상온진공과립분사에 의한 TiO2 코팅에 미치는 공정변수의 영향에 관한 연구

Abstract

에어로졸 데포지션 공정은 소성변형이 일어나지 않는 수백 nm~수 ㎛ 크기의 취성 재료 미립자들을 분말 수용기구 내지 에어로졸화 기구에 넣고, 기계적 진동을 가하면서 이송가스를 에어로졸화 기구에 유입시켜 만들어진 가스와 취성재료 미립자로 구성된 에어로졸을 노즐로 분사하여 상온에서 치밀한 코팅층을 제조하는 공정이다. 상기 에어로졸 데포지션 공정은 미립자들을 100~400m/s의 속도로 기재에 충돌시켜 코팅층을 형성하는 것으로 소성변형이 일어나는 금속 분말을 400~1500m/s의 초음속으로 기재에 충돌시켜 코팅층을 제조하는 콜드 스프레이(cold spray)와는 다른 코팅방법이다. 최근 재료연구소에서는 에어로졸 데포지션 공정에서 취성재료 미립자의 응집과 이에 의한 불균일한 분말 공급 현상을 방지할 수 있는 방법을 연구하던 중 취성재료 분말을 특성제어하여 유동성을 부여할 수 있고, 미립자 간의 물리적 결합에 의한 응집을 억제하며, 분말의 평균직경이 5㎛ 이상의 적절한 강도를 가진 다립자 응집체 입자들을 해쇄하지 않고 직접 분사하여 기공이나 균열 또는 라멜라(lamella)와 같은 불균일성이 없는 균일한 미세구조의 치밀한 코팅층을 효율적으로 제조할 수 있는 취성재료 다립자 응집체 또는 과립의 특성제어방법과 이를 이용한 취성재료 코팅층의 제조방법을 개발하였다. 한편, 에어로졸은 극미세 입자들과 기체가 혼합된 상태를 의미하나, 기체와 혼합된 입자는 5~500㎛ 크기의 과립이기 때문에 에어로졸이라 명명하기 어려우며, 이에 따라 미립자와 이송가스가 혼합된 에어로졸을 사용하는 에어로졸 데포지션 대신 이러한 코팅공정은 상온진공과립분사 공정이라 한다. 본 연구는 상온진공과립분사 공정에서 폭 넓게 사용되고 있는 TiO2를 선정하여, 상온에서 코팅하는데 필요한 주요 인자들의 제어방법을 제시하고자 한다. slide glass 기판 위에 치밀한 코팅층을 형성시키고, 분말투입 속도, 반복횟수, 압축공기 유량, 이송거리, 이송속도의 변화에 따른 코팅층의 두께, 미세구조 변화를 조사하고 그 결과들을 고찰하고자 한다.