CN105463390A - 旋转靶材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转靶材及其制造方法，该旋转靶材包括管状结构的管体和环状结构的端头，所述端头的内径固定地套设于所述管体的端部。本发明通过连接的办法增加靶材端头的厚度，使端头和管体能够同时被溅射完，提高靶材的利用率，同时具有工艺简单、生产成本低、连接处结合紧密、导热效果好的优点。

Description

旋转靶材及其制造方法

技术领域

本发明涉及磁控溅射、金属变形加工和装配领域，特别涉及一种旋转靶材及其制造方法。

背景技术

溅射镀膜工艺广泛应用于集成电路、磁记录、刀具、平面显示器以及玻璃表面涂层等领域。随着表面镀膜技术的不断发展，溅射靶材这一具有高附加值的功能材料的需求量也逐年增多，因此需要不断提高溅射靶材的利用效率，减少靶材的消耗，降低成本，保护环境。

Low-E玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有优异的隔热效果和良好的透光性。而镍铬合金靶材作为溅射镀膜的打底材料，广泛应用于Low-E玻璃等镀膜领域。目前镍铬靶材的主要形状是平面靶，靶材的利用率大约30％，随着生产工艺和设备的不断发展，管状靶材越来越多的取代常规的平面矩形靶材，使得靶材的利用率高达到60％以上。然而在靶材的实际使用过程中发现，由于磁场的作用，旋转靶材靠近两个端头的溅射速度要高于中间位置，这就会出现靶材两端已经溅射完了，而管身还有部分未被完全溅射，导致材料利用率降低。

目前常规生产镍铬管有两种，一部分端头加工成狗骨形，一部分端头加工成平头。狗骨形的靶材的材料利用率在73％以上，但该靶材的制备需要采用外径与管头大小一样的管坯加工，需要浪费大量的材料并耗费较大的人力、时间；而平管头的靶材的利用率仅65％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转靶材及其制造方法，以解决现有技术存在的材料利用率低等问题。

为了解决上述问题，本发明提供的旋转靶材如下：

一种旋转靶材，其包括管状结构的管体和环状结构的端头，所述端头的内径固定地套设于所述管体的端部。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述管体的端部外表面光滑，所述端头的内表面光滑，所述管体的端部和所述端头之间为过盈配合。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述管体的端部设有外螺纹，所述端头的内表面设有内螺纹，所述管体的端部和所述端头之间螺纹连接。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述管体的端部和所述端头之间夹置有导电导热的垫片。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述管体的端部外径收缩变小，且所述端头的外表面设有向所述管体倾斜的斜面。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述端头的内径比所述旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，所述管体的外径比所述端头的内径大0～0.1mm。

在上述旋转靶材的一种优选实施方式中，所述端头、管体为镍铬材质。

为了解决上述问题，本发明提供的旋转靶材的制造方法如下：

一种旋转靶材的制造方法，所述旋转靶材包括管状结构的管体和环状结构的端头，所述端头的内径固定地套设于所述管体的端部，其包括以下步骤：将扒皮完毕的锭坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后锻造成圆环状锻坯；将所述圆环状锻坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后冷却，得到热处理后的圆环状煅坯；再将所述热处理后的圆环状煅坯煅坯紧密地套设在管体的端部，得到连接为一体的端头和管体；再根据具体的尺寸，对所述连接为一体的端头和管体进行机加工。

在上述制造方法一种优选实施方式中，锻造步骤中，将扒皮完毕的锭坯放入马弗炉中在1100～1200℃条件下保温1.8～2.2小时；和/或，热处理步骤中，将所述圆环状锻坯在1000～1050℃条件下保温1～2h，然后空冷；和/或，在套设步骤中，将所述热处理后的圆环状锻坯在200～300℃条件下加热0.5～1h，然后热镶嵌，使加热后的圆环状煅坯和管体紧密连接。

在上述制造方法一种优选实施方式中，在将煅坯紧密地套设在管体的端部之前，还包括另一机加工步骤：把所述热处理后的圆环状煅坯的内径加工到比旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，把管体端部的外径尺寸加工到比煅坯的内径尺寸大0～0.1mm，即得到所述端头。

分析可知，本发明提供一种高利用率的旋转靶材及其制造方法，通过连接的办法增加靶材端头的厚度，使端头和管身能够同时被溅射完，提高靶材的利用率，同时具有工艺简单、生产成本低、连接处结合紧密、导热效果好的优点。

附图说明

图1为本发明的旋转靶材实施例的端头的结构示意图；

图2为本发明的旋转靶材实施例的管体(端部)的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1、图2分别示出了本发明的旋转靶材实施例的端头、管体的结构，如图所示，该实施例包括管状结构的管体2和环状结构的端头1，端头1的内径固定地套设于管体2的端部，显然，端头1的外径明显大于管体2，端头1厚度的增加可以使端头1和管体2能够同时被溅射完，提高靶材的利用率。优选地，端头1、管体2为镍铬材质，二者组成的本实施例为适用于磁控溅射的镍铬靶材。在其他实施例中，端头及管体组成的本实施例也可以为适用于溅射镀膜的金属靶材、合金靶材、非金属靶材，例如镍靶材、铁镍靶材等。

如图所示，管体2的端部外表面光滑，无凸出、凹陷等结构，端头1的内表面光滑，无凸出、凹陷结构。具体而言，管体2包括外径依次减小的本体段23、连接段22、收缩段21，例如构成管体2主要部分的本体段23的外径R2大于连接段的外径R1。端头1结构则较为简单，基本为一圆环，图1中右侧的部分设有斜面11。装配时，管体2的收缩段21、连接段22从斜面11的一端插入端头1内部，直至连接段22与本体段23的相邻台阶和端头1的端面接触，并且连接段22和端头1之间为过盈配合，防止二者发生相对滑动。收缩段21的设置便于管体2端部插入端头1中。斜面11向管体2的本体段23倾斜，形成自然过渡。

更优选地，端头1的内径r比旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，管体2连接段22的外径R1比端头1的内径r大0～0.1mm。

在其他实施例中，管体的端部可以设置外螺纹，端头的内表面设置内螺纹，管体的端部和端头之间螺纹连接，以固定连接二者，防止发生相对滑动。另外，还可以在管体的端部和端头之间夹置导电导热的垫片，例如薄铜片，使两者紧密连接，不产生相对滑动。

在制造图1、图2所示的实施例时，可以采用以下工艺，本领域技术人员应当理解，下述仅为举例，而非对图1、图2所示实施例的限制。

概略而言，制造上述实施例时，以镍铬为原料，大致通过熔炼、扒皮、锻造、热处理、车皮、套设以及机加工等步骤。

在熔炼步骤中，将镍铬合金熔炼为锭坯(端头1的坯料)；熔炼步骤之后，再将该锭坯扒皮；

在锻造步骤中，将扒皮完毕的锭坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后通过2～4火锻造成圆环状锻坯。优选地，将铸锭(即：扒皮完毕的锭坯)放入马弗炉中，在1100～1200℃条件下保温1.8～2.2小时。

在热处理步骤中，将圆环状锻坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后空冷，得到热处理后的圆环状煅坯。优选地，将圆环状锻坯在1000～1050℃条件下保温1～2h，然后空冷。

在套设煅坯在管体端部之前，还有一车皮步骤(即预加工步骤)：，将热处理后的圆环状锻坯的内径和镍铬管(即：管体2的坯料)端部的外径加工到过盈配合，分别得到端头1、管体2。优选地，把要连接的煅坯(即：热处理后的圆环状锻坯)的内径加工到比旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，保证旋转靶材用完后端头不会脱落，导电和导热性好；并把要连接的镍铬管的外径尺寸加工到比热处理后的圆环状煅坯内径尺寸大0～0.1mm，为了加热再冷却后煅坯、镍铬管紧密连接。更优选地，煅坯内径和镍铬管端部外径(即连接段22的外径R1)之间的公差可以是0mm、0.02mm、0.05mm、0.07mm和0.1mm。

在套设步骤中，将端头1在200～500℃条件下加热0.5～2h，得到加热后的端头1；再采用热镶嵌的方法，使加热后端头1和管体2两者紧密连接，不产生相对滑动，得到连接为一体的端头和管体。优选地，端头可以在200～300℃条件下加热0.5～1h，然后热镶嵌(简称为热镶)；加热方式可以是电阻加热、感应加热、火焰加热等。更优选地，将端头加热到200℃、220℃、300℃、350℃、400℃、450℃和500℃，加热时间为0.5h、1h、1.5h和2h。如加热温度高，加热时间则可以适当缩短。

再将连接为一体的端头和管体加工到图纸要求的尺寸，得到旋转靶材。

更具体而言，图1、图2所示的镍铬管靶材实施例成品的规格为：端头1的内径r为132mm，外径为159mm；管体2的外径R2为152mm，长度为3200mm。该成品的具体制造方法如下：

(1)、先以镍铬为原料，通过熔炼、锻造步骤，得到圆环状煅坯；

(2)、热处理：将圆环状煅坯放入马弗炉中，在1020℃下保温1h，再空冷，得到热处理后的圆环状煅坯；

(3)、车皮：将热处理后的圆环状煅坯的内径r加工为132mm，将内外径车光，得到尺寸为D132/D159mm、长度为130mm的圆环锻坯，即为端头1；该圆环锻坯内外表面应光滑无缺陷和氧化皮；并把要连接的镍铬管的外径(即连接段22的外径R1)尺寸加工到132～132.1mm，即为管体2；

(4)、套设：将端头1以过盈配合的方式连接在管体2(也称为母管)，使两者紧密连接，不产生相对滑动，得到连接为一体的端头和管体；具体来说，是将端头1用电阻炉加热到220℃条件下保持0.5h，再进行热镶嵌使二者接为一体。(5)、二次机加工：将整根毛坯镍铬管(即连接为一体的端头和管体)按图纸要求加工到要求尺寸。

图1、图2所示的镍铬管旋转靶材与现有技术的旋转靶材比较如下：

相比之下，现有技术中，另一种镍铬管旋转靶材的规格为：内外径D125/D152mm，长度3190mm。端头和管体的外径相同，没有热镶加厚。

经过测试，以上两种镍铬管旋转靶材的材料利用率及相关比较如下表：

从表可以看出，本发明的旋转靶材和现有技术相比，材料利用率较高。

综上，本发明具有如下的有益效果：本发明具有材料利用率高、晶粒细小均匀、制造工艺简单、加工成本低等优点，具体而言，材料利用率≥75％，平均晶粒度不大于150μm，特别适用于磁控溅射。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种旋转靶材，其特征在于，包括管状结构的管体和环状结构的端头，所述端头的内径固定地套设于所述管体的端部。

2.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述管体的端部外表面光滑，所述端头的内表面光滑，所述管体的端部和所述端头之间为过盈配合。

3.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述管体的端部设有外螺纹，所述端头的内表面设有内螺纹，所述管体的端部和所述端头之间螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述管体的端部和所述端头之间夹置有导电导热的垫片。

5.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述管体的端部外径收缩变小，且所述端头的外表面设有向所述管体倾斜的斜面。

6.根据权利要求2所述的旋转靶材，其特征在于，所述端头的内径比所述旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，所述管体的外径比所述端头的内径大0～0.1mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的旋转靶材，其特征在于，所述端头、管体为镍铬材质。

8.一种旋转靶材的制造方法，所述旋转靶材包括管状结构的管体和环状结构的端头，所述端头的内径固定地套设于所述管体的端部，其特征在于，包括以下步骤：

锻造步骤：将扒皮完毕的锭坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后锻造成圆环状锻坯；

热处理步骤：将所述圆环状锻坯在900～1200℃条件下保温1～4h，然后冷却，得到热处理后的圆环状锻坯；

套设步骤：将所述热处理后的圆环状煅坯紧密地套设在管体的端部，得到连接为一体的端头和管体；

机加工步骤：根据具体的尺寸，对所述连接为一体的端头和管体进行机加工。

9.根据权利要求8所述的旋转靶材的制造方法，其特征在于，

所述锻造步骤中，将扒皮完毕的锭坯放入马弗炉中在1100～1200℃条件下保温1.8～2.2小时；和/或，

所述热处理步骤中，将所述圆环状锻坯在1000～1050℃条件下保温1～2h，然后空冷；和/或，

所述套设步骤中，将所述热处理后的圆环状锻坯在200～300℃条件下加热0.5～1h，得到加热后的圆环状煅坯；然后热镶嵌，使所述加热后的圆环状煅坯和管体紧密连接。

10.根据权利要求8或9所述的旋转靶材的制造方法，其特征在于，

在所述套设步骤之前，还包括预加工步骤：

把所述热处理后的圆环状煅坯的内径加工到比旋转靶材使用完后的最小外径小1mm，把管体端部的外径尺寸加工到比煅坯的内径尺寸大0～0.1mm。