다이아몬드 코팅은 주로 화학 기상 증착(CVD) 기술을 사용하여 이루어집니다.
마이크로웨이브 플라즈마 CVD(MPCVD), DC 아크 플라즈마 스프레이 CVD(DAPCVD), 핫 와이어 CVD(HFCVD) 등 구체적인 방법이 있습니다.
이 중 HFCVD는 비용 효율성과 넓은 면적에 균일한 다이아몬드 코팅을 생성할 수 있어 특히 산업용 애플리케이션에 선호됩니다.
7가지 주요 단계 설명
1. 핫 필라멘트 화학 기상 증착(HFCVD) 원리
HFCVD는 고온에서 저압 기체상 반응을 시작하여 작동합니다.
이 과정에서 탄화수소는 고온에서 화학적으로 반응하여 필름 전구체를 생성합니다.
기판의 온도가 최적이 되면 이 전구체가 표면에 증착되어 다이아몬드 필름을 형성합니다.
결과물인 필름은 균일한 두께와 구성, 조밀한 구조가 특징입니다.
2. 다양한 유형의 다이아몬드 코팅
다이아몬드 코팅은 입자 크기에 따라 초나노결정 다이아몬드(UNCD, <10nm), 나노결정 다이아몬드(NCD, 10-200nm), 서브미세결정 다이아몬드(200-1000nm), 미세결정 다이아몬드(MCD, >1µm)의 네 가지 유형으로 분류됩니다.
가스상 구성, 특히 메탄과 수소의 비율은 이러한 코팅의 핵 형성 및 성장에 큰 영향을 미칩니다.
예를 들어, 메탄 함량이 높으면(>4%) 이차 핵 형성률이 높아져 입자 크기가 미세해지고, 메탄 함량이 낮으면(<2%) 입자 크기가 커집니다.
3. 다이아몬드 품질
다이아몬드 코팅의 품질은 라만 분광법을 사용하여 평가합니다.
1332 cm-1의 피크는 천연 다이아몬드의 존재를 나타내며, 1550 cm-1과 1350 cm-1의 피크는 비정질 탄소(sp2)를 나타냅니다.
입자 크기가 감소함에 따라 다이아몬드 피크가 넓어지고 sp2 함량이 증가하여 재료의 특성에 영향을 미칩니다.
추가적인 분광학적 특징도 관찰할 수 있어 코팅의 구조와 품질에 대한 추가적인 통찰력을 제공합니다.
4. 다이아몬드 코팅의 특성
다이아몬드 코팅은 높은 경도, 내마모성, 낮은 마찰, 높은 열전도율과 같은 탁월한 특성을 가지고 있습니다.
이러한 특성 덕분에 재료 과학, 공학, 화학 및 생물학의 다양한 응용 분야에 이상적입니다.
특히 얇은 초박막 형태는 높은 투명성과 기계적 견고성으로 인해 광학 장치, 태양 전지 및 투명 전극에 유용합니다.
5. CVD 다이아몬드 코팅 연삭 공구
CVD 공정은 공구에 다이아몬드 연삭층을 만드는 데도 사용됩니다.
여기에는 대량의 다이아몬드 코팅을 기판에 직접 증착하여 공구의 연삭 성능을 향상시키는 날카로운 모서리 거칠기를 생성하는 것이 포함됩니다.
이 공정은 메탄을 탄소 공급원으로 사용하며 일반적으로 기판 표면 근처에 배열된 고온 필라멘트를 사용하여 활성화하기 위해 높은 온도가 필요합니다.
6. 코팅을 위한 도구 준비
코팅 전에 텅스텐 카바이드 공구는 세심한 준비 과정을 거칩니다.
여기에는 더 나은 접착력을 위해 표면을 거칠게 하고 다이아몬드 성장을 억제하는 코발트를 제거하기 위한 세척과 2단계 화학 처리가 포함됩니다.
7. 전반적인 공정 효율성
전반적으로 CVD 공정, 특히 HFCVD는 다양한 산업 및 과학 응용 분야에 적합한 고품질 다이아몬드 코팅을 생산할 수 있는 다양하고 효율적인 방법을 제공합니다.
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