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다이아몬드 카본 상 박막을 활용한 적외선 기능 및 계면 접합력 향상
최헌웅 한국방위산업학회 2023 韓國防衛産業學會誌 Vol.30 No.2
적외선 대표소재인 Ge기판 위에 실리콘(Si) 계면층을 가지고 있는 다이아몬드 카본 상(DLC) 박막 시편과 Si 계면 층을 가지고 있지 않는 DLC 시편 2종을 준비하여 계면의 접합력 및 적외선 성능을 연구하였다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)에의한 분석결과 Si 계면층을 가지고 있는 DLC 시편은 800-1400 cm-1 파장에서 최대 90 % 이상의 적외선 투과성능이 관찰되었다. 또한 Ge 기판과 DLC 박막사이에 Si 계면층을 가지고 있는 DLC 박막은 Si 계면층을 가지고 있지 않은 DLC 코팅의Ge 기판보다 상대적으로 우수한 계면 접합력이 관찰되었다. 투과전자현미경(TEM)을 활용하여 박막과 Si 계면 층의 계면 구조를 관찰한 결과 비정질의 Si 계면층이 비정질의 카본 구조 위에 잘 증착되어 계면 접합력의 결과를 가져왔음을 확인하였으며 음향 방출 긁힘 시험기를 사용하여 계면 접합력 향상을 또한 확인하였다. 그러므로 이러한 결과는 DLC 박막의 적외선 광학 창 코팅재료로써의 가능성을 명확하게 보여준다. We conducted a study involving the preparation of two types of diamond-like carbon(DLC) film-coated germanium(Ge), a representative material in infrared systems, with the aim of investigating both interface adhesion and infrared properties of the DLC film. One set of samples comprised DLC-coated G e with a silicon(Si) interlayer, while the other set consisted of DLC-coated Ge without a Si interlayer. The Fourier-transform infrared(FTIR) spectrum of the DLC-coated Ge with a Si interlayer exhibited maximum transmission exceeding 90% within the wavelength range of 800-1400cm-1. Furthermore, it was observed that the adhesion of the DLC-coated Ge substrate with a Si interlayer was notably stronger compared to the DLC-coated Ge samples lacking the Si interlayer. The interface structure between the DLC film and the Si intermediate layer was throughly examined using transmission electron microscopy(TEM). The amorphous carbon structure of the DLC film exhibited robust adherence to the amorphous carbon Si intermediate layer, which consequently by acoustic emission scratch testing. Consequently, this results strongly underscore the potential of DLC films for applications as infrared window coatings.
미소 인장시험을 통한 다이아몬드상 카본 박막의 안정성 및 접합력 평가
최헌웅,이광렬,오규환,Choi Heon Woong,Lee Kwang-Ryeol,Wang Rizhi,Oh Kyu Hwan 한국진공학회 2004 Applied Science and Convergence Technology Vol.13 No.4
미소인장시험을 통해 304 스테인리스 스틸 판재 위에 증착된 DLC 박막의 안정성을 평가하였다. 모재의 소성 변형과 함께 코팅 층의 손상이 발생하기 시작하는데, 작은 규모의 모재 변형 시에는 인장축의 수직방향으로 박막의 균열이 발생하지만, 모재의 슬립변형이 발생하기 시작하면 인장 축과 $45^{\circ}C$의 각도를 갖는 슬립 면을 따라 필름의 박리가 발생하였다. DLC박막의 박리면적으로부터 필름의 접착력을 평가할 수 있었으며, 필름의 합성 전에 실시하는 Ar 플라즈마 스퍼터링 세척시간이 길수록 그리고 세척시 기판에 인가되는 전압이 높을수록 필름의 접착력은 향상되었다. 이러한 변화는 스테인리스 스틸 모재와 Si 접합 층간의 계면특성이 향상되면, 필름의 전체 접착력을 증진시킬 수 있음을 보여주고 있다. We investigated the stability of the DLC film coated on 304 stainless steel substrate by Radio frequency assisted chemical vapor deposition method. Fracture and spallation behaviour of the coating was observed during micro-tensile test of the fil $m_strate composite. As the tensile deformation progressed, the cracks of the film were observed in the perpendicular direction to the tensile axis. Further deformation resulted in the plastic deformation with $45^{\circ}$ slip bands on the substrate surface. Spallation of the film occurred with the plastic deformation, which was initiated at the cracks of the film and was aligned along the slip directions. We found that both the cracking and the spallation behaviors are strongly dependent on the pre-treatment condition, such as Ar plasma pre-treatment. The spallation of the film was considerably suppressed in an optimized condition of the substrate cleaning by Ar glow discharge. We observed the improved stability with increasing duration of Ar plasma pre-treatment.nt.