CN101080508A - 具有设置在靶管与承载管之间的连接层的管状靶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有圆柱形承载管和至少一个设置在其外表面上的靶管的管状靶，其中在所述靶管与所述承载管之间设置有连接层，本发明的特征在于，所述连接层是导电的，并且具有大于90％的润湿度。

Description

具有设置在靶管与承载管之间的连接层的管状靶
技术领域
本发明涉及一种带有圆柱形承载管和至少一个设置在承载管外表面上的靶管的管状靶，其中在靶管与承载管之间设置有连接层。
背景技术
为了喷镀诸如建设/建筑领域用的玻璃、汽车玻璃和平面图像屏幕面板等大面积基材，使用了大面积平靶或平面靶。这些靶的特点是在喷镀过程中材料产出较低，约为30-40％。相反，使用管状靶可以使靶的材料产出达到90％，并且使所谓“再沉积区域”的出现最小，这种“再沉积区域”在喷镀过程中有释放粒子的趋向。为了生产管状靶，以前通常使用诸如等离子喷镀方法和电弧喷镀方法等热熔枪喷镀方法，其中通过热喷镀技术的方法将各个靶材料直接涂布到承载管上。一般来说，这种方法的缺点是含氧量高、抛光过程中材料损失大、以及能量和气体消耗高的加工周期长。较新的方法允许将靶材料直接模制到承载管上(参见DE 100 43 748，DE 100 63 383)。这种技术尤其成功地应用于诸如Sn和Zn等低熔点材料，并且为靶材料提供具有熔化特性的结构构造。到目前为止，还不能用这种方法生产相对于承载管具有高熔点和大热膨胀系数差异的管状喷镀材料，因此，通过熔化铸造技术将诸如Ag、Zn和SiAl等一些材料预制成短的、管状的片断，随后将这些片断推到并安装在承载管上(参见DE 102 53319)。这里，承载管为靶构造提供机械稳定性。
在制造平靶时，主要通过焊接将这些片断固定在承载管上。然而，已经表明，这种固定的质量不能令人满意。这是由多种部分彼此相关的因素造成的。其中一些因素包括：标准焊料相对于不同靶材料的润湿行为差，焊料相对于靶材料和承载管的润湿行为不同，靶材料与承载管之间热膨胀系数差别非常大，承载材料与焊料之间形成合金的趋势，靶材料导热性差和从而难以控制焊接过程，在焊接过程中难以在长距离上控制温度，无法控制的焊料供应，在焊接过程中承载材料和承载管以及焊料表面的氧化。
发明内容
本发明的目的是改进现有技术并提供可靠工作的管状靶。
根据本发明，通过独立权利要求的特征实现所述目的。本发明的优选实施例包括在从属权利要求中。根据本发明，设计成片断的管状靶包括承载管和一个或多个靶片断。其特征在于，连接层是导电的，并且其润湿度大于90％，优选大于95％。
优选的是，润湿度既存在于所述承载管的外表面上，也存在于所述靶管的内表面上。有益的是，在所述承载管和/或所述靶管的至少一个端面上设置连接件、轴承接收件或凸缘。此外，有利的是，至少一个靶管在至少一端上具有增大的直径。所述靶管材料可以由Cu、Al、Zr、Mo、W、Ti、Cr、Ni、Ta、Nb、Ag、Zn、Bi、Sn、Si或基于这些元素中至少一种元素的合金，或者陶瓷材料形成，在Al的情况下，优选由包括稀土元素的合金形成，所述稀土元素优选为Nb。
另外，有益的是，所述一根或多根靶管是由固体材料块制造，或者通过直接铸造中空圆柱体、挤压、冲压、烧结或热等静压制造。
特别是，连接层具有导电胶或焊接材料。将所述焊接材料直接设置在所述承载管和/或所述靶管上，或者将至少一层粘合剂或润湿剂设置在所述承载管和/或所述靶管上，再将所述焊接材料设置在粘合剂或润湿剂层上，其中，所述焊接材料包括In、Sn、InSn、SnBi或其他液态温度在300℃以下的低熔点焊料合金，或者由上述材料组成。直接润湿的优点是比粘合剂层的形式更具成本效益。
可以用基于Ni的粘结剂层、尤其是由镍铝合金或镍钛合金制造的粘结剂层覆盖所述承载管和/或所述靶管。铝合金粘结剂层还可以在基材上产生良好的可润湿性和附着性。所述承载管优选由钢制造，但是也可以使用比如钛等其他材料。
特别是，根据本发明的管状靶可以用于生产显示器涂层。它寿命长，成本低，并在承载管与靶材料之间具有良好的导热、导电连接，以便冷却和形成稳定的喷镀等离子。额外的优点是：仅在以后还要除去的外表面上最佳地使用昂贵的靶材料；在结合过程中通过特殊控制冷却实现从下向上的定向凝固，从而产生孔和气泡少的连接。
为了去除所有污染物和氧化物/结垢残余物以及调整粗糙度，对所述承载管表面进行预处理。将小于1mm的均匀良好导热涂层涂到这种表面上，这允许焊接的润湿行为并且补偿靶材料与承载材料之间的热应力。优选的涂层材料是Al、Ni、Cu、Zn以及它们的合金。用相似的方法处理管状靶片断的内表面。根据材料属性，选择与之匹配的方法和材料。在靶面与承载面都涂上涂层之后，涂上与将要使用的焊料匹配的、小于1mm的另一中间层。优选的材料是Al、Ni、Zn、In、Sn、Bi以及它们的合金。在靶面与承载面都涂上中间层之后，还涂上由挥发油制成的润滑薄膜层。这种薄膜层必须在进行实际焊接过程之前完全去除。
例如，在用惰性气体吹扫的气氛下的加热管式熔炉中均匀加热以这种方法制备的管状靶，随后用与载管和靶的材料匹配的焊料填充承载管与靶片断之间的焊接间隙。为此，要根据材料选择上升填充技术和下降填充技术，以及加压填充。对于某些材料的组合，优选在使用机械活化的情况下进行焊料填充。在焊料完全填充之后，执行特定的冷却程序以便固化焊料。
在对管状靶的导热性和强度要求不太严格的情况下，片段通过粘合方法固定在承载管上。为此，使用导热粘合剂以材料匹配方式填充承载管与靶片断之间的间隙。在对管状靶的导热性要求低并且喷镀功率低的情况下，管状靶有时甚至可以通过象弹簧一样的系统或者夹紧系统固定在承载管上。
附图说明
下面将通过实施例并结合附图阐述本发明。附图中：
图1为管状靶。
具体实施方式
几个管状靶2以片断形式安装在承载管1上。下面将阐述这种产品。
实施例1：
为了制备，在由HCL∶HNO3制成的混合物中，蚀刻长度1.5m、外径a＝133mm、内径i＝125mm的钢制承载管1。此外，经过刷洗过程使承载管1的表面粗糙并使其活化。随后，通过电镀将铜层施加在承载管的表面上，形成厚度约0.02mm的中间层。通过离心铸造方法生产三个铝制管状片断2，然后将其切割到0.4m的长度，再机械加工到内径i＝135mm、外径a＝154mm。铝制片断的内表面也是通过电镀镀铜的。
用约0.5mm厚的锡焊箔覆盖承载管的中间层，并通过利用气体燃烧器进行局部加热来焊接。用0.5mm厚的铟箔覆盖铝制靶管片断2的中间层，并通过利用气体燃烧器进行局部加热来焊接。然后，将由易挥发油制成的稀薄润滑薄膜层涂在最后处理的两个中间层上。接着，利用中心定位装置和隔离装置将管状靶片断2推到承载管1上。冲洗掉润滑层。为了均匀加热到焊接温度，在管式熔炉中将制备好的管状靶均匀地加热到200℃。此时，润滑层的最后残余物被同时受热去掉。为了避免氧化/退色的影响，在加热过程中使用保护气体进行吹洗。达到焊接温度之后，从管式熔炉中取出管状靶，将其竖立并放入竖直焊接装置中。此时，用快速密封夹具密封所有间隙。在这种制备过程中，用隔热材料覆盖管状靶，并且利用内部加热保持在170℃。另外，继续进行惰性气体吹洗。熔化约1.5kg铟作为焊料，使其达到250℃，然后填充到焊接间隙中。为了100％填充焊接间隙，当浇灌焊料时，将机械激励与竖直放置的管状靶接合。焊料一旦完全填满，就撤销所有加热和隔热措施，并且借助竖直焊接装置的四根多孔吹管利用压缩空气开始冷却过程。冷却速率由气体阀门控制。在将管状靶冷却到室温之后，可以从竖直焊接装置上拆掉管状靶，然后清除焊接残余物。
实施例2：
为了制备，在由HCL∶HNO3制成的混合物中，蚀刻长度1.5m、外径a＝133mm、内径i＝125mm的钢制承载管1。此外，在喷砂处理过程中使承载管1的表面粗糙并使其活化。然后，利用热喷镀技术将镍层施加在承载管1的表面上，作为厚度约0.02mm的中间层。通过粉末冶金方法生产长度0.4m、内径i＝135mm、外径a＝154mm的钼管。洗刷钼管的内表面使其没有残余物，并且进行无电镀镍。不施加附加的层。焊接过程的进一步操作与实施例1一致。
实施例3：
为了制备，在刷洗过程中，使长度1.5m、外径a＝133mm、内径i＝125mm的钢制承载管1粗糙，然后用电镀铜层覆盖。通过粉末冶金方法生产两个长度0.7m、内径i＝135mm、外径a＝154mm的铬管片断。为了液化粘合剂而将其加热到80℃之后，通过导热导电粘合剂将两个铬管片断连接到承载管1上。为了在粘合剂与靶管2或承载管1之间获得高度润湿，将上述方法制备的靶在约80℃下保持约1小时。
实施例4：
为了制备，在由HCL∶HNO3制成的混合物中，蚀刻长度1.5m、外径a＝133mm、内径i＝125mm的钢制承载管1。待固定的靶材料包括长度1.4m、内径i＝135mm、外径a＝155mm的铝管。通过适当的表面处理清洁内表面并使其粗糙。不施加附加的层。焊接过程的进一步操作与实施例1一致。

Claims (13)

1.一种管状靶，具有圆柱形承载管和至少一个设置在承载管外表面上的靶管，其中，在所述靶管与所述承载管之间设置有连接层，其特征在于，所述连接层是导电的，并且具有大于90％的润湿度。
2.如权利要求1所述的管状靶，其特征在于，所述润湿度达到95％以上。
3.如权利要求1或2所述的管状靶，其特征在于，所述润湿度既存在于所述承载管的外表面上，也存在于所述靶管的内表面上。
4.如权利要求1-3中任一项所述的管状靶，其特征在于，在所述承载管和/或所述靶管的至少一个端面上设置连接件、轴承接收件或凸缘。
5.如权利要求1-4中任一项所述的管状靶，其特征在于，至少一个靶管在至少一端上具有增大的直径。
6.如权利要求1-5中任一项所述的管状靶，其特征在于，所述靶管材料由Cu、Al、Zr、Mo、W、Ti、Cr、Ni、Ta、Nb、Ag、Zn、Bi、Sn、Si或基于这些元素中至少一种元素的合金，或者陶瓷材料形成。
7.如权利要求6所述的管状靶，其特征在于，所述靶管由Al与稀土元素的合金形成，所述稀土元素优选为Nb。
8.如权利要求1-7中任一项所述的管状靶，其特征在于，所述一根或多根靶管由紧密材料块加工出来，或者通过直接铸造中空圆柱体、挤压、冲压、烧结或热等静压制造。
9.如权利要求1-8中任一项所述的管状靶，其特征在于，所述连接层具有导电粘合剂或焊接材料。
10.如权利要求1-9中任一项所述的管状靶，其特征在于，在所述承载管和/或所述靶管上直接涂覆有焊接材料，或者在所述承载管和/或所述靶管上设置有至少一层粘合剂或润湿剂，并且在粘合剂或润湿剂层上设置有所述焊接材料。
11.如权利要求9或10所述的管状靶，其特征在于，所述焊接材料包括In、Sn、InSn、SnBi或其他液态温度在300℃以下的低熔点焊料合金，或者由上述材料组成。
12.如权利要求11所述的管状靶，其特征在于，所述承载管和/或所述靶管涂覆有基于Ni的粘结剂层，尤其是涂覆有由镍铝合金或镍钛合金形成的粘结剂层。
13.如权利要求1-12中任一项所述的管状靶在制造显示器涂层中的应用。
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