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반사경의 코팅

반사경의 코팅 (2005.12.21 18:27)

글쓴지가 언제였던가…3월 14일이 가장 최근 글이니 거의 9개월 가까이 손을 놓고 있었다는 야그!…-_-;

그렇다고 별보기를 접은 건 아니었다. 무엇보다 고생하던 장초점 굴절망원경을 완성했고 그 성능 또한 너무너무 만족스러웠으니까… 이 담번에 장초점 굴절 자작기를 완료할 예정이니 기다리시라!

이전에 짬을 내서 반사경 코팅과 관련된 몇가지 정보를 올리려 한다. 뭐, 별스러운건 아니고, 많이들 질문하는데, 그다지 정리된 답변들이 없어서 그런 것이다. 여기의 정보는 내가 듣고 본, 그리고 직접 해보면서 느낀점 들이다. 이 지면을 빌어 수많은 정보를 뿌려준 세상의 스승들께 감사드린다.

반사경에 왜 코팅이 필요한지를 설명하지는 않겠다. 반짝반짝해야 뭘 반사시키지 않겠는가.

반사경 코팅(정확히 말해서 미러 광학코팅)은 크게 1차코팅과 2차코팅으로 나뉜다. 1차코팅은 반사물질을 코팅하는 금속막 코팅을 말하고 2차코팅은 1차코팅막의 보호, 또는 1차코팅의 반사율 증대의 목적으로 코팅되며 over coating이라고 불리기도 한다.

1차코팅에 주로 쓰이는 물질은 알루미늄이다. 무척 싸면서도 높은 반사율을 보이는 물질이기도 하거니와 증착하기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문이다. 반사율만 보자면 사실 은이 더 높으며 가장 높은 반사율을 보이는 물질은 현재까지 금으로 알려져 있다. 금은 참 희안한 금속이다…

2차코팅은 보호막코팅(Protected Al) 등으로 불리우며 SiO2, TiO2, MgF2 등이 사용된다. 각 물질의 반사율은 조금씩 틀리며 순수 알루미늄 코팅에 비해 일부코팅은 다소 반사율을 떨어뜨린다.

가장 많이 쓰이는 코팅은 SiO2코팅이다. 순수 SiO를 증착시키면서 O2빔을 쏘아 SiO2로 완전 산화시켜 투명하고 단단한 막을 형성한다. Enhanced Coating은 Quartz 코팅이라고도 하는데 SiO2와 TiO2를 다층으로 코팅하여 반사율을 높인다.

보통 코팅능력이 좋다라는 가정하에 순수알루미늄코팅은 90%, Protected Al은 87%, Enhanced Al은 93%, 은코팅이 98%, 금코팅이 99% 정도의 반사율을 보인다.

보호막코팅의 경우 어느 정도의 두께로 코팅되느냐가 상당히 중요한 이슈가 되곤 한다. 보호막 코팅의 경우 투명체이기 때문에 코팅을 통과하면서 일종의 회절현상이 발생하게 된다. 이를 Constructive Diffraction이라고 하는데 이를 반사되어서 나오는 빛이 또 한번 회절될 때 생기는 Destructive Diffraction으로 상쇄시키기 위해서는 1/2람다의 두께를 가져야 한다고 한다. 좀 어려운 이야기이니까 생략하고 1/2람다라는 수치만 기억하자.

연마 및 광택작업이 끝나고 코팅작업에 들어가기 전에 체크해야 할 것은 반사경의 청결도이다. 반사경에 이물질이 묻어 있으면 코팅이 들뜨거나 고르게 되지 못하는 문제가 발생한다.

따라서 새로만든 반사경이라면 광택작업에 남아 있던 광택제나 손자국 등을 완전히 제거해야만 하고 한다. 보통 1차로 아세톤, 두 번째로 반도체용 알콜을 자주 사용한다. 재코팅하는 경우는 조금 뒤에 코팅제거 방법에서 설명키로 한다.

작업준비가 끝나면 코팅을 위해 Chamber로 들어가는데 이때 지그에 거꾸로 물린 상태로 들어가게 된다. Chamber 문을 닫고 진공상태(2×10-6 torr)를 만들기 시작한다. 램프로 챔버안을 데워서 습기를 완전히 제거한 후 알곤 이온빔이 미러경면을 깨끗이 청소한다.

다음에 산소 이온빔을 경면에 쏘아 알루미늄 증착을 위한 준비를 한다. 다음에 알루미늄을 승화시켜서 미러경면에 증착시킨다. 알루미늄 증착이 끝나면 SiO를 증착시키기 시작한다. 이때 산소이온빔을 같이 쏴줘서 SiO를 SiO2로 완전히 산화시키게 된다. SiO2 증착이 끝나면 다시 압력을 올려 미러를 꺼내는 것으로 코팅작업을 완성한다.

만약 SiO2 증착과정에서 SiO가 완전히 산화되지 않거나 높은 온도를 유지하지 못하면 색깔이 있는 코팅이 나오는 경우가 발생한다. 이렇게 의도되지 않은 경우라든가 아예 SiO로만 코팅하는 경우 보호막 코팅이 색깔을 가지게 되는데 보통 청색 내지 보라색의 색상을 보이게 되고 SiO2보다 내구성을 가지 못해 벗겨지든지 아니면 다공성 코팅이 되어버리는 점에 유의하기 바란다. 필자도 잘못된 보호막 코팅을 경험한 바 있는데, 무지 열 받는다.

참고로 알루미늄이 잘 붙도록 하기 위해서 바인팅 코팅을 먼저하는 경우가 있는데 보통 크롬을 사용한다. 크롬은 매우 안정된 물질로 왠만한 용매에 녹지 않는 특성이 있어서 재코팅시 상당히 애를 먹기도 한다.

마지막으로 자주 질문되는 내용인 코팅제거에 대해 알아보자.

코팅 제거를 위한 준비물은 가성소다(NaOH,수산화나트룸)와 빙초산(식초도 된다)이다. 가성소다는 인터넷 천연비누재료상에서 구입하면 된다.

먼저 적당한 대야를 준비한다. 절대로 금속재는 사용하면 안된다. 유리가 가장 좋으며 없으면 두터운 플라스틱으로 정한다. 가성소다는 ph12의 강알카리성 강부식성 독극물이므로 매우 위험하다. 취급시는 반드시 고무장갑, 고글, 마스크를 사용할 것을 권하며 가능하다면 실외, 아니면 창문을 통해 바람이 잘통하는 장소에서 시행하야만 한다. 물과 반응하면 수소를 방출하므로 마시면 매우 위험하며 화재나 폭발의 위험이 있는 물건이다.

물을 적당히 넣고 반사경을 중앙에 위치시킨 후 10% 정도의 농도가 되도록 가성소다를 넣는다. 이때 반드시! 물을 먼저 넣고 가성소다를 넣어야 한다. 반대로 하면 폭발하는 수가 있다. 물과 반응하면 수소를 발생하는 것은 물론 매우 높은 열을 내기 때문이다. 넣을 때도 조금씩 살살 뿌려가면서 넣는다. 나무젓가락으로 휘휘 저어서 모두 녹게 한다.

만약 순수 알루미늄 코팅이면 5분 정도면 충분하게 분리되나 보호막 코팅은 부식되지 않으므로 용약이 스며들어 녹이는데까지 상당한 시간 (반나절~하루)이 소요된다. 조금 빨리 하고 싶다면 녹이기 전에 칼 등으로 좁은 격자무늬를 많이 만들어 주면 빨리 녹는다.

대충 벗겨졌으면 (완전히 투명해지지는 않는다) 수용액을 버리고 맑은 흐르는 물로 수차례 씻어준다. 이 과정에서 눌러붙어 있던 잔유코팅은 솜 등으로 문지르면 쉽게 가루가 되어 떨어지게 된다. 반사경이 투명하게 되었으면 묽은 빙초산 물에 담궈서 중화시킨다. 다시 흐르는 물로 깨끗이 씻어주고, 의심이 되면 물을 많이 받아 하루 정도 담궈 둔다.

대충 들어갈 이야기는 다 한 것 같다. 크롬코팅은 어떻게 하냐고? 이걸 지우는 용제가 있기는 한데 너무 고가라 아마추어에게는 하늘에 떡이다. 고급미러가 아니고, 반사경 연마경험이 있다면 그냥 광택작업을 한번 해주는게 싸게 들것이다.

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