하이브리드 코팅시스템에 의해 제조된 Cr-Mo-Si-C-N 박막의미세구조 및 기계적 특성연구
Microstructure and Mechanical Properties of Cr-Mo-Si-C-N Coatings Deposited by a Hybrid Coating System
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초록
Cr-Mo-Si-C-N 코팅막은 steel 모재와 Si 웨이퍼 모재 위에 AIP(arc ion plating) 방법과 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering) 방법을 결합시킨 하이브리드 코팅 시스템(Hybrid coating system)을 이용하여 증착하였다. Ar(99.999 %)가스는 sputter 타겟 근처로 직접 유입하였고, 반응성 가스인 질소(99.999 %)가스와 CH4(99.99 %) 가스 또한 시편지지대 근처로 유입하였다. XRD, XPS 분석들을 통하여 얻은 실험결과를 종합해보면, 본 연구에서 합성된 Cr-Mo-Si-C-N 코팅막은 Si가 Cr-Mo-C-N 코팅막에 첨가될수록 비정질 Si3N4(약간의 비정질상의 SiC를 함유한)의 기지에 미세한 (Cr,Mo)(C,N) 결정체들이 분산되어 있는 나노복합체 (nc-(Cr,Mo)(C,N), a-Si3N4)로 합성되었음을 알 수 있다. Si 함량이 증가함에 따라 박막의 경도는 ~41GPa에서 Si 함량이 9.3 at.%일 때 최대 ~53GPa까지 증가했으며, 이러한 경도의 증가는 Si의 첨가에 따른 미세구조적인 변화와 관계가 있으며, 미세구조 복합상과 결정상의 강화에 의한 것으로 보여진다. 이 논문에서는 다양한 Si 함량에 따라 Cr-Mo-Si-C-N 코팅막을 준비하고, 미세구조와, 기계적 특성에 대하여 체계적으로 연구하였다.
Abstract
Cr-Mo-Si-C-N coatings were deposited on steel and Si wafer by a hybrid system of AIP and sputtering techniques using Cr, Mo and Si target in Ar/N2/CH4 gaseous mixture. Instrumental analyses of XRD and XPS revealed that the Cr-Mo-Si-C-N coatings must be a composite consisting of fine (Cr, Mo and Si)(C and N) crystallites and amorphous Si3N4 and SiC. The hardness value of Cr-Mo-Si-C-N coatings significantly increased from 41 GPa of Cr-Mo-C-N coatings to about 53 GPa with Si content of 9.3 at.% due to the refinement of (Cr, Mo and Si)(C and N) crystallites and the composite microstructure characteristics. A systematic investigation of the microstructures and mechanical properties of Cr-Mo-Si-C-N coatings prepared with various Si contents is reported in this paper.
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