TWI398536B - 承載管外表面建構成溝渠形式之管狀濺鍍靶材 - Google Patents

Description

承載管外表面建構成溝渠形式之管狀濺鍍靶材

本發明係關於具有一承載管及配置在其外殼表面上之一濺鍍材料的一濺鍍靶材。此外，本發明係關於用於此類濺鍍靶材之生産的製程方法。

具有一承載管的濺鍍靶材，即所謂的管狀濺鍍靶材，在今日的薄層技術領域中獲得了日益增加的重要性。在文獻中描述了多種設計的管狀濺鍍靶材。在多數情況下，已證明對於實際上用於應用在一承載管之材料(即，濺鍍材料)係有利的。這可藉由如在德國專利DE 41 15 663中的熱噴塗製程、藉由如描述於德國專利DE 100 43 748中的直接澆鑄在一承載管上、藉由焊接或膠合製程、藉由如揭示於歐洲專利EP 1 518 006中夾緊製程、藉由直接壓合附接，例如符合歐洲專利EP 500 031的熱等壓加壓或冷等壓加壓而產生。

關於功能性的一決定性觀點是在濺鍍材料與承載管材料之間的連接品質。一方面，必須保證一低歐姆電性接點，另一方面，熱接觸由於在實際應用作為一濺鍍靶材的期間，大量的熱量需經傳導遠離濺鍍材料而經由該承載管至一冷卻介質，因此，需保證一優良的熱接觸。這樣優良的熱接觸先前通常係藉由穩固地接合製程而産生，例如，藉由在高溫下以具有該濺鍍材料之合金或是藉由濺鍍材料濕潤該承載管的方式而完成將該濺鍍材料塗敷於該承載管上。在多數情況下，此優良的接觸不能被精確地定義，例如，在熱噴塗或熱等壓加壓的情況。在這些情況下，擴散製程或可能僅藉由接合濺鍍材料在承載管之表面粗糙度可能需為黏著性負責。

基本上，該問題是在該承載管與該濺鍍材料之間的優好連接對於高性能濺鍍係必要的，但同時在該濺鍍材料與(一表面鄰近合金之類型的)該承載管之間一過度強的連接也是不希望的，因為舉例而言該濺鍍材料的污染可能因此產生。若是使用了具有實質上不同的熱膨脹係數之材料，則連接濺鍍材料與承載管之材料的技術會變得尤其關鍵。在此情況下，存在有危險(特別係在一相對薄弱之連接的情況下)，即該濺鍍電漿産生這樣的熱應力，使橫向張力的情況由於連接區域可能被破壞且因此更加減弱而發生在該濺鍍材料與該承載管之間的連接之區域中。

本發明之該目的係提供一管狀濺鍍靶材，其大幅解決了如上所述之實現該承載管與該濺鍍材料之間的一良好熱接觸的問題。

依據本發明，此目的係藉由特徵請求項之獨特特徵而達到。有利的實施例係描述於次請求項中。

由於環狀或螺旋狀圓周缺口係配置於圍繞在該承載管之縱軸的承載管外殼表面上，而該濺鍍材料接合進入該等缺口，及該等缺口係分布在該承載管之該長度上的該濺鍍材料之區域中，即，在藉由該濺鍍材料所覆蓋的該承載管之表面上，不僅保證該濺鍍材料與該靶材管之間機械連接的一相當大的強度(驚人地足夠)，而且保證了該等兩種材料之間一低歐姆電連接與必要的高導熱性。該濺鍍材料接合至在該承載管上應用的該等缺口中且在其中予以穩定地保持。

適當地，該等缺口具有一深度，其等於或大於粉末形式該濺鍍材料之平均粒度的十倍。較佳地，該等缺口具有一至少為0.5mm的深度。該等缺口可特別形成為凹槽。適當地，該等缺口呈現出在一側或者在兩側的底切。該等缺口可沿圓周不斷或間斷地予以形成，即，具有一有限的長度，而較佳地均勻分布在該承載管之圓周上，例如，以間斷的環狀或螺旋狀的形式。此外，這對於該等缺口被均勻分布係有利的。

該等缺口也可具有一負形，即，以被濺鍍材料圍繞之隆起部的形式。其可因此從該承載管之外殼表面突出，以使其(實際上)嵌入所應用的濺鍍材料中。其也可形成有底切。

對於該承載管之長度至少如以一管狀方式配置的該濺鍍材料之長度一樣長是有利的。

根據本發明之該等濺鍍靶材可(例如)依據本發明而形成，藉由被熔化與澆鑄至承載管上的濺鍍材料，該濺鍍材料被澆鑄到該等缺口中，或若使用粉末形式之一適當類型的濺鍍材料，粉末形式的該濺鍍材料也可被壓合在該承載管上，該濺鍍材料被壓合到該等缺口中，較佳地係藉由等壓加壓。

濺鍍材料與載體的聯鎖迄今為止僅從靶板(即，水平濺鍍靶)中已知。世界專利WO 00/15863 A1在這方面描述了一靶材背板的一溝渠形式結構。一濺鍍材料的一第二板係鍛造於靶材背板上，以當該材料變形時形成該聯鎖。此變形承擔了結構不均勻性發生的風險，其可導致一非齊性濺鍍行為。因為明顯的原因，其不可能以此方式製造管狀的連接。與管狀連接相比，板狀形式的連接也有此好處，即彼此連接的兩種材料其不同的膨脹係數與因此而不同的膨脹行為可在該平面中相抵，某些事在管件的情況下係不可能發生的。在這方面，其本身可預期的是在加熱由不同材料形成的管狀濺鍍靶材，或該濺鍍材料上升，即，其本身因著相較於承載管之較大的膨脹而從該承載管中廣泛地分離，或若其顯示了比該承載管更小的膨脹則該濺鍍材料會撕開。然而，令人驚奇不已的是已發現該等缺口及/或隆起部(更特別是其均勻地形成穿過該外殼表面的情況下)保證該等兩種材料之間的一緊密連接而不允許在該濺鍍材料中發生翹曲或裂縫。此外，濺鍍材料以相同方式具有與該承載管相同的一均質結構，且該合併結構不受損壞，以使在藉由濺鍍的濺鍍材料移除後該承載管的多樣化使用係可能的。在藉由鍛造進行附接的狀況下，由於在鍛造期間引入該承載板中之破壞或是對於結構的損壞，這通常是不再可能的。

依據本發明，濺鍍材料是藉由一盡可能冷的等壓加壓製程而塗敷於一承載管(金屬管件，例如，硬技術級鋁合金或不銹鋼)上。該濺鍍材料最初可呈現為細粒狀粉末，其可以(例如)由CuIn(Ga)粉末組成。此粉末具有如此低等級的硬度，以使其可藉由甚至在室溫下壓合而予以焊接，使得在理論密度之>98%的區域之材料密度可容易地實現。該濺鍍材料係如此的密集，儘管高度密集的濺鍍材料本身還是不足夠的。對於濺鍍技術而言需保證該承載管之良好的熱接觸，且此外與該承載管的某一機械黏結性必須存在，例如，為了該濺鍍材料變熱及在該濺鍍材料與該承載管之間發生熱應力的情況。

在具體項目中的解決方法可在於將一圓周螺紋槽切割成該承載管之外壁，該螺紋槽顯示一底切，以使該濺鍍材料在整個管件長度的壓實製程期間能夠壓實及壓緊於這些底切中，且因此可能的機械應力被局部抵消，一方面，在承載管的方向上從該濺鍍材料而來之熱傳導係明顯地改善了，另一方面，藉由應用該凹槽而增加整個表面。

下文中，本發明的具體實例將藉由圖示的方式予以說明。

圖1a顯示一承載管1，而濺鍍材料2(在該圖示中顯示為一區段)係應用於承載管1上。該聯鎖係藉由V形圓周缺口3發生，此等缺口3係沿著該承載管之圓周而規則地斷開。圖1b顯示一類似配置，該等缺口3'具有一鋸齒狀，且圖1c顯示一類似構造，該等缺口3"以一梯形槽的形狀而形成，且因著梯形形狀而在兩側顯示出底切，而與圖1b相符的鋸齒形缺口3'僅在一側顯示出底切。

雖然在圖1a至1c中，濺鍍材料2係顯示為一區段且該承載管1係顯示為一側視圖，圖2a至2c顯示相同的結構，該濺鍍材料2與該等缺口3、3'及3"二者係顯示為該承載管1之表面中的部分切口。

在圖2中，該等缺口3、3'及3"的橫截面係可見的。該等缺口3為V形，該等缺口3'為鋸齒狀且在一側顯示一底切，且該等缺口3"具有一梯形橫截面，底切是由梯形之形狀而形成於兩側。

圖3a至3c顯示具有部分切割濺鍍材料2的濺鍍靶材管1，其係藉由置於該等靶材管1上的隆起部4、4'及4"而固定。該等隆起部4、4'、4"相對於符合圖1a至1c的該等缺口是負的。其等係焊接至該濺鍍管1的表面上。類似於圖2，一局部切割濺鍍靶材配置分別係顯示於圖4a至4c中，該等隆起部4、4'、4"係顯示為一截面圖。

在圖5a與5b中，係說明應用缺口的另一可能性。圖5a顯示具有一近似正方形橫截面的凸起缺口5，圖5b顯示具有一圓形橫截面的缺口5'。類似於圖1與2中之缺口3、3'、3"的缺口5、5'係非連續地應用。為使冷卻劑通過該承載管1的內部，該承載管1的一內部閉合表面係需要的。

類似於圖1，圖6a至6c顯示缺口6、6'、6"係形成為連續的螺旋狀，該濺鍍材料2係顯示為切口，且該承載管1係顯示為具有缺口6、6'、6"的橫截面之詳細說明的一側視圖。

隨著該等缺口及/或隆起部的基本形式之示例性描述，兩種具體實例係如下所描述。

實例1：

提供具有非磁性不銹鋼而全長為3191mm、外徑為133mm且一壁厚為4mm的一承載管1，其在每個區域中具有如缺口3、6的一螺旋狀螺紋結構，而之後將塗敷上該濺鍍材料2。為此，符合圖1a或6a的一螺旋狀溝渠係藉由一車床而被引入，起始於從整個承載管1之各端的20mm之距離處，該螺旋狀缺口3、6具有一基本的2mm之寬度，及一2mm的深度與一5mm的螺距(類似於一螺紋)。如此加工的該承載管1之區域具有一電鍍黏附塗料。如此製備的承載管1接著藉由在如舉例而言揭示於德國專利DE 100 43 748中所描述的一直立澆鑄操作中以液體錫作為濺鍍材料2之澆鑄而予以包裝。該濺鍍材料2的壁厚為15mm。

在鑄造完而該濺鍍材料2冷卻以後，該濺鍍材料2的外表面例如藉由一車床而加工濺鍍材料2所需之壁厚13mm。此完成的濺鍍靶材現在可用於商用的管狀陰極以製造薄膜。

實例2：

提供具有非磁性不銹鋼而長度為550mm、外徑為133mm且壁厚為4mm的承載管1，其在每個區域中具有一螺旋狀缺口3、6(類似於實例1中的螺紋結構)，而該濺鍍材料2將被應用於缺口中。為此，如圖1b、6b中所說明的一螺旋狀缺口3'、6'係藉由一車床而被引入，其各自起始於從該承載管之末端的20mm距離處。該缺口3'、6'在一側顯示出一底切。該等缺口3'、6'的基本寬度為4mm，深度為2mm，該螺旋狀缺口3'、6'的間距為5mm(類似於一螺距)。該承載管1的加工部分係藉由噴砂處理而額外粗糙化、去除油污及清潔。

該承載管1係位於具有相應長度之一橡膠軟管的中心，該承載管1與該橡膠管之間的一平均距離係沿圓周予以形成。位於圓柱形橡膠軟管與該承載管1之間的距離(空間)填充具有50%銅粉與50%銦粉的一粉末混合物。承載管1的同心配置的兩端，金屬粉末與橡膠軟管係藉由橡膠塞以一防水的方式予以密封，以使銅銦粉末混合物包圍在橡膠軟管與承載管1之間。

此配置在一冷等壓加壓中受到一1500巴(bar)的等壓平衡水壓。該粉末混合物因而係緊密至幾乎100%的其理論密度，該粉末部分滲入至該缺口3'、6'的底切。該橡膠塞與該橡膠軟管在壓製後予以移除。承載管1之合成管與濺鍍材料2係加工於外表面上，以獲得濺鍍材料2之一均勻厚度。該完成的濺鍍靶材係插入一商用管狀陰極中，且用以製造薄膜。

1．．．承載管、濺鍍靶材管

2．．．濺鍍材料

3、3'、3"．．．缺口

4、4'、4"．．．隆起部

5、5'．．．凸起缺口

6、6'、6"．．．缺口

圖1a、圖1b與圖1c分別顯示將一缺口引入一承載管中如同未損壞結構之多種可能性，

圖2a、圖2b與圖2c顯示符合圖1的局部截面圖，

圖3a、圖3b與圖3c顯示在該承載管之該外殼表面上的隆起部，即，符合圖1之負的缺口，

圖4a、圖4b與圖4c顯示濺鍍靶材配置之局部截面，及具有符合圖2的濺鍍管上之隆起部，

圖5a與圖5b顯示該承載管中局部有限的凸起，及

圖6a、圖6b與圖6c顯示符合圖1作為連續螺旋結構的缺口，包含各別缺口輪廓的一詳細表示。

1．．．承載管

2．．．濺鍍材料

3．．．缺口

Claims (10)

1. 一種濺鍍靶材，具有一承載管與一配置在其外殼表面上的濺鍍材料，其特徵在於：環狀或螺旋狀圓周缺口係配置於圍繞該承載管之縱軸的該承載管之該外殼表面上，且該濺鍍材料接合缺口，且該等缺口係分布在該承載管之長度上的該濺鍍材料之區域中且呈現底切形式。
2. 如請求項1之濺鍍靶材，其特徵在於該等缺口具有一等於或大於粉末形式的該濺鍍材料之平均粒度的十倍之深度。
3. 如請求項1之濺鍍靶材，其特徵在於該等缺口具有一至少為0.5 mm的深度。
4. 如請求項1至3中任一項之濺鍍靶材，其特徵在於該等缺口係形成為凹槽。
5. 如請求項1至3中任一項之濺鍍靶材，其特徵在於該等缺口具有如隆起部之一負形，該等隆起部係藉由該濺鍍材料所圍繞。
6. 如請求項1至3中任一項之濺鍍靶材，其特徵在於該等缺口係以一不連續的方式沿圓周予以配置。
7. 如請求項1至3中任一項之濺鍍靶材，其特徵在於該承載管之長度至少與以一管狀形式配置的該濺鍍材料之長度一樣長。
8. 一種用於如請求項1至3中任一項之一濺鍍靶材的製造方法，其特徵在於該濺鍍材料係熔化及澆鑄於該承載管上，該濺鍍材料係澆鑄至該等缺口中。
9. 一種如請求項1至3中任一項之一濺鍍靶材的製造方法，其特徵在於一粉末方式的一濺鍍材料係壓製於該承載管上，該濺鍍材料係壓製至該等缺口中。
10. 如請求項9之方法，其特徵在於等壓加壓係予以執行。