황중길님의 글
------------------------------------
안녕하십니까.
플라즈마를 공부할수록 궁금증이 더욱 많아 지는군요.
표면처리에 관한 자료를 보는 과정에 나노물질에 관한 내용을 보게됬습니다.
요컨데, 나노입자를 이용해 고기능 코팅소재를 개발했다는 내용과 충격보강제등의 복합소재개발등의 내용입니다.
나노물질은 bulk물질에 비해 우수한 기계적강도와 화학적안정성이 있는것으로 알려져 있고 이러한 특성을 이용하여 초강력, 초마모성 절삭재료를 생산하거나 터빈엔진내부의 코팅등의 내마모성 보호막제조에도 응용된 연구 결과가 있다고 하는데 현재 나노물질을 이용한 표면처리는 어디까지 진행이 되고 있으며 나노물질을 이용해 표면초리를 하고 있는업체나 단체가 있는지도 궁금합니다.
계속되는 질문 무척 송구스럽게 생각하며 바쁘시더라도 부디 성심있는 답변 부탁드립니다.

----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

개념상 조금 잘못 알고 있는 것이 있는 것 같아 간단하게 답변드리겠습니다. "나노(nano)물질"이란 개념이 새로운 개념의 물질로 생각하시는 것은 조금 잘못된 생각입니다.

내마모 코팅등에 사용하는 2원소 또는 3원소 질화물이나 산화물(예를 들면 실리콘나이트라이드(Si3N4), 타이타늄 나이트라이드(TiN)..)등은 녹는점이 매우 높고 화학적으로 상당히 안정되어 있어서 벌크로 가공하거나 성형하기가 상당히 어려울 뿐만아니라 벌크소재가 되면 상당한 취성이 나타나므로 그 소재의 장점을 살리지 못하는 단점이 있습니다.

이런 경우에 모재는 원래의 소재를 그대로 사용하고 내마모성과 내열성등이 필요한 모재의 표면에 위에 말씀드린 기능성 박막코팅을 증착하여 사용하는 것입니다.

플라즈마를 이용한 증착이라면 대표적인 것이 스퍼터(Sputter)가 있습니다. 스퍼터의 경우 흔히 아르곤(Ar)플라즈마를 사용해 전압에의해 인출된 아르곤 입자를 증착하고자하는 물질(substrate)에 고속으로 충돌시켜 코팅물질을 나노단위로 떼어내 공구나 터빈의 표면에 국부적인 증착을 행하는 방법입니다.

이때 표면에만 얇게 코팅된 기능성 코팅물질은 원래의 벌크의 공구나 터빈에 부가적으로 표면의 내마모성에 영향을 주는 것입니다.

스퍼터링이나 PECVD(Plasma Enhanced CVD)등의 코팅과 아크(Arc)소스를 이용한 코팅(대표적으로 DLC코팅 등) 등은 현재 상당히 많은 진보가 있으며 대부분의 박막 코팅에 이러한 기법이 사용되고 있습니다.

이 기술의 경우 그 자체가 새로운 기술은 아니며 단지 코팅물질에 따라 코팅의 공정변수(막두께제어, 진공도, 플라즈마의 세기, 혼합가스의 유량 등)가 중요하므로 이에대한 연구가 진행되고 있습니다.

참고로 마이크로 머신에 윤활성을 부여하거나 보호막 또는 기능성 구동막등에 이러한 기술이 사용되고 있으며 아울러 대부분의 반도체공정에서도 흔히 사용되는 기술입니다.

최근 이러한 코팅의 공정변수는 각 회사의 Know-how성이 강하므로 상품에 적용되는 공정변수를 쉽게 open하지는 않으며 코팅의 경우도 외부업체를 이용하기보다는 각회사별로 코팅 장비를 도입해 자체적으로 직접 행하는 경우가 많습니다.

도움이 되었으면 합니다.

감사합니다.