용융염법을 이용한 다이아몬드의 크롬 카바이드 코팅에 관한 연구

Abstract

다이아몬드는 높은 경도와 열전도도를 가지고 있으며 다이아몬드 compact는 전자 장치의 연삭 휠, 절삭 공구 및 방열판으로 사용된다. 복합재료 제조 시 다이아몬드와 금속 매트릭스 사이의 계면 결합 강도가 낮은 점과 950 ℃ 이상에서 다이아몬드가 그라파이트화 하는 점을 방지하기 위해 다이아몬드 입자를 보호하고 계면 결합 강도를 높일 수 있는 코팅을 하게 된다. 주로 사용되는 금속 카바이드는 Ti, Si, Cr, W, Mo 등의 카바이드가 사용된다. 본 연구에서는 다이아몬드 입자를 크롬 카바이드 층으로 코팅하는 방법을 연구하였다. 800 ~ 900 ℃에서 LiCl, KCl, CaCl2 염과 다이아몬드, 크롬 분말을 혼합하여 코팅하였을 때 다이아몬드표면에서 Cr7C3이 형성된 것을 확인하였다. 다이아몬드 분말의 표면은 XRD 및 SEM을 사용하여 분석되었고, 코팅층의 평균 두께는 입도분석으로 계산하였다. 용융염법을 이용하여 다이아몬드 분말에 균일한 Cr7C3층을 형성하였다. 열처리 온도가 900 ℃까지 증가함에 따라 코팅층의 두께는 증가하였고. KCl-CaCl2의 용융염에 비해 LiCl-KCl-CaCl2 용융염을 사용할 경우에 훨씬 더 두꺼운 코팅층을 얻을 수 있었다. 또한 실험에 사용한 용융염을 열분석하여 염의 공정점을 확인하였다. 형성된 코팅층의 두께를 이용하여 활성화에너지를 계산하였고, 2원계염을 이용한 경우에는 44.6 kj/mol, 3원계염을 사용한 경우에는 41.0 kj/mol로 나타났다. 따라서 LiCl-KCl-CaCl2을 사용하는 경우가 더 효과적으로 크롬카바이드 코팅할 수 있는 것을 확인하였다.

Diamond has high hardness and thermal conductivity, and the diamond compacts are used as grinding wheels, cutting tools, and heat sinks of electronic devices. There are several methods to improve interfacial bonding between diamond and metal matrix. The most effective method is to modify the surface of diamond particles with coatings, which can protect the diamond particles from graphitization at high temperature and promote the interfacial bonding without deteriorating the thermal conductivity of the metal matrix. So far, carbide forming elements such as Ti, Si, Cr, W, and Mo were coated on diamond particles to improve the wettability. In this study, The coating of diamond particle with a chromium carbide layer has been investigated. on heating at 800~900 ℃ of diamond and chromium powders in molten salts of LiCl, KCl, CaCl2, the diamond was coated with Cr7C3. The surface of diamond powders was analyzed using X-ray diffraction and SEM. The average thickness of Cr7C3 coating layers was calculated from the result of a particle size analysis. By using molten salt method, the Cr7C3 coating layer was uniformly formed on the diamond particles, at a relatively low temperature, at which the graphitization of diamond could be avoid. The coated later was thickened with the increase of heating temperature up to 900℃. The coating reaction of diamond particle with chromium carbide was much more rapid in LiCl-KCl-CaCl2 molten salts compared with the molten salts of KCl-CaCl2.