(57)【要約】【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。【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コーティング層に転換させる段階とを含む。【選択図】図１
2008126227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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コーティング層に転換させる段階と、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を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、熱膨張係数の差異などによりコーティング層に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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような問題点を勘案した本発明は、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前駆体を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コーティング層に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。
【実施例１】
【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。
【実施例２】
【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】
【図１】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。
【図２】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。
【図１】
2008126227.tif 000003
【図２】
2008126227.tif 000004