CN113523299A - 一种管状锂靶材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管状锂靶材的制备方法，采用3D打印方法制备所述管状锂靶材，在真空环境或惰性气体保护环境下，以锂丝为原料，采用电弧熔丝的方式在所述金属背管上打印出所需厚度的锂层，打印完成后还进一步对靶材进行滚压，所述制备方法过程简单、工艺可控性强，原材料利用率高、制备效率高，制备得到的锂靶材纯度高、探伤合格率高，且厚度可控，尺寸精度高，具有很好的应用前景。

Description

一种管状锂靶材的制备方法
技术领域
本发明涉及金属靶材技术领域，具体涉及一种管状锂靶材的制备方法。
背景技术
靶材是制备薄膜的主要材料之一，主要应用于集成电路、平板显示、太阳能电池、记录媒体、智能玻璃等，对材料纯度和稳定性要求高。例如，在手机终端显示领域，以华为、vivo为代表的手机终端厂商已研发出使用电致变色玻璃背板技术，机身可以在蓝色、紫色、黄色等多种颜色间进行转化，实现了“一机多色”的设计；电致变色玻璃不仅可以应用在建筑智能门窗、手机机身领域，还可以应用到汽车车窗、飞机窗、护目镜、其他电子产品等领域。
目前，电致变色玻璃的制程必须的靶材为锂靶材，金属锂是一种稀有元素，密度0.534g/cm3，熔点180.54℃，沸点1317℃。
现有技术中常用的靶材制备方法包括磁控溅射、粉末冶金法等，粉末冶金法包括热等静压法、热压法、冷压烧结法以及真空熔炼法等等，然而，对于锂靶材来说，由于金属锂熔点低，不稳定，难以控制，磁控溅射和粉末冶金法不适用；目前，有使用铸造方法制备锂靶材的案例，如申请号201510756173.0，金属锂靶材铸造制备方法，这种制备方法需要专用的模具，工序繁琐，且对浇铸条件要求高，工艺可控性差、材料利用率低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种管状锂靶材的制备方法，所述制备方法过程简单、工艺可控性强，制备得到的锂靶材纯度高、无气孔缩孔等现象，探伤合格率高，且厚度可控，尺寸精度高。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种管状锂靶材的制备方法，采用3D打印方法制备所述管状锂靶材，打印前，准备金属背管并进行预处理，然后将其装夹在3D打印设备的打印平台上方，在真空环境或惰性气体保护环境下，以直径2-10mm的锂丝为原料，采用电弧熔丝的方式在所述金属背管上打印出所需厚度的锂层，打印的同时金属背管进行旋转，边旋转边打印，待整个金属背管的表面打印完成后，得到所需的管状锂靶材，制备完成后，将管状锂靶材转移至高真空环境下，启动自动包装机对成品锂靶材真空包装，包装需要三层以上，防止泄露。
进一步地，所述打印平台从中间一分为二且左、右两侧的打印平台均为三维移动平台，能够独立在高度和水平方向上进行位置调节，左、右两侧的打印平台上方设有相对设置的两个卡盘，所述卡盘能够在电机驱动下进行旋转。
进一步地，所述打印平台的后方设有滚压件，所述滚压件设在支撑架上并连接有压力传感器和温度传感器，在支撑架的带动下所述滚压件能够移动以贴近所述管状锂靶材并施加所需压力，所述滚压件内部设置有加热部件，在打印完成后，驱动所述滚压件贴近所述管状锂靶材并施加1-50Mpa的压力，使滚压件和管状锂靶材相向旋转，并启动滚压件内部的加热部件进行加热，滚压完成后得到所需的管状锂靶材。
进一步地，所述滚压件与靶材接触的表面涂有防粘材料涂层。
进一步地，所述金属背管的材料为铜、钛或不锈钢。
进一步地，所述金属背管的圆周面上设计沿长度方向延伸的凹槽结构，且凹槽内设有排气槽。
进一步地，所述3D打印的环境中，水氧含量为1ppm以下。
进一步地，所述惰性气体为高纯氩。
进一步地，所述锂丝为纯度≥99.95%的金属锂。
进一步地，对金属背板的预处理包括清理、擦拭和晾干。
本发明使用3D打印方法制作管状锂靶材，具有以下优点：
1靶材尺寸可以根据客户的实际要求定制，厚度可自由控制，能够做到5-100mm的厚度范围，尺寸更精密。
2、能够更好的利用原材料，物料利用率达95&以上，且整个制作工艺相比铸造方法节省时间、提高效率。
3、在真空密闭环境或惰性气体保护环境中进行，制备过程自动化程度高，降低人工操作的各种风险，且靶材不易受污染，所制备的靶材纯度高，探伤合格率高。
附图说明
图1 本发明3D打印设备的结构示意图；
附图标记：1、金属背管，2、卡盘，3、打印平台，4、打印头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
一种管状锂靶材的制备方法，采用3D打印方法制备所述管状锂靶材，所述3D打印设备如图1所示，包括打印平台3，打印头4位于打印平台3上方，所述打印平台3从中间一分为二且左、右两侧的打印平台均为三维移动平台，能够独立在高度和水平方向上进行位置调节，左、右两侧的打印平台上方设有相对设置的两个卡盘2，所述卡盘2能够在电机驱动下进行旋转，打印前，准备所需的金属背管1并进行清理、擦拭和晾干等预处理，然后移动打印平台以调整两个卡盘3的间距及高度，将所述金属背管1的两端夹紧并固定，所述3D打印的环境中，水氧含量为1ppm以下，在真空环境或惰性气体保护环境下，以直径2-10mm的锂丝为原料，所述锂丝为纯度≥99.95%的金属锂，采用电弧熔丝的方式在所述金属背管上打印出所需厚度的锂层，打印的同时启动电机驱动所述卡盘带动金属背管进行旋转，边旋转边打印，待整个金属背管的表面打印完成后，得到所需的管状锂靶材。
进一步地，所述打印平台的后方设有滚压件（图中未示出），所述滚压件设在支撑架上并连接有压力传感器和温度传感器，在支撑架的带动下所述滚压件能够移动以贴近所述管状锂靶材并施加所需压力，所述滚压件内部设置有加热部件，所述滚压件与靶材接触的表面涂有防粘材料涂层，防止滚压过程中与靶材发生粘连；在打印完成后，驱动所述滚压件贴近所述管状锂靶材并施加1-50Mpa的压力，使滚压件和管状锂靶材相向旋转，并启动滚压件内部的加热部件进行加热，加热温度控制在100-200℃，滚压完成后得到所需的管状锂靶材，所述压力传感器和温度传感器用于检测控制滚压压力和加热温度，滚压过程可进一步减少靶材内气孔缩孔等现象出现，保证靶材的探伤合格率。
制备完成后，将管状锂靶材转移至高真空环境下，启动自动包装机对成品锂靶材真空包装，包装需要三层以上，防止泄露。
所述金属背管的材料为铜、钛或不锈钢。
进一步地，所述金属背管的圆周面上设计的凹槽在横截面上呈锯齿形、倒“T”形、或其他规则和不规则形状，凹槽内设有排气槽，以便于在滚压过程中将多余气体排出，防止形成气孔，凹槽的设计能够增加金属锂和金属背管的接触面积，增强其结合强度；倒“T”形凹槽使背管与锂之间形成类似铆接的结构，进一步增强两者的结合强度。
实施例1
准备不锈钢材质的金属背管，清理、擦拭和晾干后，装夹在打印平台上方的卡盘上，所述3D打印的环境中，水氧含量为1ppm以下，在氩气保护氛围下，以直径3mm的锂丝为原料，所述锂丝为纯度≥99.95%的金属锂，采用电弧熔丝的方式在所述不锈钢背管上打印出所需厚度的锂层，打印的同时启动电机驱动所述卡盘带动金属背管进行旋转，边旋转边打印，待整个金属背管的表面打印完成后，驱动支撑件移动，使滚压件贴近所述管状锂靶材，通过压力传感器检测，使压力达到10MPa，滚压件和管状锂靶材相向旋转，并启动滚压件内部的加热部件进行加热，加热温度180℃，滚压完成后得到所需的管状锂靶材，制备完成后，将管状锂靶材转移至高真空环境下，启动自动包装机对成品锂靶材真空包装，包装四层，有效防止泄露。
本实施例中，所述不锈钢背管的圆周面上设计有锯齿形凹槽，由于靶材与基板增大了接触面积，使散热面积更大，更有利于靶材在使用过程更好的散热效果。
实施例2
准备金属铜背管，清理、擦拭和晾干后，装夹在打印平台上方的卡盘上，所述3D打印的环境中，水氧含量为1ppm以下，在真空氛围下，以直径8mm的锂丝为原料，所述锂丝为纯度≥99.95%的金属锂，采用电弧熔丝的方式在所述不锈钢背管上打印出所需厚度的锂层，打印的同时启动电机驱动所述卡盘带动金属背管进行旋转，边旋转边打印，待整个金属背管的表面打印完成后，驱动支撑件移动，使滚压件贴近所述管状锂靶材，通过压力传感器检测，使压力达到30MPa，滚压件和管状锂靶材相向旋转，并启动滚压件内部的加热部件进行加热，加热温度120℃，滚压完成后得到所需的管状锂靶材，制备完成后，将管状锂靶材转移至高真空环境下，启动自动包装机对成品锂靶材真空包装，包装三层，有效防止泄露。
采用本发明所述方法制备管状锂靶材，尺寸精确，导热性能好，不会在使用过程脱靶；厚度范围可以做5--100mm，尺寸精度能够达到±0.1mm级别，锂靶材纯度、探伤合格率等达到99%，相比传统铸造方法，节省工艺时间，物料利用率达到95%以上，工艺可控性强，且能够降低人工操作风险，提高安全性和可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于：采用3D打印方法制备所述管状锂靶材，打印前，准备金属背管并进行预处理，然后将其装夹在3D打印设备的打印平台上方，在真空环境或惰性气体保护环境下，以直径2-10mm的锂丝为原料，采用电弧熔丝的方式在所述金属背管上打印出所需厚度的锂层，打印的同时金属背管进行旋转，边旋转边打印，待整个金属背管的表面打印完成后，得到所需的管状锂靶材，制备完成后，将管状锂靶材转移至高真空环境下，启动自动包装机对成品锂靶材真空包装，包装需要三层以上，防止泄露。
2.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于，所述打印平台从中间一分为二且左、右两侧的打印平台均为三维移动平台，能够独立在高度和水平方向上进行位置调节，左、右两侧的打印平台上方设有相对设置的两个卡盘，所述卡盘能够在电机驱动下进行旋转。
3.如权利要求2所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于，所述打印平台的后方设有滚压件，所述滚压件设在支撑架上并连接有压力传感器和温度传感器，在支撑架的带动下所述滚压件能够移动以贴近所述管状锂靶材并施加所需压力，所述滚压件内部设置有加热部件，在打印完成后，驱动所述滚压件贴近所述管状锂靶材并施加1-50Mpa的压力，使滚压件和管状锂靶材相向旋转，并启动滚压件内部的加热部件进行加热，滚压完成后得到所需的管状锂靶材。
4.如权利要求3所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于，所述滚压件与靶材接触的表面涂有防粘材料涂层。
5.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于，所述金属背管的材料为铜、钛或不锈钢。
6.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于，所述金属背管的圆周面上设计沿长度方向延伸的凹槽结构，且凹槽内设有排气槽。
7.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于：所述3D打印的环境中，水氧含量为1ppm以下。
8.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为高纯氩。
9.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于：所述锂丝为纯度≥99.95%的金属锂。
10.如权利要求1所述的一种管状锂靶材的制备方法，其特征在于：对金属背板的预处理包括清理、擦拭和晾干。
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