Single-shot laser damage of thin Cr films on glass substrates has been studied to understand the cracking and peeling-off mechanism. A numerical model is developed for the calculation of transient heat transfer and thermal stresses in Cr films during excimer laser irradiation and cooling, the transient temperature, and the stress-strain fields are analyzed by using a three-dimensional finite-element model of heat flow. According to the numerical analysis for the experimentally determined cracking and peeling-off conditions, cracking is found to be the result of the tensile brittle fracture due to the excessive thermal stresses formed during the cooling process, while peeling-off is found to be the combined result of films bulging from the softened glass surface at higher temperature and the tensile brittle fracture during the cooling process.
크롬산 용액에 황산을 촉매로 하여 Sargent에 의해 개발된 크롬도금은 경도, 내식성, 내마모성 등의 특성이 우수하다. 이로 인해 장식용 박막 도금뿐만 아니라 경질의 후막 도금층을 형성이 가능함으로써 기계 부품류를 비롯한 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 적용되고 있다. 이러한 크롬도금이 적용된 소재부품에 대해 장수명화와 더불어 가혹한 환경에서의 사용요구가 점차 증가하고 있으며, 이를 위해서는 보다 더 우수한 내식성과 기계적 물성을 확보해야할 필요성이 높다. 한편 경질 크롬 도금의 내식성과 관련해 도금 과정에서 발생하는 마이크로 크랙에 의해 제품의 내식성의 한계를 나타내게 된다. 본 연구에서는 내식성이 우수할 뿐만 아니라 표면 경도가 우수한 도금층을 얻기 위해 도금 전류 조건으로 펄스 전류를 적용하는 방안을 시도한 것으로 펄스전류를 적용하여 경질크롬도금 시 크랙 발생에 미치는 영향을 조사하였다. 도금욕은 일반적인 경질크롬도금에 사용되는 Sargent 욕을 이용하였고, duty ratio를 조절하여 전류 조건 변화에 따른 단면 내 크랙의 수 변화를 관찰하여 최적의 전류 조건을 도출하였다. 그리고 도출된 전류 조건을 이용해 도금 두께에 따른 크랙 수 변화를 관찰하였고, 이때의 경도를 측정하였다. 또한 XRD 분석을 통해 도금 전류 조건 및 시간 변화에 따른 결정구조 변화를 확인하였다. 실험결과 펄스 전류를 적용하는 경우, 기존 직류 적용 시에 비해 크랙 발생을 현저하게 감소시킬 수 있었으며, 사실상 크랙프리(Crack free) 도금이 가능하였다. 또한 크랙의 감소와 함께 경도 저하가 나타나게 되나 펄스 전류 인자의 최적화에 따라 이러한 경도 저하 현상의 최소화가 가능하였다.
The material processing by using ultrashort pulse laser, in recently, is actively applying into the micro machining and nano-machining technology since ultrashort pulse has so faster than the time which the electrons energy absorbing photon energy is transmitted to surrounding lattice-phonon that it has many advantages in point of machining. The micro machining of metallic thin film on the plain glass is widely used in the fields such as mask repairing for semiconductor, fabrication of photonic crystal, MEMS devices and data storage devices. Therefore, it is important to secure the machining technology of the sub-micron size. In this research, we set up the machining system by using ultrashort pulse laser and conduct on the Cr 200nm thin film ablation experiments of spot and line with the variables such as energy, pulse number, speed, and so on. And we observed the characteristics of surrounding heat-affected zone and by-products appeared in critical energy density and higher energy density through SEM, and also examined the machining features between in He gas atmosphere which make pulse change minimized by nonlinear effect and in the air. Finally, the pit size of 0.8${\mu}{\textrm}{m}$ diameter and the line width of 1${\mu}{\textrm}{m}$ could be obtained.
This paper presents the basic characteristics of Cr thin-film, which were deposited on glass by DC magnetron sputtering. The optimized deposition condition of Cr thin-film strain gauges were input power 7w/cm$^2$and the Ar working pressure was 9mtorr. GF(Gauge Factor), TCR(Temperature Coefficient of Resistance) and TCS(Temperature Coefficient of Sensitivity) of Cr thin-film strain gauges were 5.86, 400 ppm/$^{\circ}C$ and 0 ppm/$^{\circ}C$, respectively.
Laser thin film process with a Q-switch pulsed YAG laser was performed for micro machining. In this research, we performed basic Cr thin film on glass substrates removal machining experiments. Form experiments, it happens not only evaporration of thin film but also spatter and cohesion of melting substance in working region, when machining a Cr thin film by Q-switch YAG laser beam irradiation. Critical energy of surface irradiation type by irradiation direction of laser in a face composing thin film on the glass is higher than that of back irradiation type, but the latter is favorable because of spatter appearance. In case of image formation position when laser beam is irradiated, the defocus is permitted to a certain extent within forcus depth. Ifexceeds focus depth, formation of pattern is vanishing step by step.
유도결합플라즈마 보조 D.C.마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 STS316L 위에 Ti-Cr-N 박막의 증착하였으며 크롬과 질소의 함량에 따른 부식특성 변화를 관찰하였다. Ti-Cr-N 박막을 증착시켰을 때는 미처리 STS316L에 비해 더 우수한 부식특성을 보였으며 크롬타겟의 인가전원이 100W 일 때와 질소비가 0.3일 때 가장 우수한 내부식 특성을 나타내었다.
The thin films of TiN have been used extensively as wear-resistant materials, for instance, such as tools of high-speed cutting, metal mold forming etc. In these days, because the thin films capable of being used more severe conditions are needed, the technologies of arc ion plating are tried to improve its characteristics. The purpose of this study is to investigate the characteristics of thin films of (Ti,Cr)N compared with those of TiN. The method of arc ion plating, which is known as showing good tight-adherence and productivity, was used. After manufacturing thin films of ($Ti_{1-x}Cr_{x}$)N (x=0~1) with change of Cr in (Ti,Cr) target, atomic concentration, structure, size of crystallite, residual stress and surface roughness of thin films on substrate were investigated. As the results, it was confirmed that Cr atomic concentrations of thin films were proportionally changed with Cr atomic concentrations of target, and thin films of ($Ti_{1-x}Cr_{x}$)N (x=0~1) showed NaCl type and CrN existed as solid solution to TiN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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