[发明专利]玻璃陶瓷靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于靶材及其制造技术领域，尤其涉及一种磁控溅射用玻璃陶瓷靶材及其制备方法。

背景技术

磁控溅射法是制备薄膜材料的主要技术之一，溅射沉积薄膜的原材料即为靶材。用靶材溅射沉积薄膜的致密度高、附着性好，现已得到广泛应用。根据成份靶材可分为金属靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三类。玻璃陶瓷是区别于以上三类材料的新型复合材料，由于具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐化学腐蚀、低介电损耗等优点，被广泛应用于机械制造、光学、电子、航空航天等工业领域。

玻璃陶瓷是由结晶相和玻璃相组成的新材料，兼具陶瓷和玻璃的优点。因此，将玻璃陶瓷制备成靶材后，通过磁控溅射方法可得到性能优异的玻璃陶瓷涂层。目前，尚无有关玻璃陶瓷靶材制备的报道。由于玻璃陶瓷靶材制备技术要求高，采用铸造法制备的靶材胚体对设备要求苛刻；而粉末冶金法制备的靶材胚体需要的成型压力大，且烧结完成后孔隙率高。因此，玻璃陶瓷靶材不适合采用传统的铸造法与粉末冶金法进行制备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能综合利用合金背板导电性和导热性、降低靶材电荷积累和降温过程靶材开裂失效风险的玻璃陶瓷靶材，该靶材特别适于用作溅射阴极靶材，还相应提供一种步骤简单、工艺效率高、成本低的前述玻璃陶瓷靶材的制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种玻璃陶瓷靶材，包括合金背板和玻璃陶瓷本体，所述合金背板为耐高温镍基合金，所述玻璃陶瓷本体是通过丝网印刷工艺转移玻璃陶瓷粉体在前述合金背板上后烧结制备而成，所述合金背板与所述玻璃陶瓷本体通过固相扩散方式结合。

上述的玻璃陶瓷靶材中，优选的，所述玻璃陶瓷本体的厚度为0.5mm～1.5mm，所述合金背板的厚度为1.5mm～2.5mm。

上述的玻璃陶瓷靶材中，优选的，所述靶材为磁控溅射用阴极靶材；其形状可为矩形或圆形。

上述的玻璃陶瓷靶材中，优选的，所述玻璃陶瓷本体为ZnO-Al₂O₃-SiO₂玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷本体主要由ZnO、Al₂O₃、SiO₂、BaO、CaCO₃、TiO₂、Co₂O₃按38～46∶15～25∶27～31∶1.8～2.7∶1～3∶3～6∶0.2～0.4的质量比混合熔炼制得。

本发明的上述玻璃陶瓷靶材根据溅射沉积原理提出，即带电粒子轰击阴极靶材，使靶材粒子(团)被击溅出并沉积到衬底上成膜；然而，靶材的工作环境严酷，首先靶材需要置于高压电场、磁场环境中，其次是靶材表面工作温度高达300℃～500℃，而另一侧为冷却水强冷，靶材需要承受剧烈的温差，因此作为溅射阴极材料，首先要求阴极靶材能够及时将带电轰击粒子转移，以避免电荷积累而影响溅射效果；其次阴极靶材需要将热量传导至强冷区域，以避免高温造成靶头失效。本发明提出双层结构设计，利用合金材料优秀的导电和导热特性，将合金材料作为玻璃陶瓷靶材的背板使用，从而很好地满足了上述靶材的各项使用要求。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述玻璃陶瓷靶材的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉体的制备：将包含ZnO、Al₂O₃、SiO₂、BaO、CaCO₃、TiO₂、Co₂O₃的各原材料粉体混合均匀，高温熔炼后使用去离子水进行淬冷，再通过球磨进行细化，烘干、过筛后即得到粒度均匀的玻璃粉；

(2)浆料的制备：将有机载体和上述步骤(1)获得的玻璃粉混合，球磨分散均匀后即得到玻璃浆料；

(3)涂层的制备：在一合金背板上通过丝网印刷上述步骤(2)获得的玻璃浆料，烘干后进行烧结处理；

(4)重复上述步骤(3)，直至得到所需厚度的玻璃陶瓷本体，获得靶材胚体；

(5)将上述步骤(4)获得的靶材胚体的表面进行抛磨处理，得到玻璃陶瓷靶材。