이빔 그라파이트 함침 라이너 사용을 위한 가이드

함침 그라파이트 라이너 사용을 위한 가이드

 

l  그라파이트 라이너는 높은 내열성과, 내화학성, 전도성, 비용의 효율성과 같은 장점으로 이빔 증착기의 라이너로 많이 사용 됩니다.

반면에 그라파이트 라이너는 다음과 같은 단점이 있습니다.

1.     흡착 및 오염의 가능성

그라파이트는 다공성 특성이 있어서 일부 재료가 표면에 흡착 될 수 있습니다.

2.     증착층의 순도 저하 가능성

그라파이트의 일부 입자가 증착 공정 중에 표면에서 떨어져 나가면서 증착되는 면에 불순물로 작용 할 수 있습니다.

3.     산화 문제

산화성 환경에서 고온으로 노출되면 산화될 가능성이 있습니다. 이때 CO, CO2 가스가 발생할 수 있고, 진공 시스템에 영향을 주는 경우가 있습니다.

 

l  그라파이트 함침(graphite impregnation)은 그라파이트 재료에 특정 물질을 주입하여 그 특성을 개선하는 공정을 말합니다. 이 과정에서 그라파이트 내부의 미세한 공극이나 틈을 채워 물리적, 화학적 성질을 향상시키는 것이 목표입니다. 주로 사용하는 함침 재료로는 수지, 금속, 탄소 등이 있습니다.

 

l  그라파이트 함침의 목적

1.     내화학성 향상: 화학적으로 저항성이 있는 물질을 주입하여 그라파이트의 내화학성을 높입니다. 이는 부식에 취약한 환경에서 사용할 때 유용합니다.

2.     기계적 강도 증가: 함침 재료가 공극을 채우면서 그라파이트의 기계적 강도가 향상되고, 파손에 대한 저항력이 커집니다.

3.     내열성 개선: 고온에서도 물질의 변형을 방지하는 함침 재료를 주입하면 그라파이트의 내열성을 더욱 높일 수 있습니다.

4.     내수성 또는 내유성: 함침 과정에서 특정 수지나 다른 물질을 사용하면 그라파이트가 물이나 기름에 대한 저항성을 얻게 됩니다.

l  함침 그라파이트 라이너의 장점은?

1.     내구성 증가:

그라파이트는 원래 다공성 구조를 가지고 있어 표면이 약해질 수 있는데, 함침 과정을 통해 그 구조가 강화됩니다. 그래파이트의 다공성 내부에 함침된 물질이 기계적 강도를 증가시켜, 장시간 사용해도 더 안정적이고 내구성 있는 라이너를 제공합니다.

2.     표면 오염 방지:

일반적인 그라파이트는 다공성 특성으로 인해 증착된 물질이 표면에 흡착되기 쉽습니다. 하지만 함침을 통해 이 다공성 구조가 채워지면서 흡착과 오염을 방지할 수 있습니다. 이를 통해 증착 과정에서 라이너 표면에 재료가 흡착되거나 증착층이 오염되는 현상이 줄어듭니다.

3.     화학적 안정성 향상:

함침 그라파이트는 일반적인 그래파이트보다 화학적 내성이 더 뛰어납니다. 그라파이트가 쉽게 산화되거나 특정 환경에서 반응할 수 있지만, 함침된 물질은 이러한 반응성을 줄여줍니다. 예를 들어, 고온 산화 방지 또는 특정 화학적 반응성을 줄이는 함침 소재를 사용할 수 있습니다.

4.     가스 발생 최소화:

그라파이트는 고온에서 산화되거나 가스를 방출할 수 있는데, 함침 처리된 그라파이트는 이를 방지할 수 있습니다. 함침 과정에서 표면과 내부의 다공성 구조가 채워지기 때문에, 증착 중에 가스 방출이나 오염 물질이 발생할 가능성이 낮아집니다. 특히 진공 환경에서 유리합니다.

5.     열적 특성 향상:

함침 과정을 통해 열전도성 또는 열팽창 특성이 개선될 수 있습니다. 열전도성이 증가하면 증착 공정 중 라이너가 균일하게 가열되어 증착 효율이 향상될 수 있으며, 열팽창이 감소하면 라이너의 열적 안정성이 높아져 급격한 온도 변화에도 더 잘 견딜 수 있습니다.

6.     도전성 개선:

만약 도전성 물질로 함침이 이루어졌다면, 라이너의 도전성이 향상되어 charging 문제를 더 효과적으로 방지할 수 있습니다. 이로 인해 전자 축적을 막고 증착 중 발생할 수 있는 전기적 불안정을 줄일 수 있습니다.

결론

함침 그래파이트 라이너는 일반 그래파이트에 비해 내구성, 화학적 안정성, 가스 발생 방지, 열적 및 전기적 특성 개선 등의 장점을 제공하며, 특히 고온의 물질 증착에 있어 매우 유용합니다. 이는 오염을 줄이고, 공정의 안정성을 높이며, 장기적으로 라이너의 수명을 연장시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

l  그라파이트 함침에는 여러 가지 이점이 있지만, 몇 가지 단점도 존재합니다. 주요 단점은 다음과 같습니다.

1. 비용 상승

• 함침 공정 자체가 추가적인 비용을 발생시킵니다. 주입할 재료와 그 공정을 수행하는 장비 및 기술이 필요하므로 일반 그라파이트보다 더 비쌀 수 있습니다.

2. 복잡한 제조 공정

• 함침 공정은 시간이 많이 소요되고 복잡한 기술이 요구됩니다. 잘못된 함침은 그라파이트의 성능을 저하시키거나 균일하지 않은 품질을 초래할 수 있습니다.

3. 함침 재료의 선택 제한

• 특정 환경에서 성능을 개선하기 위해서는 적합한 함침 재료를 선택해야 합니다. 모든 재료가 모든 용도에 적합한 것은 아니며, 환경에 맞지 않는 재료를 사용할 경우 성능이 저하될 수 있습니다.

4. 함침 후 유지 관리 어려움

• 함침된 그라파이트는 재질 특성에 따라 유지 관리가 까다로울 수 있습니다. 만약 함침된 재료가 손상되거나 마모되면 다시 함침하기 어려운 경우가 있습니다.

5. 열충격 저항성 저하 가능성

• 일부 함침 재료는 그라파이트의 내열성을 저하시킬 수 있습니다. 예를 들어, 금속이나 수지로 함침된 그라파이트는 고온 환경에서 열팽창 계수가 달라질 수 있어 열충격에 취약해질 수 있습니다.

6. 물성 변화

• 함침 후 그라파이트의 본래 특성(예: 열전도성이나 전기전도성)이 변화할 수 있습니다. 함침 재료에 따라서는 열이나 전기를 더 잘 전달하지 못하게 될 수 있습니다.

7. 환경적 고려

• 일부 함침 재료는 환경에 유해할 수 있으며, 함침 과정에서 발생하는 화학 물질이나 부산물은 환경 오염 문제를 야기할 수 있습니다.

 

l  그라파이트 함침에는 여러 종류가 있으며, 주로 사용 목적에 따라 함침 재료와 공정이 달라집니다. 대표적인 그라파이트 함침의 종류는 다음과 같습니다.

1. 수지 함침 (Resin Impregnation)

• 설명: 그라파이트에 열경화성 수지(에폭시, 페놀 수지 등)를 주입하는 방법입니다.
• 목적: 그라파이트의 내수성, 내화학성, 기계적 강도를 높이고, 마모를 방지하는 데 사용됩니다.
• 용도: 펌프, 밸브, 밀봉 재료, 화학 처리 장비 등에서 사용됩니다.

2. 금속 함침 (Metal Impregnation)

• 설명: 그라파이트에 구리, 알루미늄, 은과 같은 금속을 주입하여 금속의 물리적 특성을 결합하는 방식입니다.
• 목적: 열전도성과 전기전도성을 개선하고, 내마모성 및 기계적 강도를 증가시킵니다.
• 용도: 전기 접촉 부품, 열교환기, 브러시, 슬라이딩 부품 등에서 사용됩니다.

3. 탄소 함침 (Carbon Impregnation)

• 설명: 탄소 또는 흑연을 그라파이트에 주입하는 방식으로, 그라파이트 내의 공극을 채워 탄소 밀도를 증가시킵니다.
• 목적: 내열성과 내마모성을 높이고, 고온 환경에서도 기계적 안정성을 유지하도록 합니다.
• 용도: 고온 용광로, 항공우주 부품, 반도체 제조 장비 등에 사용됩니다.

4. 안티몬 함침 (Antimony Impregnation)

• 설명: 그라파이트에 금속 안티몬을 주입하는 방식입니다.
• 목적: 내화학성을 크게 향상시키며, 마모 저항성을 높이는 데 주로 사용됩니다.
• 용도: 화학 처리 장비, 펌프 부품, 슬라이딩 베어링 등에서 적용됩니다.

5. 흑연 함침 (Graphite Impregnation)

• 설명: 이미 가공된 그라파이트 제품에 미세한 흑연 입자를 다시 함침하는 방식입니다.
• 목적: 흑연의 전도성을 유지하면서 내부 공극을 채워 기계적 강도 및 안정성을 높입니다.
• 용도: 높은 전도성이 요구되는 전자기기나 특수한 고온 환경에서 사용됩니다.

6. PTFE 함침 (PTFE Impregnation)

• 설명: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테프론)을 그라파이트에 주입하는 방식입니다.
• 목적: 내화학성과 내열성, 마찰 저항성을 크게 높여줍니다. 특히 마찰 저항이 중요한 기계 부품에 적합합니다.
• 용도: 마모 저항성이 필요한 슬라이딩 부품, 가스 및 액체 밀봉 장치 등에 사용됩니다.

7. 폴리머 함침 (Polymer Impregnation)

• 설명: 다양한 폴리머 물질을 주입하여 그라파이트의 특성을 향상시키는 방법입니다.
• 목적: 내화학성, 내수성을 증가시키며, 부식에 저항하는 특성을 부여합니다.
• 용도: 화학 처리 장치, 방수 부품, 고온 환경용 부품에 사용됩니다.

이러한 다양한 함침 방법은 그라파이트가 사용되는 환경과 요구되는 성능에 따라 선택됩니다.