CN108193180A - 旋转靶材制备设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转靶材制备设备，由加热装置对靶材原料进行加热，使得靶材原料热熔为可液态状态，喷出装置与加热装置连通，可将融化的靶材原料喷出。喷涂装置与喷出装置对接，待成型的靶材管材沿其轴向与喷涂装置内的喷涂通道通过，喷涂装置上设置喷涂腔，喷出装置通过喷涂腔通入喷涂通道内，待成型靶材管材穿过喷涂通道的过程中，可通过喷出装置将融化的靶材原料喷涂到靶材管材的表面，喷涂过程连续，可直接制备一体结构的旋转靶材，无需在通过分块绑定的方式制备，靶材原料的直接喷涂可实现对靶材原料的有效利用，降低了旋转靶材的制备难度，降低了靶材损耗。
Description
技术领域
本发明涉及靶材制备技术领域，更具体地说，涉及一种旋转靶材制备设备。
背景技术
磁控溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。溅射靶材根据形状可分为平面靶材，多弧靶材，旋转靶材。
旋转靶材是磁控的靶材，靶材做成圆筒型的，里面装有静止不动的磁体，以慢速转动。现有制作旋转靶材技术通过分块制作后绑定而成，材料利用率低，大约只有40％至50％。其余损耗需要通过回收技术重新利用，损耗大，成本高。
因此，如何降低旋转靶材制备过程中的损耗，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种旋转靶材制备设备，以降低旋转靶材制备过程中的损耗。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种旋转靶材制备设备，包括对靶材原料进行加热融化的加热装置，所述加热装置上设置有将融化的所述靶材原料喷出的喷出装置；
与所述喷出装置对接的喷涂装置，所述喷涂装置内设置容置待成型靶材管材沿其轴向传输的喷涂通道，所述喷涂装置上还开设有连通所述喷出装置的喷头和所述喷涂通道的喷涂腔。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述加热装置包括加热外壳和设置于所述加热外壳内以容置所述靶材原料的装载坩埚，所述加热外壳和所述装载坩埚之间架设有对所述装载坩埚进行加热的加热模块，所述装载坩埚的底部开设连通所述喷出装置的喷涂管路的下料孔。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，还包括对所述加热外壳内空气进行抽取并通入氮气保护气的换气装置；所述加热外壳上设置有对其内气压进行泄压的泄压装置。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述喷出装置还包括连通所述下料孔的下料管，所述下料管的末端设置伸入所述喷涂腔的喷头，所述喷头和所述下料管之间设置连通二者的开关控制阀。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述加热外壳和所述加热模块之间还设置有对所述加热装置内进行保温的保温模块。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述加热模块为环绕所述装载坩埚的周向布置的多个加热器。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，还包括架撑待成型所述靶材管材的夹紧装置，所述夹紧装置上还设置有驱动所述夹紧装置沿所述靶材管材的轴向传输的管材传送装置；
驱动所述靶材管材沿其轴心转动的转动驱动装置。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述喷涂装置的前端和后端均设置有与所述喷涂通道连通，对待成型的所述靶材管材进行加热的预加热器；所述夹紧装置上设置有与所述靶材管材的内腔连通的冷却通道。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，所述喷涂装置上开设有与所述喷涂通道连通对所述喷涂通道内空气进行抽取的抽气通道。
优选地，在上述旋转靶材制备设备中，还包括架撑所述喷涂装置和所述夹紧装置的机架，所述机架上设置对所述管材传送装置进行滑移导向的导向滑轨，所述机架的端部设置有驱动所述管材传送装置动作的轴向驱动装置。
本发明提供的旋转靶材制备设备，包括对靶材原料进行加热融化的加热装置，加热装置上设置有将融化的靶材原料喷出的喷出装置；与喷出装置对接的喷涂装置，喷涂装置内设置容置待成型靶材管材沿其轴向传输的喷涂通道，喷涂装置上还开设有连通喷出装置的喷头和喷涂通道的喷涂腔。加热装置对靶材原料进行加热，使得靶材原料热熔为可液态状态，喷出装置与加热装置连通，可将融化的靶材原料喷出。喷涂装置与喷出装置对接，待成型的靶材管材沿其轴向与喷涂装置内的喷涂通道通过，喷涂装置上设置喷涂腔，喷出装置通过喷涂腔通入喷涂通道内，待成型靶材管材穿过喷涂通道的过程中，可通过喷出装置将融化的靶材原料喷涂到靶材管材的表面，喷涂过程连续，可直接制备一体结构的旋转靶材，无需在通过分块绑定的方式制备，靶材原料的直接喷涂可实现对靶材原料的有效利用，降低了旋转靶材的制备难度，降低了靶材损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的旋转靶材制备设备的加热装置的结构示意图；
图2为本发明提供的旋转靶材制备设备的喷涂装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种旋转靶材制备设备，降低了旋转靶材制备过程中的损耗。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，图1为本发明提供的旋转靶材制备设备的加热装置的结构示意图；图2为本发明提供的旋转靶材制备设备的喷涂装置的结构示意图。
本案提供了一种旋转靶材制备设备，包括对靶材原料进行加热融化的加热装置1，加热装置1上设置有将融化的靶材原料喷出的喷出装置101；与喷出装置101对接的喷涂装置2，喷涂装置2内设置容置待成型靶材管材3沿其轴向传输的喷涂通道201，喷涂装置2上还开设有连通喷出装置101的喷头102和喷涂通道201的喷涂腔202。加热装置对靶材原料进行加热，使得靶材原料热熔为可液态状态，喷出装置101与加热装置1连通，可将融化的靶材原料喷出。喷涂装置2与喷出装置101对接，待成型的靶材管材3沿其轴向与喷涂装置2内的喷涂通道201通过，喷涂装置2上设置喷涂腔202，喷出装置101通过喷涂腔202通入喷涂通道201内，待成型靶材管材3穿过喷涂通道201的过程中，可通过喷出装置101将融化的靶材原料喷涂到靶材管材3的表面，喷涂过程连续，可直接制备一体结构的旋转靶材，无需在通过分块绑定的方式制备，靶材原料的直接喷涂可实现对靶材原料的有效利用，降低了旋转靶材的制备难度，降低了靶材损耗。
在本案一具体实施例中，加热装置1包括加热外壳103和设置于加热外壳103内以容置靶材原料的装载坩埚104，加热外壳103和装载坩埚104之间架设有对装载坩埚104进行加热的加热模块105，装载坩埚104的底部开设连通喷出装置101的喷涂管路的下料孔106。靶材原料加热为液态，具有较高的热熔温度，加热装置1通过其内的装载坩埚104盛装靶材原料，加热外壳103将装载坩埚104密封于密封空间内，加热外壳103包括壳体和密封盖，便于装载坩埚的安装，以及靶材原料的装入。
靶材原料的热熔通过加热模块105提供热能，加热模块105位于加热外壳103和装载坩埚104之间。由于装载坩埚104通过加热模块105的热传递升温，因此需要加热外壳103具有一定隔热能力，以保证工作环境的安全性。
装载坩埚104的底部开设下料孔106，喷出装置101通过下料孔106将装载坩埚104内热熔的流体状体的靶材原料导出，并喷射到靶材管材3的表面。
在本案一具体实施例中，还包括对加热外壳103内空气进行抽取并通入氮气保护气的换气装置；加热外壳103上设置有对其内气压进行泄压的泄压装置107。靶材原料加热热熔过程中，需要控制加热壳体103内氧气含量，避免靶材原料的热熔氧化。
将加热壳体103设置为密封结构，其上设置换气装置，由换气装置将加热壳体103内抽取真空，隔绝靶材原料与外界环境的接触，要求加热壳体103具有一定耐压能力。同时，换气装置对加热壳体103内输入一定顶的氮气，对装载坩埚104内的热熔靶材原料形成一层保护层，进一步避免靶材原料的氧化。
采用喷涂的方式对靶材管材3的表面进行靶材原料的喷涂工作，为了保证喷涂的致密性，可通过对喷出装置101的喷出速度和喷出距离、喷出幅面进行控制，在喷涂工作中，将加热装置105与喷涂装置2设置一定高度差，形成热熔靶材原料流出的压力差。同时，由于换气装置对加热壳体103内的形成气压防护结构，其内充入的氮气在靶材原料喷出的过程中，提供一定喷出压力，保证靶材原料喷出过程满足喷出速度要求。喷涂工作完成后，需要将装载坩埚104去除进行清理，通过设置于加热壳体103上的泄压装置107，将其内氮气抽出后提供加热壳体103和外部环境的气压一致性，保证加热装置的操作安全。
在本案一具体实施例中，喷出装置101还包括连通下料孔106的下料管，下料管的末端设置伸入喷涂腔的喷头102，喷头102和下料管之间设置连通二者的开关控制阀。喷出装置101通过下料管与装载坩埚104上的下料孔106连通，下料孔106的喷出端可设置喷头，喷头与下料管之间通过开关控制阀将靶材原料喷出，热熔后的靶材原料经下料孔流入到下料管，最后经喷头按预定喷出参数附着于靶材管材上。
在本案一具体实施例中，加热外壳103和加热模块105之间还设置有对加热装置1内进行保温的保温模块108。加热壳体103内部为密封空间，热量通过热传递加热装载坩埚104中，为了避免热量流失，以及避免加热壳体103过热造成操作不便，通过保温模块108将加热壳体103内壁与加热模块105进行隔离，保证加热装置1内密封性同时，提高安全性。保温模块108可设置为贴附于加热壳体103内壁的石墨碳毡，利用其导热系数低的特定，对加热壳体内进行有效的热防护。同时，也可以加热壳体103内形成有效密封，避免加热后靶材原料产生粉尘的逸出影响。保温模块108贴附于加热壳体103的周向、顶部和底部，实现对其内部的全部保温密封。
在本案一具体实施例中，加热模块105为环绕装载坩埚104的周向布置的多个加热器。加热模块105采用加热器，加热器分布于装载坩埚104的周向，并设置于多个，通过多点加热的方式使得装载坩埚周向的各个位置热量均匀，保证靶材热熔状态的一致性。为了实现对加热模块105温度的准确控制，加热壳体103的底壁上设置热电偶109，进一步保证装载坩埚104内工作温度的稳定性。
在本案一具体实施例中，还包括架撑待成型靶材管材3的夹紧装置203，夹紧装置203上还设置有驱动夹紧装置203沿靶材管材3的轴向传输的管材传送装置204；驱动靶材管材3沿其轴心转动的转动驱动装置205。
靶材管材3沿其轴向由喷涂通道内穿过，靶材管材3通过过程中，喷出装置101由其喷头将热熔的靶材原料喷涂到靶材管材3的表面。为了保证靶材管材3的外壁喷涂效果的稳定性，需要靶材管材3的通过速度与喷头的喷出速度相匹配。由夹紧装置203对靶材管材3进行支撑，并通过管材传送装置204进行传送，从而可对管材传送速度进行有效控制。
同时，由于靶材管材3在喷涂时喷涂其周向的整个外壁，应避免夹紧装置203与靶材管材3的外壁接触，产生不能喷涂的死角。夹紧装置3夹紧靶材管材3轴向的两端，保证其周向外壁与喷涂的靶材原料充分接触。同时，设置转动驱动装置205在靶材管材3传送过程中，提供靶材管材3沿其轴心转动的转动驱动，因此可将喷涂通道201和喷出装置101的安装位置固定，通过靶材管材的转动即可对其外表面进行均匀的喷涂，降低了成型难度，保证成型一致性。
具体地，夹紧装置203包括对靶材管材轴向两端进行夹紧的支撑架，以及调节两个支撑架相互靠近或远离的调距气缸，从而实现对靶材管材便利装夹工作。支撑架对靶材管材转动支撑，支撑架的端部设置驱动轮，转动驱动装置可设置包括驱动电机及驱动皮带，通过带动驱动轮转动，带动靶材管材自转。
在本案一具体实施例中，喷涂装置2的前端和后端均设置有与喷涂通道201连通，对待成型的靶材管材3进行加热的预加热器206；夹紧装置203上设置有与靶材管材3的内腔连通的冷却通道207。靶材管材3为具有一定长度的管状型材，由于高温靶材原料在喷涂时，与靶材管材3之间会产生温度差，温差过大会影响喷出液滴状态的靶材原料与靶材管材之间的粘着力度。
通过在喷涂通道201的前端和后端均设置预加热器206，可以理解的是，预加热器206为筒状结构，其内围成靶材管材3的通行通道，通过预加热器206对通入其内的靶材管材表面进行加热，通过提高靶材管材3的温度方式降低靶材管材3与靶材原料之间的温差，保证喷涂结构的稳定性。
喷涂后成型的靶材型材表面温度较高，通过预加热器206使得成型后靶材管材避免温度突变，影响粘附力度。由喷涂通道201穿过送出后，需要较长时间冷却，且容易造成成型后靶材管材3的表面成型质量。将夹紧装置203设置与靶材管材内腔连通的冷却通道207，成型后靶材管材3穿过喷涂通道201后可进行主动降温，从而对靶材管材3和靶材原料之间迅速成型，加速冷却，保证成型产品的性能稳定性。冷却通道207可通过输送压缩空气的方式带走热量，将成型后靶材管材降温至室温。
在本案一具体实施例中，喷涂装置2上开设有与喷涂通道201连通对喷涂通道201内空气进行抽取的抽气通道208。喷头喷出液态靶材原料，其与靶材管材3之间的碰撞容易在喷涂通道201内产生扬尘，扬尘落于靶材管材3表面影响后续靶材成型质量。通过在喷涂装置2上开设连通喷涂通道的抽气通道208，对喷涂通道201内的空气进行主动抽取，同时将喷涂通道内的扬尘进行抽出，保证喷涂通道内的空气洁净，进一步保证的成型质量。
在本案一具体实施例中，还包括架撑喷涂装置2和夹紧装置203的机架209，机架209上设置对管材传送装置进行滑移导向的导向滑轨210，机架209的端部设置有驱动管材传送装置动作的轴向驱动装置204。喷涂装置2和夹紧装置203通过机架209支撑，夹紧装置203由导向滑轨210保证滑移方向稳定，通过驱动装置保证其由管材传动装置带动传动过程中的滑移速度。夹紧装置203上设置转动驱动装置205，调节靶材管材按照预定转速自转。转动驱动装置205、轴向驱动装置204以及喷头喷出参数的配合可通过PLC控制器及流量计进行主动控制，实现靶材管材的自动化生产，进一步提高生产效率。
由于预加热器202与喷涂装置2内围成靶材管材3穿过的喷涂通道，在机架209上设置自定心卡盘211，保证喷涂通道201的同心度要求。上述旋转靶材制备设备也可以用于在圆筒状靶材管材表面制备薄膜，从而提高本实施例中旋转靶材制备设备的应用领域。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种旋转靶材制备设备，其特征在于，包括对靶材原料进行加热融化的加热装置，所述加热装置上设置有将融化的所述靶材原料喷出的喷出装置；
与所述喷出装置对接的喷涂装置，所述喷涂装置内设置容置待成型靶材管材沿其轴向传输的喷涂通道，所述喷涂装置上还开设有连通所述喷出装置的喷头和所述喷涂通道的喷涂腔。
2.根据权利要求1所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述加热装置包括加热外壳和设置于所述加热外壳内以容置所述靶材原料的装载坩埚，所述加热外壳和所述装载坩埚之间架设有对所述装载坩埚进行加热的加热模块，所述装载坩埚的底部开设连通所述喷出装置的喷涂管路的下料孔。
3.根据权利要求2所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，还包括对所述加热外壳内空气进行抽取并通入氮气保护气的换气装置；所述加热外壳上设置有对其内气压进行泄压的泄压装置。
4.根据权利要求3所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述喷出装置还包括连通所述下料孔的下料管，所述下料管的末端设置伸入所述喷涂腔的喷头，所述喷头和所述下料管之间设置连通二者的开关控制阀。
5.根据权利要求2所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述加热外壳和所述加热模块之间还设置有对所述加热装置内进行保温的保温模块。
6.根据权利要求2所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述加热模块为环绕所述装载坩埚的周向布置的多个加热器。
7.根据权利要求1所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，还包括架撑待成型所述靶材管材的夹紧装置，所述夹紧装置上还设置有驱动所述夹紧装置沿所述靶材管材的轴向传输的管材传送装置；
驱动所述靶材管材沿其轴心转动的转动驱动装置。
8.根据权利要求7所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述喷涂装置的前端和后端均设置有与所述喷涂通道连通，对待成型的所述靶材管材进行加热的预加热器；所述夹紧装置上设置有与所述靶材管材的内腔连通的冷却通道。
9.根据权利要求1所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，所述喷涂装置上开设有与所述喷涂通道连通对所述喷涂通道内空气进行抽取的抽气通道。
10.根据权利要求7所述的旋转靶材制备设备，其特征在于，还包括架撑所述喷涂装置和所述夹紧装置的机架，所述机架上设置对所述管材传送装置进行滑移导向的导向滑轨，所述机架的端部设置有驱动所述管材传送装置动作的轴向驱动装置。
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