KR20120024336A - Low temperature silicon carbide coating - Google Patents
Low temperature silicon carbide coating Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120024336A KR20120024336A KR1020100087210A KR20100087210A KR20120024336A KR 20120024336 A KR20120024336 A KR 20120024336A KR 1020100087210 A KR1020100087210 A KR 1020100087210A KR 20100087210 A KR20100087210 A KR 20100087210A KR 20120024336 A KR20120024336 A KR 20120024336A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coating
- silicon carbide
- temperature
- coating layer
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 148
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 139
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007705 chemical test Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018540 Si C Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C20/00—Chemical coating by decomposition of either solid compounds or suspensions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating
- C23C20/06—Coating with inorganic material, other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
- C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
저온 실리콘카바이드 코팅층 형성 방법을 제안한다. 코팅 대상물 표면에 실리콘카바이드 전구체 코팅 용액을 상온 보다 높은 온도에서 코팅하고, 건조 후 250 ~ 650℃의 범위에서 열처리하여 코팅 대상물 표면에 비정질 실리콘카바이드 코팅층을 형성한다. 버퍼층 없이 저온에서 코팅된 실리콘카바이드층은 다양한 코팅 대상물의 내구성, 내화학성, 내열성을 증진시킨다.A low temperature silicon carbide coating layer formation method is proposed. The surface of the coating object is coated with a silicon carbide precursor coating solution at a temperature higher than room temperature, and dried to heat treatment in the range of 250 ~ 650 ℃ to form an amorphous silicon carbide coating layer on the surface of the coating. Silicon carbide layers coated at low temperatures without a buffer layer enhance the durability, chemical resistance, and heat resistance of various coating objects.
Description
본 발명은 실리콘카바이드 코팅층 형성 방법에 관한 것으로, 상세하게는 저온 공정을 통해 버퍼층 없이 코팅 대상물에 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 방법을 제안한다.The present invention relates to a method of forming a silicon carbide coating layer, and in particular, a method of forming a silicon carbide coating layer on a coating target without a buffer layer through a low temperature process.
실리콘카바이드(SiC)는 내화학성, 내산화성, 내열성, 내마모성이 우수한 세라믹 재료이다. 실리콘카바이드의 우수한 물성을 이용하여 금속이나 세라믹 등의 소재에 코팅하여 내화학성, 내산화성, 내열성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다. Silicon carbide (SiC) is a ceramic material excellent in chemical resistance, oxidation resistance, heat resistance, and wear resistance. By coating the material such as metal or ceramic using the excellent physical properties of silicon carbide can improve the chemical resistance, oxidation resistance, heat resistance and wear resistance.
실리콘카바이드는 천연석으로도 존재하지만, 규사와 탄소를 화학반응에 의하여 합성하여 제조할 수도 있으며, 코팅이나 화학기상증착(CVD)법으로 소재 표면에 실리콘카바이드 강화층을 형성할 수 있다. Silicon carbide is also present as a natural stone, but can also be produced by synthesizing silica and carbon by chemical reaction, it is possible to form a silicon carbide reinforcement layer on the surface of the material by coating or chemical vapor deposition (CVD) method.
일반적으로, 실리콘카바이드 강화층은 기상증착 등과 같은 화학적 반응에 의해 형성한다. Si를 포함하는 기체 상태의 화합물과 C를 포함하는 기체 상태의 화합물을 반응시켜 모재 위에 고체 상태의 실리콘카바이드층을 입히는 것이다. 기상증착의 장점은 조성을 쉽게 조절할 수 있고, 증착된 재료의 세부 구조의 조절 또한 용이하다는 것이다. In general, the silicon carbide reinforcement layer is formed by a chemical reaction such as vapor deposition. The gaseous state compound containing Si and the gaseous state compound containing C are reacted to coat a solid silicon carbide layer on the base material. The advantages of vapor deposition are that the composition can be easily controlled and the detailed structure of the deposited material is also easy.
그러나 기상증착에 의해 제조된 실리콘카바이드 강화층은 모재와 계면에서의 급격한 화학 조성의 변화를 나타내므로 잔류응력이 충분히 완화되지 못하는 경향이 나타나며, 재료간의 열팽창 계수 차이 등으로 인하여 박리되거나 크랙이 발생하기 쉽다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 강화층과 모재 사이에 미리 버퍼층을 형성하거나 경사 조성의 계면 코팅을 통해 잔류 응력을 완화시켜야 하는 문제가 있다. However, the silicon carbide reinforcement layer produced by vapor deposition shows a rapid change in chemical composition at the interface with the base material, so residual stress tends not to be sufficiently relaxed, and peeling or cracking occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between materials. easy. In order to solve this drawback, there is a problem in that the residual stress must be relieved through the formation of a buffer layer in advance between the reinforcing layer and the base material or through the interfacial coating of the gradient composition.
또한, 기상증착층은 모재와의 화학적 반응을 통하여 고온에서 실리콘카바이드 강화층을 형성하기 때문에 강화층을 형성할 수 있는 모재는 제한적이다. 즉, 1000℃ 이상의 공정온도를 사용하는 화학기상증착법으로 금속의 표면에 실리콘카바이드를 증착하는 과정에서 용융점이 낮은 금속은 그 금속이 용융되는 등의 문제가 발생할 수 있다.In addition, since the vapor deposition layer forms a silicon carbide reinforcement layer at a high temperature through chemical reaction with the base material, the base material capable of forming the reinforcement layer is limited. That is, a metal having a low melting point in the process of depositing silicon carbide on the surface of the metal by chemical vapor deposition using a process temperature of 1000 ° C. or more may cause problems such as melting of the metal.
한편, 폴리머 전구체를 이용한 실리콘카바이드 코팅이 제안된 바 있다. 예를 들어, Si-C 함유 고분자를 용액 상태에서 모재 표면에 코팅하여 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 것이다. 그러나, 이 경우에는 코팅층의 두께가 매우 작아 반복적인 코팅 공정이 수행되어야 할 뿐만 아니라, 코팅 후 열처리 과정에서 1000℃ 정도의 고온의 온도를 유지하여야 하므로 코팅 대상 모재의 종류가 제한적일 수밖에 없으며, 건조 및 열처리 과정, 코팅 용액의 농도 등의 조건에 따라 불순물이 포함되어 화학양론적인 실리콘카바이드층을 얻을 수 없거나 형성된 코팅층의 물성이 불량하여 강화층으로서 기능을 수행하지 못하는 단점이 있다. On the other hand, silicon carbide coating using a polymer precursor has been proposed. For example, the Si-C-containing polymer is coated on the surface of the base material in a solution state to form a silicon carbide coating layer. However, in this case, the thickness of the coating layer is very small, so that the repeated coating process must be performed, and the type of the base material to be coated must be limited because it must maintain a high temperature of about 1000 ° C. in the heat treatment process after coating. Depending on the conditions such as the heat treatment process, the concentration of the coating solution, impurity is contained, it is not possible to obtain a stoichiometric silicon carbide layer or poor physical properties of the formed coating layer to perform a function as a reinforcing layer.
특히, 코팅 대상 금속을 1000 ~ 1500℃인 고온에서 열처리를 하게 되면 금속의 변형으로 인하여 제품 자체를 사용할 수 없게 될 수 있고, 고온 열처리 과정에서 코팅 대상물과 코팅층 사이의 열팽창계수 차이에 따른 크랙이나 박리가 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 코팅 대상물에 버퍼층을 부가한 후 코팅층을 형성하는 경우가 있으나, 공정이 복잡해지고 제조 단가가 상승하여 산업적으로 적용하기 어렵다.In particular, the heat treatment of the metal to be coated at a high temperature of 1000 ~ 1500 ℃ may not be able to use the product itself due to the deformation of the metal, cracks or peeling due to the difference in thermal expansion coefficient between the coating object and the coating layer during the high temperature heat treatment process There is a problem that occurs. In order to solve this problem, there is a case in which a coating layer is formed after adding a buffer layer to a coating object, but it is difficult to apply industrially due to complicated process and increased manufacturing cost.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 코팅 대상물에 저온으로 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made under the foregoing technical background, and an object of the present invention is to provide a method for forming a silicon carbide coating layer at a low temperature on various coating objects.
본 발명의 다른 목적은 버퍼층이나 경사 조성층이 부가되지 않는 실리콘카바이드 코팅층을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a silicon carbide coating layer to which no buffer layer or gradient composition layer is added.
기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.Other objects and technical features of the present invention will be presented in more detail in the following detailed description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 코팅 대상물을 준비하고, 코팅 용액으로서 분말 또는 액상의 실리콘카바이드 전구체 물질과 용매를 준비하여 상온 보다 높은 제1온도를 유지하면서 혼합하고, 코팅 대상물에 코팅 용액을 상기 제1온도를 유지하면서 코팅하고, 상기 코팅 대상물을 상기 제1온도 보다 높은 제2온도에서 건조하고, 상기 코팅 대상물을 상기 제2온도 보다 높은 250 ~ 650℃의 범위의 제3온도에서 열처리하여 코팅 대상물 표면에 비정질 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 저온 실리콘카바이드 코팅층 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is to prepare a coating object, to prepare a powder or liquid silicon carbide precursor material and a solvent as a coating solution and to mix while maintaining a first temperature higher than the room temperature, the coating solution to the coating object Coating while maintaining the first temperature, drying the coating object at a second temperature higher than the first temperature, and heat treating the coating object at a third temperature in the range of 250 to 650 ° C. higher than the second temperature. It provides a low temperature silicon carbide coating layer forming method comprising the step of forming an amorphous silicon carbide coating layer on the surface of the coating object.
상기 코팅 용액을 코팅 대상물 표면에 반복적으로 코팅하여 5 ~ 200㎛ 두께의 코팅층을 형성할 수 있으며, 실리콘카바이드 분말 또는 실리카 분말을 코팅 용액에 혼합하여 코팅층의 두께를 증가시킬 수 있다. The coating solution may be repeatedly coated on the surface of the coating object to form a coating layer having a thickness of 5 to 200 μm, and the thickness of the coating layer may be increased by mixing silicon carbide powder or silica powder with the coating solution.
상기 코팅 용액을 준비하는 단계 및 코팅 단계에서 제1온도는 50 ~ 100℃로 유지하는 것이 바람직하며, 상기 코팅 대상물의 건조 단계에서 제2온도는 150 ~ 250℃의 범위인 것이 바람직하다. In the preparing of the coating solution and in the coating step, the first temperature is preferably maintained at 50 to 100 ° C., and the second temperature is preferably in the range of 150 to 250 ° C. in the drying step of the coating object.
본 발명에 따르면, 융점이 낮은 금속이나, 세라믹 등 다양한 코팅 대상 소재 표면에 실리콘카바이드 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 반복 코팅에 의하여 실리콘카바이드 층의 두께를 용이하게 조절할 수 있다. 뿐만 아니라, 코팅 대상물과 코팅층 사이에 버퍼층이나 경사 조성층이 필요 없어 공정이 단순해지며 제조 원가를 절감할 수 있다. According to the present invention, a silicon carbide coating layer may be formed on the surface of various coating target materials such as metals having low melting points or ceramics. In addition, the thickness of the silicon carbide layer can be easily adjusted by repeat coating. In addition, there is no need for a buffer layer or a gradient composition layer between the coating object and the coating layer to simplify the process and reduce manufacturing costs.
도 1은 본 발명의 실리콘카바이드 코팅층 형성 방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따라 알루미늄 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 3은 실시예1에 따른 실리콘카바이드 코팅층에 대한 내압 테스트 결과를 보인 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따라 알루미늄 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 5는 실시예2에 따른 실리콘카바이드 코팅층에 대한 내화학 테스트 결과를 보인 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예3에 따라 SUS 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 7은 실시예3에 따른 실리콘카바이드 코팅층에 대한 내화학 테스트 결과를 보인 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예4에 따라 SUS 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 9는 실시예4에 따른 실리콘카바이드 코팅층에 대한 고온 산화 테스트 결과를 보인 그래프.
도 10은 본 발명에 따라 저온에서 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 11은 도 10의 실리콘카바이드 코팅층 표면을 확대한 사진.
도 12는 비교를 위하여 고온에서 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 보인 사진.
도 13은 도 12의 실리콘카바이드 코팅층 표면을 확대한 사진. 1 is a process chart showing a method for forming a silicon carbide coating layer of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed on the aluminum surface according to Example 1 of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the pressure resistance test results for the silicon carbide coating layer according to Example 1.
Figure 4 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed on the aluminum surface according to Example 2 of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the chemical test results for the silicon carbide coating layer according to Example 2.
Figure 6 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed on the surface of SUS according to Example 3 of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the chemical test results for the silicon carbide coating layer according to Example 3.
Figure 8 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed on the surface of SUS according to Example 4 of the present invention.
9 is a graph showing the results of the high temperature oxidation test on the silicon carbide coating layer according to Example 4.
Figure 10 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed at a low temperature in accordance with the present invention.
FIG. 11 is an enlarged photo of the silicon carbide coating layer surface of FIG. 10; FIG.
12 is a photograph showing a silicon carbide coating layer formed at a high temperature for comparison.
FIG. 13 is an enlarged photo of the silicon carbide coating layer surface of FIG. 12; FIG.
본 발명은 기존의 고온 코팅 공정과 달리 저온에서 실리콘카바이드 코팅층을 형성하여 다양한 코팅 대상물에 기능성 강화층을 형성할 수 있고, 코팅층 형성 과정에서 코팅층이 박리되거나 손상되는 것을 방지하여 우수한 품질의 실리콘카바이드 코팅층이 형성된 제품들을 제공한다.The present invention can form a functional carbide layer on a variety of coating objects by forming a silicon carbide coating layer at a low temperature, unlike the existing high temperature coating process, and prevents the coating layer from peeling or damage during the coating layer formation process of excellent quality silicon carbide coating layer To provide the formed products.
금속 표면에 코팅되는 실리콘카바이드는 1000 ~ 1500℃의 고온에서 열처리 과정을 거치기 때문에 융점이 낮은 금속은 코팅층을 형성할 수 없었다. 또한, 고온에서 열처리하는 과정에서 코팅 대상물인 금속이 열팽창으로 특성이 변형되는 경우가 있었다. 즉, 코팅 대상물의 열변형으로 형태가 바뀌거나 치수가 변하여 해당 제품으로 사용할 수 없었다. 이러한 이유로 정밀한 부품은 코팅층 형성 자체가 불가능하였고, 코팅이 가능한 물질이라고 하더라도 코팅층과 코팅 대상물 간의 열팽창계수 차이로 코팅 계면에서 크랙이나 박리가 발생하였다. 이러한 문제는 반도체 장비의 회전제 부품의 경우에 더욱 심각하였다. Silicon carbide coated on the metal surface is subjected to a heat treatment at a high temperature of 1000 ~ 1500 ℃ because the low melting point metal could not form a coating layer. In addition, in the process of heat treatment at high temperature, the metal, which is the coating object, may be deformed due to thermal expansion. That is, due to the thermal deformation of the coating object was changed in shape or changed in dimensions it could not be used as the product. For this reason, the precise part was impossible to form the coating layer itself, and even if the coating material was a crack or peeling occurred at the coating interface due to the difference in thermal expansion coefficient between the coating layer and the coating object. This problem was even worse in the case of rotary components in semiconductor equipment.
반면, 본 발명은 금속 등의 코팅 대상물 표면에 저온에서 실리콘카바이드 코팅층을 형성할 수 있는 공정을 개발함으로써 코팅 과정에서 금속의 변형을 방지하고, 코팅층의 품질을 향상시켜 코팅 대상물의 범위를 넓힐 뿐만 아니라 그 사용 용도를 다양화시킨다. On the other hand, the present invention by developing a process for forming a silicon carbide coating layer at a low temperature on the surface of the coating object such as metal to prevent deformation of the metal during the coating process, improve the quality of the coating layer, as well as widen the range of the coating object Diversify its use.
본 발명에 따른 저온 실리콘카바이드 코팅층 형성 공정을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.A low temperature silicon carbide coating layer forming process according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
먼저, 실리콘카바이드 코팅이 이루어지는 코팅 대상물을 준비한다(단계 S 10). 코팅 대상물은 적용 제품에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 디스크 형태, 육면체, 기타 다양한 기하학적인 형태를 가질 수 있고, 발포금속(metal foam)과 같은 다공성 구조물도 코팅 대상물에 포함될 수 있다. 코팅 대상물은 단일 물질로 구성될 수도 있지만, 표면에 별도의 코팅층이 형성될 수도 있으며, 복합 재질의 구조물도 가능하다. First, to prepare a coating object is made of silicon carbide coating (step S 10). The coating object may have various shapes depending on the application product, and may have a disk shape, a hexahedron, various other geometric shapes, and a porous structure such as a metal foam may also be included in the coating object. The coating object may be composed of a single material, but a separate coating layer may be formed on the surface thereof, and a structure of a composite material may be used.
코팅 대상물은 필요에 따라 표면 처리를 위한 전처리 과정을 거칠 수 있다. 예를 들어 표면의 오염물을 제거하기 위하여 세정 단계를 거치거나, 표면에서 코팅층의 접착이 용이하도록 용액으로 표면 처리를 할 수 있다. The coating object may be subjected to a pretreatment process for surface treatment, if necessary. For example, a cleaning step may be performed to remove contaminants on the surface, or the surface may be treated with a solution to facilitate adhesion of the coating layer on the surface.
다음으로 코팅 용액을 준비한다(단계 S 20). 코팅용 실리콘카바이드 전구체 물질로는 Si와 C를 포함하는 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘카바이드 전구체는 폴리카보실란(POLYCARBOSILANE), 폴리페닐카보실란(POLYPHENYLCARBOSILANE), 폴리알릴페닐카보실란(POLYALLYLPHENYCARBOSILANE) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질이 사용될 수 있다. 전구체의 첨가량은 5 ~ 50wt%의 범위로 조절할 수 있다. 용매로는 실리콘카바이드 전구체의 분산이 용이하고 저온에서 휘발이 가능한 유기 용매가 적당하다. 코팅 용액에는 실리콘카바이드 전구체 물질 이외에 실리콘카바이드 분말이나 실리카 분말을 더 혼합하여 최종 코팅층의 두께를 증가시키고 코팅층의 물성을 향상시킬 수 있다. 추가로 혼합되는 실리콘카바이드 분말 또는 실리카 분말의 입자 크기는 50nm ~ 100㎛ 범위가 바람직하고, 첨가량은 5 ~ 50wt%의 범위가 바람직하다.Next, prepare a coating solution (step S 20). As the silicon carbide precursor material for coating, a polymer material containing Si and C may be used. For example, the silicon carbide precursor may be polycarbosilane (POLYCARBOSILANE), polyphenylcarbosilane (POLYPHENYLCARBOSILANE), polyallylphenyl carbosilane (POLYALLYLPHENYCARBOSILANE). Any one material selected from) may be used. The amount of the precursor may be adjusted in the range of 5 to 50 wt%. As a solvent, an organic solvent which is easy to disperse the silicon carbide precursor and volatilizes at low temperature is suitable. In addition to the silicon carbide precursor material, the coating solution may be further mixed with silicon carbide powder or silica powder to increase the thickness of the final coating layer and to improve the physical properties of the coating layer. Further, the particle size of the silicon carbide powder or silica powder to be mixed is preferably in the range of 50 nm to 100 μm, and the amount of addition is preferably in the range of 5 to 50 wt%.
코팅 용액을 준비하는 단계에서 상온이 아닌 50 ~ 100℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 상온 보다 높은 온도에서 코팅 용액을 준비함으로써 용매에 실리콘카바이드 전구체가 쉽게 용해되고 분산성이 향상되어 복잡한 형상의 코팅 대상물이나 코팅액이 표면에 침투되기 어려운 모재에도 코팅이 양호하게 형성되어 저온 열처리를 통한 코팅층 형성이 가능하며, 최종적인 코팅층의 품질 및 특성을 강화시킨다.In the step of preparing the coating solution, it is preferable to maintain a temperature of 50 ~ 100 ℃ not room temperature. Thus, by preparing the coating solution at a temperature higher than room temperature, the silicon carbide precursor is easily dissolved in the solvent and the dispersibility is improved, so that the coating is well formed on the coating material or the base material which is difficult to penetrate the surface of the complex shape. It is possible to form a coating layer through, to enhance the quality and properties of the final coating layer.
코팅 용액은 분말 또는 액상의 전구체량을 조절함으로써 점도를 제어할 수 있다. 코팅 용액의 점도를 조절함으로써 코팅층 형성 시 코팅 대상물과의 접착성을 향상시키고 건조 및 열처리 효과를 극대화시킬 수 있다. The coating solution can control the viscosity by adjusting the amount of precursor in powder or liquid phase. By adjusting the viscosity of the coating solution it is possible to improve the adhesion to the coating object when forming the coating layer and to maximize the drying and heat treatment effect.
준비된 코팅 용액으로 코팅 대상물 표면에 코팅을 수행한다(단계 S 30). 코팅 방법은 코팅 대상물의 물성이나 형태에 따라 달라질 수 있으며, 일반적인 디핑(dipping)이나 분무 등 다양한 방식이 이용될 수 있다. 코팅 과정에서 1회의 코팅 보다는 반복적인 코팅을 수행하여 용도에 맞는 코팅 두께를 얻을 수 있다. 코팅 두께가 작을 경우 코팅층 열처리 시 코팅층 내의 저분자량이 증발되어 코팅층 표면에 결함(defect)이 발생될 수 있다. 본 발명에서는 수회 반복 코팅을 수행하여 코팅층 표면의 결함 발생을 억제하고 원하는 용도의 코팅 두께를 실현한다. 코팅층이 너무 얇으면 코팅 대상물의 강화층으로서 효과를 얻을 수 없고, 과도한 코팅층은 열처리 과정이나 사용 중에 크랙이나 박리가 발생할 수 있기 때문에 5 ~ 200㎛의 범위로 코팅 두께를 제어한다.Coating is performed on the surface of the coating object with the prepared coating solution (step S 30). The coating method may vary depending on the physical properties or the shape of the coating target, and various methods such as general dipping or spraying may be used. In the coating process, it is possible to obtain a coating thickness suitable for a purpose by performing repeated coating rather than one coating. When the coating thickness is small, a low molecular weight in the coating layer may be evaporated during the heat treatment of the coating layer to cause defects on the surface of the coating layer. In the present invention, repeated coating is performed several times to suppress the occurrence of defects on the surface of the coating layer and to realize a coating thickness for a desired use. If the coating layer is too thin, the effect as a reinforcing layer of the coating object cannot be obtained, and the excessive coating layer controls the coating thickness in the range of 5 to 200 μm because cracks or peeling may occur during the heat treatment process or use.
코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 건조한다(단계 S 40). 건조 온도는 용액의 용매가 제거될 수 있는 온도 범위가 적당하며, 예를 들어 톨루엔을 용매로 사용하고 폴리카보실란을 전구체로 사용하는 경우 용매의 끓는점이 110.8℃이고, 전구체의 경화 온도는 200℃ 이상이므로 저온인 250℃ 이하에서도 용매의 제거가 가능하다. 건조 온도 150 ~ 250℃의 범위에서 약 2시간 정도 수행한다. 건조 분위기로는 불활성가스 분위기 또는 진공분위기를 유지할 수 있다. After the coating is completed, the coating object is dried (step S 40). The drying temperature is a suitable temperature range in which the solvent in the solution can be removed. For example, when toluene is used as the solvent and polycarbosilane is used as the precursor, the boiling point of the solvent is 110.8 ° C, and the curing temperature of the precursor is 200 ° C. Since it is above, even a low temperature 250 degreeC or less can remove a solvent. It is carried out for about 2 hours at a drying temperature of 150 ~ 250 ℃. As a dry atmosphere, an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere can be maintained.
건조가 끝난 후 코팅 대상물을 건조 온도 보다 높은 온도에서 열처리한다. 열처리 온도는 250 ~ 650℃의 범위가 바람직하다. 과도하게 온도를 높일 경우 코팅 대상물의 열팽창을 방지하기 어려우며, 코팅층과의 박리 및 코팅층의 크랙이 발생될 수 있다. 열처리는 분당 2 ~ 10℃의 승온 속도로 열을 가하여 최종 온도에서 약 1 시간 ~ 2시간을 유지하고 열처리가 완료된 후 서서히 상온으로 하강시킨다.After drying, the coating object is heat-treated at a temperature higher than the drying temperature. The heat treatment temperature is preferably in the range of 250 to 650 ° C. When the temperature is excessively increased, it is difficult to prevent thermal expansion of the coating object, and peeling of the coating layer and cracking of the coating layer may occur. Heat treatment is applied to heat at a rate of temperature increase of 2 ~ 10 ℃ per minute to maintain about 1 hour to 2 hours at the final temperature, and then slowly lowered to room temperature after the heat treatment is completed.
실리콘카바이드 전구체 물질로 폴리카보실란을 사용하는 경우 200℃ 이상에서 열경화를 하기 때문에 본 발명에 따른 열처리 온도인 250 ~ 650℃의 범위에서 비정질화되는 실리콘카바이드 코팅층을 얻을 수 있다. 이와 같은 저온 열처리로 코팅 대상물은 변형이 발생하지 않을 뿐만 아니라 코팅층과의 계면 접착력이 확보되어 코팅층의 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 코팅 대상물과 코팅층 사이에서 열팽창계수 차이에 따른 접착 불량을 해소하는 버퍼층이 필요하지 않아 실리콘카바이드 코팅 과정이 매우 간단하고 저비용으로 코팅 공정을 완료할 수 있다. When the polycarbosilane is used as the silicon carbide precursor material, since the thermal curing is performed at 200 ° C. or more, a silicon carbide coating layer that is amorphous in the range of 250 to 650 ° C., which is a heat treatment temperature according to the present invention, may be obtained. Such a low temperature heat treatment may not only cause deformation of the coating object but also secure interfacial adhesion with the coating layer, thereby improving quality of the coating layer. In particular, the silicon carbide coating process is very simple and can be completed at a low cost since a buffer layer is not required to eliminate the adhesion failure due to the difference in thermal expansion coefficient between the coating object and the coating layer.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 특징을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention.
실리콘카바이드 저온 코팅Silicon Carbide Low Temperature Coating
실시예Example 1 One
알루미늄 가공물에 실리콘카바이드 코팅층을 형성하였다. 코팅액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리페닐카보실란을 25 wt% 혼합하였다. 코팅 대상물 표면을 세정 후 오븐에서 80℃로 건조하였다. A silicon carbide coating layer was formed on the aluminum workpiece. The coating solution was mixed with 25 wt% of polyphenylcarbosilane using toluene as a solvent. The surface of the coating object was washed and dried at 80 ° C. in an oven.
코팅 용액은 온도를 50℃로 유지하였고, 코팅 대상물을 디핑에 의하여 코팅층을 형성하였다. 디핑 방법은 1 mm/sec의 속도로 코팅 대상물을 코팅액에 잠기도록 하고 코팅액에 10초간 유지한 후 1 mm/sec의 속도로 다시 꺼내었다. 코팅을 동일한 공정 순서로 2회 반복하였다.The coating solution was maintained at a temperature of 50 ℃, the coating object was formed by dipping the coating layer. In the dipping method, the coating object was immersed in the coating liquid at a speed of 1 mm / sec, held in the coating liquid for 10 seconds, and then taken out again at a speed of 1 mm / sec. The coating was repeated twice in the same process sequence.
코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 2℃/min 의 속도로 승온시킨 후 공기 분위기에서 200℃의 온도로 2시간 동안 건조하여 경화시켰다. 그 다음, 코팅 대상물을 2℃/min 의 속도로 승온시킨 후 N2 분위기에서 400℃의 온도로 2시간 동안 열처리하였다. After the coating was completed, the object to be coated was heated at a rate of 2 ° C./min, and then cured by drying at an air temperature of 200 ° C. for 2 hours. Then, the coating object was heated up at a rate of 2 ℃ / min N 2 Heat treatment was carried out for 2 hours at a temperature of 400 ℃ in the atmosphere.
열처리 완료 후 코팅 대상물 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 도 2에 도시하였다. 형성된 코팅층의 두께는 18.6 ㎛ 이었다. 실리콘카바이드 코팅층의 내구성을 확인하기 위해 고압용기에 테스트 시료를 넣고 N2 기체를 유입시켜 50기압으로 만들어 3시간 동안 유지하는 내압 테스트를 실시한 후 그 결과를 도 3에 도시하였다. 최초 무게는 104.2350g 이었고, 내압테스트를 마친 후에는 104.2349g 의 무게를 나타내어 테스트 전후의 무게 변화량은 0.0001g 에 불과하였다. 이 결과를 통해 본 발명에 따라 형성된 실리콘카바이드층은 고압에서도 코팅층의 변화가 없이 우수한 특성을 유지함을 확인할 수 있었다.
2 shows a silicon carbide coating layer formed on the surface of the coating object after the heat treatment is completed. The coating layer formed was 18.6 μm thick. In order to confirm the durability of the silicon carbide coating layer, the test sample was put in a high pressure container, and the N 2 gas was introduced into a pressure of 50 atm and maintained for 3 hours, and the results are shown in FIG. 3. The initial weight was 104.2350g, and after the pressure resistance test, the weight was 104.2349g, and the weight change before and after the test was only 0.0001g. Through this result, it was confirmed that the silicon carbide layer formed according to the present invention maintains excellent properties without changing the coating layer even at high pressure.
실시예Example 2 2
두 가지 조성의 코팅액을 준비하였다. 제1코팅액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리페닐카보실란 25wt% 와 입자 사이즈가 200nm인 실리콘카바이드 분말 10wt% 혼합하여 30분간 교반하였다. 제2용액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리페닐카보실란 25wt%을 혼합하였다. 코팅 대상물로서 알루미늄 가공물을 세정 후 오븐에서 80℃로 건조하였다. Two coating compositions were prepared. The first coating solution was mixed with toluene as solvent and 25 wt% of polyphenylcarbosilane and 10 wt% of silicon carbide powder having a particle size of 200 nm were stirred for 30 minutes. As the second solution, 25 wt% of polyphenylcarbosilane was mixed using toluene as a solvent. The aluminum workpiece as a coating object was washed and dried at 80 ° C. in an oven.
코팅액의 온도를 50℃로 유지하였다. 제1용액의 경우 온도를 올리면서 교반작업을 병행하여 실리콘카바이드 분말의 침전을 방지하였다. 코팅 대상물에 스프레이로 분사하여 코팅층을 형성하였다. 코팅을 동일한 방법으로 세 번 반복하였고, 첫 번째와 두 번째 코팅은 제1용액을 사용하였으며, 세 번째 코팅은 제2용액을 사용하였다. The temperature of the coating liquid was maintained at 50 ° C. In the case of the first solution, stirring was performed while raising the temperature to prevent precipitation of silicon carbide powder. The coating object was sprayed to form a coating layer. The coating was repeated three times in the same manner, the first and second coatings using the first solution and the third coating using the second solution.
코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 2℃/min 의 속도로 승온시킨 후 공기 분위기에서 200℃의 온도로 2시간 동안 건조하여 경화시켰다. 그 다음, 코팅 대상물을 2℃/min 의 속도로 승온시킨 후 N2 분위기에서 400℃의 온도로 2시간 동안 열처리하였다. After the coating was completed, the object to be coated was heated at a rate of 2 ° C./min, and then cured by drying at an air temperature of 200 ° C. for 2 hours. Then, the coating object was heated up at a rate of 2 ℃ / min N 2 Heat treatment was carried out for 2 hours at a temperature of 400 ℃ in the atmosphere.
열처리 완료 후 코팅 대상물 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 도 4에 도시하였다. 형성된 코팅층의 두께는 26 ㎛ 이었다. 실리콘카바이드 코팅층의 내구성을 확인하기 위해 내화학 테스트를 실시한 후 그 결과를 도 5에 도시하였다. 부식성이 강한 디클로로디메틸실란(Dichlorodimethylsilane)의 Hume 분출부에 코팅층이 형성된 시료를 넣어 시간의 변화(72Hr, 144Hr)에 따른 표면상태 및 무게 변화를 조사하였다. 코팅층이 없는 시료의 경우 시간의 경과에 따라 표면 부식에 의하여 72시간 경과 후 무게 변화율이 0.62%, 144시간 경과 후에는 무게 변화율이 1.12%로 크게 증가하였으나, 본 발명에 따른 실리콘카바이드층이 형성된 시료는 표면부식이 거의 발생되지 않아 72시간 경과 후 무게 변화율이 0.11%, 144시간 경과 후에는 0.18% 로서 무게 변화가 거의 없었다. 이 결과로부터 본 발명에 따라 형성된 실리콘카바이드층은 내화학성 및 내산화성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
4 shows a silicon carbide coating layer formed on the surface of the coating object after the heat treatment is completed. The thickness of the formed coating layer was 26 μm. After performing a chemical test to confirm the durability of the silicon carbide coating layer is shown in Figure 5 the results. A sample with a coating layer formed in the Hume ejection part of highly corrosive dichlorodimethylsilane was investigated to investigate the surface condition and weight change according to the change of time (72Hr, 144Hr). In the case of the sample without the coating layer, the weight change rate was 0.62% after 72 hours due to surface corrosion and the weight change rate was 1.12% after 144 hours, but the silicon carbide layer was formed according to the present invention. There was almost no surface corrosion, so the weight change rate was 0.11% after 72 hours and 0.18% after 144 hours. From this result, it was confirmed that the silicon carbide layer formed according to the present invention is excellent in chemical resistance and oxidation resistance.
실시예Example 3 3
코팅대상물로서 SUS 304를 준비하였다. 코팅액은 실시예2에서와 같이 두 가지 조성으로 준비하였다. 제1코팅액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리카보실란 30wt% 와 입자 사이즈가 100nm인 실리콘카바이드 분말 10wt% 혼합하여 30분간 교반하였다. 제2용액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리카보실란 30wt%을 혼합하였다. 코팅 대상물을 세정 후 오븐에서 100℃로 건조하였다. SUS 304 was prepared as a coating object. The coating solution was prepared in two compositions as in Example 2. The first coating solution was mixed with 30 wt% of polycarbosilane and 10 wt% of silicon carbide powder having a particle size of 100 nm using toluene as a solvent and stirred for 30 minutes. The second solution was mixed with 30 wt% of polycarbosilane using toluene as a solvent. The coating object was washed and dried at 100 ° C. in an oven.
코팅액의 온도를 60℃로 유지하였다. 코팅 대상물에 스프레이로 분사하여 코팅층을 형성하였다. 코팅을 동일한 방법으로 두 번 반복하였고, 첫 번째 코팅은 제1용액을 사용하였으며, 두 번째 코팅은 제2용액을 사용하였다. The temperature of the coating liquid was maintained at 60 ° C. The coating object was sprayed to form a coating layer. The coating was repeated twice in the same way, the first coating using the first solution and the second coating using the second solution.
코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 3℃/min 의 속도로 승온시킨 후 공기 분위기에서 250℃의 온도로 2시간 동안 건조하여 경화시켰다. 그 다음, 코팅 대상물을 3℃/min 의 속도로 승온시킨 후 N2 분위기에서 650℃의 온도로 2시간 동안 열처리하였다. After the coating was completed, the object to be coated was heated at a rate of 3 ° C./min, and then cured by drying at 250 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Then, the temperature of the coating object was raised at a rate of 3 ℃ / min N 2 Heat treatment was performed at an atmosphere of 650 ° C. for 2 hours.
열처리 완료 후 코팅 대상물 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 도 6에 도시하였다. 형성된 코팅층의 두께는 21 ㎛ 이었다. 실리콘카바이드 코팅층의 내구성을 확인하기 위해 내화학 테스트를 실시한 후 그 결과를 도 7에 도시하였다. 부식성이 강한 디클로로디메틸실란(Dichlorodimethylsilane)의 Hume 분출부에 코팅층이 형성된 시료를 넣어 시간의 변화(72Hr, 144Hr)에 따른 표면상태 및 무게 변화를 조사하였다. 코팅층이 없는 시료의 경우 시간의 경과에 따라 표면 부식에 의하여 72시간 경과 후 무게 변화율이 0.15%, 144시간 경과 후에는 무게 변화율이 0.26%로 무게가 증가하였으나, 본 발명에 따른 실리콘카바이드층이 형성된 시료는 표면부식이 거의 발생되지 않고 72시간 경과 후 무게 변화율은 0.05%, 144시간 경과 후 무게 변화율은 0.08% 로서 무게 변화가 거의 없어 내화학성 및 내산화성이 우수한 특성을 유지하였다.
6 shows a silicon carbide coating layer formed on the surface of the coating object after heat treatment is completed. The thickness of the formed coating layer was 21 μm. After performing a chemical test to confirm the durability of the silicon carbide coating layer is shown in Figure 7 the results. A sample with a coating layer formed in the Hume ejection part of highly corrosive dichlorodimethylsilane was investigated to investigate the surface condition and weight change according to the change of time (72Hr, 144Hr). In the case of the sample without the coating layer, the weight change rate increased to 0.15% after 72 hours due to surface corrosion and the weight change rate increased to 0.26% after 144 hours, but the silicon carbide layer was formed according to the present invention. The sample had almost no surface corrosion and the weight change rate was 0.05% after 72 hours, and the weight change rate was 0.08% after 144 hours.
실시예Example 4 4
코팅대상물로 SUS 316 을 준비하고, 코팅액은 톨루엔을 용매로 하여 폴리카보실란 30wt% 와 입자 사이즈가 1㎛인 실리콘카바이드 분말 10wt%을 혼합하여 30분간 교반하였다. 코팅 대상물을 세정 후 오븐에서 100℃로 건조하였다. SUS 316 was prepared as a coating object, and the coating solution was mixed with 30 wt% of polycarbosilane and 10 wt% of silicon carbide powder having a particle size of 1 μm using toluene as a solvent, followed by stirring for 30 minutes. The coating object was washed and dried at 100 ° C. in an oven.
코팅액의 온도를 60℃로 유지하였다. 코팅 대상물에 디핑과 스프레이로 분사를 혼합하여 코팅층을 형성하였다. 총 5회의 코팅을 실시하였으며, 첫 번째 및 두 번째는 디핑, 세 번째 및 네 번째는 스프레이 분사, 그리고 마지막은 디핑에 의해 코팅하였다. The temperature of the coating liquid was maintained at 60 ° C. A coating layer was formed by mixing the coating object with a spray by dipping and spraying. A total of five coatings were carried out, the first and second coatings by dipping, the third and fourth spraying, and the last by dipping.
코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 3℃/min 의 속도로 승온시킨 후 공기 분위기에서 250℃의 온도로 2시간 동안 건조하여 경화시켰다. 그 다음, 코팅 대상물을 3℃/min 의 속도로 승온시킨 후 N2 분위기에서 650℃의 온도로 2시간 동안 열처리하였다. After the coating was completed, the object to be coated was heated at a rate of 3 ° C./min, and then cured by drying at 250 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Then, the temperature of the coating object was raised at a rate of 3 ℃ / min N 2 Heat treatment was performed at an atmosphere of 650 ° C. for 2 hours.
열처리 완료 후 코팅 대상물 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층을 도 8에 도시하였다. 형성된 코팅층의 두께는 85.8 ㎛ 이었다. 실리콘카바이드 코팅층의 내구성을 확인하기 위해 고압 용기에 테스트 시료를 넣고 N2 를 유입시켜 50기압으로 만들어 3시간 동안 유지하는 내압 테스트를 실시한 결과 코팅층의 변화가 없이 안정된 상태를 나타내었다. 또한, 내열성을 확인하기 위해 고온 산화 테스트를 실시한 그 결과를 도 9에 도시하였다. 본 발명에 따른 실리콘카바이드 코팅층이 형성된 시료와 코팅층이 없는 시료를 800℃의 온도로 48시간 동안 유지한 후 각각의 무게 변화를 분석한 결과, 본 발명에 따른 시료는 무게 변화율이 -0.0071% 이었고, 코팅층이 없는 시료는 표면이 산화되어 0.1204%의 무게 변화율을 보였다. 본 발명에 따른 실리콘카바이드층이 형성된 시료는 표면에 산화층이 형성되지 않았기 때문에 무게 변화가 거의 없어 내열성 및 고온 내산화성이 매우 우수한 것을 확인하였다.
8 shows a silicon carbide coating layer formed on the surface of the coating object after heat treatment is completed. The thickness of the formed coating layer was 85.8 μm. In order to confirm the durability of the silicon carbide coating layer, the test sample was placed in a high-pressure container, and N 2 was introduced to 50 atm, and the pressure test was performed for 3 hours. Moreover, the result of having performed the high temperature oxidation test in order to confirm heat resistance is shown in FIG. After maintaining the sample with the silicon carbide coating layer formed according to the present invention and the sample without a coating layer for 48 hours at a temperature of 800 ℃ as a result of analyzing the weight change, the sample according to the present invention was the weight change rate was -0.0071%, The sample without the coating layer oxidized the surface and showed a weight change rate of 0.1204%. Since the oxide layer was not formed on the surface of the sample having the silicon carbide layer according to the present invention, there was almost no change in weight, and it was confirmed that the heat resistance and the high temperature oxidation resistance were very excellent.
열처리 온도에 따른 코팅층 품질 비교Comparison of Coating Layer Quality According to Annealing Temperature
도 10은 코팅 대상물로서 SUS를 사용하여 표면에 실리콘카바이드 코팅 용액으로 코팅층을 형성한 후 650℃의 온도에서 열처리한 샘플 표면을 보인 것이다. 코팅층이 박리되거나 손상되지 않았고 코팅 대상물과 우수한 접착력으로 코팅된 것을 볼 수 있다. 도 11은 도 10의 코팅 대상물 표면에 형성된 실리콘카바이드 코팅층의 표면 구조를 확대하여 보인 것으로, 균일한 표면 구조를 볼 수 있으며 우수한 품질의 코팅층이 형성된 것을 확인하였다.10 shows a sample surface heat-treated at a temperature of 650 ° C. after forming a coating layer with a silicon carbide coating solution on the surface using SUS as a coating object. It can be seen that the coating layer was not peeled or damaged and coated with excellent adhesion with the coating object. FIG. 11 is an enlarged view of the surface structure of the silicon carbide coating layer formed on the surface of the coating object of FIG. 10, and it is confirmed that a uniform surface structure is formed and a coating layer having excellent quality is formed.
반면, 도 12를 참조하면 동일한 코팅 대상물 표면에 버퍼층이나 경사조성층 없이 실리콘카바이드 코팅 용액으로 코팅층을 형성한 후 800℃의 온도에서 열처리한 샘플 표면을 보인 것으로, 열처리 과정에서의 코팅 대상물과 코팅층 사이의 열팽창계수 차이에 의하여 코팅층이 부분적으로 박리되었고 코팅층 전체의 품질이 매우 열악한 것을 알 수 있다. 또한, 코팅층의 표면을 확대한 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 코팅층이 전반적으로 균열이 많이 발생하여 표면 강화층으로서 기능을 수행할 수 없음을 확인하였다.On the other hand, referring to Figure 12 to form a coating layer with a silicon carbide coating solution without a buffer layer or gradient composition layer on the surface of the same coating object to show a sample surface heat-treated at a temperature of 800 ℃, between the coating object and the coating layer during the heat treatment process It can be seen that due to the difference in thermal expansion coefficient of the coating layer is partially peeled off and the quality of the entire coating layer is very poor. In addition, as can be seen in Figure 13 to enlarge the surface of the coating layer, the coating layer was confirmed that the overall cracking can not perform a function as a surface reinforcing layer.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.The present invention has been exemplarily described through the preferred embodiments, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various forms within the scope of the technical idea presented in the present invention, specifically, the claims. May be modified, changed, or improved.
Claims (10)
코팅 용액으로서 분말 또는 액상의 실리콘카바이드 전구체 물질과 용매를 준비하여 상온 보다 높은 제1온도를 유지하면서 혼합하고,
코팅 대상물에 코팅 용액을 상기 제1온도를 유지하면서 코팅하고,
상기 코팅 대상물을 상기 제1온도 보다 높은 제2온도에서 건조하고,
상기 코팅 대상물을 상기 제2온도 보다 높은 250 ~ 650℃의 범위의 제3온도에서 열처리하여 코팅 대상물 표면에 비정질 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는
저온 실리콘카바이드 코팅층 형성 방법.Prepare the coating object,
As a coating solution, a powder or liquid silicon carbide precursor material and a solvent are prepared and mixed while maintaining the first temperature higher than room temperature,
The coating solution is coated on the coating object while maintaining the first temperature,
Drying the coating object at a second temperature higher than the first temperature,
Heat treating the coating object at a third temperature in the range of 250 to 650 ° C. higher than the second temperature to form an amorphous silicon carbide coating layer on the surface of the coating object.
Low temperature silicon carbide coating layer formation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20100087210A KR101204013B1 (en) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | Low temperature silicon carbide coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20100087210A KR101204013B1 (en) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | Low temperature silicon carbide coating |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120024336A true KR20120024336A (en) | 2012-03-14 |
KR101204013B1 KR101204013B1 (en) | 2012-11-23 |
Family
ID=46131401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR20100087210A KR101204013B1 (en) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | Low temperature silicon carbide coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101204013B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150066176A (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 한국세라믹기술원 | Method for fabricating fiber dense silicon carbide ceramic composites |
CN116408252A (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 南昌中微半导体设备有限公司 | Workpiece processing method, workpiece and plasma processing apparatus |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102499538B1 (en) * | 2021-04-29 | 2023-02-15 | 신우산업주식회사 | Homogenous coating method on powders |
-
2010
- 2010-09-06 KR KR20100087210A patent/KR101204013B1/en active IP Right Grant
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150066176A (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 한국세라믹기술원 | Method for fabricating fiber dense silicon carbide ceramic composites |
CN116408252A (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 南昌中微半导体设备有限公司 | Workpiece processing method, workpiece and plasma processing apparatus |
CN116408252B (en) * | 2021-12-29 | 2024-07-05 | 南昌中微半导体设备有限公司 | Workpiece processing method, workpiece and plasma processing apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101204013B1 (en) | 2012-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7910172B2 (en) | Method for fabricating a component having an environmental barrier coating | |
JP5291275B2 (en) | Member provided with coating film and method for producing coating film | |
US20090297718A1 (en) | Methods of fabricating environmental barrier coatings for silicon based substrates | |
CN107814591A (en) | A kind of carbon material surface boride is modified the preparation method of silicon substrate antioxidant coating | |
CN106977223B (en) | Ceramic modification and C/C composite material with ceramic coating and preparation method thereof | |
CN109400168B (en) | SiC fiber containing SiBCN coating and SiC coating which are alternately formed, and preparation method and application thereof | |
US20080118758A1 (en) | Metal coated with ceramic and method of manufacturing the same | |
KR101204013B1 (en) | Low temperature silicon carbide coating | |
TWI576472B (en) | Graphite crucible for single crystal pulling device and method for manufacturing the same | |
ZA200403289B (en) | Coating precursor and method for coating a substrate with a refractory layer. | |
Konegger et al. | Preparation of polymer-derived ceramic coatings by dip-coating | |
KR102215074B1 (en) | Carbon material coated by a layer having improved oxidation stability, and a method therefor | |
KR101261356B1 (en) | stainless steel coated by polyphenylcarbosilane with silicon carbide powder and method of producing the same | |
CN1304638C (en) | Process for preparing graphite surface anti oxidation coating material silicon carbide for nuclear reactor | |
KR100927548B1 (en) | Metal with ceramic coating on its surface and its manufacturing method | |
KR101138440B1 (en) | Porous body with silicon carbide enhancement layer and fabrication method thereof | |
KR20110111754A (en) | How to Coating Silicon Carbide on Graphite | |
CN109836165B (en) | A kind of SiC foam and preparation method thereof | |
CN115819119B (en) | A coating forming method for isostatic graphite crucible | |
CN116768652B (en) | Preparation method of high-temperature-resistant ceramic and high-temperature-resistant ceramic | |
CN112174698B (en) | Carbon material surface antioxidant protective coating and preparation method thereof | |
JPH01103976A (en) | Ceramics coated graphite material | |
KR100515240B1 (en) | Method of forming a coating layer with oxydative resistance on carbon/carbon composites | |
JPH07505855A (en) | Method for increasing the strength of ceramic structural materials by forming a ceramic coating on the surface, and products made thereby | |
JPH02199012A (en) | Graphite material coated with carbon film |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20100906 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20120525 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20121115 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20121116 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20121116 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161108 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20161108 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171106 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20171106 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180917 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180917 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191104 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20191104 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20210827 |