KITECH 생산기술 전문지

본 연구는 유리상 탄소(GC), 세라믹, SiC와 같은 고경도·취성 소재의 정밀가공 시 발생하는 균열 문제를 해결하기 위해 전기화학적 표면 산화와 기계적 절삭을 결합한 하이브리드 공정인 SOAM(Surface Oxidation Assisted Machining) 기술을 제안하고 그 효과를 검증하였다. 기존 마이크로 밀링은 소재 특유의 낮은 임계 칩두께로 인해 취성 파괴가 불가피하지만, SOAM은 전해액 내에서 전압을 인가하여 모재 표면에 연화된 산화층을 실시간으로 형성시키고 이를 공구가 제거하는 '산화-절삭-재산화' 사이클을 통해 안정적인 연성모드 가공을 구현한다. 유리상 탄소를 대상으로 한 실험 결과, SOAM 적용 시 임계 칩두께가 약 38nm까지 확장되어 가공 안정성이 크게 향상되었으며, 표면 거칠기(Ra)는 일반 가공 대비 약 15배 개선된 5.7nm를 달성하여 초정밀 품질을 확보하였다. 또한 전해액 내 과산화수소(H_2O_2) 첨가를 통해 산화층 재생 속도를 조절함으로써 재료 제거율을 4배 이상 높였으며, 이를 통해 지름 100㎛급 비구면 마이크로렌즈 금형을 분 단위의 짧은 시간 내에 성공적으로 제작하였다. 본 기술은 소재 물성을 가공자가 제어할 수 있는 변수로 전환함으로써 기존 설비만으로도 고가의 비전통 가공 방식을 대체할 수 있는 고효율 솔루션이며, 향후 차세대 반도체 및 광학 부품 제조 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

키워드 전기화학 응용 가공, Glassy carbon, 표면 산화, 연성모드 가공, 마이크로렌즈 금형