專利名稱：管形靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)管形靶的方法，該管形靶包含一鉬管或一鉬合金管，其含氧量不超過(guò)50μg/g，密度大于理論密度的99％，并且軸向方向上的橫向平均粒徑小于100μm，該管形靶還包含一支承管，該支承管由非磁性材料制成。
背景技術(shù)：
靶可以理解為，表示陰極濺射系統(tǒng)中被濺射的材料。例如在US4,422,916和US 4,356,073中，公開并描述了旋轉(zhuǎn)式管形靶。在濺射的過(guò)程中，管形靶圍繞一磁控管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該磁控管位于靶管之內(nèi)。管形靶主要用于實(shí)施大面積涂敷。由于管形靶的旋轉(zhuǎn)，濺射材料獲得了均勻刻蝕的效果。因此，管形靶對(duì)于靶材具有高利用率和較長(zhǎng)的使用壽命，尤其對(duì)于昂貴的涂敷材料具有重要的意義，比如在使用鉬的情況下。因此，平面靶的利用率約為15％～40％，而管形靶的利用率則約為75％～90％。
在管形靶內(nèi)部空間進(jìn)行靶冷卻比在平面靶的情況下更加有效，其結(jié)果是更為有利的管內(nèi)熱傳遞，并可能達(dá)到較高的涂敷率。為了確保所述濺射系統(tǒng)，即使在靶高利用率的情況下，也無(wú)冷卻水流出，并且提高了濺射系統(tǒng)的機(jī)械承載能力以及方便了安裝，管形靶通常與一支承管連接。在這種情況下，該支承管必須由無(wú)磁性材料制成，以便不與磁場(chǎng)互相影響，該磁場(chǎng)確定刻蝕的區(qū)域。
正如以上所述，無(wú)論何時(shí)對(duì)大面積的基材進(jìn)行涂敷，使用管形靶是具有優(yōu)勢(shì)的。在靶材為鉬的情況下，比如在LCD-TFT產(chǎn)品和玻璃涂層中，管形靶是金屬合金的外層。
針對(duì)管形靶的生產(chǎn)，人們描述了多種生產(chǎn)方法。在這些方法中許多都采取液相途徑，例如連鑄和離心澆鑄。后者在DE 199 53 470中進(jìn)行了描述?？紤]到鉬的熔點(diǎn)比較高，隨之產(chǎn)生的問(wèn)題是尋找一種合適的鑄模材料，這些實(shí)現(xiàn)管形靶生產(chǎn)的方法不能用于鉬及其合金。
通過(guò)將一厚板條繞中心卷繞，并焊接接合的方法，同樣可以進(jìn)行管形靶的生產(chǎn)。但是，焊縫具有更多粗糙的細(xì)微結(jié)構(gòu)及氣孔，其引起刻蝕的不均勻，并導(dǎo)致涂層厚度不一致的后果。此外，在使用鉬的情況下，被焊接的區(qū)域極其脆弱，因此存在斷裂的危險(xiǎn)。
由US 4,356,073公開了另一種管形靶。在這種情況中，濺射材料通過(guò)等離子噴涂沉積在支承管上進(jìn)行生產(chǎn)。甚至采用真空等離子噴涂技術(shù)，但是，卻不能生產(chǎn)出密度十分高且含氣量足夠低的管形靶。用于鉻和錫的電化學(xué)沉積，但不適用于鉬及其合金。
在EP 0 500 031中，描述了通過(guò)熱等壓壓制法生產(chǎn)管形靶。在這種情況下，一支承管放置在一圓柱形容器中，以便在支承管與鑄模之間形成間隙，在該間隙中填入靶材粉末。在填塞圓柱形容器后，對(duì)其施加熱等壓壓緊工序。與所完成的管形靶的重量相比，在這種情況中，所使用的粉末量是多的，其不具備優(yōu)勢(shì)。
US 6,878,250及US 6,946,039描述了生產(chǎn)濺射靶所采用的ECAP(等道角壓法)。在鉬合金的情況下，由于相對(duì)高的kf值，這種方法導(dǎo)致刀具高度磨損。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)管形靶的方法，該方法一方面價(jià)格便宜，另一方面可以生產(chǎn)出在濺射過(guò)程中均勻刻蝕的產(chǎn)品，本發(fā)明不傾向于引起濺射率的局部增加，且不會(huì)引起基材或沉積層受到任何污染。
上述目的將通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求予以實(shí)現(xiàn)。
為了獲得足夠細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)、燒結(jié)活性以及相應(yīng)的密度，依據(jù)費(fèi)希爾(Fisher)之說(shuō)，使用單個(gè)粒徑為0.5至10μm的金屬粉末。為了生產(chǎn)純鉬的管形靶，具有優(yōu)勢(shì)的是使用按重量計(jì)金屬純度大于99.9％的鉬粉。如果管形靶由鉬合金制成，或使用粉末混合物，或使用預(yù)制合金粉末，無(wú)論如何其粒徑同樣也介于0.5至10μm的范圍。將粉末填入撓性鑄模中，該模具內(nèi)已放置了砂芯。考慮到壓制過(guò)程中的壓縮及燒結(jié)收縮，砂芯決定了靶管坯的內(nèi)徑。常規(guī)工具鋼適合用作砂芯的材料。在用金屬粉末填塞撓性鑄模并用封閉液密封撓性鑄模后，將其放入一個(gè)冷等壓壓制的壓力容器內(nèi)，在100至500MPa的壓力下進(jìn)行壓制。然后，從撓性鑄模中取出生坯，并移走砂芯。接著，在還原空氣或真空中，在1600℃至2500℃的溫度范圍內(nèi)對(duì)生坯進(jìn)行燒結(jié)。當(dāng)?shù)陀?600℃時(shí)，無(wú)法獲得足夠的密度。當(dāng)高于2500℃時(shí)，則形成不理想的顆粒粗化。燒結(jié)溫度的選擇取決于粉末的粒徑。依據(jù)費(fèi)希爾之說(shuō)，粒徑為0.5μm的粉末制成的生坯，可以在燒結(jié)溫度低至1600℃的溫度中進(jìn)行燒結(jié)，而所達(dá)到的密度超過(guò)理論密度的95％。然而，依據(jù)費(fèi)希爾之說(shuō)，粒徑為10μm的粉末制成的生坯壓坯，其要求的燒結(jié)溫度大約為2500℃。如果壓制過(guò)程的尺寸精度不足以滿足要求，其通常出現(xiàn)對(duì)燒結(jié)毛坯要進(jìn)行機(jī)械加工的情況。此時(shí)，燒結(jié)毛坯的外徑取決于擠壓機(jī)容器的內(nèi)徑。為了能將擠壓毛坯成功地放入擠壓機(jī)的容器中，燒結(jié)毛坯的外徑稍微小于容器的內(nèi)徑。反之，內(nèi)徑則取決于心軸的直徑。
為了減少擠壓過(guò)程中鉬的流出損耗，有利的方法是將一鋼制尾端件通過(guò)機(jī)械方式固定在鉬管毛坯的一端。例如，可以使用螺釘或螺栓連接來(lái)實(shí)現(xiàn)這種機(jī)械固定。在這種情況下，管毛坯的鋼制尾端件的內(nèi)外徑與鉬管毛坯的內(nèi)外徑相對(duì)應(yīng)。
就擠壓而言，管毛坯被加熱到溫度T，此時(shí)DBTT＜T＜(TS-800℃)。在此，DBTT可理解為表示韌-脆轉(zhuǎn)化溫度。在較低溫度時(shí)，會(huì)愈加發(fā)生斷裂。通過(guò)鉬合金的熔化溫度(TS)減去800℃，計(jì)算出上限溫度點(diǎn)。這就確保了在擠壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)不理想的顆粒粗化。在這種情況下，可在常規(guī)的煤氣或電加熱爐(例如轉(zhuǎn)爐)中進(jìn)行初步加熱，必須考慮選擇對(duì)氣流的控制，以便使Λ(lambda)值為中性或陰性。為了獲得較高的擠壓溫度，可進(jìn)行感應(yīng)再加熱。在實(shí)施了初步加熱后，管毛坯在玻璃粉混合物中滾動(dòng)。隨后，將管毛坯放入擠壓機(jī)的容器中，對(duì)穿過(guò)沖模的心軸進(jìn)行壓制，獲得相應(yīng)的外徑或內(nèi)徑。
如果擠壓管在還原空氣或真空中，在溫度T為700℃＜T＜1600℃時(shí)，經(jīng)過(guò)回收或再結(jié)晶退火處理是具有優(yōu)勢(shì)的。如果溫度處于下限值以下，則應(yīng)力極少減低。當(dāng)溫度高于1600℃時(shí)，出現(xiàn)顆粒粗化現(xiàn)象。對(duì)擠壓管的管外側(cè)、端面進(jìn)行機(jī)械加工，而對(duì)管內(nèi)側(cè)進(jìn)行加工更具有優(yōu)勢(shì)。
將按本方法生產(chǎn)的鉬管與一由非磁性材料制成的支承管相連接，該支承管的外徑大約相當(dāng)于鉬管的內(nèi)徑。另外，支承管在鉬管各個(gè)末端伸出。作為特別適用于支承管的材料，可以采用銅合金、奧氏體鋼、鈦或鈦合金。
適用于作為連接方法的，不僅指那些使材料結(jié)合的方法，而且指那些形狀適合的連接方法。然而，所出現(xiàn)的一種情況是鉬管與支承管之間的接觸面積，至少為理論上可能接觸面積的30％。如果接觸面積較少的話，則會(huì)太多地阻礙熱量的排出。同時(shí)還必須考慮到鉬的熱膨脹系數(shù)。因此，必須選擇盡可能低的連接物溫度。舉例來(lái)說(shuō)，如果通過(guò)鍛造方法完成鉬管與支承管間的連接，那么將支承管放入鉬管中，并對(duì)心軸進(jìn)行鍛造，還必須選擇500℃至800℃的溫度為可能的最低成型溫度。此外，如果支承管的材料具有低的屈服強(qiáng)度，它是具有優(yōu)勢(shì)的，這樣便可降低因塑性流動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方法，將鉬管毛坯與支承管毛坯進(jìn)行復(fù)合擠壓。在這種情況下，鉬管的生產(chǎn)仍是以按費(fèi)希爾之說(shuō)，平均粒徑為0.5至10μm的金屬粉末為基礎(chǔ)。該管毛坯的生產(chǎn)，仍就通過(guò)在一具有砂芯的撓性鑄模中，對(duì)金屬粉末進(jìn)行冷等壓擠壓，并在1600℃至2500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。
在燒結(jié)之后，對(duì)管毛坯進(jìn)行加工。在管毛坯內(nèi)部放置一個(gè)奧氏體鋼的支承管毛坯。在管毛坯的一個(gè)或兩個(gè)尾端件處，通過(guò)機(jī)械連接(例如螺絲或螺栓連接)連接一鋼制管尾端件。在這種情況下，該管尾端件具有與管毛坯近似的內(nèi)徑和外徑。該管尾端件的厚度最好介于10至100mm。反之，與管尾端件固定的則是支承管毛坯。這種固定最好采用焊接連接。
支承管毛坯的外徑可近似相當(dāng)于鉬管毛坯的內(nèi)徑，或進(jìn)行其它選擇，以便在鉬管毛坯與支承管毛坯之間形成具有輪廓的間隙。在該間隙中填入鋼粉末，最好為奧氏體鋼粉末。將通過(guò)這種方式生產(chǎn)的復(fù)合管體加熱至一個(gè)成型溫度，該成型溫度為900℃至1350℃。只有鉬合金管形靶可以通過(guò)這種方式進(jìn)行生產(chǎn)，鉬合金在上述溫度時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃?。因?yàn)槭卿摰木壒?，所以不能選擇更高的擠壓溫度。
通過(guò)這種方式生產(chǎn)的復(fù)合管毛坯在心軸上進(jìn)行擠壓(混合擠壓)，從而生產(chǎn)出復(fù)合管?？蛇x擇地是，在此之后可進(jìn)行退火工藝，退火溫度最好為800℃至1300℃左右。
在混合擠壓過(guò)程中，使用鋼粉末填塞位于支承管與鉬管之間的間隙，具有改善支承管與鉬管間結(jié)合的效果。從3mm至20mm的間隙寬度被證明是具有優(yōu)勢(shì)的。
既在擠壓又在混合擠壓兩種情況下，將玻璃粉末用作潤(rùn)滑劑，獲得管形靶顯著的表面效果，由此可使機(jī)械加工量降至最小程度。此外，它確保管形靶沒(méi)有氣孔，也沒(méi)有顆粒邊界裂縫。在擠壓過(guò)程中，40％至80％已被認(rèn)為是具有優(yōu)勢(shì)的成型度。此時(shí)的成型度由以下公式確定〔(擠壓前初始橫截面減去擠壓后橫截面)/初始橫截面〕×100。在擠壓/混合擠壓過(guò)程后，可能有利地是，擠壓管進(jìn)行了拉直。所述拉直可通過(guò)對(duì)心軸的鍛造過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。
此外，鉬管或復(fù)合管長(zhǎng)度上的管壁厚度也可通過(guò)后面的鍛造過(guò)程進(jìn)行改變。在這種情況下，具有優(yōu)勢(shì)的是，在管端區(qū)域的管壁厚度可以更厚些。管端區(qū)域同時(shí)是使用過(guò)程中刻蝕量最大的區(qū)域。
表面質(zhì)量和尺寸公差通過(guò)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工加以調(diào)整。
按本發(fā)明的方法，確保鉬合金中的含氧量＜50μg/g，最好小于20μg/g；密度大于理論密度的99％，最好大于理論密度的99.8％；軸向方向上的橫向平均粒徑小于100μm，最好小于50μm。因?yàn)樵谧冃蔚姆窃俳Y(jié)晶微結(jié)構(gòu)的情況中，平均粒徑在橫向上取決于軸向的方向，顆粒在軸向方向上進(jìn)行拉伸，因此在軸向方向上更不易精確確定粒徑。如上兩種方法所述，就有可能生產(chǎn)出鉬管形靶，按重量計(jì)該鉬管形靶的金屬純度大于99.99％。在這種情況下，金屬純度可以理解為表示不含氣體(O、H、N)和C的鉬管形靶純度。在這個(gè)數(shù)值中同樣不考慮鎢，對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)其是無(wú)關(guān)緊要的。
對(duì)于按本發(fā)明的管形靶應(yīng)用于TFT-LCD產(chǎn)品領(lǐng)域，按重量計(jì)，尤其包含了0.5％～30％的釩、鈮、鈦、鉻和/或鎢的鉬合金同樣適用。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過(guò)以下一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例MoO3粉在600℃和1000℃時(shí)經(jīng)兩級(jí)還原過(guò)程進(jìn)行還原，所產(chǎn)生的鉬金屬粉末具有3.9μm的粒徑。在一個(gè)直徑為420mm且一端封閉的橡膠管中，在其中心處放置一個(gè)直徑為141mm的鋼制心軸。在鋼芯與橡膠壁之間的中間空隙中填入鉬金屬粉末。
隨后，在橡膠管開口端用一橡膠帽封閉橡皮管。將封閉的橡膠管放進(jìn)冷等壓擠壓機(jī)中，在210Mpa的壓力下進(jìn)行壓制。
生坯的密度為理論密度的64％，其外徑大約為300mm。按此方式生產(chǎn)的生坯，在間接燒結(jié)爐中在1900℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)密度為理論密度的94.9％。
在實(shí)施了燒結(jié)后，對(duì)管毛坯的各個(gè)面進(jìn)行加工，其外徑為243mm，內(nèi)徑為123mm，長(zhǎng)度為1060mm。在2500t的間接擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓。在燃?xì)饧訜岬霓D(zhuǎn)爐中將管毛坯加熱至1100℃的溫度。在這種情況下，對(duì)A值進(jìn)行設(shè)定，以便略微減少空氣，以防止鉬發(fā)生氧化。經(jīng)過(guò)在轉(zhuǎn)爐中的初步加熱，通過(guò)感應(yīng)方式將擠壓好的毛坯加熱到1250℃的溫度，并在玻璃粉末疏松填料中滾壓，以便玻璃粉末在各個(gè)面上粘附在毛坯外面。
然后在心軸上方進(jìn)行擠壓，由此獲得的擠壓管的長(zhǎng)度為2700mm，外徑為170mm，內(nèi)徑為129mm。
在擠壓管中放置一奧氏體鋼支承管，其壁厚為6mm。在三爪鍛壓機(jī)上，當(dāng)溫度為500℃時(shí)，在心軸上對(duì)該裝置進(jìn)行拉直并輕微地進(jìn)行變形，由此產(chǎn)生鉬管和支承管間的粘接。
權(quán)利要求
1.一種管形靶的生產(chǎn)方法，該管形靶包含一鉬管或一鉬合金管，其含氧量低于50μg/g，密度大于理論密度的99％，在軸向方向的橫向平均粒徑小于100μm，該管形靶還包含一由非磁性材料制成的支承管，其特征在于，本方法至少包含以下生產(chǎn)步驟由鉬或鉬合金生產(chǎn)出金屬粉末，該粉末具有按費(fèi)希爾之說(shuō)從0.5至10μm的平均粒徑；生坯以管毛坯的形式進(jìn)行生產(chǎn)，在使用砂芯的撓性鑄模中，在壓力P下，對(duì)金屬粉末進(jìn)行冷等壓擠壓，其中，壓力為100MPa＜p＜500Mpa；在溫度T下的還原空氣或真空中，通過(guò)燒結(jié)生壓制坯進(jìn)行管毛坯的生產(chǎn)，其中，溫度為1600℃＜T＜2500℃；通過(guò)將管毛坯加熱到成型溫度T，并對(duì)心軸擠壓進(jìn)行靶管的生產(chǎn)，其中，溫度為DBTT＜T＜(TS-800℃)；靶管與支承管進(jìn)行連接；機(jī)械加工。
2.按照權(quán)利要求1所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，對(duì)燒結(jié)管毛坯進(jìn)行機(jī)械加工。
3.按照權(quán)利要求2所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，一鋼制管尾端件至少固定在管毛坯的一端，它具有與管毛坯近似相同的外徑和內(nèi)徑。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，擠壓管在還原空氣或真空中進(jìn)行退火，退火溫度T為800℃＜T＜1600℃。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述支承管由銅合金制成，最好由銅-鉻-鋯合金、奧氏體鋼、鈦或者鈦合金制成。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述支承管通過(guò)連接的方法同鉬管或鉬合金管相連接，該連接導(dǎo)致支承管的塑性變形。
7.按照權(quán)利要求6所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述支承管通過(guò)一成型工序與鉬管或鉬合金管相連接。
8.一種管形靶的生產(chǎn)方法，該管形靶包含一鉬管或一鉬合金管，其含氧量低于50μg/g，密度大于理論密度的99％，在軸向方向的橫向平均粒徑小于100μm，該管形靶還包含一由非磁性材料制成的支承管，其特征在于，本方法至少包含以下生產(chǎn)步驟由鉬或鉬合金生產(chǎn)出金屬粉末，該粉末具有按費(fèi)希爾之說(shuō)從0.5至10μm的平均粒徑；生坯以管毛坯的形式進(jìn)行生產(chǎn)，在使用砂芯的撓性鑄模中，在壓力P下，對(duì)金屬粉末進(jìn)行冷等壓擠壓，其中，壓力為100MPa＜p＜500Mpa；在溫度T下的還原空氣或真空中，通過(guò)燒結(jié)生壓制坯進(jìn)行管毛坯的生產(chǎn)，其中，溫度為1600℃＜T＜2500℃；對(duì)管毛坯進(jìn)行加工，并至少連接一個(gè)鋼制管尾端件，其中，對(duì)位于管毛坯中的一支承管進(jìn)行固定，該支承管為奧氏體鋼毛坯；對(duì)復(fù)合管的生產(chǎn)通過(guò)加熱至成型溫度T，并對(duì)心軸進(jìn)行混合擠壓，其中，溫度為900＜T＜1350℃；機(jī)械加工。
9.按照權(quán)利要求8所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述復(fù)合管是在還原空氣或真空中進(jìn)行退火，退火溫度為800℃＜T＜1300℃。
10.按照權(quán)利要求8和9中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，在管毛坯與支承管毛坯之間存在一間隙，該間隙為0.2至1mm。
11.按照權(quán)利要求8和9中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，在管毛坯與支承管之間存在一間隙，該間隙為3mm至20mm，使用鋼粉末進(jìn)行填塞。
12.按照權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，在擠壓過(guò)程中，玻璃粉末用于潤(rùn)滑。
13.按照權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，在擠壓過(guò)程中，成型度為40％至80％。
14.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，擠壓管或復(fù)合管通過(guò)鍛造處理，在心軸上進(jìn)行拉直。
15.按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，擠壓管或復(fù)合管通過(guò)鍛造處理，在心軸上進(jìn)行變形，使得管在長(zhǎng)度上的壁厚有所不同。
16.按照權(quán)利要求15所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，擠壓管或復(fù)合管按照這樣一種方式進(jìn)行變形，使得管在接近管末端處具有較大的壁厚度。
17.按照權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述鉬管包含的純鉬具有除鎢之外的金屬純度，按重量計(jì)其純度超過(guò)99.99％。
18.按照權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述鉬管包含鉬合金，按重量計(jì)其包含了0.5％至30％的釩、鈮、鈦、鉻和/或鎢。
19.按照權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述管形靶應(yīng)用于LCD-TFT平面屏幕產(chǎn)品。
20.按照權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的管形靶的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述管形靶用于玻璃涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)管形靶的方法，該管形靶包含鉬或鉬合金，其含氧量低于50μg/g，密度大于理論密度的99％，且平均粒徑小于100μm，并且該管形靶與一支承管相連接，通過(guò)擠壓完成生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101052740SQ200680000272
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者P·阿本通格, K·胡貝爾, H·拉克納, G·萊希特弗里德, P·波爾茨克, 克里斯蒂安·韋拉奇尼格 申請(qǐng)人:普蘭西歐洲股份公司