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技術 表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法

出願人 トーカイカーボンコリアシーオーエルティディ
発明者 キムジョングイルウーチャンヒュン
出願日 2007年10月19日 (11年11ヶ月経過) 出願番号 2007-272520
公開日 2008年6月5日 (11年3ヶ月経過) 公開番号 2008-126227
状態 拒絶査定
技術分野 流動性材料の適用方法、塗布方法 その他の表面処理
主要キーワード 噴射コーティング 最終目標温度 コーティング状 最終熱処理温度 アルミナコーティング層 前処理過程 転換速度 耐化学性
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この項目の情報は公開日時点(2008年6月5日)のものです。
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図面 (3)

課題

溶融点に関係なく全ての金属に純粋SiCをコーティングすることができ、熱膨張係数差異による剥離などの発生を防止することができると共に、SiCコーティング時間を短縮すること。

解決手段

本発明は、表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法に関し、a)SiC前駆体溶媒に溶解させてコーティング溶液を用意する段階と、b)前記a)段階で用意したコーティング溶液を金属材料の表面に高温を使用しないコーティング法でコーティングする段階と、c)前記コーティング溶液がコーティングされた金属材料を酸素遮断された雰囲気で乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体コーティング層を形成する段階と、d)前記SiC前駆体コーティング層を前処理して、ポリマーを一部除去する段階と、e)熱処理を通じて前記SiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層転換させる段階とを含む。

概要

背景

一般的に、SiCは、耐化学性耐酸化性耐熱性耐摩耗性に優れている材料である。従来、このようなSiCを金属にコーティングして金属の耐化学性、耐酸化性、耐熱性及び耐摩耗性を向上させようとする試みがあった。

しかし、純粋なSiCでコーティングすることができず、SiCを含む混合物をコーティングした。また、SiCをコーティングする方法で化学気相蒸着法CVD)を使用したが、溶融点が低い金属にはコーティングすることができなかった。

すなわち、1000℃以上の工程温度を使用する化学気相蒸着法で金属の表面にSiCを蒸着する過程で、溶融点が低い金属は当該金属が溶融されるなどの問題が発生することができる。

また、溶融点が高い金属にSiCを化学気相蒸着法により蒸着する場合にも、熱膨張係数差異などによりコーティング層クラックが発生したりコーティング層が剥離される問題点があった。

概要

溶融点に関係なく全ての金属に純粋SiCをコーティングすることができ、熱膨張係数の差異による剥離などの発生を防止することができると共に、SiCコーティング時間を短縮すること。本発明は、表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法に関し、a)SiC前駆体溶媒に溶解させてコーティング溶液を用意する段階と、b)前記a)段階で用意したコーティング溶液を金属材料の表面に高温を使用しないコーティング法でコーティングする段階と、c)前記コーティング溶液がコーティングされた金属材料を酸素遮断された雰囲気で乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体コーティング層を形成する段階と、d)前記SiC前駆体コーティング層を前処理して、ポリマーを一部除去する段階と、e)熱処理を通じて前記SiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層転換させる段階とを含む。

目的

前述のような問題点を案した本発明は、溶融点に関係なく全ての金属に純粋なSiCをコーティングすることができ、熱膨張係数の差異による剥離などの発生を防止することができると共に、SiCコーティング時間を短縮することができる表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

a)SiC前駆体溶媒に溶解させてコーティング溶液を用意する段階と、b)前記a)段階で用意したコーティング溶液を金属材料の表面に高温を使用しないコーティング法コーティングする段階と、c)前記コーティング溶液がコーティングされた金属材料を酸素遮断された雰囲気で乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体コーティング層を形成する段階と、d)前記SiC前駆体コーティング層を前処理して、ポリマーを一部除去する段階と、e)熱処理を通じて前記SiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層転換させる段階と、を含む、表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項2

前記a)段階のSiC前駆体は、PCS(Polycarbosilane)であることを特徴とする、請求項1に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項3

前記b)段階の金属材料は、表面に金属材料の熱膨張係数とSiCの熱膨張係数との間の値を有する熱膨張係数を有するバッファ層が形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項4

前記バッファ層は、アルミナであることを特徴とする、請求項3に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項5

前記d)段階は、SiC前駆体コーティング層に電子ビームまたは紫外線照射することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項6

前記電子ビームは、5乃至20MGyで照射されることを特徴とする、請求項5に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項7

前記a)段階の溶媒は、ヘキサン(Hexane)、キシレン(Xylan)、トルエン(Toluene)またはテトラハイドロフロン(Tetra-hydrofuron)であることを特徴とする、請求項5に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項8

前記b)段階のコーティング法は、ディッピング法(dipping)、スピンコーティング法(spine coating)または噴射コーティング法(spray coating)であることを特徴とする、請求項5に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項9

前記d)段階は、時間当たり5乃至30℃の昇温速度で昇温して最終温度が1000±300℃になるまで昇温することを特徴とする、請求項5に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項10

前記最終温度の調節によりSiCコーティング層の結晶構造を決定することを特徴とする、請求項9に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法。

請求項11

請求項5に記載の表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法で製造された、表面にセラミックがコーティングされた金属。

技術分野

0001

本発明は、表面にセラミックコーティングされた金属及びその製造方法に関する。特に、本発明は、単一のセラミック材料で金属の表面をコーティングすることができ、セラミック材料の剥離などが発生しない、表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

一般的に、SiCは、耐化学性耐酸化性耐熱性耐摩耗性に優れている材料である。従来、このようなSiCを金属にコーティングして金属の耐化学性、耐酸化性、耐熱性及び耐摩耗性を向上させようとする試みがあった。

0003

しかし、純粋なSiCでコーティングすることができず、SiCを含む混合物をコーティングした。また、SiCをコーティングする方法で化学気相蒸着法CVD)を使用したが、溶融点が低い金属にはコーティングすることができなかった。

0004

すなわち、1000℃以上の工程温度を使用する化学気相蒸着法で金属の表面にSiCを蒸着する過程で、溶融点が低い金属は当該金属が溶融されるなどの問題が発生することができる。

0005

また、溶融点が高い金属にSiCを化学気相蒸着法により蒸着する場合にも、熱膨張係数差異などによりコーティング層クラックが発生したりコーティング層が剥離される問題点があった。

発明が解決しようとする課題

0006

前述のような問題点を案した本発明は、溶融点に関係なく全ての金属に純粋なSiCをコーティングすることができ、熱膨張係数の差異による剥離などの発生を防止することができると共に、SiCコーティング時間を短縮することができる表面にセラミックがコーティングされた金属及びその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法は、a)SiC前駆体溶媒に溶解させてコーティング溶液を用意(生成)する段階と、b)前記a)段階で用意したコーティング溶液を金属材料の表面に高温を使用しないコーティング法でコーティングする段階と、c)前記コーティング溶液がコーティングされた金属材料を酸素遮断された雰囲気で乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体コーティング層を形成する段階と、d)前記SiC前駆体コーティング層を前処理して、ポリマーを一部除去する段階と、e)熱処理を通じて前記SiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層転換させる段階とを含む。

0008

また、本発明の他の態様に係る表面にセラミックがコーティングされた金属は、a)SiC前駆体を溶媒に溶解させてコーティング溶液を用意する段階と、b)前記a)段階で用意したコーティング溶液を金属材料の表面に高温を使用しないコーティング法でコーティングする段階と、c)前記コーティング溶液がコーティングされた金属材料を酸素が遮断された雰囲気で乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体コーティング層を形成する段階と、d)前記SiC前駆体コーティング層を前処理してポリマーを一部除去する段階、及びe)熱処理を通じて前記SiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層に転換させる段階を行うことによって、製造することができる。

発明の効果

0009

本発明に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法は、金属材料の表面にSiC前駆体をコーティングし、このSiC前駆体をSiCコーティング層に転換して、クラック及び剥離が発生しない純粋なSiCコーティング層を形成することができ、これにより、金属材料の耐酸化性、耐化学性、耐熱性を向上させることができるという効果がある。

0010

また、前記SiC前駆体コーティング層を紫外線または電子ビームを用いて前処理することによって、SiCコーティング層の転換速度を向上させて生産性を向上させることができるという効果がある。

0011

また、本発明に係る表面にセラミックがコーティングされた金属は、金属材料本然の特性をそのまま発揮することができると共に、耐酸化性、耐化学性、耐熱性を向上させることができ、多様な応用分野に金属材料を利用することができるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、添付の図面を参照して本発明に係る好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、以下の実施例は、この技術分野における通常の知識を有する者に本発明が十分に理解されるように提供されるものであって、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が次に記述される実施例により限定されるわけではない。

0013

図1は、本発明の好ましい実施例に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法を示す順序図である。

0014

図1を参照すれば、本発明に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法は、溶媒にSiC前駆体物質を溶解させてコーティング溶液を用意する段階(S11)と、前記S11段階のコーティング溶液を金属材料の表面にコーティングする段階(S12)と、不活性気体雰囲気でコーティング溶液を乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体物質をコーティングする段階(S13)と、前記SiC前駆体コーティング層に電子ビームまたは紫外線を照射して、高分子を一部昇華させると共に、SiCの結合をさらに堅固にする段階(S14)と、熱処理を通じて前記金属の表面にコーティングされたSiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層に転換する段階(S15)とを含む。

0015

以下、上記のように構成された本発明の好ましい実施例に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法をさらに詳しく説明する。

0016

まず、S11段階では、SiC前駆体物質を溶媒に溶解してコーティング溶液を獲得する。

0017

この時、SiC前駆体物質は、粉末状のPCS(Polycarbosilane)を使用することができ、このPCSを溶解させる溶媒は、ヘキサン(Hexane)、キシレン(Xylene)、トルエン(Toluene)、テトラハイドロフロン(Tetra-hydrofuron)を使用することができる。

0018

上記で列挙した溶媒に溶解されるPCS粉末の量を調節してコーティング溶液の粘度を調節することができ、その粘度の差異によりPCSコーティング層の厚さが決定され、そのPCSコーティング層を転換した最終SiCコーティング層の厚さと関係がある。

0019

すなわち、コーティング溶液の粘度が高いほどSiCコーティング層の厚さをさらに厚くコーティングすることができる。この時、粘度の範囲は、1〜400cPになるようにする。

0020

次に、S12段階では、前記PCS粉末が溶媒に溶解されたコーティング溶液を用いてコーティング層を形成すべき金属の表面をコーティングする。

0021

この時、コーティング溶液のコーティング方法は、熱を使用しないもので、コーティング溶液に金属材料を浸漬するディッピング法(dipping)、金属材料を回転させ、その上部に前記コーティング溶液を落下させて遠心力により均一な程度に広がるようにするスピンコーティング法(spine coating)、噴射装置を用いてコーティング溶液を噴射する噴射コーティング法(spray coating)、ブラシを用いてコーティングするブラシ法(brush)を使用することができる。

0022

上記列挙したコーティング法は、高温を使用しないコーティング法の例であって、上記で列挙してはいないが、他の高温を使用しないコーティング法を使用することもできる。

0023

このように本発明では、既存の金属材料に直接SiCをコーティングするための高温の熱を使用する化学気相蒸着法を使用せず、SiC前駆体物質であるPCSを常温の雰囲気でコーティングすることによって、金属材料の溶融点に関係ないコーティングが可能になる。

0024

次に、S13段階では、前記金属材料にコーティングされたコーティング溶液を乾燥させる。

0025

この時の乾燥方法は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気で乾燥することができる。

0026

前記乾燥過程で酸素がコーティング溶液に含まれれば、SiCコーティング層の高温特性が低下することができる。

0027

前記乾燥過程により溶媒が乾燥されて、前記金属材料の表面にはPCSコーティング層が形成される。

0028

次に、S14段階では、前記形成されたPCSコーティング層を前処理して、PCSコーティング層に含まれたポリマーを昇華させる。これは、PCSでポリマーを一部昇華させてSiCを残存させ、そのSiC間の結合がクロスリンクになるようにして、さらに堅固なSiCコーティング層を獲得することができるようにするものである。

0029

上記前処理は、5乃至20MGyの電子ビームまたは紫外線を使用することができる。

0030

その他、200乃至400℃の温度でオキシデーション(oxidation)を通じて前処理することができるが、SiCに酸素が含まれることができるので、高温特性が低下することができる。

0031

次に、S15段階では、上記前処理されたPCSコーティング層を熱処理して、PCSのポリマー成分を完全に除去してPCSコーティング層をSiCコーティング層に転換させる。

0032

この時、昇温速度は、10〜500℃/hourの範囲にすることができ、最終目標温度は、700乃至1300℃になるようにする。

0033

このように昇温速度が高い熱処理をする場合にも、前記電子ビームまたは紫外線によって前処理されたPCSをSiCコーティング層に転換する過程で、SiCコーティング層の表面に泡沫が生じないようになる。

0034

この時、最終熱処理温度を調節して所望の結晶構造のSiCコーティング層を獲得することができる。すなわち、1000〜1300℃の熱処理により前記SiCコーティング層の結晶構造は、結晶質になり、700〜1000℃の熱処理によって非晶質のSiCコーティング層を獲得することができるようになる。

0035

上記のように、本発明は、前処理過程を通じてSiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層に転換する速度をさらに低減することができ、転換過程でSiCコーティング層にクラックや剥離が発生することを防止することができるようになる。

0036

図2は、本発明の他の実施例に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法のを示す順序図である。

0037

図2を参照すれば、本発明に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法は、溶媒にSiC前駆体物質を溶解させてコーティング溶液を用意する段階(S21)と、金属材料の表面にバッファ層を形成する段階(S22)と、前記S21段階のコーティング溶液を前記金属材料表面のバッファ層表面にコーティングする段階(S23)と、不活性気体雰囲気で前記バッファ層上にコーティングされたコーティング溶液を乾燥させて、金属材料の表面にSiC前駆体物質をコーティングする段階(S24)と、前記SiC前駆体コーティング層に電子ビームまたは紫外線を照射して、高分子を一部昇華させると共に、SiCの結合をさらに堅固にする段階(S25)と、熱処理を通じて前記金属の表面にコーティングされたSiC前駆体コーティング層をSiCコーティング層に転換する段階(S26)とを含む。

0038

以下、上記のように構成された本発明の他の実施例に係るセラミックが表面にコーティングされた金属の製造方法をさらに詳しく説明する。

0039

まず、S21段階では、SiC前駆体物質であるPCSを溶媒に溶解してコーティング溶液を獲得する。この時、溶媒は、ヘキサン(Hexane)、キシレン(Xylan)、トルエン(Toluene)、テトラ−ハイドロフロン(Tetra-hydrofuron)などを使用することができる。

0040

前記溶媒の条件は、乾燥過程を通じて除去されることができ、金属材料またはPCS自体に化学的な影響を与えないものなら、上記で列挙した溶媒以外の溶媒を使用することもできる。

0041

上記のような溶媒に溶解されるPCS粉末の量を調節して、コーティング溶液の粘度を調節することができ、そのコーティング溶液の粘度が大きいほどさらに厚いSiCコーティング層を形成することができる。粘度の範囲は、1乃至400cPにすることが適当である。

0042

次に、S22段階では、前記コーティング溶液の用意とは別途に、金属材料の表面にバッファ層を形成する。

0043

前記バッファ層は、金属材料とSiCが有する熱膨張係数などを考慮してその中間の熱膨張係数を有する物質層であることができる、その例として、アルミナを例示することができる。

0044

前記アルミナバッファ層を導入することによって、最終的な熱処理過程でSiCコーティング層と金属材料の熱膨張係数の差異によるSiCコーティング層の剥離またはクラックが発生することを防止することができるようになる。

0045

次に、S23段階では、前記PCSが溶媒に溶解されたコーティング溶液を用いてコーティング層を形成すべき金属材料の表面に形成されたアルミナコーティング層の表面をコーティングする。

0046

この時、コーティング溶液のコーティング方法は、熱を使用しないコーティング法なら、そのコーティング法に関係なく使用することができる。

0047

そのコーティング法を例示すれば、ディッピング法(dipping)、スピンコーティング法(spine coating)、噴射コーティング法(spray coating)を使用することができる。

0048

次に、S24段階では、前記アルミナバッファ層の上部にコーティングされたコーティング溶液を乾燥させる。

0049

この時の乾燥方法は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気で乾燥する。この時、前記乾燥過程で酸素がコーティング溶液に含まれれば、SiCコーティング層の高温特性が低下することができる。

0050

前記乾燥過程により溶媒が乾燥されて、前記金属材料の表面に形成されたアルミナバッファ層の表面にはPCSコーティング層が形成される。

0051

次に、S25段階では、前記形成されたPCSコーティング層を前処理して、PCSコーティング層に含まれたポリマーを昇華させる。これは、PCSでポリマーを一部昇華させてSiCを残存させ、SiC間の結合がクロスリンクになるようにして、さらに堅固なコーティング状態を示すSiCコーティング層を獲得することができる。

0052

上記前処理は、5乃至20MGyの電子ビームまたは紫外線を使用することができる。

0053

次に、S26段階では、前記形成されたPCSコーティング層を熱処理して、PCSのポリマー成分を蒸発させてPCSコーティング層をSiCコーティング層に転換させる。

0054

この時、転換されるSiCコーティング層の表面に泡沫が生じないようにするためには、5〜30℃/hrの低い昇温速度を有するようにすることが好ましく、この時、最終熱処理温度によって非晶質または結晶質のSiCコーティング層を獲得することができる。

0055

すなわち、1000℃以上の熱処理により前記SiCコーティング層の結晶構造は、結晶質になり、1000℃以下の熱処理により非晶質のSiCコーティング層を獲得することができるようになる。

0056

上記のような熱処理過程で前記アルミナバッファ層は、熱膨張係数に差異がある金属材料とSiCコーティング層の剥離またはクラック発生を防止する役目をするようになる。

0057

このように純粋なSiCコーティング層が表面にコーティングされた金属材料は、その金属材料本然の特性を発揮することができることと共に、SiCコーティング層によって耐化学性、耐酸化性、耐熱性に優れた特性を有するようになる。

0058

以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。

図面の簡単な説明

0059

本発明の一実施例に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法を示す順序図である。
本発明の他の実施例に係る表面にセラミックがコーティングされた金属の製造方法を示す順序図である。

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