帶襯管鋁及鋁合金旋轉(zhuǎn)靶材連續(xù)鑄造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及應(yīng)用于平板顯示器的IPC分類中B23P金屬的加工或C22C合金或 B22D金屬鑄造技術(shù)，尤其是帶襯管鋁及鋁合金旋轉(zhuǎn)靶材連續(xù)鑄造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，市場對以液晶（LCD)和有機發(fā)光二極管（OLED)為代表的平板顯示器 的要求越來越高，顯示屏的尺寸不斷擴大同時對分辨的要求也是越來越高，電視從高清到 超高清，甚至面板大廠已經(jīng)開始布局4K市場。但是隨著薄膜晶體管（TFT)逐漸變小用于制 備面板的玻璃基板尺寸越來越大，能否形成均勻的金屬布線膜層以及不斷降低物料成本就 顯得至關(guān)重要，其中金屬鋁靶材是布線材料的一個重要組成部分。
[0003] 為順應(yīng)市場需求，濺射設(shè)備的主流趨勢已經(jīng)開始安裝旋轉(zhuǎn)陰極，越來越多的顯示 屏生產(chǎn)商開始傾向于采購能夠使用旋轉(zhuǎn)靶材的濺射設(shè)備或?qū)F(xiàn)有平面陰極改造成旋轉(zhuǎn)陰 極，期望通過使用旋轉(zhuǎn)靶材達(dá)到降低成本、提高膜層質(zhì)量和提高成品率的目的。
[0004] 金屬鋁是地球上儲存量非常豐富的金屬元素，金屬鋁以及金屬鋁基合金有成本 低廉、電阻較低以及與其他膜層具有良好結(jié)合力等優(yōu)點，以其材質(zhì)的濺射靶材制成的薄膜 材料適宜作為電子產(chǎn)品高精度布線材料使用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在液晶顯示器領(lǐng)域的面板制造 中。
[0005] 旋轉(zhuǎn)鋁靶材在旋轉(zhuǎn)過程中通過連續(xù)不斷的冷卻水使的整個個耙材表面的冷卻效 果更好，溫度比平面靶材更均勻，能獲得較高的成膜速度；另外與平面鋁靶材相比，旋轉(zhuǎn)鋁 靶材的材料利用率可以達(dá)到80%而一般平面鋁靶材利用率只能達(dá)到30% ;旋轉(zhuǎn)耙材在使用 過程中不斷旋轉(zhuǎn)，耙材表面可以保持光滑，不會產(chǎn)生"結(jié)瘤"俗稱"靶材中毒"，可以保障成膜 的均勻性，減少缺陷，提高成品率。
[0006] 由于用于制備面板的玻璃基板尺寸越來越大，相應(yīng)的對靶材的尺寸要求也越來越 大，下面是玻璃基板與靶材尺寸的對照表：
以公開的相關(guān)技術(shù)較少，如： 中國專利申請201310088198. 9涉及一種鋁釹合金靶材的生產(chǎn)方法，其包括（1)將鋁錠 和金屬釹塊切割成細(xì)條，表面超聲波清洗，烘干，稱量裝爐，將爐體抽真空，氧化鋁坩堝升溫 至800-1000°C，真空中頻感應(yīng)熔煉，停電、銅質(zhì)水冷模澆鑄鑄錠，隨爐冷，破真空取錠；（2) 高溫消除鑄造應(yīng)力并成分均勻化退火處理，然后將鋁釹合金錠表面車削扒皮、切頭部縮孔； (3)加熱至350-600°C進行熱鍛打，直至合金厚度為15-30mm ; (4)加熱至350-500°C，乳制 處理，乳制的道次變形率為10%_30% ; (5)進行去應(yīng)力退火；（6)機加工。
[0007] 中國專利申請201120551681. 2公開了一種低熔點帶有內(nèi)襯管合金旋轉(zhuǎn)靶材的連 鑄裝置，包括模具，所述模具內(nèi)設(shè)置有胚料管和內(nèi)襯管，所述內(nèi)襯管固定在所述胚料管內(nèi)， 它還包括設(shè)置在模具底部的電機，所述電機通過傳動絲桿與所述胚料管相連接，所述電機 帶動所述胚料管上下運動。
[0008] 目前顯示行業(yè)采用的金屬鋁以及鋁合金旋轉(zhuǎn)靶材通常采用擠壓一體成型方式，即 先將金屬鋁錠熔煉成大型鋁錠再經(jīng)過擠壓成鋁管再根據(jù)客戶圖紙加工成最終靶材。一體成 型金屬鋁靶的優(yōu)點是工藝簡單，可以承受較大濺射功率而不需要考慮貼合層導(dǎo)熱不均導(dǎo)致 局部過熱而產(chǎn)生的"脫靶"現(xiàn)象；采用擠壓工藝生產(chǎn)的鋁靶材稱為一體化金屬鋁靶，即沒 有采用單獨的背管，靶材既為靶材又為襯管，相對而言一體化金屬鋁靶的使用率要稍低，因 為客戶在使用時就必須在厚度方向預(yù)留出較多靶材，防止一旦擊穿靶材將造成冷卻水泄漏 進入腔體和真空系統(tǒng)造，這樣會對設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重危害；除此之外因為金屬鋁材料的本身物 理特性，當(dāng)工作環(huán)境有一定溫度時材料容易邊軟產(chǎn)生變形，因為旋轉(zhuǎn)靶材是依靠靶材兩端 與濺射系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)陰極端頭連接，通過旋轉(zhuǎn)陰極端頭部分的運動帶動靶材轉(zhuǎn)動，在有一定 熱量并且長時間運行過程中靶材兩個端部可能發(fā)生變形。
[0009] 除了采用擠壓工藝生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)金屬鋁以及鋁合金靶材外，還有采用鑄造成長度在 300毫米左右的金屬鋁靶管然后通過綁定的方式將靶材與襯管，一般是不銹鋼管或金屬鈦 管結(jié)合再一起的工藝生產(chǎn)金屬鋁以及鋁合金旋轉(zhuǎn)靶材。采用鑄造+綁定制備金屬鋁及鋁合 金靶材工藝的優(yōu)點是靶材可以通過綁定工藝與襯管結(jié)合在一起，靶材表面產(chǎn)生的熱量通過 采用貼合層通常是金屬銦將熱量傳遞給襯管中的冷卻水，這樣就不用擔(dān)心擊穿鋁靶材以及 襯管變形導(dǎo)致冷卻水發(fā)生泄漏損壞設(shè)備的風(fēng)險；但是這種工藝的缺點是增加了綁定成本同 時由于綁定工藝局限性導(dǎo)致不能采用大功率連續(xù)濺射，這在一定程度上影響了生產(chǎn)節(jié)拍， 導(dǎo)致產(chǎn)能會有所下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種帶襯管鋁及鋁合金旋轉(zhuǎn)靶材連續(xù)鑄造工藝，克服現(xiàn)有金 屬鋁旋轉(zhuǎn)靶材生產(chǎn)工藝的不足，制備既能承受大功率濺射，并且具有較高使用率的金屬鋁 旋轉(zhuǎn)靶材并且在靶材尺寸上不受限制。
[0011] 本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：制備工藝包含以下步驟： A、 以不銹鋼管或鈦管為A1旋轉(zhuǎn)靶材的內(nèi)襯管，襯管表面要進行噴砂處理，并在襯管上 電弧噴鍍一層過渡層，過渡層包含附、031、!1中的一種或幾種 ； B、 把襯管與鑄鐵的外模具組裝起來，放入井式加熱爐內(nèi)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為 400-650 °C ； C、 把純度為4N以上的高純鋁放入中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，蓋上爐蓋，通入氬氣保護； D、 打開加熱電源，熔煉鋁錠，等鋁錠完全熔化后，把鋁溶液澆鑄在模具腔體內(nèi)，澆鑄溫 度為 650-750°C ; E、 澆鑄完成后，關(guān)閉井式加熱爐的加熱開關(guān)。在模具冷卻過程中，打開模具頂部的加熱 裝置，通過模具頂部的熔融的A1液，對鑄管進行補縮。
[0012] F、完全冷卻后，打開模具，取出鑄管，根據(jù)圖紙加工成旋轉(zhuǎn)A1靶。
[0013]尤其是，把內(nèi)徑為125_，外徑為133mm的不銹鋼管，噴砂電弧后，電弧一層Ni過渡 層。然后把襯管放入鑄鐵外模內(nèi)，鑄鐵外模內(nèi)徑為160_，模具組裝完畢后，放入井式加熱爐 預(yù)熱，預(yù)熱溫度為600°C，保溫1小時。把純度為4N的A1錠500kg放入中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)， 蓋上爐蓋，通入氬氣保護。等A1錠完全熔化，溫度達(dá)到700°C時，開始澆鑄。澆鑄完成后，關(guān) 閉井式加熱爐的加熱開關(guān)，打開模具頂部內(nèi)