간단히 말해, 매우 광범위한 재료가 물리 기상 증착(PVD) 코팅의 기판으로 사용될 수 있습니다. 여기에는 강철, 알루미늄, 구리, 티타늄과 같은 거의 모든 금속뿐만 아니라 세라믹, 유리, 심지어 ABS 플라스틱과 같은 특정 폴리머도 포함됩니다. 결정적인 특징은 재료 자체의 종류가 아니라 고진공 환경에서 안정적으로 유지되고 코팅 재료의 강력한 접착을 허용하는 능력입니다.
PVD 코팅에 대한 기판의 적합성은 특정 재료 유형보다는 진공 호환성에 의해 결정됩니다. 진공 상태에서 안정적으로 유지되고 가스나 오염 물질을 방출하지 않는 모든 재료는 코팅될 수 있으며, 종종 흠 없는 접착성 마감을 보장하기 위해 특정 전처리가 필요합니다.
안내 원칙: 진공 호환성
"진공 호환"의 의미
PVD 공정은 고진공 챔버 내에서 이루어집니다. 이 깨끗한 환경은 코팅 원자가 공기 분자와 충돌하지 않고 소스에서 기판으로 이동하는 데 필요합니다.
따라서 적합한 기판은 "가스 방출"을 하지 않아야 합니다. 즉, 진공에 노출될 때 갇힌 가스, 수증기 또는 휘발성 요소를 방출해서는 안 됩니다. 가스 방출은 챔버를 오염시키고 코팅 공정을 방해하며 접착 불량 및 필름 품질 저하를 초래합니다.
일부 재료가 어려운 이유
증기압이 높은 원소를 포함하는 재료는 문제가 됩니다. 예를 들어, 아연 도금 강판은 아연 코팅이 진공에서 기화되기 때문에 부적합합니다.
마찬가지로 황동(아연 포함)과 같은 특정 합금은 가스를 방출하여 공정을 손상시킬 수 있습니다. 이것이 이러한 재료가 코팅되기 전에 종종 밀봉층을 필요로 하는 이유입니다.
일반적인 기판 범주
금속
금속은 PVD의 가장 일반적인 기판이며, 안정성과 열전도율로 인해 가치가 높습니다.
고합금강, 스테인리스강, 경금속, 알루미늄, 구리, 티타늄 및 그 합금을 포함한 거의 모든 금속 계열이 적합합니다.
세라믹 및 유리
진공 상태에서의 불활성 및 안정성으로 인해 세라믹과 유리는 우수한 기판입니다.
정밀도와 순도가 가장 중요한 광학, 반도체 및 전자 응용 분야의 기능성 코팅에 자주 사용됩니다.
플라스틱 및 폴리머
특정 플라스틱, 특히 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)는 PVD 코팅이 가능합니다.
주요 제한 사항은 온도입니다. 기판은 PVD 공정 중에 발생하는 열을 견딜 수 있어야 합니다. 스퍼터링과 같은 공정은 열 증발보다 낮은 온도에서 수행되므로 열에 민감한 재료에 더 적합합니다.
표면 준비의 중요한 역할
청소는 필수 불가결합니다
기판 표면은 원자적으로 깨끗해야 합니다. 오일, 산화물, 먼지 또는 기타 오염 물질의 흔적은 장벽 역할을 하여 코팅이 기판에 직접 접착되는 것을 방해하고 실패를 초래합니다.
하층으로 밀봉
가스 방출 경향이 있는 재료(예: 아연 또는 황동) 또는 광택 마감이 필요한 장식용 응용 분야의 경우 전처리가 필수적입니다.
기판은 종종 먼저 니켈 및 크롬 층으로 전기도금됩니다. 이 도금은 두 가지 목적을 수행합니다. 기판을 밀봉하여 가스 방출을 방지하고 PVD 코팅이 접착될 수 있는 매끄럽고 안정적이며 매우 수용적인 표면을 제공합니다.
절충점 이해
접착 강도 변화
PVD 코팅의 결합 강도는 기판 재료에 크게 의존합니다. 코팅과 강철 기판 사이의 상호 작용은 플라스틱 기판과의 상호 작용과 근본적으로 다릅니다.
이를 관리하기 위해 엔지니어는 종종 얇은 "결합층" 또는 "타이 코트"를 사용하여 기판과 최종 기능성 코팅 사이의 계면을 개선합니다.
열 불일치가 응력을 유발할 수 있습니다
기판과 코팅 재료는 가열될 때 다른 속도로 팽창하고 수축합니다. 열팽창 계수(CTE)로 알려진 이 차이는 코팅에 엄청난 응력을 유발할 수 있습니다.
불일치가 너무 크면 특히 상당한 온도 변동이 있는 응용 분야에서 코팅이 균열되거나 박리될 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 기판 및 준비 방법을 선택하는 것은 성공적인 코팅 결과를 위한 기초입니다.
- 내구성과 성능(예: 절삭 공구)에 중점을 둔다면: 고합금강 또는 경금속과 같은 안정적인 금속 기판이 이상적이며, 엄격한 청소 외에 최소한의 전처리가 필요합니다.
- 장식용 마감(예: 수도꼭지, 보석)에 중점을 둔다면: ABS 플라스틱, 아연 또는 황동과 같은 기판이 일반적이지만 흠 없는 마감과 강력한 접착을 보장하기 위해 거의 확실히 전기도금된 하층이 필요합니다.
- 광학 또는 전자 응용 분야에 중점을 둔다면: 유리 및 세라믹 기판은 고유한 안정성, 매끄러움 및 불활성 화학적 특성으로 인해 산업 표준입니다.
궁극적으로 성공적인 PVD 결과는 기판과 그 준비를 코팅 자체만큼 중요하게 다루는 데 달려 있습니다.
요약표:
| 기판 범주 | 일반적인 예 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|
| 금속 | 강철, 알루미늄, 티타늄, 구리 | 뛰어난 안정성; 청소가 필요할 수 있습니다. |
| 세라믹 및 유리 | 알루미나, 실리콘, 유리 | 불활성 및 안정적; 고정밀 용도에 이상적입니다. |
| 플라스틱 | ABS 플라스틱 | 공정 열을 견뎌야 합니다; 스퍼터링이 선호됩니다. |
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