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미국이 다이아몬드와 DLC 막의 R&D와 시장을 리드
  • 편집부
  • 등록 2003-10-31 04:29:02
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편집부(외신) 10년간의 잉태시기를 거쳐 시장이 형성되고 성장하는데 또 다시 10년이 걸린 후에 미국은 저온, 저압에서 다이아몬드 코팅과 박막을 저가로 제조하는 기술을 리드해왔다. 다이아몬드는 알려진 여타 물질들과 비교해서 매우 유용한 물리적, 화학적 성질을 가지고 있다. 다이아몬드는 알려진 물질 중에서 가장 단단한 물질이고 가장 큰 열전달 계수를 가지고 있다. 이런 중요한 성질 외에도, 다이아몬드는 낮은 열팽창율, 높은 전기 저항을 나타낸다. 그 강도로 인해, 다이아몬드는 다른 재료들보다 연마 공구, 절삭 공구 또는 마감 공구로 사용되고 있다. 다이아몬드의 큰 열전달계수는 소형, 고전력, 고속 전자 제품의 열을 분산 및 방출하기에 적합하다. 산업용 다이아몬드는 고압, 고온 기술(High Press ure High Temperature, HPHT)을 이용해 이미 40년 넘도록 만들어져왔는데, 고압, 고온 기술이란 금속 용매 화합 탄소를 50~100kbar(5~10GPa)의 압력과 1800~2300K의 고압에서 결정화시키는 기술이다. 다이아몬드를 저압에서 만드는 기술, 즉 화학 기상 증착법(CVD)을 이용한 기술이 1980년대 중반부터 전 세계적인 이목을 끌면서 CVD 다이아몬드, DLC (Diamond-Like Carbon), CBN(Cubic-Boron Nitride)막과 코팅에 대한 폭발적인 연구가 진행되었다. 이들 필름은 절삭 공구에서부터 내마모성 부품, 전자 제품에서부터 광학 부품에 이르기까지 폭넓은 응용제품에 사용되고 있다. 고압, 고온 기술에 비해 CVD 다이아몬드 기술의 장점은 낮은 비용과 어떤 모양으로도 막을 형성할 수 있다는 점이다. 15년의 연구, 개발, 시험, 시제품 제작 후에 비교적 저가로 저온, 저압에서 다이아몬드 코팅과 박막을 제조할 수 있는 이 기술은 생명력 있는 기술로 대두되기 시작했다. 현재 사용되고 있는 제품이나 곧 응용될 제품들의 수가 근 5년간에 증가하고 있고 제품의 응용범위도 면도날, 수술용 칼날, 절삭공구의 코팅에서부터 내마모성 자동차 부품, 수술용 칼, 적외선 창문, 선글라스와 콘택트 렌즈, 인공 보철 장비뿐만 아니라 고주파수, 고전력, 고온 마이크로전자 장비에 사용되고 있다. CVD 다이아몬드를 응용 제품으로 만들 때 다이아몬드의 후박, 박막은 같이 레이저 다이오드와 마이크로파 전자 패키지로 사용되면 이점이 많아지는데 그 이유는 이들 물질의 매우 높은 열전달계수와 훌륭한 유전성(dielectric properties)이 결합되기 때문이다. 또한 큰 기판을 사용할 수 있게 되어 CVD 다이아몬드를 사용하면 다양한 패키지 디자인이 가능하다. CVD 다이아몬드 후막을 삽입하거나 박막을 코팅하여 공구를 만드는 것은 최신 공구 제작 기술 중에 하나이다. DCL 박막은 브레이크 로터와 기어 같은 코팅 자동차 부품으로 점차 많이 사용되고 있다. 다이아몬드와 DLCs(Diamond-Like Coatings)는 선글라스, 콘택트렌즈, 적외선 창문과 같은 광학 제품에 점차 널리 사용되고 있다. 지난 5년 동안 나타난 시장 중에 가장 주된 시장 중에 하나가 DLC 코팅을 한 면도날 시장이었다. 새로운 제조 기술 1990년대 중반에 다이아몬드와 DLC 필름을 대량으로 증착해 제품을 만들 수 있는 기술들이 나타난다. 그 중 한 가지 방법은 양방향 레이저를 이용해 물질들을 증착하는 것이고 아르곤 마이크로파 플라즈마를 이용해 나노크리스탈(nanocrystalline) 다이아몬드를 만드는 방법도 있다. 이러한 새 기술들의 등장으로 다이아몬드와 DLC막, 코팅 제품들을 응용하는 방법이 대대적으로 연구되게 된다. 1990년대 후반, 또 다른 기술이 대단위 상업화에 사용되는데 그 방법이 바로 쉭(Schick)의 알파 다이아몬드 기술이다. 쉭의 기술은 아크 공정을 통해 흑연을 증발시키고 플라즈마 이온을 형성해 크롬 스테인리스 스틸위에 DLC를 증착시킨다. 현재 형성된 시장에는 면도날, 절삭 공구, 내마모성 부품, 자동차 부품, 내열 기판, 리코딩과 프린트 헤드, 방어 창 그리고 선글라스가 있다. 미국의 절정과 쇠퇴 비즈니스 통신사(Business Communication Co. 이하 BCC)는 최근 다이아몬드와 DLC 막의 경제와 시장에 대한 두 개의 조사를 완료했다. 첫 번째 연구는 다이아몬드, DLC, CBN 막과 제품의 현재 기술과 개발 그리고 최근 특허에 관한 기술 분석이 그 내용이다. 두 번째 연구는 다이아몬드와 DLC 산업과 시장의 변화에 대한 내용이다. 첫 번째 연구의 일부로, BCC는 1992년 1월에서부터 2001년 12월 사이의 다이아몬드, DLC, CBN막에 관한 특허 조사와 분석을 실시했다. 10년동안 503건의 미국특허가 있었다. 다이아몬드와 DLC 코팅 분야에서는 러시아와 일본이 선구적이었다. 미국은 늦게 시작했지만 연구 측면에서 일본을 따라잡은 후 지난 8년 동안 미국은 특허 출원에서 앞지르게 된다. (1992년에서 1998년까지는 특허 출원 수가 증가하다가 1999년에서 2001년 사이에는 감소함) 비록 일본이 지난 1980년까지는 다이아몬드 막의 연구와 개발에 앞서있었으나 미국이 추적하여 따라잡게 된다. 1989년에 일본은 최다 미국특허를 출원 했고 그 뒤를 미국이 따르고 있었다. 그러나 1990년과 1991년에는 미국과 일본이 공동 1위를 차지했고 1992년과 1993년에는 미국이 미국 특허 출원 수에서 일본을 앞지르게 된다. 1994년과 1995년, 일본의 특허 출원 수는 줄어드는 반면 미국의 비율이 훨씬 높게 증가한다. 1996년 미국은 일본보다 거의 3배 가까이 많은 수의 특허를 출원하게 된다. 일본의 특허 출원 수는 1997년에 급격하게 감소하게 되는데 이 시기의 미국은 일본의 10배나 많은 수의 특허를 출원한다. 1998년부터 미국의 특허 수는 40개에서 2001년에 14개로 감소하는 반면 일본은 7개에서 14개로 그 수가 비슷하게 유지되었다. 1992년에 미국 발명가들은 일본은 미국 특허 출원의 42.8%를 차지한 반면 미국이 52.4%를 차지했다고 주장했다. 미국이 1998년에 80.3%의 비율을 차지한 반면 일본은 같은 기간에 겨우 7.9%를 차지했다. 그때부터 미국의 비율은 감소했고 일본의 비율은 증가해왔다. (Ceramic Bulletin)

 

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