DE19953470A1

DE19953470A1 - Rohrtarget

Info

Publication number: DE19953470A1
Application number: DE19953470A
Authority: DE
Inventors: Otto Bach; Hans Bohmeier; Ralf Heck; David Lupton
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-23
Also published as: EP1097766A1; ATE270935T1; DE50007056D1; US6793784B1; CN1296513C; CN1302915A; EP1097766B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rohrtarget für Kathodenzerstäubungsanlagen, ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers für ein solches Rohrtarget und seine Verwendung. Es stellt sich das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers für ein Rohrtarget sowie einen zylindrischen Hohlkörper mit gleichmäßigem, feinem Korngefüge bereitzustellen. Das Problem wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass der zylindrische Hohlkörper durch Schleudergießen einer Schmelze hergestellt wird. Das Problem wird für das Rohrtarget dadurch gelöst, dass das Rohrtarget einen schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörper aufweist. Eine Verwendung von schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern für Rohrtargets ist von großem Vorteil. Insbesondere eine Verwendung von Rohrtargets mit schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern aus Silber für die Beschichtung von Flachglas hat sich bewährt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrtarget für Kathodenzerstäubungsanlagen, ein Verfahren zur Her stellung eines zylindrischen Hohlkörpers für ein solches Rohrtarget und seine Verwendung. Rotierende Rohrtargets für Kathodenzerstäubungsanlagen sind bekannt. Sie werden überwie gend für die Herstellung großflächiger Beschichtungen, beispielsweise für die Beschichtung von Flachglas, verwendet. Rohrtargets ermöglichen im Vergleich zu planaren Targets eine höhere Ausbeute an Targetmaterial, was insbesondere bei hochwertigen Beschichtungsmaterialien wie Edelmetallen von größter wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Für die Herstellung eines Target-Rohres beziehungsweise eines zylindrischen Hohlkörpers aus Beschichtungsmaterial sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Um mit dem Rohrtarget hohe Zerstäubungsleistungen und eine hohe Gleichmäßigkeit beziehungsweise eine einheitliche Dic ke der erzeugten Beschichtung zu erzielen, wird eine gleichmäßige, feine Kornstruktur des Tar getmaterials angestrebt.

So kann ein Target-Rohr aus Metall durch Gießen eines massiven Barrens, Schmieden des Barrens zu einem zylindrischen Knüppel und anschließende Herstellung eines Rohres durch spanende Bearbeitung hergestellt werden. Die Materialausbeute bei diesem Verfahren ist aller dings gering und die Zerspanung aufwendig. Zudem sind hohe Umformgrade erforderlich, um eine gleichmäßige, feine Kornstruktur zu erzielen.

Die Herstellung eines metallischen Target-Rohres kann aber auch durch Strangguss mit an schließender spanender Bearbeitung der Innen- und Außendurchmesser erfolgen. Aufgrund der langsamen Erstarrung des Rohres beim Strangguss entsteht allerdings ein grobkörniges und damit weniger geeignetes Gefüge. Beim Horizontal-Strangguss bildet sich zudem über den Rohrquerschnitt eine ungleichmäßige Kornstruktur, die zu unterschiedlichen Abscheideraten führt.

Ein metallisches Target-Rohr kann auch durch Umformen eines dicken Bandes zu einer rohr förmigen Geometrie und Schließen der Längsnaht durch Schweißen hergestellt werden. Die Schweißnaht weist allerdings ein ungleichmäßiges Gefüge auf, das sich vom Material des um geformten Bandes unterscheidet.

Eine Herstellung mittels Strangpressen eines hohlzylindrischen Bolzens ist sowohl für metalli sche als auch für keramische Beschichtungsmaterialien möglich. Die Materialausbeute ist je doch gering.

US 5,354, 446 beschreibt ein drehbares Rohrtarget nach dem Magnetron-Prinzip mit kerami schem Beschichtungsmaterial zur Kathodenzerstäubung. Das Target weist einen Target-Träger auf, der zwei metallische Schichten und als oberste Schicht eine keramische Schicht aufweist. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden metallischen Schichten sind so gewählt, dass ein quasi fließender Übergang zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Target- Trägers und dem der keramischen Schicht erzeugt wird. Die Herstellung der Schichten erfolgt bevorzugt durch aufwendige Verfahren wie Plasmaspritzen oder Aufpressen von Schichtparti keln mittels isostatischem Pressen oder heißisostatischem Pressen auf den Target-Träger. FR 2 745 010 beschreibt ein Rohrtarget für die Kathodenzerstäubung, das aus mehreren lang gestreckten Platten zusammengesetzt wird. Die äußere Rohrform ergibt dabei vorzugsweise ein Polygon. Langgestreckte Platten aus Standard-Materialien können in Form von Blechen oder Barren verwendet werden. Die Herstellung von langgestreckten Platten aus Sonder-Materialien kann durch Pressen, insbesondere durch isostatisches oder heißisostatisches Pressen erfol gen. Die Montage der Platten zu einem Rohr erfolgt durch Verschrauben, Löten oder Kleben.

Es stellt sich somit das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers für ein Rohrtarget sowie einen zylindrischen Hohlkörper mit gleichmäßigem, feinem Korngefüge bereitzustellen.

Das Problem wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass der zylindrische Hohlkörper durch Schleudergießen einer Schmelze hergestellt wird. Unter einem zylindrischen Hohlkörper wird dabei ein rohrförmiger Rohling verstanden, der durch spanende Bearbeitung zu einem Target- Rohr verarbeitet und schließlich mit weiteren Teilen zu einem Rohrtarget zusammengebaut wird.

Bei dem Schleudergieß-Verfahren wird das Material für den zylindrischen Hohlkörper in eine bereits "endformnahe" Geometrie gegossen, wodurch nachfolgend nur eine geringe spanende Bearbeitung der Innen- und Außenkonturen des entstehenden zylindrischen Hohlkörpers erfor derlich ist. Dies hat den Vorteil einer hohen Materialausbeute. Es hat sich gezeigt, dass durch den Schleuderguss in der Wandung des zylindrischen Hohlkörpers eine sehr gleichmäßige Kornstruktur mit im wesentlichen senkrecht zum Umfang des Hohlkörpers angeordneten, sten geligen Kristalliten ausgebildet wird. Diese Ausbildung des Korngefüges bewirkt, dass die Kri stallite in einer Kathodenzerstäubungsanlage während eines Zerstäubungsvorganges immer senkrecht zu ihrem dünnen Querschnitt abgetragen werden. Somit ändert sich das Korngefüge und damit die Abscheiderate während der gesamten Einsatzzeit des Rohrtargets nicht. Auf grund der beim Schleudergießen auftretenden Fliehkräfte werden Verunreinigungen im Guss material wie zum Beispiel Schlacke, Kohle oder Graphit beziehungsweise auch Gasblasen beim Schleudern in Richtung des Innendurchmessers des entstehenden Hohlkörpers verdrängt und können in einfacher Weise bei der nachfolgenden spanenden Bearbeitung der Rohr- Innenkontur abgetragen werden. Dies führt zu einem sehr sauberen und homogenen Korngefü ge des Target-Rohres und somit einer hohen Qualität des Rohrtargets. Zudem kann der Mate rialabfall, der durch die spanende Bearbeitung entsteht, im nächsten Guss größtenteils als Rücklauf wieder eingesetzt werden. Der Anteil an zugesetztem Rücklauf kann dabei generell zwischen 0% und 100% betragen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der zylindrische Hohlkörper durch Hori zontal-Schleudergießen in einer rotierenden Gießkokille hergestellt wird. Die Gasatmosphäre beim Schleuderguss sollte dem vergossenen Material so angepasst werden, dass dieses in seinen Eigenschaften möglichst wenig beeinflusst wird. Eine Gasatmosphäre in der Gießkokille mit einem niedrigen Sauerstoffpartialdruck ist dabei in den meisten Fällen von Vorteil. So kön nen in einfacher Weise technische Gase wie Erdgas oder Argon oder Formiergas oder Stick stoff verwendet werden.

Der zylindrische Hohlkörper kann aus einem Metall und/oder einem Edelmetall gebildet werden. Dabei ist sowohl ein einschichtiger Aufbau des zylindrischen Hohlkörpers aus einem einzigen Material als auch ein mehrschichtiger Aufbau aus unterschiedlichen Materialien möglich. Um einen qualitativ hochwertigen, mehrschichtigen zylindrischen Hohlkörper durch Schleuderguss herzustellen, wird beispielsweise ein zylindrischer Hohlkörper aus einem Edelmetall hergestellt und abgekühlt. Bevor der Innendurchmesser dieses Hohlkörpers mit einer weiteren Schicht ver sehen wird, sollte die Innenkontur mittels eines Bearbeitungsschrittes gesäubert und geglättet werden. In den so bearbeiteten zylindrischen Hohlkörper kann nun eine andere Schmelze aus Metall durch Schleudergießen eingebracht werden, die den Innendurchmesser des zylindri schen Hohlkörpers belegt. Bei Materialien mit stark unterschiedlichen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten kann eine Spannungen ausgleichende Zwischenschicht vorgesehen wer den.

Insbesondere die Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus Silber ist wirtschaftlich inte ressant. Auch AgCuNi-Legierungen, die in der Handhabung aufgrund ihrer höheren Festigkeit im Vergleich zu reinem Silber günstiger sind, sowie Ag-Werkstoffe mit geringen Dotierungen, wie zum Beispiel ein Feinkornsilber mit 0,15 Gew.-% Nickel, können verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist, dass zylindrische Hohlkörper aus Legierungen hergestellt werden können, die aufgrund ihrer ungünstigen Verformungseigenschaften mit anderen Verfahren nicht herstellbar sind.

Es hat sich bewährt, wenn die Drehzahl der Gießkokille so eingestellt wird, dass eine auf die einzubringende Schmelze wirkende Beschleunigung dem 160- bis 180fachen der Erdbe schleunigung entspricht.

Das Problem wird für das Rohrtarget dadurch gelöst, dass das Rohrtarget einen schleuderge gossenen, zylindrischen Hohlkörper aufweist. Mit einem solchen Rohrtarget sind über große Flächen gleichmäßig dicke Schichten bei einer hohen Abscheiderate erzielbar.

Der zylindrische Hohlkörper kann aus einem Metall und/oder einem Edelmetall gebildet sein. Vorzugsweise wird der zylindrische Hohlkörper jedoch aus Silber gebildet.

Eine Verwendung von schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern für Rohrtargets ist von großem Vorteil. Insbesondere eine Verwendung von Rohrtargets mit schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern aus Silber für die Beschichtung von Flachglas hat sich bewährt. Nachfolgende drei Beispiele dienen zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung.

Bsp. 1: Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers mit einer Länge von 1000 mm;

Bsp. 2: Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers mit einer Länge von 4000 mm;

Bsp. 3: Spanende Bearbeitung des zylindrischen Hohlkörpers;

Beispiel 1

Ein Material aus 70 Gew.-% Silber-Granalien und 30 Gew.-% Silber aus Rücklauf wird in einem Tongraphit-Tiegel eingeschmolzen, wobei die Silber-Schmelze mit Holzkohle oder Graphit ab gedeckt wird. Die Silber-Schmelze wird bei einer Temperatur von 1100°C in eine Gießpfanne abgegossen, in der sich ein vorgewärmter Tongraphit-Tiegel befindet. Aus der Gießpfanne wird die Silber-Schmelze ohne Unterbrechung in die auf 100°C vorgewärmte, rotierende Gießkokille einer Horizontal-Schleudergussanlage gegossen, deren Drehzahl so eingestellt wird, dass die auf die einzubringende Schmelze wirkende Beschleunigung dem 160- bis 180fachen der Erd beschleunigung entspricht.

Der Außendurchmesser des zylindrischen Hohlkörpers wird durch den Innendurchmesser der Gießkokille bestimmt, während die Dicke der Wandung des Hohlkörpers über die Menge an eingebrachter Schmelze eingestellt wird. Um eine Sauerstoffaufnahme der Silber-Schmelze weitgehend zu vermeiden, wird die Kokille während des Gusses mit Erdgas gespült. Die Silber- Schmelze erstarrt rohrförmig an der Wandung der Gießkokille. Der entstandene zylindrische Hohlkörper kann nach dem Abkühlen aus der Gießkokille entnommen und spanend bearbeitet werden.

Beispiel 2

Die Herstellung des zylindrischen Hohlkörpers erfolgt im wesentlichen wie in Beispiel 1. Auf grund der großen Länge von 4000 mm wird die Temperatur der Schmelze jedoch bei 1250°C gewählt und die Gießkokille auf 200°C vorgeheizt.

Beispiel 3

Der Gießkokille entnommene zylindrische Hohlkörper wird mit einer konventionellen Bandsäge abgelängt und der Innendurchmesser mit einer Tiefbohrmaschine bearbeitet. Mit Einsatz des Tiefbohrverfahrens wird eine hohe Zerspanungsleistung, enge Bohrungstoleranzen, hohe Fluchtgenauigkeit, exakte Geometrie und hohe Oberflächenqualität erzeugt. Die Bearbeitung des Außendurchmessers erfolgt auf einer Langbettdrehmaschine. Zur Vermeidung von Durch biegung bei den langen zylindrischen Hohlkörpern wird die jeweils bearbeitete Drehfläche durch einen mitlaufenden Setzstock (Lünette) und/oder feststehende Setzstöcke abgestützt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers für ein Rohrtarget für Kathoden zerstäubungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper durch Schleudergießen einer Schmelze hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper durch Horizontal-Schleudergießen in einer rotierenden Gießkokille hergestellt wird.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleudergießen in einer Gasatmosphäre mit einem niedrigen Sauerstoffpartialdruck erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre in der Gießkokille aus Erdgas oder Argon oder Formiergas oder Stickstoff gebildet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper aus einem Metall und/oder einem Edelmetall gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper aus Silber gebildet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Gießkokille so eingestellt wird, dass eine auf die einzubringende Schmel ze wirkende Beschleunigung dem 160- bis 180fachen der Erdbeschleunigung entspricht.

8. Rohrtarget für Kathodenzerstäubungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrtar get einen schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörper aufweist.

9. Rohrtarget nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper aus einem Metall und/oder einem Edelmetall gebildet ist.

10. Rohrtarget nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper aus Silber gebildet ist.

11. Verwendung von schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern zur Herstellung von Rohrtargets für Kathodenzerstäubungsanlagen.

12. Verwendung von Rohrtargets mit schleudergegossenen, zylindrischen Hohlkörpern aus Sil ber für die Beschichtung von Flachglas in Kathodenzerstäubungsanlagen.