• Tribology and Lubricants
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• v.13 no.1
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• pp.42-52
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• 1997

This paper deals with wear characteristics of ion-nitrided metal theoretically and experimentally in order to analysis of wear phenomena. Wear tests show that compound layer of ion-nitrided metal reduces wear rate when the applied wear load is mall. However, as th load becomes large, the existence of compound layer tends to increase wear rate. The residual stress at the surface of ion-nitrided metal is measured, and the internal stress distribution is calculated when the normal and tangential forces are applied to the surface of metal. Compressive residual stress is largeest at the compound layer, and decreases as the depth from the surface increases. Calculation shows that the maximum stress exists at a certain depth from the surface when normal and tangential force are applied, and that the larger the wear load is the deeper the location of maximum stress becomes. In the analysis, it is found that under small applied wear load the critical depth, where voids and cracks may be created and propagated, is located at the compound layer, as the adhesive wear, where hardness is an important factor, is created the existence of compound layer reduces the amount of wear. When the load becomes large the critical depth is located below the compound layer, and delamination, which may be explained by surface deformation, crack nucleation and propagation, is created, and the existence of compound layer increases wear rate.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.44 no.4
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• pp.149-154
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• 2011

Martensitic stainless steel STS 431 has been nitrided by active screen ion nitriding under the various temperature and time. The thickness of diffusion layer, case depth, hardness and composition phases were investigated using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), micro-Vickers hardness tester, X-ray diffraction (XRD) and glow discharge spectroscopy (GDS). It was observed that the thickness of diffusion layer depends strongly on the treatment temperature and time. A sample, which was nitrided at $450^{\circ}C$ for 8hours, was a maximum hardness of Hv0.01 1558 and nitride layer of $70{\mu}m$. As shown in XRD patterns, $\varepsilon(Fe_{2-3}N)$ and expanded martensite (${\alpha}_N$) phases which was saturated with nitrogen solid solution were in the nitrided layer treated at $450^{\circ}C$ for 2 hours. Composition phases of $\varepsilon$ $(Fe_{2-3}N)$ and ${\gamma}'$ ($Fe_4N$) were observed after active screen nitriding at $450^{\circ}C$ for 8 hours.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07a
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• pp.413-416
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• 2004

In this study, zinc oxide(ZnO) having large misfit(18.2%) with sapphire was tried to be grown on very thin nitride buffer layers. For the creation of various kinds of nitride buffer layer, sapphire surface was modified by an irradiation of nitrogen ion beam with low energy generated from stationary plasma thruster(SPT) at room temperature. After the irradiation of ion beam, Al-N and Al-O-N bonding was identified to be formed as nitride buffet layers. Surface morphology was measured by AFM and then ZnO growth was followed by pulsed laser deposition(PLD). Their properties are analyzed by XRD, AFM, TEM, and PL. We observed that surface morphology was improved and deep level emission related to defects was almost vanished in PL spectra from the ZnO grown on nitride buffer layer.

• Design & Manufacturing
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• v.13 no.1
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• pp.13-18
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• 2019

The size and prospects of the domestic semiconductor equipment market are increasing every year. In the case of various parts used inside semiconductor equipments, high durability such as high strength and abrasion resistance is demanded. Particularly, the gases used in semiconductor production processes are toxic. In order to prevent such toxic gas leakage, a precision processing technique and a surface treatment technique for preventing corrosion are required. Electro-polishing is an electro-chemical method of polishing a metal surface to make it smooth and polished. Electro-polishing is mainly used in the finishing process of metal surface. Unlike mechanical polishing, electro-polishing is used in many fields, such as fine chemical etching equipment, since no damaged layer or burr, fine polishing groove and particles are generated. However, in order to withstand the gas used in the semiconductor equipment, the parts must have high corrosion resistance. However, the surface hardness generally become lowered through electro-polishing. Therefore, in this study, surface hardness were experimentally observed before and after electro-polishing. Then, a method of improving hardness by preparing a nitrided layer by plasma ion nitriding treatment.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.148-148
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• 1999

다이아몬드에 버금가는 높은 경도뿐만 아니라 높은 화학적 안정성 및 열전도성 등 우수한 물리화학적 특성을 가진 입방정 질화붕소(cubic Boron Nitride)는 마찰.마모, 전자, 광학 등의 여러 분야에서의 산업적 응용이 크게 기대되는 자료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 기대되는 재료이다. 특히 탄화물형성원소에 대해 안정하여 철계금속의 가공을 위한 공구재료로의 응용 또한 크게 기대된다. 이 때문에 각종의 PVD, CVD 공정을 이용하여 c-BN 박막의 합성에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 많은 성공사례들이 보고되고 있다. 그러나 이러한 c-BN 박막의 유용성에도 불구하고 아직 실제적인 응용이 이루어지지 못한 것은 증착직후 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력문제때문이다. 본 연구에서는 평행자기장을 부가한 ME-ARE(Magnetically Enhanced Activated Reactive Evaporation)법을 이용하여 c-BN 박막을 합성하고, 합성된 c-BN 박막의 밀착력에 미치는 공정인자의 영향을 규명하여, 급격한 박리현상을 보이는 c-BN 박막의 밀착력 향상을 위한 최적 공정을 도출하고자 하였다. BN 박막 합성은 전자총에 의해 증발된 보론과 (질소+아르곤) 플라즈마의 활성화반응증착(activated reactive evaporation)에 의해 이루어졌다. 기존의 ARE장치와 달리 열음극(hot cathode)과 양극(anode)사이에 평행자기장을 부여하여 플라즈마를 증대시켜 반응효율을 높혔다. 합성실험용 모재로는 p-type으로 도핑된 (100) Si웨이퍼를 30$\times$40 mm크기로 절단 후, 100%로 희석된 완충불산용액에 10분간 침적하여 표면의 산화층을 제거한후 사용하였다. c-BN 박막을 얻기 위한 주요공정변수는 기판바이어스 전압, discharge 전류, Ar/N가스유량비이었다. 증착공정 인자들을 변화시켜 다양한 조건에서 c-BN 박막의 합성하여 밀착력 변화를 조사하였다. 합성된 박막의 결정성 분석을 FTIR을 이용하였으며, Bn 박막의 상 및 미세구조관찰을 위해 투과전자현미경(TEM;Philips EM400T) 분석을 병행하였고, 박막의 기계적 물성 평가를 위해 미소경도를 측정하였다. 증착된 c-BN 박막은 3~10 GPa의 큰 잔류응력으로 인해 증착직후 급격한 박리현상을 보였다. 이의 개선을 위해 증착중 기판바이어스 제어 및 후열처리를 통해 밀착력을 수~수백배 향상시킬 수 있었다. c-BN 박막의 합성을 위해서는 증착중인 박막표면으로 큰 에너지를 갖는 이온의 충돌이 필요하기 때문에 기판 바이어스가 요구되는데, c-BN의 합성단계를 핵생성 단계와 성장 단계로 구분하여 인가한 기판바이어스를 달리하였다. 이 결과 그림 1에서 나타낸 것처럼 c-BN 박막의 핵생성에 필요한 기판바이어스의 50% 정도만을 인가하였을 때 잔류응력은 크게 경감되었으며, 밀착력이 크게 향상되었다.