[发明专利]一体成型管靶的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种一体成型管靶的生产方法。

背景技术

在平板显示镀膜行业中，主要使用钼合金靶材、铝合金靶材、氧化铌靶材等，主要使用钼在钼中添加一种或多种合金元素而制成的钼合金靶材广泛用于溅射制备液晶显示(LCD)及触控屏(TP)中的薄膜电极、薄膜配线等。添加其中的合金元素可以是Cr、Hf、Nb、Ta、Ti、V、W等。过去，钼合金靶材大多被制成平板形状。铝合金靶材主要采用熔炼锻造绑定的工艺路线制造难度较低，氧化铌靶材与钼合金靶材一样制造难度较高，这些靶材逐步向管靶的方向发展。由于和溅射设备中的磁场不发生相对运动，这类平面靶材的利用率只有30％左右。这不仅造成靶材材料的浪费，也因为更换靶材必须中断溅射设备的工作，给生产过程造成很大影响。

为了提高靶材的利用率，人们越来越多地制造和使用管状靶材(简称管靶)，即把靶材做成管子形状，管子里面装有静止不动的磁体。溅射过程中，管靶以一定的速度转动，所以也被叫做旋转靶材(rotating target/rotary target)。由于转动的管靶和静止不动的磁体之间发生相对运动，整个管靶表面均匀地发生溅射，靶材材料的利用率可以高达70％以上。液晶显示及触控屏行业需要的一体成型管靶，特别是成分均匀、无偏析、晶粒细小、高纯度的一体成型管靶，目前十分缺乏。

管靶通常由一个内管和一个外管组成。外管也叫靶管，其材质是溅射制备薄膜所需要的材质。内管起支撑靶管的作用，所以也叫支撑管或者衬管。已知的管靶生产方法，有用热喷涂将靶管涂覆到衬管上的(热喷涂法)，有用焊料将靶管焊接到衬管上的(钎焊法)，有直接把靶管浇铸到衬管上的(浇铸法)。热喷涂法生产的管靶结构极不均匀，含有大量的空洞，靶材材料氧化严重，只能用于玻璃等要求不高的镀膜行业。钎焊法由于靶管和衬管间的缝隙很小，焊料难以均匀地分布在缝隙中，实现靶管和衬管之间的全面焊接有一定难度。浇铸法只能用于诸如Sn、Zn等熔点较低的靶材材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体成型管靶的生产方法，生产的一体成型管靶成分均匀、无偏析、晶粒细小、纯度高，能够满足液晶显示和触控屏行业要求。

本发明所述的一体成型管靶的生产方法是将由靶材材料元素组成的靶材材料粉末置于包套中，在真空条件下进行热等静压形成管靶，在热等静压结束后，除去包套中的外管和固定环，得到内为衬管外为靶管的坯材，该坯材经机加工即得一体成型管靶；所述的包套包括同轴设置的内管和外管以及用于固定内管和外管的两端的固定环。

所述的内管为304L不锈钢内管。

所述的内管为无磁性或弱磁性不锈钢管。

所述的内管的外表面有电镀铬层。铬层的存在可以减少靶材材料和不锈钢衬管之间热膨胀系数的不匹配问题。

所述的外管为304L不锈钢外管。

所述的外管的壁厚小于内管的壁厚，且外管的内径与内管的外径的差值为靶管的厚度的1-5倍，外管上预焊有抽气管。

所述的热等静压的温度为1000-1400℃，压力为100-170MPa，时间为1-8小时。

所述的一体成型管靶的相对密度为99-100％，纯度为99.9-99.999％，平均粒径为1-100微米。

所述的一体成型管靶具有衬管和靶管。

本发明所述的一体成型管靶的生产方法，步骤如下：

(1)制备靶材材料粉末；

(2)装料和排气：将内管和外管的一端焊接在一起，使两个管子的轴心重合，在两个管子之间形成厚度为靶管的厚度的1-5倍的腔体；然后将靶材材料粉末均匀地装入腔体内，装毕后，在两个管子的另外一端焊上，两个固定环分别将腔体的两端封闭住，最后通过预焊在外管上的抽气管抽真空，至腔体内真空度达到1.0×10^-3-1.0×10^-2Pa；

(3)热等静压：将内装有靶材材料粉末的包套置于热等静压设备中，进行热等静压；

(4)机加工：将包套中的外管和两个固定密封环除去，获得内为衬管外为靶管的坯材，将该坯材机加工成即得一体成型管靶。

步骤(1)中所述的制备靶材材料粉末过程是将靶材材料元素粉末进行混合、压制、烧结，制得初始坯料，再将初始坯料粉碎即得靶材材料粉末。制备靶材材料粉末的目的是为了避免或减少由于几种靶材材料元素粉末颗粒之间的密度及尺寸的不同而可能出现的偏析现象。