면은 금색 또는 은색 등과 같은 장식색을 띄게 되며, 높은 경도와 우수한 물성을 통해 내식성, 내마모성 등의 특성을 갖게 된다.
한편, 최근 들어 자동차, 조선, 전자를 비롯한 다양한 제조업에 있어서 절삭가공의 고속도화, 고능률화가 절실히 요구되고 있다. 이러한 요구의 핵심은 고속가공 기술에 있으며, 생산성 향상에 따라 기업의 경쟁력을 강화시켜 주고 있다.
이에 대응하기 위한 고속가공용 절삭공구로 내구성, 내식성이 우수한 고성능 코팅막을 도입하는 추세이다.
특히, 고속가공에 의한 한 예로, 고열(700∼ 800℃)이 발생하며, 빠른 이송속도가 특징이다. 고성능 코팅막의 특성은 고속가공시 발생하는 고열에서도 견딜 수 있어야 하고(우수한 내산화성), 고속가공에서 흔히 발생하는 정밀한 날끝의 칩핑 현상이 발생하지 않아야 하며(양호한 인성), 내마멸성이 향상된(우수한 경도) 코팅막 개발이 필수적이다.
이러한 고속 가공용 공구의 수명향상을 위한 최적 코팅층으로 최근에는 물성을 좋게 할 수 있는 Ti, Cr, Al, Si 등의 원소 성분을 복합화하는 다성분계 및 나노화 코팅층의 형성을 요구하고 있다.
그러나, 상기와 같이 공구에 다성분계의 코팅층을 형성하기 위해서는 코팅층에 포함되는 원소의 수에 해당하는 만큼의 개별적인 타겟이 필요한 문제가 있고, 또한 다양한 성분을 균일하게 분포시키기 위해서는 타겟의 위치 및 관련 공정의 변수 결정이 복잡해지기 때문에 관련 공정의 최적화는 현실적으로 불가능하여 적용하기 어려운 폐단이 있었다.
한편, 상기한 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로는 다양한 합금원소를 하나의 타겟에 포함시켜 제조하여 코팅층을 제조하는 방법도 있다. 이를 위해서는 복합성분계의 타겟, 즉 Ti, Al, Cr, Si, W 등이 혼재하는 합금계를 만들어야 하나, 합금화의 어려움, 가공의 어려움 등이 내재되어 제조가 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기계적 합금화 공정과 소결공정을 통해 결정립이 미세하고 균일하며 물성이 우수한 다성분계의 타겟을 제조할 수 있도록 한 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅용 타겟 제조방법은, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟 제조방법에 있어서, 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키 는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하는 단계와; 상기 미세 입자화단계를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하는 단계와; 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟에 있어서, 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하고, 상기 미세 입자화한 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하며, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 코팅용 타겟 제조방법 및 그 제품에 대한 것으로, 먼저 코팅용 타겟 제조방법은 도 1과 같이 미세 입자화단계(S1)와, 소결체 형성단계(S2)와, 타겟 제조단계(S3)로 구성된다.
설명하면, 미세 입자화단계(S1)에서는 원료 분말과 소정 크기의 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하게 된다.
여기서, 상기한 기계적 합금화 공정(기계적 합금화법:Mechanical Alloying, MA)에 대해 간단하게 설명하면, 분말 상태의 시편을 볼과 함께 일정크기의 용기에 넣고 기계적인 힘으로 합금화를 일으키는 방법으로, 고상에서 모든 반응이 이루어지게 됨으로써, 합금화가 거의 힘든 조성 사이에도 합금화가 가능하며 고용도가 거의 없는 산화물 및 탄화물의 분산에도 최적의 공정이다.
또한, 내부에 충분한 에너지에 의해 결정립의 미세화가 가능하여 마이크로미터 크기의 결정립 뿐만 아니라, 나노미터 미만의 결정립 크기(grain size)를 갖는 분말 역시 생산할 수 있다.
상기와 같은 기계적 합금화 공정을 통한 미세 입자화단계(S1)를 도 2를 통해 보다 상세하게 설명하면, 원료 분말과 볼을 중량 대비 1:5~1:500의 비율로 볼밀에 혼합한 후, 상기 볼밀을 가스 분위기 또는 진공분위기로 유지시켜 50~1000rpm의 속도로 10~100시간 회전 구동시킴으로써, 기계적 합금화를 이루게 된다.
이때, 상기한 가스 분위기로는 공기, 질소, 탄소, 수소, 아르곤, 산소, 혼합가스 등 그 작업 여건에 따라 선택적으로 채용 가능하다.
그리고, 상기 볼의 크기는 1/16inch ~ 8/16inch 의 것을 사용하게 되는데, 그 이유는 볼의 크기가 1/16inch 미만인 경우, 볼밀 내부에 충분한 에너지를 공급하지 못하여 원료 분말 내부의 결정립 미세화 효과가 감소되고, 볼의 크기가 8/16inch 를 초과하는 경우, 중량 대비 볼의 양이 적고, 볼의 크기가 큰 영향에 의해 입자 크기 감소에 좋지 않은 영향을 미치게 되기 때문이다. 즉, 적절한 기계적 합금화를 위해서는 볼의 크기 제한이 필수적인 것이다.
도 3은 상기한 기계적 합금화 공정에 의해 제조될 수 있는 다성분계의 합금계 일례를 개략적으로 나타낸 그래프로, 상기한 기계적 합금화 공정을 통한 공정 변수 확립을 통해 다성분계의 합금계를 조성할 수 있고, 그에 따라 다양한 원소를 포함하는 타겟(10)을 제조할 수 있게 된다.
상기한 도 3의 그래프 이 외에도, Ti-N으로부터 Ti-Al-N 성분계, Ti-Si-N 성분계, Ti-Al-Si-N 성분계, Cr-Al-Si-N 성분계 등의 합금계를 제조할 수 있고, 특히 Si 원소의 첨가를 통해 내마모성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 볼밀의 분위기 조절을 통해 질화물이 아닌 탄화물(Ti-Al-C, Ti-Al-Si-C 등) 및 탄질화물(Ti-Al-C-N, Ti-Al-Si-S-N) 등의 합금계 제조가 가능하다.
계속해서, 소결체 형성단계(S2)에서는 미세 입자화단계(S1)를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체(20)를 형성하게 된다.
이때, 상기 소결공정으로는 압력을 등방으로 만들어주는 열간 등방 압축법(Hot Isostatic Pressing)이나, 스파크 플라즈마 소결공정(Spark Plasma Sintering)을 이용하게 된다.
이 중, 스파크 플라즈마 소결공정(스파크 플라즈마 소결법:Spark Plasma Sintering, SPS)에 대해 간단하게 설명하면, 일정 압력하에 놓여있는 분말에 전류를 가하여 분말 입자 사이에 플라즈마를 발생시킴으로써, 표면을 활성화시켜 낮은 온도에서 분말을 빠르게 소결하는 방법이다.
이러한, 상기 스파크 플라즈마 소결공정은 플라즈마 발생에 따른 강력한 분말 표면 활성화에 의해 소결이 어려운 고온재료나 산화물의 소결이 용이하고, 또한 낮은 온도에서 빠른 소결이 가능하기 때문에, 나노 구조 물질이나 비정질 물질 등의 구조를 유지한체 소결하게 된다.
상기와 같은 스파크 플라즈마 소결공정을 통한 소결체 형성단계(S2)를 도 6을 통해 보다 상세하게 설명하면, 제조하고자 하는 소결체(20)의 크기에 따라 입자화한 원료 분말을 지그 사이에 투입한 후, 소결 압력을 가하는 동시에 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하여 상기 원료 분말 사이에 플라즈마를 발생시키고 표면을 활성화시켜 소결체(20)를 제조하게 된다.
다음으로, 타겟 제조단계(S3)에서는 초음파를 이용하여 상기 소결체(20) 상면을 가공한 후, 소결체(20) 하면에 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조하게 된다.
도 8을 통해 상세하게 설명하면, 가공툴(T)에 최대 20000번까지 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 일부를 우선적으로 가공 형성한 후, 상기 가공툴(T)을 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 이송시켜 소결체(20) 상면을 원하는 형상으로 가공 형성한다. 본 발명에서는 상면 중앙을 함몰 형성된 형상으로 형성하고 있으나, 소결체(20) 상면 형상이 상기와 같은 함몰 형상에 국한되는 것은 아니다.
그리고, 상기 소결체(20) 하면과 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열하여 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합함으로써, 타겟(10)의 제조를 완료하게 된다.
한편, 상기한 코팅용 타겟 제조방법을 통해 제조되는 타겟(10)은, 상기한 기계적 합금화 공정과 스파크 플라즈마 소결공정을 순차적으로 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키고, 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태로 소결체(20)를 제조하게 된다.
이때, 상기한 기계적 합금화 공정 이 후의 원료 분말 내부의 결정립 크기는 미세 아크 제어 및 복합 성분의 균일한 분포를 유도하기 위하여 1㎛ 미만으로 형성하고, 원료 분말의 크기는 소결 특성을 향상시키기 위하여 1~20㎛ 사이로 조절하여 형성한다.
또한, 소결공정 이 후의 원료 분말 내부의 결정립 크기와 원료 분말의 크기 역시 상기한 기계적 합금화 공정 이 후와 동일하게 각각 1㎛ 미만과 1~20㎛ 사이로 형성한다.
그리고, 상기와 같이 기계적 합금화 공정 이 후에 조성되는 합금계는, (Tia, Crb, Wc)-(Ald, Sie)-(C, N, O)로 표기될 수 있다. 이때, 0.7 ≤a + b + c ≤1 이고, 0 ≤d + e ≤0.3 이며, a, b, c, d, e는 Ti, Cr, W, Al, Si의 원자비를 각각 나타내는 것이다.
계속해서, 상기와 같은 공정을 통해 형성된 소결체(20)는 그 상면에 초음파를 이용하여 원하는 형태로 가공 형성하고, 소결체(20) 하면에 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조한다.
여기서, 상기 소결체(20)와 백플레이트(30) 사이에는 브레이징 시트(35)를 삽입하여 가열함으로써, 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접착한다. 이때, 상기 백플레이트(30)는 소결체(20)와 다른 재질로써, 열전달 계수가 우수한 알루미늄이나 구리 등의 재질로 제조하는 것이 적절하나, 상기한 알루미늄이나 구리 이 외에도 열전달력이 좋은 또 다른 재질이 사용될 수도 있음은 본 발명을 실시함에 있어서 자명한 사항에 해당된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 코팅용 타겟 제조방법을 통해 타겟(10)을 제조하기 위해서는, 먼저 도 2와 같은 볼밀 내부에 원료 분말과 볼을 1:5~1:500의 비율로 혼합한 후, 50~1000rpm의 속도로 20시간 이상 회전 구동시킨다.
도 4는 원료 분말 내부에 Ti, Al, Si 합금 원소가 포함된 경우의 실험예로써, 상기와 같은 회전 구동을 통한 기계적 합금화 공정 이 후의 합금 원소 분포를 나타낸 SEM사진이다. 이를 살펴보면, 5시간 밀링공정까지 균일하지 않던 Ti, Al, Si 합금 원소들이 20시간 이 후에는 분말 내부에 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 20시간 이후 제조된 분말 내부의 결정립 구조는 도 5에 도시한 바와 같이 1㎛ 미만(5~20㎚)의 크기를 갖게 되어 미세 아크 제어 및 복합 성분의 균일한 분포를 유도할 수 있고, 원료 분말의 크기는 10㎛ 사이의 일정한 구형의 형태로 형성되어 소결 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 상기한 기계적 합금화 공정을 통해 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포할 수 있고, 분말 내부의 결정립 크기를 1㎛ 미만의 크기로 미세 입자화할 수 있으며, 분말 자체의 크기도 일정하게 확보할 수 있는 것이다.
이처럼, 미세 구조의 분말을 제조한 후, 이 분말을 성형하는 공정은 일반적으로 합금의 녹는점의 2/3가 되는 온도에서 행해지게 된다.
그러나, 상기와 같은 방법을 통해 성형을 하게 되면, 다성분 합금계의 성형 온도는 1000℃ 이상 올라가게 되고, 이와 같이 높은 온도와 일정 압력하에서 소결이 행해질 경우, 준안정 상태인 미세 구조는 결정립 성장에 의해 사라지게 된다. 또한, 수평방향으로 큰 성형체를 열간 압축법(Hot Pressing)과 같이 일방향 압력하에서 소결시킬 경우, 압력의 불균일한 분포에 의해 시편 내의 균일한 밀도를 얻는 것이 어렵게 된다.
따라서, 압력을 등방으로 만들어주는 열간 등방 압축법(Hot Isostatic Pressing)이 많이 사용되며, 더 나아가 소결시간을 최소화하거나 소결 온도를 낮출 수 있는 대표적인 소결법인 스파크 플라즈마 소결공정을 이용하여 분말을 소결 성형하는 것이다.
이처럼 분말을 소결하기 위해서는 도 6과 같이 지그 사이에 원하는 크기의 소결체(20)에 필요한 최적 분말량을 넣고 압력을 가한 체, 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하게 된다. 따라서, 분말 사이에 플라즈마가 발생되어 표면을 활성화시킴으로써, 짧은 시간 내에 분말의 소결을 수행할 수 있는 것이다.
이때, 상기와 같이 소결 성형되는 소결체(20)는 플라즈마를 발생시켜 온도를 올리면서 소결시키는 동안 소결체(20)의 수축 정도를 관찰하고 더 이상의 수축이 관찰되지 않는 지점을 최적 소결지점으로 결정하게 된다.
그 이유는 소결 수축이 더 이상 발생하지 않게 된 후에, 계속하여 플라즈마를 발생시키게 되면 과도한 열 발생에 의한 합금 분말이 액상화되어 조직의 불균도가 높아지게 되기 때문이다. 따라서, 소결체(20)의 수축이 더 이상 관찰되지 않을 때에 도 7의 그래프와 같이 99% 이상의 최적 소결 밀도를 갖는 소결체(20)를 얻을 수 있는 것이다.
이처럼, 소결체(20)를 생산한 이 후에는 상기 소결체(20)를 가공하고, 백플레이트(30)를 접착하여 타겟(10)을 제조하게 된다.
도 8을 통하여 보다 상세하게 설명하면, 먼저 가공툴(T)에 최대 20000번까지 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 중 일부분을 가공한다. 이 후, 가공하고자 하는 소결체(20) 상면 면적을 따라 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 가공툴(T)을 이송시켜 소결체(20) 상면을 전체적으로 가공함으로써, 소결체(20) 상면 부분을 원하는 형상으로 제조할 수 있게 된다.
이때, 상기 소결체(20)의 가공은 초음파를 통해 이루어지게 됨으로써, 마찰 열의 발생 없이 단시간 내에 쉽게 가공할 수 있게 된다.
이처럼, 가공을 한 이 후에는 상기 소결체(20) 하부에 구리 또는 알루미늄으로 제조된 백플레이트(30)를 접합하게 되는데, 이때 상기 소결체(20)와 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열함으로써, 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합시키게 되고, 이에 따라 최종적으로 타겟(10)의 제조를 완료할 수 있는 것이다.
여기서, 상기와 같이 타겟 제조과정에서 백플레이트(30)를 사용하는 이유는 타겟 자체가 매우 단단하고 고가이기 때문에 다른 소재 없이 소결체(20)만으로 타겟을 제조하고 가공하는 것은 매우 비효율적이기 때문이다. 즉, 알루미늄이나 구리 등의 재질로 백플레이트(30)를 제작하여 타겟 제조에 사용함으로써, 열효율성에서도 우수할 뿐만 아니라 열적으로 안정된 타겟을 확보할 수 있고, 또한 가공 및 가격면에서도 높은 경쟁력을 확보할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 기계적 합금화공정과 소결공정을 통해 원료 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화할 수 있고 분말을 균일한 크기로 확보할 수 있으며, 특히 원료 분말 내부에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포할 수 있게 된다. 따라서, 물성이 우수한 합금 소결체를 제조하여 고속용 가공공구의 차세대 코팅 재료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 다성분계 코팅을 위해 여러 개의 타겟을 따로 설치하여 코팅하는 방식이 아니라, 기계적 합금화 공정을 거친 합금 내에 다양한 합금 원소를 균일하게 분포시켜 한 개의 타겟으로 나노 복합 구조를 형성함으로써, 제조에 필요한 일련의 공정을 간소화 및 단순화시킬 수 있는 효과도 있다.
게다가, 소결체에 열전도율이 우수한 재질의 백플레이트를 접합하여 타겟을 제조함으로써, 열효율성에서 우수할 뿐만 아니라 열적으로 안정된 타겟을 확보할 수 있고, 또한 가공 및 가격면에서도 높은 경쟁력을 확보할 수 있는 효과도 있는 것이다.
Claims (13)
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- 원료 분말과 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하는 단계와, 상기 미세 입자화단계를 거친 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하는 단계와, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하여 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 이용되는 타겟을 제조하는 방법에 있어서,상기 볼의 크기는 1/16inch ~ 8/16inch 의 것을 사용함을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.
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- 제 4항에 있어서, 상기 소결체 형성단계에서의 소결공정은 스파크 플라즈마 소결공정(Spark Plasma Sintering)을 이용하되, 상기 스파크 플라즈마 소결공정은 제조하고자 하는 소결체(20)의 크기에 따라 입자화한 원료 분말을 지그 사이에 투입한 후, 소결 압력을 가하는 동시에 높은 전류 밀도의 DC펄스 전류를 가하여 상기 원료 분말 사이에 플라즈마를 발생시키고 표면을 활성화시켜 소결하는 것을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.
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- 제 4항에 있어서, 상기 타겟 제조단계는 가공툴(T)에 초음파 진동을 발생시켜 소결체(20) 상면 일부를 우선적으로 가공 형성한 후, 상기 가공툴(T)을 상, 하, 좌, 우, 원운동으로 이송시켜 소결체(20) 상면을 원하는 형상으로 가공하고, 상기 소결체(20) 하면과 백플레이트(30) 사이에 브레이징 시트(35)를 삽입한 후 가열하여 소결체(20)와 백플레이트(30)를 접합하는 것을 특징으로 하는 코팅용 타겟 제조방법.
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- 원료 분말과 볼을 일정 비율의 장입비로 혼합한 후 기계적 합금화 공정을 수행하여 원료 분말 내부에 Ti, Cr, W 중 어느 하나의 원소와 Al, Si, C, N, O 중 적어도 어느 하나 이상의 원소를 포함하여 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화하고, 상기 미세 입자화한 원료 분말을 투입한 후, 소결공정을 수행하여 원료 분말 내부에 포함된 모든 원소를 일정하게 분포시키는 동시에 분말 내부의 결정립을 나노 크기로 미세 입자화한 상태의 소결체를 형성하며, 초음파를 이용하여 상기 소결체 상면을 가공한 후, 소결체 하면에 백플레이트를 접착하여 제조하여, 고속가공공구의 수명 향상을 위한 스퍼터링 또는 아크 타겟용으로 사용하는 타겟에 있어서,상기 기계적 합금화 공정 이 후의 합금계는,(Tia, Crb, Wc)-(Ald, Sie)-(C, N, O)로 이루어지고,0.7 ≤a + b + c ≤1 이며, 0 ≤d + e ≤0.3 임을 특징으로 하는 코팅용 타겟.여기서, a, b, c, d, e는 Ti, Cr, W, Al, Si의 원자비를 각각 나타내는 것임.
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