KR20150004664A

KR20150004664A - 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법

Info

Publication number: KR20150004664A
Application number: KR1020130077946A
Authority: KR
Inventors: 이헌주; 강인제
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-13

Abstract

본 발명은 피처리물의 표면에 다이아몬드 필름을 증착하기 이전에 수행되는 전처리 공정으로서, 나노 사이즈의 다이아몬드 파우더가 혼합된 용액 안에 다이아몬드 필름 코팅이 증착될 기판을 넣은 후 주파수가 40,000∼50,000㎐ 범위인 초음파를 가하는 다이아몬드 시드 처리 공정 및 아르곤 기체를 동작가스로 하고, 상기 다이아몬드 시드 처리 공정이 수행된 상기 기판이 장입된 유전체 장벽 방전 장치에 교류 전력을 공급하여 대기압 상태에서 스트리머 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 공정을 포함하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정을 제공하며, 이에 따라 다이아몬드 증착 공정에서의 다이아몬드 초기 핵생성률과 증착률을 향상시키고 다이아몬드 필름의 표면 거칠기 및 품질을 개선할 수 있게 된다.

Description

다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법{Pre-processes for diamond film coating and diamond film coating method using the same}

본 발명은 다이아몬드 필름 코팅에 관련된 기술로서, 피처리물의 표면에 다이아몬드 필름을 증착하기 이전에 전처리 공정으로서 다이아몬드 시드 처리 공정 및 플라즈마 표면 개질 공정을 거치도록 함으로써, 다이아몬드 증착 공정에서의 다이아몬드 초기 핵생성률과 증착률을 향상시키고, 증착된 다이아몬드 필름의 표면 거칠기를 개선할 수 있는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법에 관한 것이다.

산업분야에서는 다양한 재료가 사용되는데, 재료 본연이 가진 성질을 넘어서는 특성이 요구되는 경우가 빈번하다. 따라서, 재료의 본래 성질을 강화시키거나 또는 새로운 특성을 부가하기 위한 다양한 처리방법이 개발되어 왔으며, 이러한 처리방법으로는 열처리, 도금, 합금, 코팅, 복합소재 등을 예로 들 수 있다.

위와 같은 처리방법 중 코팅의 한 종류로서 다이아몬드 필름 코팅이 있는데, 다이아몬드는 모든 광물 중 경도가 가장 높기 때문에 다이아몬드 코팅이 된 재료는 내구성을 월등히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 마찰계수 및 높은 열전도율을 갖기 때문에 상기 다이아몬드 필름 코팅은 금형이나 공구류 등의 내마모성을 향상시키기 위한 코팅 방법으로 자주 사용되고 있다.

특히, 근래에 들어서는 재생에너지 기술분야에 널리 사용되는 세라믹 재료에서 부족하였던 내구성과 열전도율을 향상시키기 위한 방안으로 다이아몬드 필름 코팅에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같이, 세라믹 재료 등의 표면에 다이아몬드 필름을 형성하기 위한 방법으로는 탄소 원자를 함유한 원료가스를 활성화시켜 탄소 이온으로 만든 후 피처리물의 표면에 증착시키는 방법을 주로 사용하고 있다.

대표적으로는 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemicla Vapor Deposition)이 많이 사용되고 있는데, 이와 같은 종래의 다이아몬드 필름 코팅에 관한 선행기술의 하나로는 한국등록특허 제10-0333948호의 "마이크로펄스 글로우 방전을 이용한 이온질화 및 다이아몬드형 탄소막 증착방법"을 소개할 수 있다.

그런데, 기존에 사용되고 있는 플라즈마 강화 화학기상 증착법을 통한 다이아몬드 필름 코팅 공정은 피처리물의 표면 전역에 걸쳐서 다이아몬드 성장속도가 불규칙하고 증착률이 낮다는 단점이 있으며, 결과적으로 증착된 다이아몬드 필름 표면의 거칠기가 매우 크고 불균일하며 공정시간이 길어진다는 문제점이 발생하였다.

한국등록특허 제10-0333948호

따라서, 본 발명은 종래의 플라즈마 강화 화학기상 증착법을 통한 다이아몬드 필름 코팅 공정이 가진 불규칙한 다이아몬드 성장속도와 낮은 증착률의 문제점을 해결함으로써, 기판에 증착된 다이아몬드 필름의 표면 거칠기를 개선하고 증착률을 향상시켜 궁극적으로는 공정시간을 단축시킬 수 있는 새로운 방안을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 피처리물의 표면에 다이아몬드 필름을 증착하기 이전에 수행되는 전처리 공정으로서, 나노 사이즈의 다이아몬드 파우더가 혼합된 용액 안에 다이아몬드 필름 코팅이 증착될 기판을 넣은 후 주파수가 40,000∼50,000㎐ 범위인 초음파를 가하는 다이아몬드 시드 처리 공정 및 아르곤 기체를 동작가스로 하고, 상기 다이아몬드 시드 처리 공정이 수행된 상기 기판이 장입된 유전체 장벽 방전 장치에 교류 전력을 공급하여 대기압 상태에서 스트리머 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 공정을 포함하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 다이아몬드 파우더는 100㎚ 미만의 입경을 가지며, 상기 용액은 상기 다이아몬드 파우더와 에탄올(C₂H₅OH)이 0.01 g : 50㎖ 의 비율로 혼합된 용액일 수 있다.

그리고, 상기 유전체 장벽 방전 장치는 1∼30㎑ 주파수를 갖는 상기 교류 전력이 인가되는 두 전극 중 어느 한 전극은 유전체를 장벽으로 하여 전원이 인가되고, 다른 전극에는 기판이 배치되며, 상기 두 전극 사이의 공간을 흐르는 동작가스인 아르곤 기체가 2000sccm으로 공급될 수 있다.

아울러 상기 플라즈마 표면 개질 공정은 적어도 5분 이상의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 실시예에서, 상기 기판은 Al₂O₃ 세라믹 기판일 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기와 같은 구성을 가진 2단계의 전처리 공정 및 상기 전처리 공정 후에 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 상기 기판 표면에 다이아몬드 필름을 형성하는 다이아몬드 증착 공정을 포함하는 다이아몬드 필름 코팅 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD)은 메탄(CH₄)과 수소(H₂)의 비율이 1 : 100인 혼합 기체 1% 및 아르곤 기체 2000sccm를 공급하여 0.1∼10Torr 압력에서 아크 플라즈마를 발생시키는 증착 조건에서 수행될 수 있다.

특히, 상기 다이아몬드 증착 공정은 상기 전처리 공정 완료 후 10분 이내에 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 중의 다이아몬드 시드 처리 공정은 다이아몬드 핵생성 밀도를 증대시켜 다이아몬드 증착률을 향상시킨다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 중의 플라즈마 표면 개질 공정은 기판의 표면 자유 에너지를 증가시켜 다이아몬드 증착 공정에서의 다이아몬드 초기 핵생성률과 증착률을 향상시킬 뿐만 아니라 다이아몬드 파우더의 균일한 분포를 가져와 기판에 증착되는 다이아몬드 필름의 표면 거칠기를 개선한다는 현저히 향상된 효과를 가져온다.

도 1은 플라즈마 표면 개질 공정이 수행되는 유전체 장벽 방전 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 때의 Al₂O₃ 세라믹 기판 표면의 물 접촉각을 측정한 결과를 도시한 그래프.
도 3은 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 때의 Al₂O₃ 세라믹 기판 표면의 표면 거칠기에 대한 제곱 평균 제곱근값을 도시한 그래프.
도 4는 플라즈마 표면 개질 공정의 유무에 따라 구별되는 다이아몬드 증착 공정 후의 주사전자 현미경 사진.
도 5의 플라즈마 표면 개질 공정의 유무에 따른 다이아몬드 증착 공정 후의 원자력 현미경 사진 및 양자의 표면 거칠기를 대비한 그래프.
도 6은 플라즈마 표면 개질 공정의 유무에 따른 다이아몬드 증착 두께를 증착시간에 대한 그래프로 도시한 도면.
도 7은 도 4에 도시된 다이아몬드 필름이 증착된 2종류의 기판에 대해 X-선 회절분석(XRD)을 수행한 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 도 4의 각 다이아몬드 필름에서의 C-H 신축띠를 푸리에 변환 적외분광법(FTIR)으로 분석한 결과를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 따른 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

그리고, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 본 발명의 특징적인 기술내용을 중심으로 설명할 것이며, 이미 통상의 기술자에게 공지된 플라즈마 강화 화학기상 증착법과 관련된 일반적인 기술내용에 대한 기재는 생략될 수 있다.

본 발명은 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법에 관한 것인데, 먼저 본 발명의 주된 기술이라 할 수 있는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정에 대해 상세히 설명한다,

본 발명에 따른 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정은 크게 다이아몬드 시드 처리 공정 및 플라즈마 표면 개질 공정의 2 단계의 공정으로 구분된다.

다이아몬드 시드 처리 공정은 극히 미세한 다이아몬드 파우더를 기판 표면에 분산시킴으로써 핵생성(nucleation) 밀도를 증대시키기 위한 전처리 공정이다.

즉, 다이아몬드 파우더가 혼합된 용액 안에 다이아몬드 필름 코팅이 증착될 기판을 넣은 후 주파수가 40,000∼50,000㎐ 범위인 초음파를 가함으로써 기판 표면에 미세한 흠(scratch)을 만들면서 핵생성의 씨앗(seed)이 될 다이아몬드 파우더를 분산시키는 공정이 다이아몬드 시드 처리 공정이다.

본 발명의 실시예에서는 100㎚ 미만의 입경을 갖는 다이아몬드 파우더와 에탄올(C₂H₅OH)이 0.01 g : 50㎖ 의 비율로 혼합된 용액 안에 기판을 넣은 후 30분 동안 42,000㎐의 초음파를 가하여 다이아몬드 시드 처리 공정을 수행하였으며, 기판으로는 5×15㎟의 크기를 갖는 Al₂O₃ 세라믹 기판을 사용하였다. 이러한 다이아몬드 시드 처리 공정을 거치면 다이아몬드 핵생성 밀도를 10¹⁰㎝^-2 이상까지 상승시키는 것이 가능해진다.

위와 같은 다이아몬드 시드 처리 공정이 마무리된 기판은 그 다음으로 플라즈마 표면 개질 공정을 거치게 된다.

본 발명에서의 플라즈마 표면 개질 공정은 비활성 기체인 아르곤(Ar) 기체를 동작가스(working gas)로 하고, 기판이 장입된 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge) 장치에 교류 전력을 공급하여 대기압 상태에서 스트리머 플라즈마를 발생시킴으로써 기판 표면의 특성을 개선하는 공정이다.

도 1은 플라즈마 표면 개질 공정이 수행되는 유전체 장벽 방전 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면인데, 교류 전원이 인가되는 두 전극 중 어느 한 전극은 유전체를 장벽으로 하여 전원이 인가되고 다른 전극에는 기판이 배치되며, 두 전극 사이의 공간을 흐르는 동작가스인 아르곤 기체가 대기압 상태에서 스트리머 플라즈마를 발생시켜 기판의 표면 특성을 개질하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 아르곤 기체 2000sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)을 전극간 거리 5㎝ 사이에 공급하고, 1∼30㎑ 주파수를 갖는 교류 전원공급장치를 이용하여 유전체 장벽 방전 장치에 전력을 공급하여 스트리머 플라즈마를 발생시켰으며, 특히 본 발명의 플라즈마 표면 개질 공정은 대기압 상태에서 수행되기 때문에 진공 챔버와 같은 고가의 장비가 필요하지 않다는 점에서 유리하다.

상기와 같은 다이아몬드 시드 처리 공정 및 플라즈마 표면 개질 공정의 2 단계 전처리 공정을 거친 후에 다이아몬드 증착 공정이 수행된다.

다이아몬드 증착 공정은 공지된 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 수행되는데, PECVD 방법은 잘 알려져 있는 증착방법이기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 다만 본 발명의 실시예에 적용된 최적의 증착조건을 설명한다면 메탄(CH₄)과 수소(H₂)의 비율이 1 : 100인 혼합 기체 1% 및 아르곤 기체 2000sccm를 공급하여 0.1∼10Torr 압력에서 아크 플라즈마를 발생시켜 Al₂O₃ 세라믹 기판 위에 다이아몬드 필름을 증착하였다.

본 발명에 따른 다이아몬드 시드 처리 공정 및 플라즈마 표면 개질 공정의 2 단계 전처리 공정이 다이아몬드 필름 증착에 어떠한 개선을 가져왔는지에 대해서는 여러 측면에서 확인되었다.

도 2는 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 때의 Al₂O₃ 세라믹 기판 표면의 물 접촉각을 측정한 결과를 그래프로 나타낸 것이며, 시간이 영(零)인 데이터는 플라즈마 표면 개질 공정을 수행하지 않은 결과를 나타내는 것이다.

도 2에 도시된 결과를 보면, 불과 5분의 짧은 시간 동안 플라즈마 표면 개질 공정을 거치더라도 접촉각이 현저히 감소하였으며, 이는 플라즈마 표면 개질 공정이 표면 자유에너지를 증가시켰음을 의미하는 것인데, 표면 자유에너지의 증가는 표면의 접착력을 개선하고 활성 상태를 유도하는 효과를 가져온다.

도 3은 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 때의 Al₂O₃ 세라믹 기판 표면의 표면 거칠기를 원자력 현미경(AFM, XE-100)으로 측정하고 그 결과를 제곱 평균 제곱근값(RMS)의 그래프로 나타낸 것인데, 공정 시간이 경과할수록 표면 거칠기가 더욱 개선되고 있음을 보여준다. 이는 다이아몬드 시드 처리 공정에 의해 기판 표면에 남아 있는 다이아몬드 파우더가 플라즈마 표면 개질 공정에 의해 점점 더 균일하게 분포하게 되기 때문이다.

그리고, 도 2 및 도 3의 결과를 감안할 때, 플라즈마 표면 개질 공정은 최소 5분 이상의 시간 동안 수행될 필요가 있으며, 15분의 시간 동안 수행되면 접촉각의 감소량은 크게 둔화되고 표면 거칠기는 충분히 작아지므로 에너지 소모와 전처리 시간 등의 효율을 고려할 때 15분 정도의 시간이라면 충분한 효과를 얻을 수 있을 것이다.

플라즈마 표면 개질 공정에 의해 다이아몬드 파우더의 분포가 균일해진다는 것은 다이아몬드 필름이 증착된 기판에 대한 도 4의 주사전자 현미경(SEM, JSM-6700F) 사진과 도 5의 원자력 현미경 사진으로부터도 뒷받침된다.

도 4의 (a) 및 (b)는 플라즈마 표면 개질 공정을 거치지 않은 기판에 다이아몬드를 증착시켰을 때의 주사전자 현미경 사진이고, (c) 및 (d)는 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 경우의 사진이다. Al₂O₃ 세라믹 기판에 대한 다이아몬드 필름 증착은 양자 동일하게 15분 동안 수행되었으며, (c) 및 (d)는 5분 동안 플라즈마 표면 개질 공정을 거친 결과이다.

그리고, 도 5의 (a)는 플라즈마 표면 개질 공정을 거치지 않은 기판에 다이아몬드를 증착시켰을 때의 원자력 현미경 사진이고, (b)는 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 경우의 원자력 현미경 사진이며, (c)는 양자의 표면 거칠기를 비교한 그래프이다.

도 4 및 도 5로부터 명확히 파악되듯이, 플라즈마 표면 개질 공정을 거쳤을 때 결정질 다이아몬드의 모폴로지가 확연히 부드러운 형태를 가지고 있으며, 표면 거칠기 또한 현저히 향상되었음을 확인할 수 있다.

도 4 및 도 5로 대비되는 양자는 모두 다이아몬드 시드 처리 공정를 거친 것인데, 이와 같이 표면 모폴로지에 차이가 생기는 것은 플라즈마 표면 개질 공정이 원인이 되는 것이라 판단할 수 있다.

즉, 다이아몬드의 핵생성은 다이아몬드가 아닌 표면에서는 매우 느리게 이루어진다는 사실을 감안할 때, 다이아몬드 시드 처리 공정에서의 초음파 처리에 의해 양자 모두 핵생성의 씨앗이 되는 다이아몬드 파우더는 공히 동등한 정도로 도포되었을 것임에도 표면 거칠기에 차이가 있다는 것은 다이아몬드 파우더 분포의 균일도에서 차이가 생겼기 때문인 것이다.

따라서, 본 발명의 플라즈마 표면 개질 공정은 기판의 표면 자유에너지를 증가시켜 접착력을 개선하고 활성 상태를 유도할 뿐만 아니라 다이아몬드 핵생성의 씨앗이 되는 다이아몬드 파우더의 균일한 분포를 가져와 기판에 증착되는 다이아몬드 필름의 평활도를 향상시키는 효과를 가져오는 전처리 공정이라 할 수 있다.

도 6은 플라즈마 표면 개질 공정의 유무에 따른 다이아몬드 증착 두께를 증착시간에 대한 그래프로 도시한 도면이다. 각 증착 시간별 증착 두께는 Al₂O₃ 세라믹 기판의 단면에 대한 주사전자 현미경 사진에서 측정한 값이다.

플라즈마 표면 개질 공정의 전처리 공정을 거쳤을 때의 증착률은 2.3㎛/h 로서, 플라즈마 표면 개질 공정을 거치지 않았을 때의 1.2㎛/h 보다 약 2배 정도 현저히 증가하였다.

특히, 플라즈마 표면 개질 공정을 거치게 되면 다이아몬드 증착의 초기 단계에서부터 증착률이 향상되고 있는데, 이는 플라즈마 표면 개질에 의한 표면 증가 에너지의 증가가 활성 상태를 유도하여 현저하게 초기 증착률을 증가시키고 있음에 주목할 필요가 있다.

다만, 플라즈마 표면 개질에 의한 표면 자유에너지의 증가는 그 반대급부로서 공기 중의 각종 원소와 불순물에 의한 표면 오염을 야기할 수 있는데, 이는 표면의 젖음성(wettability)과 자유 에너지에 악영향을 미치는 요소이다.

그렇지만, 10분 이내의 시간 동안에는 표면 자유에너지가 그리 많이 감소하지는 않으므로, 플라즈마 표면 개질 공정 완료 후 10분, 보다 바람직하게는 5분 이내에 다이아몬드 증착 공정을 수행할 필요가 있다.

도 7은 도 4에 도시된 다이아몬드 필름이 증착된 2종류의 기판에 대해 X-선 회절분석(XRD)을 수행한 결과이다. 도 7에서 (a)는 플라즈마 표면 개질 공정이 없는 경우이고, (b)는 이 전처리 공정을 거친 경우이다.

X-선 회절분석 결과 플라즈마 표면 개질 공정의 유무에 따라 별다른 변화를 보이지 않았는데, (111, 43.8°)에서 가장 강한 피크를 보이면서 그 외에 (220, 75.3°) 및 (311, 90.4°)에서 피크를 나타내었다.

따라서, 다이아몬드의 결정 크기와 같은 특성을 변화시키는 수소 유지(retention)나 메탄 농도, 기판에서의 음극 바이어스 등의 요인이 변하지 않는 한 플라즈마 표면 개질 공정의 유무는 다이아몬드 필름의 결정 구조에 영향을 주지는 않는다고 볼 수 있다.

도 8은 도 4의 각 다이아몬드 필름에서의 C-H 신축띠(C-H Stretching)를 2750∼2950㎝^-1의 흡수 스펙트럼 영역에 대해 푸리에 변환 적외분광법(FTIR, Nicolet 6700)으로 분석한 결과이다. 도 8 역시 (a)는 플라즈마 표면 개질 공정이 없는 경우이고, (b)는 플라즈마 표면 개질 전처리 공정을 거친 경우이다.

2833㎝^-1 및 2836㎝^-1에서의 피크는 화학기상 증착법을 증착된 다이아몬드에서만 나타나는 피크인데, 이는 천연 다이아몬드나 비결정성 탄소(amorphous carbon) 모두에서는 찾아볼 수 없는 피크이다.

2862㎝^-1 및 2885㎝^-1에서의 피크는 각각 sp³ 결합된 CH₂의 대칭 신축 및 sp³ 결합된 CH₃의 대칭 신축에 기인하는 것이다.

그리고, 2897㎝^-1 및 2903㎝^-1에서의 피크는 sp³ 결합된 CH의 신축으로부터 나온 것이며, sp² 탄소-수소 결합에 의한 흡수 피크인 2920㎝^-1 및 2950㎝^-1 부근 영역의 피크는 sp³ 결합된 CH_x의 피크에 비해 매우 작게 나타났다.

이러한 푸리에 변환 적외분광법의 분석 결과를 볼 때, 증착된 다이아몬드 필름의 탄소 구조는 비결정성 탄소라기 보다는 다이아몬드 구조에 훨씬 유사하다는 것을 알 수 있다.

또한, (a)의 플라즈마 표면 개질 공정을 거치지 않은 경우에는 불순물에 기인하는 2844㎝^-1의 흡수 피크가 나타났는데 비해, (b)의 경우에는 sp³ 결합된 CH_x의 피크를 제외하고는 이러한 특이 피크가 발견되지 않는다. 따라서, 플라즈마 표면 개질 공정은 증착된 다이아몬드 필름의 품질을 미소하게 향상시키는 것으로 판단할 수 있다.

이와 같은 다양한 분석 결과를 종합한다면, 본 발명에 따른 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정은 다이아몬드 증착 공정에서의 다이아몬드 초기 핵생성률과 증착률을 향상시킬 뿐만 아니라 증착된 다이아몬드 필름의 표면 거칠기 및 품질을 개선할 수 있는 매우 유용한 전처리 공정임을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정 및 이를 이용한 다이아몬드 필름 코팅 방법에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims

피처리물의 표면에 다이아몬드 필름을 증착하기 이전에 수행되는 전처리 공정으로서,
나노 사이즈의 다이아몬드 파우더가 혼합된 용액 안에 다이아몬드 필름 코팅이 증착될 기판을 넣은 후 주파수가 40,000∼50,000㎐ 범위인 초음파를 가하는 다이아몬드 시드 처리 공정; 및
아르곤 기체를 동작가스로 하고, 상기 다이아몬드 시드 처리 공정이 수행된 상기 기판이 장입된 유전체 장벽 방전 장치에 교류 전력을 공급하여 대기압 상태에서 스트리머 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 표면 개질 공정;
을 포함하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제1항에 있어서,
상기 다이아몬드 파우더는 100㎚ 미만의 입경을 갖는 것은 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제2항에 있어서,
상기 용액은 상기 다이아몬드 파우더와 에탄올(C₂H₅OH)이 0.01 g : 50㎖의 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제1항에 있어서,
상기 유전체 장벽 방전 장치는 1∼30㎑ 주파수를 갖는 상기 교류 전력이 인가되는 두 전극 중 어느 한 전극은 유전체를 장벽으로 하여 전원이 인가되고, 다른 전극에는 기판이 배치되며, 상기 두 전극 사이의 공간을 흐르는 동작가스인 아르곤 기체가 2000sccm으로 공급되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 표면 개질 공정은 적어도 5분 이상의 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제1항에 있어서,
상기 기판은 Al₂O₃ 세라믹 기판인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅의 전처리 공정.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전처리 공정; 및
상기 전처리 공정 후에, 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD)에 의해 상기 기판 표면에 다이아몬드 필름을 형성하는 다이아몬드 증착 공정;
을 포함하는 다이아몬드 필름 코팅 방법.
제7항에 있어서,
상기 플라즈마 강화 화학기상 증착법(PECVD)은 메탄(CH₄)과 수소(H₂)의 비율이 1 : 100인 혼합 기체 1% 및 아르곤 기체 2000sccm를 공급하여 0.1∼10Torr 압력에서 아크 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅 방법.
제8항에 있어서,
상기 다이아몬드 증착 공정은 상기 전처리 공정 완료 후 10분 이내에 수행되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 필름 코팅 방법.