Kim, Min Suk;So, Sung Min;Kim, Hyung Soon;Park, Seong Hwan;Ham, Young Jae;Jeon, Min Seok;Kim, Kyoung Hun
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.29
no.6
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pp.359-364
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2019
The suspension plasma spraying is a modification of conventional plasma spray techniques that has been developed to overcome the challenge of using fine particles in plasma spray processes. In this study, microstructure developments and mechanical property of yttrium oxide (Y2O3) coatings prepared by the suspension plasma spray coating technique have been investigated to determine the effect of processing parameters including plasma gun current and total gas flow. The results showed that a highly dense Y2O3 coating having low porosity of 0.2 vol% without any lamellar structures can be achieved at the optimum condition of gun current 200 A and total gas flow 220 L/min.
Kim, Chang-Wan;Choe, Ju-Hyeon;Kim, Hyeong-Jun;Hyeon, Chang-Yong;Nam, Song-Min
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.118-118
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2010
현재 반도체 제조 공정 중 많은 비중을 차지하는 식각 및 증착 공정에는 대부분 플라즈마를 사용하고 있으며, 이러한 반도체 장비내의 공정 부분품들은 수율과 생산성을 향상시키기 위하여 내플라즈마 특성이 우수한 세라믹 또는 세라믹 코팅막으로 구성되어 있다. 더욱이 최근에는 미세공정을 위해 고밀도 플라즈마 공정이 요구되면서, 노출된 세라믹 층이 침식되어 파티클이 떨어져 나오거나 모재와 세라믹 막 사이의 박리현상과 같은 심각한 문제들이 발생되고 있다. 따라서 보다 우수한 내플라즈마 특성을 갖는 세라믹 코팅 기술 개발이 시급한 실정이다. 현재 내플라즈마성 세라믹 코팅막 제조를 위한 코팅기술로서는 주로 용사법이 이용되고 있으나 기공률이 높고 치밀하지 못한 등의 문제점으로 인하여 사용수명이 짧다는 한계에 봉착하였다. 이에 본 연구에서는 상온에서 치밀하고 고속으로 세라믹 후막 형성이 가능한 Aerosol Deposition (AD)법과 AD법의 단점인 edge, corner, hole에서 코팅이 잘 안 되는 점을 보완할 수 있는 Arc Plasma Anodizing (APA)법을 조합하여, 상용화된 Al 모재위에 APA법을 사용하여 $Al_2O_3$ 후막 중간층을 형성한 뒤 그 위에 AD법으로 치밀한 $Al_2O_3$ 후막 성막함으로써 내 플라즈마 향상을 위한 새로운 개념의 제조기술개발을 시도하였다. 이를 위해 우선 Al 모재 위에 APA를 사용하여 중간층인 $Al_2O_3$막을 제조하였으며, 중간층의 두께에 따른 특성을 확인한 결과, $Al_2O_3$중간층의 두께가 두꺼워질수록 표면조도가 증가함을 확인 할 수 있었다. AD법으로 $Al_2O_3$중간층 위에 치밀한 $Al_2O_3$막을 제조하는데 있어 중요인자를 확인하기 위해, AD법으로 중간층 위에 $Al_2O_3$막을 제조한 후 성막특성을 관찰하였다. 그 결과, 중간층의 표면조도가 $0.8-1\;{\mu}m$인 경우에는 수 ${\mu}m$의 두께로 성막 되었으나, 표면조도가 $1\;{\mu}m$ 이상인 $Al_2O_3$중간층 위에서는 성막 되지 않았다. 이를 통해 AD법으로 치밀하고 두꺼운 $Al_2O_3$ 후막을 $Al_2O_3$중간층 위에 성막하기 위해서는 표면조도가 중요인자임을 확인하였다.
The deformation and fracture behaviors of both Al2O3 and Ni 4.5wt.%Al plasma thermal spray coating were investigated by an acoustic emission method. Plasma thermal spray coating is formed by a process in which melted particles flying with high speed towards substrate, then crash and spread on the substrate surface cooled and solidified in a very short time, stacking of the particles makes coating. A tensile test is conducted on notch specimens in a stress range below the elastic limit of substrate. A bendind test is done on smooth specimens. The waveforms of AE generated from the both test coating specimens can be classified by FFT analysis into two types which low frequency(type I) and high frequency(type II). The type I waveform is considered to corresponds exfoliation of coating layers and type II waveform corresponds the plastic deformation of notch tip. The fracture of the coating layers can estimate by AE event and amplitude, because AE features increase when the deformation generates.
This study was aimed at development of fabrication process of functionally graded materials(FGM), consisting of metal and ceramic by thermal spraying method. NiCrAIY/$Al_2O_3$ FGM were made by using plasma spraying onto the SS400 carbon steel substrate. And mechanical properties such as microhardness, thermal shock resistance and adhesive strength of the coating layer were investigated. Adhesive strength was evaluated by acoustic emission method. It was resulted that NiCrAIY/$Al_2O_3$ FGM made by thermal spraying method showed excellent thermal shock resistance and adhesive strength compared to the other lamellar structures of sprayed coatings and that AE is useful tool to evaluate the defect of thermal sprayed coating layer.
Various compositions of$ Cr_2$$O_3$/Mo composite powders were fabricated using spray-drying method and plasma-spray coatings of these powders were prepared to understand their tribological properties. Experiments were conducted using a reciprocal type tribo-tester at room temperature under dry sliding condition. The worn surface of coated specimens were observed using SEM (Scanning Electron Microscopy) and chemical compositions were analyzed using XRD (X-ray Diffractometry) and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). The results showed that friction coefficient of the Mo added specimens were lower than that of $Cr_2$$O_3$specimen. However $Cr_2$$O_3$specimen showed the lowest wear loss. Wear protecting layer were observed at the worn surface of coated specimens with Mo addition. From the XPS analysis, the mixed phases of $Cr_2$$O_3$$CrO_3$and $MoO_3$were founded in the wear protecting layer.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.249-249
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2010
핵융합로에서는 디버터의 열부하에 대한 안전성을 고려하기 위해 열전도도 및 열 저항성이 높은 텅스텐이 대면 물질로 고려되고 있으며, 경제적인 측면과 실용성 측면에서 텅스텐블록을 직접 제작하여 사용하는 것보다 텅스텐코팅이 효과적이라는 의견이 지배적이다. 또한 ASDEX Upgrade 에서는 탄소블럭에 텅스텐을 코팅하여 챔버 외벽 및 디버터 영역까지 구성하여 캠페인을 진행하였고, 재료적인 측면에서 안정성을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 디버터 및 챔버외벽 등에 대한 대면물질을 구성하기 위해 상압 열플라즈마 제트를 이용하여 고온에서의 용융 및 냉각을 통해 모재에 텅스텐 피막을 적층하는 과정을 수행하고 있다. 기존의 연구를 통해 일부 공정 변수에 대해서는 이미 적정한 범위의 공정조건을 확보하였고, 기공도와 산화도 및 부착력 등의 물성치에 대한 추가적인 향상을 위해 주요 공정 변수에 집중하여 최적의 조건을 탐색하는 과정이 진행 중이다. 이를 위해 출력증가실험의 일환으로서 기존 36kW급 플라즈마 토치 전력을 한 단계 끌어 올려 48kW급 전력까지 단계적으로 상승시킴으로써 이에 따른 물성치 변화를 검증하고 있다. 현재 44kW 급까지 실험이 수행되었으며, 이를 통해 공극률 감소 및 미세구조 변화에 대한 결과를 얻었다. 실제로 토치의 출력을 증가시킴으로서 텅스텐 피막의 물성치가 변화하는 메커니즘은 플라즈마 제트의 중심부 온도 및 축방향 속도에 의해 결정된다. 중심부 온도가 상승하게 될수록 코팅을 위해 분사되는 분말의 용융률은 증가하지만 분말 외벽에 산화텅스텐이 형성될 가능성은 증가하게 되며, 플라즈마 제트의 모재를 향상 축방향 속도가 증가할수록 용융 된 분말이 모재에 증착 시 형성하는 형태가 원형에 가깝게 되므로 기공이 감소하는 효과가 발생한다. 특히 용융된 분말의 증착 형태는 모재의 온도 및 분말의 입사속도에 결정적이 영향을 받게 되며, 결국 모재와 분말사이의 습윤성에 의한 분말 분산속도가 분말의 입사속도에 버금갈 경우 분말은 모재 위에서 효과적으로 원형으로 전이하며 적층하게 된다. 이러한 전이 현상은 앞에서 언급한 모재의 온도 등에 의해 결정적으로 영향을 받게 되며, 모재의 온도가 전이온도 이하일 경우 폭파형태에서 원형으로 분말의 증착 형태가 전이하게 된다. 이외에 추가적으로 진행하고 있는 연구는 코팅 전처리에 해당하는 분말 효과이며, 특히 탄화텅스텐 분말을 통한 재료적 auto-shroud 효과와 미세분말을 이용한 분말 표면열속의 증가에 따른 용융률 증가효과를 연구에 포함할 계획이다. 이러한 연구는 열적, 그리고 재료적 해석을 바탕으로 해석적 접근을 통해 이루어진다.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.16
no.3
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pp.116-120
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2006
We have investigated plasma spray coated $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates for development of wafer electrostatic chuck in semiconductor dry etching system. Samples were prepared without/with cooling bar on backside of samples, at various distances, and with different powder feed rates. There were many cracks and pores in the $Al_2O_3$ layers coated on Al-60 series substrates without cooling bar on the backside of samples. But the cracks and pores were almost disappeared in the $Al_2O_3$ layers on Al-60 series substrates coated with cooling bar on the back side of samples, 15 g/min. powder feed rate and various 60, 70, 80 mm working distances. Then the surface morphology was not changed with various working distances of 60, 70, 80 mm. When the powder feed rate was changed from 15 g/min to 20 g/min, the crack did not appear, but few pores appeared. Also the $Al_2O_3$ layer was coated with many small splats compared with $Al_2O_3$ layer coated with 15 g/min powder feed rate. The deposited rate of $Al_2O_3$ layer was higher when the process was done without cooling bar on the back side of sample than that with cooling bar on the back side of sample.
The adhesion characteristics of the thermoplastic resins such as PE, PP PVC, PET and PS were investigated on the surfaces of conventional steel (SS41), steel (SS41P) treated with ultrasonic waves and the SS41P coated with several ceramic powders (SS41PC) by the plasma spray. Alumina (Al$_2$O$_3$), alumina titania (Al$_2$O$_3$95%, TiO$_2$ 5%) and zirconia yttria (ZrO$_2$ 95%, $Y_2$O$_3$5% ) were used for the materials plasma spray The morphologies, surface hardness, surface roughness, and contact angles on SS41, SS41P, and SS41PC were examined. The tensile shear strength and peel strength of the polymers which were attached to the surfaces of ceramics coated on SS41P also were measured. The tensile shear strength and peel strength of polymers adhered to ceramic surface coated on steel were found to be stronger than those of conventional steel. The tensile shear strength and peel strength of the polymers adhered on the surfaces of ceramics coated steel increased in the following order PE > PET > PP > PS > PVC. The high adhesion strength of PE may be attributed to the surface roughness and its anchor effect on the ceramic surface.
Tribological behavior of plasma-sprayed $Cr_2O_3$-based coatings containing $MoO_3$ at 450$^{\circ}C$ was investigated to understand the influence of $MoO_3$. A reciprocal disc-on-plate type tribo-tester was employed to examine fricition and wear behavior of the specimens. The microstructure and phase composition of the coating was characterized with Transmission Electron Microscopy(TEM). The TEM analysis indicated that $MoO_3$ was dispersed into the grain boundary, resulting in the increase of the hardness and density of the coating. Worn surfaces were investigated by scanning electron microscopy and chemistry of the worn surfaces was analyzed using a X-ray Photoelectron Spectrometer(XPS). The results showed that the friction coefficient of the $MoO_3$-added coatings was lower than that without $MoO_3$ addition. The larger protecting layers were observed at the worn surface of plasma spray coated specimens with $MoO_3$ composition in the protecting layer appears to be more favorable in reducing the friction.
Choi, Kwangsu;Yang, Seunga;Lee, Jong wan;Kim, Minkyu;Lee, Seong jun;Park, Joon Sik
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.30
no.6
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pp.264-270
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2017
In this study, while the abrasive plates for diamond have been prepared through mechanical alloying and sintering of elemental powders, a fabrication route of plasma thermal coatings has been adopted for the first time. When diamond knife is sharped or polished, a metal plate has been applied, which is made of mechanical alloying and sintering. In this study, in order to develop a cost - effective manufacturing process, plasma coatings of FeCrNi and Ti on cast iron plate were applied together with Al intermediate layer coatings. The plasma coatings were successfully performed, and the optimum coating layer conditions were discussed in terms of micro-structural observations at the interfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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