CN117305783A - 一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其技术方案要点是：包括以下具体步骤：步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；成分创新，膜层稳定性：纯铜靶材镀膜后膜层具有很高的导电性，而掺杂了Zr、Cr、Zn、Al等元素中的一种或多种可增强靶材镀膜膜层的抗氧化性、机械强度等，且满足膜层电导率≥70％IACS，通过引入惰性气体充分排气也能降低成品中的氧含量，从而提高了最终制品的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金触控靶材技术领域，特别涉及一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法。
背景技术
镀膜靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。简单说的话，靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料，用于高能激光武器中，不同功率密度、不同输出波形、不同波长的激光与不同的靶材相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。
如授权公告号为CN214422738U的中国专利，其公开了一种铜靶材，属于溅射材料领域。铜靶材包括沿靶材厚度方向层叠设置的多个无晶界铜层，每个无晶界铜层的晶格取向相同且均为Cu(111)、Cu(110)、Cu(211)和Cu(100)中的一种
上述的这种铜靶材具有整体一致性较好的优点；但是上述的这种铜靶材以及市场上常用的靶材依旧存在着一些缺点，如：该种靶材具有很高的电导率，但其制备出的膜层抗氧化能力不能满足高温环境中长时间烘烤，因此需要提高其抗氧化能力；市面上也有CuAl合金靶材，可满足其抗氧化能力，但电导率不能满足≥70％IACS；而Ag元素可增强其机械性能，但对其抗氧化能力的增强影响不大；Fe对半导体材料有致命影响，Mg则对显示器另一种成分产生冲击，稀土的增加可以增强其抗氧化钪腐蚀能力，但稀土对氧敏感，极易吸收氧元素从而使合金变成氧化物，且安全性有风险
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；
步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；
步骤3、真空熔炼炉加热：根据合金元素和含量的不同设置温度1000℃-1300℃，将真空熔炼炉加热，使熔炼炉中的单质或合金原料熔化，维持真空熔炼炉中真空度；
步骤4、通气除杂：待原料全部熔化后，向真空熔炼炉中通入惰性气体，有助于金属溶液加热后产生的气体杂质上浮排出，从而去除杂质，最终得到高纯合金靶材；
步骤5、合金靶材浇铸成型加工：在真空状态下进行浇铸，保证高温溶液的流动性，冷却定型得到合金铸锭；
步骤6、高纯合金靶材轧制处理：将熔炼好的合金铸锭使用热轧机进行轧制操作，设置加热炉温度700℃-900℃，温度到达后将铸锭放入加热炉中保温1.5-3h，随后进行5～10道次轧制过程；
步骤7、高纯合金靶材退火处理：在500℃～700℃条件下对校平后的高纯合金靶材进行退火处理,退火时间1～1.5小时；
步骤8、高纯合金靶材铣削加工：采用铣床设备对高纯合金靶材的进行表面铣削加工，平均粒度在80～120μm；
步骤9、高纯合金靶材的应用：使用金属化贴合方法将其贴合于所需尺寸背板上，从而获得用于高端触控器件的高导电性能铜合金触控平面靶材，靶材大小不受限制。
较佳的，所述Zr元素的掺杂质量为1％-2％；所述Cr元素的掺杂质量为0.4％-1.1％，所述Zn元素的掺杂质量为0.03％-0.3％，所述Al元素的掺杂质量为0.5％-0.7％。
较佳的，所述步骤2中，将真空熔炼室抽真空至0.1-2.0Pa。
较佳的，所述步骤3中，同时对浇铸模具进行预热，避免高温溶液遇冷模具瞬间凝固缩孔导致成型不好。
较佳的，所述步骤5、合金成型加工中，控制氧含量≤160ppm。
较佳的，所述步骤6、合金靶材轧制处理中，控制铝钪板材总变形量为90％以上，厚度5-15mm，使用校平机校平板材，保证其平整度。
较佳的，为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比。
较佳的，所述步骤9中，当平面靶材性能满足需求后，可研制旋转靶材来提高其利用率，具体步骤如下：
步骤1：使用真空熔炼炉进行熔炼浇铸，工序与平面靶材步骤1-5一致；
步骤2：将熔炼好的合金铸锭进行挤压操作，使用穿孔挤压一次成型，从而达到所需尺寸；
步骤3：对挤压成型后的管材进行切割和机械加工，达到成品内外径尺寸的坯件；
步骤4：根据成品靶材计算坯件长度尺寸和用量，使用金属化贴合方式制备出成品高导电性能铜合金触控旋转靶材，此方式制备出的靶材不受尺寸限制。
较佳的，所述步骤2、真空熔炼中原料投入过程中采取均匀交错投料的方式。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
第一、用于触控器件的铜合金触控靶材的制备方法中，成分创新，膜层稳定性：纯铜靶材镀膜后膜层具有很高的导电性，但是其抗氧化能力不够，在120℃环境中，膜层容易氧化，而掺杂了Zr、Cr、Zn、Al等元素中的一种或多种可增强靶材镀膜膜层的抗氧化性、机械强度等，且满足膜层电导率≥70％IACS；熔料均匀性：为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比，从而避免了温度差过大导致的个别元素氧化严重的现象；
第二、用于触控器件的铜合金触控靶材的制备方法中，成分均匀性：在原料投入过程中采取均匀交错投料的方式，减少成分偏析；氧含量对最终靶材的性能也有一定的影响，在整个工艺路线中熔料浇铸和冷却都在真空环境中，减少了材料的氧化，且通过引入惰性气体充分排气也能降低成品中的氧含量，从而提高了最终制品的纯度，且增加了成分均匀性；晶粒细小均匀：通过轧制工艺制备的靶材能够很好的细化晶粒，而热处理后能让晶粒更均匀，均匀的靶材性能会得到均匀的膜层性能；膜层稳定性：通过掺杂上述元素的铜合金靶材镀膜后的膜层能在170℃、40％湿度环境中烘烤60min，电阻值变化率≤10％。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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。
实施例1
参考图1，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；
步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；
步骤3、真空熔炼炉加热：根据合金元素和含量的不同设置温度1000℃，将真空熔炼炉加热，使熔炼炉中的单质或合金原料熔化，维持真空熔炼炉中真空度；
步骤4、通气除杂：待原料全部熔化后，向真空熔炼炉中通入惰性气体，有助于金属溶液加热后产生的气体杂质上浮排出，从而去除杂质，最终得到高纯合金靶材；
步骤5、合金靶材浇铸成型加工：在真空状态下进行浇铸，保证高温溶液的流动性，冷却定型得到合金铸锭；
步骤6、高纯合金靶材轧制处理：将熔炼好的合金铸锭使用热轧机进行轧制操作，设置加热炉温度700℃，温度到达后将铸锭放入加热炉中保温1.5h，随后进行5道次轧制过程；
步骤7、高纯合金靶材退火处理：在500℃条件下对校平后的高纯合金靶材进行退火处理,退火时间1小时；
步骤8、高纯合金靶材铣削加工：采用铣床设备对高纯合金靶材的进行表面铣削加工，平均粒度在80μm；
步骤9、高纯合金靶材的应用：使用金属化贴合方法将其贴合于所需尺寸背板上，从而获得用于高端触控器件的高导电性能铜合金触控平面靶材，靶材大小不受限制。
较佳的，Zr元素的掺杂质量为1％；Cr元素的掺杂质量为0.4％，Zn元素的掺杂质量为0.03％，Al元素的掺杂质量为0.5％。
较佳的，步骤2中，将真空熔炼室抽真空至0.1Pa。
较佳的，步骤3中，同时对浇铸模具进行预热，避免高温溶液遇冷模具瞬间凝固缩孔导致成型不好。
较佳的，步骤5、合金成型加工中，控制氧含量≤160ppm。
较佳的，步骤6、合金靶材轧制处理中，控制铝钪板材总变形量为90％以上，厚度5mm，使用校平机校平板材，保证其平整度。
较佳的，为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比。
较佳的，步骤9中，当平面靶材性能满足需求后，可研制旋转靶材来提高其利用率，具体步骤如下：
步骤1：使用真空熔炼炉进行熔炼浇铸，工序与平面靶材步骤1-5一致；
步骤2：将熔炼好的合金铸锭进行挤压操作，使用穿孔挤压一次成型，从而达到所需尺寸；
步骤3：对挤压成型后的管材进行切割和机械加工，达到成品内外径尺寸的坯件；
步骤4：根据成品靶材计算坯件长度尺寸和用量，使用金属化贴合方式制备出成品高导电性能铜合金触控旋转靶材，此方式制备出的靶材不受尺寸限制。
较佳的，步骤2、真空熔炼中原料投入过程中采取均匀交错投料的方式。
实施例2
参考图1，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；
步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；
步骤3、真空熔炼炉加热：根据合金元素和含量的不同设置温度1150℃，将真空熔炼炉加热，使熔炼炉中的单质或合金原料熔化，维持真空熔炼炉中真空度；
步骤4、通气除杂：待原料全部熔化后，向真空熔炼炉中通入惰性气体，有助于金属溶液加热后产生的气体杂质上浮排出，从而去除杂质，最终得到高纯合金靶材；
步骤5、合金靶材浇铸成型加工：在真空状态下进行浇铸，保证高温溶液的流动性，冷却定型得到合金铸锭；
步骤6、高纯合金靶材轧制处理：将熔炼好的合金铸锭使用热轧机进行轧制操作，设置加热炉温度800℃，温度到达后将铸锭放入加热炉中保温2.3h，随后进行8道次轧制过程；
步骤7、高纯合金靶材退火处理：在600℃条件下对校平后的高纯合金靶材进行退火处理,退火时间1.2小时；
步骤8、高纯合金靶材铣削加工：采用铣床设备对高纯合金靶材的进行表面铣削加工，平均粒度在100μm；
步骤9、高纯合金靶材的应用：使用金属化贴合方法将其贴合于所需尺寸背板上，从而获得用于高端触控器件的高导电性能铜合金触控平面靶材，靶材大小不受限制。
较佳的，Zr元素的掺杂质量为1.5％；Cr元素的掺杂质量为0.8％，Zn元素的掺杂质量为0.1％，Al元素的掺杂质量为0.6％。
较佳的，步骤2中，将真空熔炼室抽真空至1.0Pa。
较佳的，步骤3中，同时对浇铸模具进行预热，避免高温溶液遇冷模具瞬间凝固缩孔导致成型不好。
较佳的，步骤5、合金成型加工中，控制氧含量≤160ppm。
较佳的，步骤6、合金靶材轧制处理中，控制铝钪板材总变形量为90％以上，厚度10mm，使用校平机校平板材，保证其平整度。
较佳的，为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比。
较佳的，步骤9中，当平面靶材性能满足需求后，可研制旋转靶材来提高其利用率，具体步骤如下：
步骤1：使用真空熔炼炉进行熔炼浇铸，工序与平面靶材步骤1-5一致；
步骤2：将熔炼好的合金铸锭进行挤压操作，使用穿孔挤压一次成型，从而达到所需尺寸；
步骤3：对挤压成型后的管材进行切割和机械加工，达到成品内外径尺寸的坯件；
步骤4：根据成品靶材计算坯件长度尺寸和用量，使用金属化贴合方式制备出成品高导电性能铜合金触控旋转靶材，此方式制备出的靶材不受尺寸限制。
较佳的，步骤2、真空熔炼中原料投入过程中采取均匀交错投料的方式。
实施例3
参考图1，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；
步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；
步骤3、真空熔炼炉加热：根据合金元素和含量的不同设置温度1300℃，将真空熔炼炉加热，使熔炼炉中的单质或合金原料熔化，维持真空熔炼炉中真空度；
步骤4、通气除杂：待原料全部熔化后，向真空熔炼炉中通入惰性气体，有助于金属溶液加热后产生的气体杂质上浮排出，从而去除杂质，最终得到高纯合金靶材；
步骤5、合金靶材浇铸成型加工：在真空状态下进行浇铸，保证高温溶液的流动性，冷却定型得到合金铸锭；
步骤6、高纯合金靶材轧制处理：将熔炼好的合金铸锭使用热轧机进行轧制操作，设置加热炉温度900℃，温度到达后将铸锭放入加热炉中保温3h，随后进行10道次轧制过程；
步骤7、高纯合金靶材退火处理：在700℃条件下对校平后的高纯合金靶材进行退火处理,退火时间1.5小时；
步骤8、高纯合金靶材铣削加工：采用铣床设备对高纯合金靶材的进行表面铣削加工，平均粒度在120μm；
步骤9、高纯合金靶材的应用：使用金属化贴合方法将其贴合于所需尺寸背板上，从而获得用于高端触控器件的高导电性能铜合金触控平面靶材，靶材大小不受限制。
较佳的，Zr元素的掺杂质量为2％；Cr元素的掺杂质量为1.1％，Zn元素的掺杂质量为0.3％，Al元素的掺杂质量为0.7％。
较佳的，步骤2中，将真空熔炼室抽真空至2.0Pa。
较佳的，步骤3中，同时对浇铸模具进行预热，避免高温溶液遇冷模具瞬间凝固缩孔导致成型不好。
较佳的，步骤5、合金成型加工中，控制氧含量≤160ppm。
较佳的，步骤6、合金靶材轧制处理中，控制铝钪板材总变形量为90％以上，厚度15mm，使用校平机校平板材，保证其平整度。
较佳的，为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比。
较佳的，步骤9中，当平面靶材性能满足需求后，可研制旋转靶材来提高其利用率，具体步骤如下：
步骤1：使用真空熔炼炉进行熔炼浇铸，工序与平面靶材步骤1-5一致；
步骤2：将熔炼好的合金铸锭进行挤压操作，使用穿孔挤压一次成型，从而达到所需尺寸；
步骤3：对挤压成型后的管材进行切割和机械加工，达到成品内外径尺寸的坯件；
步骤4：根据成品靶材计算坯件长度尺寸和用量，使用金属化贴合方式制备出成品高导电性能铜合金触控旋转靶材，此方式制备出的靶材不受尺寸限制。
较佳的，步骤2、真空熔炼中原料投入过程中采取均匀交错投料的方式。
通过以上现状分析和可掺杂元素排除，选用了Zr、Cr、Zn、Al等元素中的一种或多种来掺杂进行实验，Zr、Cr等元素具有很好的稳定性，掺杂1％-2％Zr时电导率即可达到95％IACS；掺杂0.4％-1.1％Cr+0.03％-0.3％Zr时电导率可达78％-86％IACS。
使用原理及优点：
该用于触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其成分创新，膜层稳定性：纯铜靶材镀膜后膜层具有很高的导电性，但是其抗氧化能力不够，在120℃环境中，膜层容易氧化，而掺杂了Zr、Cr、Zn、Al等元素中的一种或多种可增强靶材镀膜膜层的抗氧化性、机械强度等，且满足膜层电导率≥70％IACS；熔料均匀性：为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比，从而避免了温度差过大导致的个别元素氧化严重的现象，成分均匀性：在原料投入过程中采取均匀交错投料的方式，减少成分偏析；氧含量对最终靶材的性能也有一定的影响，在整个工艺路线中熔料浇铸和冷却都在真空环境中，减少了材料的氧化，且通过引入惰性气体充分排气也能降低成品中的氧含量，从而提高了最终制品的纯度，且增加了成分均匀性；晶粒细小均匀：通过轧制工艺制备的靶材能够很好的细化晶粒，而热处理后能让晶粒更均匀，均匀的靶材性能会得到均匀的膜层性能；膜层稳定性：通过掺杂上述元素的铜合金靶材镀膜后的膜层能在170℃、40％湿度环境中烘烤60min，电阻值变化率≤10％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1、靶材掺杂元素的选取和配比：根据最终所需达到膜层性能，从Zr、Cr、Zn、Al中选取计算，并分析出靶材元素掺杂元素种类和配比；
步骤2、真空熔炼：将计算配比好的单质或合金原料投入真空熔炼炉中；
步骤3、真空熔炼炉加热：根据合金元素和含量的不同设置温度1000℃-1300℃，将真空熔炼炉加热，使熔炼炉中的单质或合金原料熔化，维持真空熔炼炉中真空度；
步骤4、通气除杂：待原料全部熔化后，向真空熔炼炉中通入惰性气体，有助于金属溶液加热后产生的气体杂质上浮排出，从而去除杂质，最终得到高纯合金靶材；
步骤5、合金靶材浇铸成型加工：在真空状态下进行浇铸，保证高温溶液的流动性，冷却定型得到合金铸锭；
步骤6、高纯合金靶材轧制处理：将熔炼好的合金铸锭使用热轧机进行轧制操作，设置加热炉温度700℃-900℃，温度到达后将铸锭放入加热炉中保温1.5-3h，随后进行5～10道次轧制过程；
步骤7、高纯合金靶材退火处理：在500℃～700℃条件下对校平后的高纯合金靶材进行退火处理,退火时间1～1.5小时；
步骤8、高纯合金靶材铣削加工：采用铣床设备对高纯合金靶材的进行表面铣削加工，平均粒度在80～120μm；
步骤9、高纯合金靶材的应用：使用金属化贴合方法将其贴合于所需尺寸背板上，从而获得用于高端触控器件的高导电性能铜合金触控平面靶材，靶材大小不受限制。
2.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述Zr元素的掺杂质量为1％-2％；所述Cr元素的掺杂质量为0.4％-1.1％，所述Zn元素的掺杂质量为0.03％-0.3％，所述Al元素的掺杂质量为0.5％-0.7％。
3.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，将真空熔炼室抽真空至0.1-2.0Pa。
4.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，同时对浇铸模具进行预热，避免高温溶液遇冷模具瞬间凝固缩孔导致成型不好。
5.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤5、合金成型加工中，控制氧含量≤160ppm。
6.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤6、合金靶材轧制处理中，控制铝钪板材总变形量为90％以上，厚度5-15mm，使用校平机校平板材，保证其平整度。
7.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：为了使熔炼过程中熔炼温度差最小，通过二元相图或多元相图计算出原料合金的成分和配比。
8.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤9中，当平面靶材性能满足需求后，可研制旋转靶材来提高其利用率，具体步骤如下：
步骤1：使用真空熔炼炉进行熔炼浇铸，工序与平面靶材步骤1-5一致；
步骤2：将熔炼好的合金铸锭进行挤压操作，使用穿孔挤压一次成型，从而达到所需尺寸；
步骤3：对挤压成型后的管材进行切割和机械加工，达到成品内外径尺寸的坯件；
步骤4：根据成品靶材计算坯件长度尺寸和用量，使用金属化贴合方式制备出成品高导电性能铜合金触控旋转靶材，此方式制备出的靶材不受尺寸限制。
9.根据权利要求1所述的一种触控器件的铜合金触控靶材的制备方法，其特征在于：所述步骤2、真空熔炼中原料投入过程中采取均匀交错投料的方式。
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