물리적 증착 즉 PVD 코팅은 고체 금속이 고진공 환경에서 증발되어 전기 전도성 재료 위에 순수 금속 또는 합금 코팅으로 증착되는 다양한 얇은 막 증착 기술의 한 종류를 의미합니다.
이 공정은 단일 원자 또는 분자 수준에서 코팅 재료를 전달하며, 많은 응용 분야에서 전기 도금보다 더 선호되는 매우 순수하고 고성능의 코팅을 제공할 수 있습니다. PVD 코팅 공정은 액체 전구체와 화학 반응이 포함된 보다 전통적인 유형의 코팅에서 처분해야 할 유독 물질의 양을 크게 줄일 수 있는 환경 친화적인 공정입니다.
마이크로칩과 반도체 장치의 핵심 부품으로서, PVD 코팅은 태양 전지 패널 산업이 더욱 친환경적 전기를 생산할 수 있도록 하고, 최고 순도가 필요한 수술 및 의료 임플란트 제조를 가능하게 합니다. 또한, PVD 코팅은 우수한 경도, 내구성 및 내마모성을 제공하여 고성능 움직이는 부품에서 마찰을 줄이며, 항공 및 자동차 산업 및 장기 내구성이 중요한 절삭 도구에 널리 사용됩니다.
PVD는 기본적으로 금속을 증발시켜 원자 또는 분자의 플라즈마로 만들고, 이를 다양한 기판에 증착하는 진공 코팅 기술입니다. 고진공 챔버에서 진행되며, 일반적으로 10^-2에서 10^-4 밀리바의 외부 공간에 가까운 압력에서 이루어집니다. 프로세스는 일반적으로 150도에서 500도 사이에서 진행됩니다.
코팅할 재료는 장비의 진공 증착 챔버에 고정되고 배치됩니다. 코팅 재료, 기판 및 사용된 프로세스에 따라 최적 압력으로 펌핑됩니다. 코팅될 물체는 종종 예열되고 스퍼터 클리닝됩니다.
다양한 종류의 PVD 코팅이 있으며, Zirconium Nitride (ZrN), Zirconium Carbon Nitride (ZrCN), Titanium Nitride (TiN), Titanium Carbon Nitride (TiCN), Chromium Nitride (CrN), Chromium Carbon Nitride (CrCN), 그리고 Chromium Nitride (CrN) 등이 포함됩니다.
PVD 코팅 재료를 구성하는 탄화물, 질화물, 실리시드 및 보라이드는 각각 특정 응용 프로그램에 맞춘 특수 품질을 가지고 있습니다. 예를 들어, 그래필과 티타늄은 고성능 항공 및 자동차 부품에서 마찰과 온도가 중요한 성공 요소인 경우에 자주 사용됩니다.
평균 몇 원자 또는 분자 두께의 균일한 얇은 막 코팅을 달성하기 위해, 코팅할 부품은 종종 균일한 속도로 여러 축에서 회전하거나, 증착 재료의 플라즈마 스트림을 지나가는 컨베이어 벨트에 배치됩니다. 단일 또는 다층 코팅은 동일한 증착 주기 동안 적용될 수 있습니다.
또한 진공 증착 챔버에 질소, 산소 또는 아세틸렌과 같은 반응성 가스를 소개하여 코팅과 기판 간에 매우 강한 결합을 생성할 수 있습니다. 비록 얇은 막 코팅은 몇 마이크로미터 두께이지만, 높은 윤활성과 매우 접착력 있는 코팅을 형성하여 마찰과 열을 줄이는 PVD가 고성능 절삭 도구 및 엔진 부품에 완벽한 선택이 되도록 만듭니다.
물리적 증착 코팅은 또한 변색 및 부식에 매우 저항력이 있어, 색상이 변하지 않는 다양한 장식용 마감재에 널리 사용될 수 있습니다. PVD는 금속 시계가 스크래치와 긁힘에 매우 강한 뛰어난 마감을 제공하는 데 기여하며, 안경부터 자가 세척 유리 창 등 다양한 광학 응용 분야에서도 사용됩니다. 그들의 부식 저항성은 문 손잡이, 배관 픽스처 및 해양 픽스처와 같은 가정용 제품에서 널리 사용됩니다.
Y2O3 코팅은 직경 25.4mm, 내경 22mm의 규소관의 내부 표면에 적용되었습니다.
다음 방법으로 코팅이 조사되었습니다:
1. HRSEM (고해상도 주사전자현미경)을 사용한 표면 모폴로지 분석
2. 내부 표면에 대한 EDS 분석 (분석을 위한 탄소 코팅)
3. 금속학적 교차면 분석 (SEM Philips XL-30)
결과는 다음과 같습니다:
도상 1, 2에서 보듯이 표면 모폴로지는 약 30nm 크기의 나노 크기 결정체로 밀도 높은 코팅을 나타냅니다.
No pin-holes were revealed.
EDS (LINK ISIS) spectrum obtained in the middle of the tube is shown in Fig 3 and reveals 88wt% Y2O3+ 12wt% SiO2 (substrate)
Since the depth of EDS analysis is ~ 1µm, there is the indication that Y2O3 layer thickness is close to 1µm
Metallographic cross-section prepared at the end of the tube reveals dense, uniform coating of ~0.5µm - see arrows in Figs 4 and 5
No discontinuities or other defects were revealed at the quartz/Y2O3 layer interface
In the central part of the tube a coating thickness of ~0.75µm was observed, see Fig 6
