상온 진공 분말 분사 코팅 · 2013. 4. 10. · •상온 코팅공정 – 원료분말의...

Functional Ceramics Group KIMS

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상온 진공 분말 분사 코팅

(Room Temperature

Powder Spray in Vacuum,

Aerosol Deposition)

2013. 04. 08

윤 운 하

기능세라믹연구실/재료연구소


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RTPSV 기술 개요


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상온진공분말분사공정

진공펌프 작동

가스

에어로졸

분말 + 가스

•세라믹 또는 금속의 미세분말을 상온 진공분위기에서 분사하여 코팅.


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Film Fabrication

100 nm 1 µm 10 µm 100 µm

Electrochemical deposition

Screen printing

Tape casting

Thermal spray

Cold spray

Chemical solution deposition

Chemical vapor deposition

Sputtering, Evaporating

Pulsed laser deposition


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RTPSV-Photocatalytic Film

10nm

100 nm


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RTPSV 코팅 메커니즘

• 운반 가스에 실려 온 원료 분말 입자가 기판에 충돌함.

• 충돌 시, 원료 분말 입자는 기판 표면을 세정하는 효과가 있고, 극미세 조각들로 분쇄되며 운동 에너지의 일부가 열 에너지 등으로 방출됨.

• 분쇄된 극미세 조각들의 일부는 기판에 박히어 anchoring effect를 나타냄.

• 일부 조각들은 분쇄 후 형성된 새로운 파면 (신생면)에 의한 강력한 결합을 이룸.

• 새로운 입자가 충돌하여 새로운 극미세 조각들을 형성하고, 충돌 시 방출된 에너지는 조각들의 소성 변형과 물질이동을 촉진하여 치밀한 막을 형성함.

•이상의 입자 충돌과 분쇄, 극미세 조각들의 결합과 소성변형 및 물질이동에 의하여 치밀한 세라믹 코팅이 별도의 가열이나 후 열처리 없이 이루어 짐.


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KIMS 보유 대면적 장비


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KIMS 대면적 코팅

1 m

1000 mm

650 m

m

RTPSV at KIMS

RTPSV

Electronic industry

- Piezoelectric (PZT, lead-free)

- Multiferroics (BFO)

- NTC Thermistors (NiMn2O4)

- Dielectric (BT, BZN)

Energy industry

- SOFC materials

- Lithium Ion Battery

- Solid Electrolyte

(YSZ, LSGMC)

Environ. industry

- Photocatalyst (TiO2)

- porous films

-catalytic films

Machinery industry

- Anti-corrosion

(Y2O3, Er2O3, Dy2O3)

- Solid lubricant

30

0 m

m

Al

Plasma-sprayed Al2O3

Y2O3 by AD

Biomedical industry

- Hard tissue implant

- Bioceramics films +DDS


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RTPSV 기술 응용 예제

~100μm, fracture section

Top

Middle

Bottom

Si-wafer

PZT Thick film

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Large area PZT

Aero-dynamics simulation

J.J. Park et al. JTTEES, 2011

380 mm

1. Film thickness: ~ 5.5 um

2. Deposition area

: 380 X 380 = 1440 cm2

3. Deposition Time: 4 min (240sec)

4. Dep. Rate: 1.375 um/min

0 1000 2000 3000 4000

0

2

4

6

8

He

igh

t (

m)

Distance (m)

5.5 m

PC-50 PZT powder

3 cycles, 300 mm/min

380X380 mm2

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Patterning by RTPSV

25 m

Si wafer

PZT film

t~4m

Photolithography + RTPSV + Lift off


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Patents at KIMS

[1] 국내/외 출원/등록 (2012년 기준)

- 출원 : 31

- 등록 : 34

[2] 사업화 핵심특허

- 상온 진공과립 분사 공정을 위한 취성재료과립 및 이를

이용한 코팅층의 형성 방법(출원 ; 130294, 2011)


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Summary

•고속 코팅 (최대 180 m/min)

•균열이나 기공이 없는 건전한 코팅층 제작 (두께: 0.1 – 500 m)

•균일한 두께의 코팅

•코팅 두께를 용이하게 제어

•저진공 (10-2 torr)의 간단한 장비 – 장비의 저가화 및 유연성, 조작의 간편성

•상온 코팅공정 – 원료분말의 재사용

•나노구조 세라믹 코팅층

•조성제어 용이

•다양한 세라믹 또는 금속 코팅층 제작 가능

•금속, 세라믹, 일부 플라스틱 기판 사용 가능

•우수한 부착력 (30MPa 이상)

양질의 코팅을 제공하는 양산성을 갖춘 신코팅공정


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감 사 합 니 다.

E-mail : [email protected]

Tel : (055) 280-3413

mailto:[email protected]

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