CN103436837A - 改进旋转靶材喷涂系统 - Google Patents

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Abstract

改进旋转靶材喷涂系统，机座(1)上安装固定式喷枪(4)，在固定式喷枪(4)上安装有气管(5)和送粉管(6)，在机座(1)上固定式喷枪(4)喷射方向前方垂直安装靶材背管(3)，同时，在机座(1)上靶材背管(3)外安装密闭喷涂仓(2)，而且，固定式喷枪(4)固定安装在机座(1)上，靶材背管(3)在固定式喷枪(4)上方线性移动并且绕靶材背管(3)中轴线匀速转动。采用通入惰性气体的密闭喷涂仓结构，同时，固定喷枪位置而使靶材衬管及靶材背管做水平旋转移动，减少和避免送粉散失，可以提高喷涂沉积效率更有效的控制靶材中的气体含量，提高产品的良品率，降低生产成本，提高产品的良品率，并有利于提高旋转靶材的成品率和质量。

Description

改进旋转靶材喷涂系统
技术领域
 本发明涉及国际专利分类C23C溅射法的一般镀覆装置技术，属于采用喷涂工艺生产旋转靶材的设备，尤其是一种能够的改进旋转靶材喷涂系统。
背景技术
旋转靶材（rotating target/rotary target）是磁控的靶材。靶材做成圆筒型的，里面装有静止不动的磁体，以慢速转动。其优点是利用率高达70%以上，缺点是造价高。用于太阳能电池，建筑玻璃，汽车玻璃，半导体，平板电视等。
  目前常用的有电子回旋共振(ECR)型微波等离子体溅射。磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式，较之较早点的蒸发镀膜方式，其很多方面的优势相当明显。作为一项已经发展的较为成熟的技术，磁控溅射已经被应用于许多领域。磁控溅射原理：在被溅射的靶极或阴极与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体，通常为Ar气，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：支流溅射和射频溅射，其中支流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快。而射频溅射的使用范围更为广泛，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电的材料，同时还司进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。
现有旋转靶材喷涂生产线---镀膜靶材喷涂及制造设备技术构成： 采用30KW全自动喷涂设备、系列配置靶材喷涂硅铝粉制设备及工艺、喷涂房配置设计等方案生产线---镀膜靶材喷涂及制造设备技术，应用于玻璃镀膜，建筑玻璃和汽车玻璃，工业等行业，主要靶材包括：铬靶、硅靶、氧化铌靶，硅铝靶等。
当前普遍的旋转靶材喷涂系统中，靶材喷涂部分工作环境是暴露在大气中，其中喷枪在水平方向呈线性运动，靶材衬管即靶材背管作圆周运动。
这种喷涂系统会产生较多的喷涂粉体需要配备大功率的抽粉系统，同时由于喷涂工作环境是暴露在大气中所以难以控制靶材涂层中的气体尤其是氮气和氧气，而且由于大功率抽风系统的存在导致部分喷涂粉体可能被抽风系统抽走，无法沉积到背管表面，影响沉积效率。改进技术公开较少。
已公开专利文献如：
中国专利申请201120376529.5一种喷涂旋转靶材的冷却装置，包括冷却芯轴、进水管、出水管，冷却芯轴中心的两端设有互不连通的两段轴向阶梯孔，两段轴向阶梯孔靠近孔的底部设有连通冷却芯轴外表面的径向孔，冷却芯轴一端外表面靠近径向孔处设有圆柱形肩台与旋转靶材的管状金属基材相配合，圆柱形肩台外径大于冷却芯轴中段的外径，冷却芯轴另一端外表面套接一个活动环，活动环上也设有圆柱形肩台与旋转靶材的管状金属基材相配合，活动环旁设置一个锁在冷却芯轴外表面的螺母，冷却芯轴两端的轴向阶梯孔均以轴向密封周向可转动的方式与进水管和出水管相配合。
中国专利申请 201120376022.X一种喷涂旋转靶材的监控装置，包括控制器、控制设备电源的接触器，控制设备电源的接触器与控制器相连通，旋转靶材的管状金属基材冷却装置的进水管中设有与控制器相连通的温度传感器和流量传感器，旋转靶材的管状金属基材冷却装置的出水管中设有与控制器相连通的温度传感器，驱动旋转靶材的管状金属基材旋转的驱动部件上设有与控制器相连通的转速传感器，冷却喷枪的进水管中设有与控制器相连通的温度传感器和流量传感器，冷却喷枪的出水管中设有与控制器相连通的温度传感器，驱动喷枪移动的运动部件上设有与控制器相连通的位移传感器。
 发明内容
本发明的目的是提供一种改进旋转靶材喷涂系统，克服现有技术的不足之处，能更加高效和高质制备圆柱靶材的喷涂系统。
本发明的目的是通过如下技术措施实现的：机座上安装固定式喷枪，在固定式喷枪上安装有气管和送粉管，在机座上固定式喷枪喷射方向前方垂直安装靶材背管，同时，在机座上靶材背管外安装密闭喷涂仓，而且，固定式喷枪固定安装在机座上，靶材背管在固定式喷枪上方线性移动并且绕靶材背管中轴线匀速转动。
尤其是，靶材背管在固定式喷枪喷射方向前方垂直方向上做往复线性移动且轨迹固定。
尤其是，靶材背管与机座之间通过传动系统连接。
尤其是，密闭喷涂仓安装于机座上，密闭喷涂仓内通入惰性气体。
尤其是，制备低氧含量的纯硅靶材；喷涂用硅粉：纯度≥99.95% ，粒度：50-300Mesh；靶材背管规格：长度3191毫米，内径125毫米，外径133毫米；靶材背管旋转速度：50转/分钟 ；靶材背管水平移动速度500毫米/分钟；密闭喷涂仓内保护气体通入量：50L/分钟；最后获得靶材: 靶材密度:95%,理论密度为2.3g/cm3,含氧O2量 1000ppm (Wt%)。
本发明的有益效果是：采用通入惰性气体的密闭喷涂仓结构，同时，固定喷枪位置而使靶材衬管及靶材背管做水平旋转移动，减少和避免送粉散失，可以提高喷涂沉积效率更有效的控制靶材中的气体含量，提高产品的良品率，降低生产成本，提高产品的良品率，并有利于提高旋转靶材的成品率和质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图
附图标记包括： 机座1、密闭喷涂仓2、靶材背管3、固定式喷枪4、气管5、送粉管6。
具体实施方式
本发明设计一种新型喷涂系统，可以适合热喷涂也可以适合冷喷涂，可以用于生产金属以及无机非金属旋转靶材，在靶材背管3尺寸上也不受限制。
本发明主要包括传动系统和气体保护系统，靶材背管3总是处于一个密封容器中，并且在喷涂区域通入设定气体以控制所获得靶材涂层中的气体含量。
本发明设计的一种新型喷涂系统与当前普通的旋转靶材喷涂系统区别在于，在本发明的新型喷涂系统中，喷枪位置是相对固定不动的，而靶材衬管及靶材背管3在做水平旋转移动。 
具体的，实现本发明的装置中包括，机座1、密闭喷涂仓2、靶材背管3、固定式喷枪4、气管5和送粉管6。
以下结合附图和实施例进一步说明。
本发明中，如附图1所示，机座1上安装固定式喷枪4，在固定式喷枪4上安装有气管5和送粉管6，在机座1上固定式喷枪4喷射方向前方垂直安装靶材背管3，同时，在机座1上靶材背管3外安装密闭喷涂仓2，而且，固定式喷枪4固定安装在机座1上，靶材背管3在固定式喷枪4上方线性移动并且绕靶材背管3中轴线匀速转动。
前述中，靶材背管3在固定式喷枪4喷射方向前方垂直方向上做往复线性移动且轨迹固定。
前述中，靶材背管3与机座1之间通过传动系统连接。
前述中，密闭喷涂仓2安装于机座1上，密闭喷涂仓2内通入惰性气体，以控制所获得靶材涂层中的气体含量，并构成气体保护系统。
前述中，靶管3运动方向由右向左。
本发明中，克服现有技术的不足之处，能更加高效和高质制备圆柱靶材的喷涂系统，该喷涂系统既可以适合热喷涂也可以适合冷喷涂，可以用于生产金属以及无机非金属靶材，在尺寸上也不受限制。
实施例：制备低氧含量的纯硅靶材；喷涂用硅粉：纯度≥99.95% ，粒度：50-300Mesh；靶材背管3规格：长度3191毫米，内径125毫米，外径133毫米；靶材设计厚度为9毫米，靶材背管3旋转速度：50转/分钟 ；靶材背管3水平移动速度500毫米/分钟；密闭喷涂仓2内保护气体通入量：50L/分钟；最后获得靶材: 靶材密度:95%,理论密度为2.3g/cm3,含氧O2量 5000ppm (Wt%)。靶材理论重量约为30公斤，实际喷涂用粉未约为42公斤，可以计算出喷涂沉积效率约为70%，与普通喷涂系统的沉积效率约为20%相比有非常明显的优势。
实施例：制备具有导电性的氧化铌靶材；喷涂用氧化铌粉：纯度≥99.99% ，粒度：100-250Mesh；靶材背管3规格：长度1700毫米，内径125毫米，外径133毫米；靶材设计厚度为9毫米，靶材背管3旋转速度：70转/分钟 ；靶材背管3水平移动速度400毫米/分钟；密闭喷涂仓2内保护气体通入量：50L/分钟；最后获得靶材: 靶材密度:98%,理论密度为4.8g/cm3,含氧O2量 1000ppm (Wt%)。靶材理论重量约为33公斤，实际喷涂用粉未约为49公斤，可以计算出喷涂沉积效率约为70%，与普通喷涂系统的沉积效率约为20%相比有非常明显的优势。
实施例：制备金属锌铝合金靶材；喷涂用金属锌粉：纯度≥99.99% ，金属铝粉：纯度度≥99.99%，粒度：100-250Mesh；按照金属锌粉98wt%与金属铝粉2wt%的比例进行混合，靶材设计厚度为9毫米，靶材背管3规格：长度3855毫米，内径125毫米，外径133毫米；靶材背管3旋转速度：120转/分钟 ；靶材背管3水平移动速度550毫米/分钟；密闭喷涂仓2内保护气体通入量：80L/分钟；最后获得靶材: 靶材相对密度:92%,理论密度为6.9g/cm3。靶材理论重量约为107公斤，实际喷涂用粉未约为155公斤，可以计算出喷涂沉积效率约为70%，与普通喷涂系统的沉积效率约为20%相比有非常明显的优势。

Claims (5)

1.改进旋转靶材喷涂系统，包括机座(1)、密闭喷涂仓(2)、靶材背管(3)、固定式喷枪(4)、气管(5)和送粉管(6)，其特征是：机座(1)上安装固定式喷枪(4)，在固定式喷枪(4)上安装有气管(5)和送粉管(6)，在机座(1)上固定式喷枪(4)喷射方向前方垂直安装靶材背管(3)，同时，在机座(1)上靶材背管(3)外安装密闭喷涂仓(2)，而且，固定式喷枪(4)固定安装在机座(1)上，靶材背管(3)在固定式喷枪(4)上方线性移动并且绕靶材背管(3)中轴线匀速转动。
2.如权利要求1所述的改进旋转靶材喷涂系统，其特征在于，靶材背管（3）在固定式喷枪(4)喷射方向前方垂直方向上做往复线性移动且轨迹固定。
3.如权利要求1所述的改进旋转靶材喷涂系统，其特征在于，靶材背管（3）与机座（1）之间通过传动系统连接。
4.如权利要求1所述的改进旋转靶材喷涂系统，其特征在于，密闭喷涂仓（2）安装于机座（1）上，密闭喷涂仓（2）内通入惰性气体。
5.如权利要求1所述的改进旋转靶材喷涂系统，其特征在于，制备低氧含量的纯硅靶材；喷涂用硅粉：纯度≥99.95% ，粒度：50-300Mesh；靶材背管（3）规格：长度3191毫米，内径125毫米，外径133毫米；靶材背管（3）旋转速度：50转/分钟 ；靶材背管（3）水平移动速度500毫米/分钟；密闭喷涂仓（2）内保护气体通入量：50L/分钟；最后获得靶材:  靶材密度:95%,理论密度为2.3g/cm3,含氧O2量 1000ppm (Wt%)。
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