TWI711710B - 結構化披覆源 - Google Patents

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Abstract

本發明有關用於物理氣相沉積的披覆源，其所具有的披覆材料是由脆性材料所構成並且具有龜裂。披覆源額外具有支持元件，其在披覆材料的表面接合到披覆材料。再者，披覆材料在披覆材料的至少部分表面上具有結構化。本發明進一步關於製造披覆源的方法。

Description

結構化披覆源
本發明有關用於物理氣相沉積的披覆源，也有關製造用於物理氣相沉積之披覆源的方法。
於物理氣相沉積(physical vapour deposition，PVD)，起始材料藉由物理過程而帶到氣相，並且後續沉積在要披覆的基板上。
於本揭示的上下文，披覆源一詞不僅涵蓋、尤其是PVD濺鍍過程(陰極原子化)所用的披覆源(其也常常整個稱為靶材或濺鍍靶材)，以沉積多層在為此目的所提供之基材上。
包含脆性材料或由脆性材料成分所構成的披覆源在披覆過程期間使用披覆源以及製造披覆源本身都構成了特別大的挑戰。
因此，此種披覆源或其構件在製造期間的車削(其舉例而言可以是安裝在不同披覆設備所需的複雜幾何形態而必須做的)常常是難以進行。此種車削常常僅可以藉由研磨和線蝕而非切割車削來達成。這意謂僅可以製出簡單的幾何形態(圓形、板、環)，並且車削過程招致高成本。
尤其需要良好的冷卻，特別是當施加高功率或高功率密度時，以便避免熱誘發的應力，其可以導致披覆源或其構件(譬如披覆材料)破斷。此種披覆源在披覆過程期間的有效率冷卻經常是藉由冷卻水而變得 可能。披覆源是經由安排在披覆源之後側上的冷卻板而冷卻。這些冷卻板轉而由冷卻水所冷卻，冷卻水則移除披覆過程所衍生的熱。
尤其在可撓的、彈性冷卻板之情形，機械應力作用在披覆源上，其可以轉而導致披覆源的塑性變形或破斷。這效應額外被披覆過程期間所減少之披覆源的厚度(尤其是披覆材料的厚度)所強化。這結果便是更可能可以發生變形和/或破斷。
在建造期間，尤其包含脆性材料的披覆源因而經常提供有支持元件，其舉例而言為背板或支持管。
此種支持元件可以額外作為熱槽，亦即披覆過程中所衍生的熱可以藉由施加導熱性高於披覆材料的支持元件而更好的移除。於此種情形，披覆材料和也可以作為熱槽之支持元件的總安排則稱為披覆源。
此種具有較高強度和剛性的支持元件/熱槽可以藉由多樣的方法而施加到具有低韌性(脆性材料行為)的披覆材料。於支持元件/熱槽與披覆材料的熱膨脹係數之間有顯著差異的情形，在披覆過程期間可以在披覆材料中形成龜裂或披覆材料發生破斷。
日本專利案第62278261號描述一種方法，其中在藉由銦接合的接合步驟之後，將龜裂故意引入脆性披覆材料裡，以便避免在披覆過程本身期間形成龜裂。這確保有更穩定的披覆過程。
專利合作條約的專利申請案第EP2015/001298號描述一種方法，其中在藉由硬焊的接合步驟之後，將龜裂類似的故意引入脆性披覆材料裡，以便後續可能有更穩定的濺鍍過程。在此，龜裂是在從硬焊溫度冷卻的期間形成，或者龜裂的形成是後續由噴發顆粒過程所輔助。為了發生 這龜裂的形成，支持元件/熱槽的膨脹係數必須低於披覆材料的膨脹係數。
於所述的二種方法，龜裂的形成是隨機的，並且披覆材料可以發生小片剝落。
本發明的目的是提供用於物理氣相沉積的披覆源，其相對於先前技藝而有所改進，並且也提供製造此種披覆源的方法。
這些目的是由具有申請專利範圍第1項之特色的披覆源以及具有申請專利範圍第13項之特色的方法所達成。本發明有利的具體態樣則定義於申請專利範圍附屬項。
1:披覆源
2:披覆材料
3:支持元件
4:龜裂
5:結構化
d1:披覆源的總厚度
d2:披覆材料的厚度
d3:支持元件的厚度
圖1：在引入龜裂之前的披覆源(1)，其具有披覆材料(2)、支持元件(3)、結構化(5)。
圖2：圖1之披覆源的平面圖。
圖3：根據本發明之披覆源(1)的平面圖，其係在引入龜裂(4)之後。
圖4：具有MoSiB披覆材料的披覆源(範例5)，其係在硬焊和清潔所形成的龜裂之後。
圖5：具有硬焊到Mo背板上之TiB2披覆材料的披覆源(範例6)。龜裂藉由使用螢光染料的染料穿透測試而看得到。
圖6：引入龜裂(4)之後的管狀披覆源(1)，其具有披覆材料(2)、支持或承載管(支持元件)(3)、結構化(5)，而a)是側視圖，b)是平面圖。
本發明提供用於物理氣相沉積的披覆源，其所包括的披覆材料是由脆性材料所構成並且具有龜裂。再者，披覆源具有支持元件，其在披覆材料的表面接合到披覆材料。本發明之披覆源的披覆材料在披覆材料的至少部分表面上額外具有結構化。
為此目的，脆性材料是靠近彈性極限時破斷而無塑性變形或僅有極少塑性變形的材料。這些材料和因而由此所製造的濺鍍靶材因此僅具有低塑性變形能力。脆性材料在斷裂時的伸長率典型而言小於或等於1%。再者，脆性材料具有低韌性，因此對於龜裂形成和龜裂傳播而言僅顯示小抵抗性。此種脆性材料的範例是陶瓷材料，尤其是硼化物、氮化物、碳化物、矽化物、氧化物；並且範例也有脆性金屬材料，例如Cr、Si或金屬間化合物(例如Ti3Al或TiAl3)；以及這些材料的混合物。
根據本發明之披覆源的結構化可以有所不同。因此，結構化舉例而言可以由凹陷、溝槽、切口或狹縫所構成，其可以採取多樣的方式而引入披覆材料的至少部分表面裡。
披覆材料本身可以由一或更多個部分所做成。如果披覆材料是由多個部分所做成，則結構化可以已經引入披覆材料的所有部分裡或僅引入某些部分裡。
這些凹陷、溝槽、切口或狹縫的形狀或截面可以類似的有所不同。因此，截面舉例而言可以具有半圓形、矩形、方形、三角形或梯形等形狀。
結構化的深度(亦即其在披覆源之厚度方向上的空間延伸)較佳而言範圍從0.1到5毫米。雖然結構化的深度在特殊情形下也可以較 大，但是它應確保在深度方向上維持至少1毫米的披覆材料。
結構化的寬度(亦即其在垂直於凹陷、溝槽、切口、狹縫……之方向上的空間延伸)較佳而言範圍從0.1到2毫米，較佳而言從0.1到1毫米。
龜裂較佳而言大致沿著結構化，這意謂在結構化中或結構化附近的龜裂乃大致平行於結構化。為了本發明，大致平行乃意謂龜裂方向偏離結構化的方向到最大20°，較佳而言最大10°。龜裂的散布因而與結構化或結構化的安排具有明顯可察知的關係。因此，就總龜裂長度的主要部份來看，龜裂是在結構化中或者大多平行於結構化或與之呈小角度傾斜。龜裂因此發生的圖案乃大致遵循結構化或結構化的安排。
由於結構化的結果，龜裂不是隨機延伸，反而其散布較佳來說遵循結構化。龜裂以至少大致受控制的方式而形成，並且披覆材料之個別無龜裂區域(碎片)的尺寸是至少大致預先界定的。較小片披覆材料的剝落因而無法發生或者僅可以小程度的發生。當使用披覆源時，因而可以確保披覆設備和沉積層都不被以此方式而斷落的破片所污染或損傷。
龜裂的總龜裂長度之多於50%的比例較佳而言是沿著結構化。這確保當使用根據本發明的披覆源時有更大的製程可靠度。
龜裂的深度(在披覆源之厚度方向上的空間延伸)較佳而言完全延伸穿過披覆材料。因此，在披覆材料的個別碎片之間的材料較佳而言是完全分開的。
結構化較佳而言出現在披覆材料背對支持元件的表面上。在製造披覆源時，在披覆材料背對支持元件之表面上所引起的拉伸應力要高 於在面對支持元件的表面(後一表面比較靠近受到撓曲應力之披覆源的中性纖維)。由於結構化的結果，脆性披覆材料中所形成的龜裂因而更可靠和可再現的發生在披覆材料背對支持元件的表面上。
然而，結構化也可能出現在披覆材料面對支持元件的表面上。此種具體態樣可以在以下情形提供優點：尤其是脆性披覆材料，以及在披覆材料的厚度d2和支持元件的厚度d3之間有特定比例，因為形成的龜裂在此等情形下尤其精細(龜裂二側之間的距離小)，並且看不出比較粗(個別凹陷、溝槽、切口……的寬度)所引入的結構化。
於特殊的具體態樣，結構化可以由以下安排所構成：第一群平行的線性凹陷；以及第二群平行的線性凹陷，其相對於第一群平行的線性凹陷而安排在從70°到110°的角度。此種安排就製程工程而言是容易實現，並且個別線性凹陷之間的距離可以輕易匹配於披覆源的尺度以及匹配於披覆材料和支持元件的熱膨脹係數(因而與所造成的應力)之間的差異。再者，由於成群凹陷的安排是彼此在從70°到110°的角度，故沒有過於尖銳的角度，因而沒有引起不利的應力集中。
於進一步較佳的具體態樣，結構化是由以下安排所構成：第一群平行的線性凹陷；以及第二群平行的線性凹陷，其相對於第一群平行的線性凹陷而安排在直角。於此種安排，更大程度的避免了不利的應力集中。
以替代選擇來說，結構化也可以呈現其他的幾何安排，舉例而言呈同心圓的形式，其可選用而言可以具有疊加其上的星形線安排。也可思及螺旋安排而非同心圓。
披覆材料的熱膨脹係數α2較佳而言大於支持元件的熱膨脹係數α3。在製造披覆源時，經常包括在升高溫度的至少一過程步驟，此種熱膨脹係數的比例較佳而言導致披覆材料在從升高溫度冷卻時的收縮程度大於支持元件，並且將拉伸應力引入披覆材料裡，這轉而導致尤其可靠和可再現的龜裂形成。披覆材料的熱膨脹係數α2和支持元件的熱膨脹係數α3之間的差異愈大，則引入之應力的絕對值愈大。
根據本發明的披覆源可以具有由不同脆性材料所組成的披覆材料。因此，披覆材料有可能是由碳化物(譬如：TiC、SiC、WC)、硼化物(譬如：TiB2、VB2、CrB2)、氮化物(譬如：TiN、AlN、TiNAlN)、矽化物(譬如：TiSi2、CrSi2、MoSi2)、氧化物(譬如：Al2O3、(Al,Cr)2O3)、脆性金屬(譬如：Cr、Si)、金屬間相(譬如：Ti3Al、TiAl3、Al4Cr)或上述材料的其他混合物所構成。由於結構化的結果，極有可能使披覆源具有由脆性材料所組成的披覆材料，並且甚至在高功率密度下來操作披覆源。
根據本發明的披覆源較佳而言具有由TiB2、SiC、B4C、MoSiB或CrSiB所構成的披覆材料。已經發現在這些披覆材料的情形下，尤其可以輕易引入結構化，並且龜裂以特別均勻的方式來延伸。
根據本發明的披覆源較佳而言也具有由鉬、鎢、鉭、鉬基合金、鎢基合金或鉭基合金所組成的支持元件。鉬基合金、鎢基合金、鉭基合金在本情形下是分別包含多於50原子%之鉬、鎢或鉭的合金或複合材料。鉬、鎢、鉭、鉬基合金、鎢基合金或鉭基合金尤其適合用於這類型的支持元件，也是因為它們具有夠高的導熱性、高E模數(亦即高剛性)、相對為低的熱膨脹係數等尤其有利的性質組合。
於尤其較佳的具體態樣，支持元件的E模數E3大於或等於300十億帕(GPa)。支持元件的E模數甚至更佳而言小於500十億帕。
為了經濟的緣故，使比例X=d2/(d2+d3)在技術上是盡可能的高，亦即披覆材料的厚度d2構成披覆源之總厚度d1=d2+d3的大比例。
然而，已驚人的發現：故意引入龜裂而無結構化(如先前技藝所述)僅在披覆材料的厚度相當於或低於支持元件之披覆源情形下才良好的發揮功能。於披覆材料相對於支持元件是太厚的情形，在製造披覆源的期間，支持元件發生永久彎曲而非在披覆材料中形成龜裂。推測在此種情形，披覆材料中的拉伸應力低於披覆材料的破斷應力。首先，已經以此方式而變形(彎曲)的披覆源可以不再正確的安裝於披覆設備中。其次，已經以此方式而變形的披覆源在達到臨界應力時會突然斷裂，並且轉而導致披覆過程中斷，因為在披覆過程期間要逐漸移除材料，並且導致關聯的披覆材料厚度減少。
根據本發明的披覆源較佳而言所具有的披覆材料之厚度d2對披覆材料之厚度d2和支持元件之厚度d3的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)乃大於0.5。0.9的最大比例X適當而言甚至是更佳的。
根據本發明的披覆源甚至更佳而言所具有的披覆材料之厚度d2對披覆材料之厚度d2和支持元件d3之厚度的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)乃大於或等於0.6。0.85的最大比例X適當而言甚至是更佳的。
根據本發明的披覆源可以是板形或管狀；這二種披覆源都有可能沿著結構化而故意引入龜裂，並且具有的優點在於龜裂不隨機延伸，其散布較佳而言反而是遵循結構化。為此緣故，相對小片的披覆材料和因 此披覆源無法斷裂掉落，或者僅有小程度的斷裂掉落，如上所述。
於一較佳具體態樣，披覆源是板形。於此種情形，支持元件建構成背板。由於根據本發明的此種披覆源在其製造期間引起複雜的應力狀態，故意沿著結構化而引入龜裂便可以極輕易的在板形披覆源中達成。
以替代選擇來說，披覆源是管狀的具體態樣則是較佳的。於此種情形，支持元件建構成支持管或承載管。於管狀披覆源的情形，由於引入結構化的結果，故也出現了類似的基準和前提來促進龜裂做目標散布。於管狀披覆源的情形，披覆材料的熱膨脹係數α2也尤其有利的是大於支持元件(支持或承載管)的熱膨脹係數α3。
本發明也提供製造用於物理氣相沉積之披覆源的方法。
此種方法包括以下步驟：準備披覆材料，其由脆性材料所構成；結構化披覆材料，以在披覆材料的至少部分表面上製造結構化；準備支持元件；將披覆材料接合到支持元件；將龜裂引入披覆材料裡。
根據本發明的方法有可能製出披覆源，其所包含的披覆材料是由彼此接合的脆性材料和支持元件所組成。藉由本發明的方法，披覆材料被結構化，並且龜裂被引入披覆材料裡。
為此目的，脆性材料是接近彈性極限時破斷而無塑性變形或僅有極少塑性變形的材料。這些材料和因而由此所製造的濺鍍靶材因此僅具有低塑性變形能力。脆性材料在斷裂時的伸長率典型而言小於或等於 1%。再者，脆性材料具有低韌性，因此對於龜裂形成和龜裂傳播而言僅顯示小抵抗性。此種脆性材料的範例是陶瓷材料，尤其是硼化物、氮化物、碳化物、矽化物、氧化物；並且範例也有脆性金屬材料，例如Cr、Si或金屬間化合物(例如Ti3Al或TiAl3)；以及這些材料的混合物。
將披覆材料結構化以製造結構化則可以藉由多樣的方法來達成。於方法的較佳具體態樣，披覆材料的結構化是以沖蝕、線切割、研磨或分離來實行。在此，舉例而言，凹陷、溝槽、切口或狹縫可以代表不同的幾何安排，其被引入披覆材料的至少部分表面裡。
以替代選擇來說，偏好的是藉由將輪廓化的加壓工具壓入而結構化披覆材料。此種藉由輪廓化的加壓工具而壓入結構化舉例而言可以發生在披覆材料本身的粉末冶金製造期間。在此，輪廓化的加壓工具可以建構成適當加壓設施中的上衝頭或下衝頭。然而，披覆材料之預先緻密的或完全緻密的空胚也可能藉由將輪廓化的加壓工具壓入而分開結構化。再者，上衝頭或下衝頭有可能本身不是經輪廓化的，反而是將輪廓化的中間板鋪在粉末床或預先緻密的或完全緻密的空胚之上或之下。
無論實行結構化的方式為何，都可以藉此達成結構化的不同幾何安排。因此，結構化操作可以製造出以下安排：第一群平行的線性凹陷；以及第二群平行的線性凹陷，其相對於第一群平行的線性凹陷而安排在從70°到110°的角度。此種安排就製程工程而言容易達成，並且個別線性凹陷之間的距離可以輕易匹配於披覆源的尺度以及匹配於披覆材料和支持元件的熱膨脹係數(和因而造成的應力)之間的差異。此種安排可以尤其有利的藉由沖蝕、線切割、研磨或分離而製造，但是也可以藉由將輪廓化的加 壓工具壓入而製造。
也偏好結構化操作製造出以下安排：第一群平行的線性凹陷；以及第二群平行的線性凹陷，其相對於第一群平行的線性凹陷而安排在直角。於此種安排的情形，更大程度的避免了不利的應力集中。
以替代選擇來說，結構化操作也可以製造出其他的幾何安排，舉例而言呈同心圓的形式，上面可選用而言可以疊加了星形線安排。也可思及螺旋安排而非同心圓。此種安排可以尤其有利的藉由將輪廓化的加壓工具壓入而製造。
於本發明方法之尤其有利的具體態樣，將披覆材料結構化以製造結構化乃引入在披覆材料的至少部分表面，其在接合到支持元件之後是出現在披覆材料背對支持元件的表面上。
當本方法用於製造披覆源時，在披覆材料背對支持元件之表面上所引起的拉伸應力乃高於在面對支持元件的表面(後一表面比較靠近中性纖維)。由於披覆材料背對支持元件之表面上有結構化的結果，脆性披覆材料中所形成的龜裂因而更可靠、可再現的發生。
然而，也可能在披覆材料面對支持元件的表面上進行結構化。此種方法步驟可以在以下情形提供優點：尤其是脆性披覆材料，以及在披覆材料的厚度d2和支持元件的厚度d3之間有特定比例的情形，因為在此等情形下，形成的龜裂尤其精細(龜裂二側之間的距離小)，並且看不出比較粗(個別凹陷、溝槽、切口……的寬度)所引入的結構化。
披覆材料對支持元件的接合可以類似的以不同的方式來實行。披覆材料對支持元件的接合較佳而言發生在大於100℃和小於1000℃ 的溫度。
於方法的進一步較佳具體態樣，披覆材料對支持元件的接合是藉由在溫度範圍從400℃到950℃的硬焊而實行。這溫度範圍中的硬焊則有可能達成披覆源之優異的熱穩定性，這允許披覆源在披覆過程中以特別高的功率密度和因此高沉積速率下操作。在披覆過程期間，披覆腔室正常加熱到等級在400℃的溫度。然而，披覆源不完全受到這些溫度，因為它從後側做額外冷卻。在溫度範圍從400℃到950℃的接合可以確保披覆源已經接受如披覆過程期間所發生之類似的熱應力，因此可以不再經歷由此所造成的損傷。在溫度範圍從400℃到950℃的接合也具有的結果是披覆材料和支持元件之間的熱膨脹係數差異導致對應為高的應力(其較佳而言為拉伸應力)，這轉而促進龜裂的形成。
尤其偏好的是由於從高溫冷卻的結果而引入龜裂。於本情形，升高溫度是大於100℃和小於1000℃的溫度，其較佳而言是在披覆材料對支持元件接合的期間達到。然而，也可能在接合之後才進一步加熱到升高溫度，然後在從這升高溫度冷卻的期間引入龜裂。
甚至更佳的是由於從硬焊溫度冷卻的結果而引入龜裂。在從硬焊溫度冷卻期間，建立了尤其有利的溫度梯度，並且這在披覆材料中引起應力(較佳的情形是拉伸應力)有局部增加。由於結構化的切口效應，故這額外導致沿著結構化而有龜裂形成和龜裂傳播，因此在披覆材料中故意引入了大致預先界定的龜裂網路，其較佳而言大致沿著結構化。
以披覆材料藉由硬焊而對支持元件做接合的替代選擇來說，也可能藉由黏著接合並且在高溫熟化黏著劑而實行此種接合。適合這 目的之黏著劑熟化正常發生在從約120到250℃。在此種過程步驟期間所引入的溫度梯度相較於硬焊步驟而言因此比較小。藉由黏著接合的接合尤其適合具有極脆的披覆材料並且相較於支持元件材料而有極高熱膨脹係數的披覆源。
除了上述步驟以外，根據本發明的方法較佳而言可以額外包括以下步驟：
對披覆源噴發顆粒
對披覆源噴發顆粒較佳而言是在接合到披覆材料背對支持元件的表面之後才進行。以噴發顆粒來說，有可能使用研磨性或非研磨性介質。對披覆源噴發顆粒可以幫助形成龜裂，這是藉由噴發顆粒來衝擊(譬如使用α氧化鋁來噴砂)而發生，其轉而進一步增加披覆材料中的應力。同時，由於在披覆材料中之龜裂形成和龜裂傳播幫助下的結果，可以減少已在披覆源的製造期間於支持元件中所引起的彈性變形。
以噴發顆粒處理的替代或附帶選擇來說，可以進行披覆源的熱處理，舉例而言藉由液態氮而快速冷卻。這可以在披覆材料中局部製造出更高的溫度梯度，其轉而增加引起和進一步幫助形成龜裂的應力。
根據本發明之製造披覆源的方法尤其適合製造根據本發明如上所述的披覆源。
根據本發明的方法已經發現：對於製造出披覆材料的厚度相較於支持元件而為高的披覆源來說尤其有利。於先前技藝，在披覆材料相較於支持元件而是太厚的情形，製造披覆源的期間發生支持元件的永久彎曲而非披覆材料形成龜裂。推測在此等情形下，披覆材料中的拉伸應力低 於披覆材料的破斷應力。首先，已經以此方式而變形(彎曲)的披覆源可以不正確的安裝於披覆設備中。其次，已經以此方式而變形的披覆源當達到臨界應力時會突然斷裂，並且轉而導致披覆過程中斷，因為在披覆過程期間要逐漸移除材料，並且導致關聯的披覆材料厚度減少。
為了經濟的緣故，使比例X=d2/(d2+d3)在技術上是盡可能的高，亦即披覆材料的厚度d2構成披覆源之總厚度d1=d2+d3的大比例。
根據本發明之製造披覆源的方法，其中已經發現披覆材料之厚度d2對披覆材料之厚度d2和支持元件之厚度d3的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)大於0.5是尤其有利的。0.9的最大比例X適當而言甚至是更佳的。
根據本發明之製造披覆源的方法，其中已經發現披覆材料之厚度d2對披覆材料之厚度d2和支持元件之厚度d3的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)大於或等於0.6是更為有利的。0.85的最大比例X適當而言甚至是更佳的。
本發明的優點和細節以及尤其有利的具體態樣則由以下範例和圖形來更詳細的示範。
圖1顯示在引入龜裂之前而用於物理氣相沉積的披覆源(1)。披覆源(1)具有披覆材料(2)和支持元件(3)。披覆材料(2)在披覆材料(2)的表面接合到支持元件(3)。披覆材料(2)具有結構化(5)。結構化(5)是由以下安排所構成：第一群平行的線性凹陷(顯示成虛線)；以及第二群平行的線性凹陷(顯示成虛線)，其相對於第一群平行的線性凹陷而安排在直角。
圖2e顯示圖1之披覆源的平面圖。
圖3顯示根據本發明而在引入龜裂(4)之後的披覆源。龜裂(4) 大致沿著結構化(5)。
圖4顯示根據範例5所製造的披覆源。它具有MoSiB披覆材料，其藉由硬焊而施加到Mo做的背板並且後續加以清潔。除了沿著結構化的龜裂以外，也有形成不規則網路的龜裂。沒有發生相對為小片之披覆材料的斷裂掉落。
圖5顯示根據範例6所製造的披覆源。它具有TiB2披覆材料，其藉由硬焊而施加到Mo背板。引入的龜裂藉由染料穿透測試中的螢光染料而看得到。
圖6顯示管狀披覆源(1)。管狀披覆源(1)的側視圖顯示於a)，並且在披覆源(1)之旋轉軸方向上的平面圖顯示於b)。披覆材料(2)在這情形下是由個別的圓柱形環所做成，並且支持元件(3)建構成支持或承載管。結構化(5)形成在披覆材料(2)的側向表面上，並且龜裂(4)大致沿著結構化(5)。
<範例1>(非根據本發明)
製造的披覆源具有TiB2披覆材料，其藉由硬焊而接合到MoCu 70/30重量%材料做的背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是12毫米。披覆材料具有6毫米的厚度d2，並且背板類似的具有6毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.5。在這情形，MoCu 70/30重量%背板的熱膨脹係數是9.5ppm/K(相較於純Mo的5.2ppm/K)，其大於披覆材料的7.3ppm/K。在此，從硬焊溫度冷卻的期間在披覆材料中引起壓縮應力，如此則沒有形成垂直於披覆材料之表面的龜裂，並且披覆材料在背板的方向上彎成拱形。披覆材料中的壓縮應力在這情形為高，以致因為產生剪切應力而發生平行於披覆源或披覆材料之表面的碎片剝落。
<範例2>(非根據本發明)
製造的披覆源具有TiB2披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的較薄背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是16毫米。披覆材料具有10毫米的厚度d2，並且背板具有6毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.625。於這範例，由於從硬焊溫度冷卻的結果所引起的拉伸應力明顯為小，以致披覆材料中不形成龜裂。反而是披覆材料在背板的方向上彎成拱形。
<範例3>(非根據本發明)
製造的披覆源具有CrSiB披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是12毫米。披覆材料具有6毫米的厚度d2，並且背板具有6毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.5。CrSiB披覆材料是CrSiB 92/3/5原子%的脆性組成物。由於從硬焊溫度冷卻的結果而引起垂直於披覆材料之表面的龜裂。
<範例4>(非根據本發明)
製造的披覆源具有CrSiB披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的較薄背板。披覆源的直徑是100毫米，總厚度d1是16毫米。披覆材料具有12毫米的厚度d2，並且背板具有4毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.75。CrSiB披覆材料是CrSiB 92/3/5原子%的脆性組成物。由於從硬焊溫度冷卻的結果而沒有形成龜裂。
<範例5>(根據本發明)
製造的披覆源具有MoSiB披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是12毫米。披覆材料 具有6毫米的厚度d2，並且背板具有6毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.5。MoSiB披覆材料是MoSiB 50/30/20原子%的脆性組成物。在硬焊之前，披覆材料藉由線切割而提供有結構化。由於從硬焊溫度冷卻的結果而形成垂直於披覆材料之表面的龜裂。除了沿著結構化的龜裂，也出現形成不規則網路的龜裂。沒有發生相對小片之披覆材料的斷裂掉落。
<範例6>(根據本發明)
製造的披覆源具有TiB2披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是12毫米。披覆材料具有6毫米的厚度d2，並且背板具有6毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.5。在硬焊之前，披覆材料藉由線切割而提供有結構化。由於從硬焊溫度冷卻的結果而形成垂直於披覆材料之表面的龜裂。這些龜裂大致沿著結構化。沒有發生相對小片之披覆材料的斷裂掉落。
<範例7>(根據本發明)
製造的披覆源具有TiB2披覆材料，其藉由硬焊而接合到Mo做的背板。披覆源的直徑是150毫米，總厚度d1是12毫米。披覆材料具有8毫米的厚度d2，並且背板具有4毫米的厚度d3。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.67。在硬焊之前，披覆材料藉由線切割而提供有結構化。這結構化已經藉由使用1毫米深切割的線切割而進行，其安排成彼此呈直角。由於從硬焊溫度冷卻的結果而形成垂直於披覆材料之表面的龜裂。這些龜裂大致沿著結構化。沒有發生相對小片之披覆材料的斷裂掉落。
<範例8>(根據本發明)
製造的披覆源具有TiB2披覆材料，其呈圓柱形環的形式而 藉由硬焊來接合到Mo做的管狀支持元件(支持或承載管)。總共5個TiB2環的外徑是116毫米、內徑是91.5毫米，並且個別環的高度(在旋轉軸方向的延伸)是30毫米。Mo支持管的外徑是91.45毫米、內徑是76.1毫米。Mo支持管的總長度是200毫米。披覆材料因此具有12.25毫米的厚度，並且支持管具有7.67毫米的厚度。比例X=d2/(d2+d3)因此是0.62。在硬焊之前，披覆材料藉由線切割而提供有結構化。這是藉由使用1毫米深切割的線切割而進行，其安排成彼此平行。由於從硬焊溫度冷卻的結果而形成垂直於披覆材料之表面的龜裂。這些龜裂大致沿著結構化。沒有發生相對小片之披覆材料的斷裂掉落。
除了範例以外，還進行了一些簡單的計算。這些計算的目的是決定披覆材料之厚度d2對披覆材料之厚度d2和支持元件之厚度d3的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)，而在此比例以上之披覆材料的結構化尤其有利，以便根據本發明而產生龜裂。
推測在披覆材料中形成龜裂的前提是脆性披覆材料的拉伸強度與其厚度d2的乘積乃小於背板之彈性極限和厚度d3的乘積。於這限制情形，二個乘積是相等的。仔細看TiB2在Mo上的範例，TiB2的拉伸強度約500百萬帕(MPa)，並且Mo的彈性極限約750百萬帕，當披覆材料的厚度構成披覆源之總厚度d1的60%時，就第一粗略逼近而言，限制條件奏效。於較薄披覆材料的情形，甚至可以沒有結構化就形成龜裂網路；而在較厚披覆材料的情形，背板做彈性和/或塑性變形或彎曲，或者它彎成拱形。為此緣故，範例3的CrSiB/Mo披覆源具有在6毫米的Mo上之6毫米的CrSiB便形成了龜裂網路；而範例2的TiB2/Mo披覆源具有在6毫米的Mo上之 10毫米的TiB2則顯示TiB2中沒有龜裂，並且Mo板彎曲。舉例而言，如範例7的結構化能夠沿著結構化而引入龜裂，其可推測歸因於披覆材料的負載截面(厚度)有所減少、切口效應和局部增加的應力、或其組合。
1‧‧‧披覆源
2‧‧‧披覆材料
3‧‧‧支持元件
5‧‧‧結構化
d1‧‧‧披覆源的總厚度
d2‧‧‧披覆材料的厚度
d3‧‧‧支持元件的厚度

Claims (21)

  1. 一種用於物理氣相沉積的披覆源(1)，其包括：披覆材料(2)，其由脆性材料所構成並且具有龜裂(4)，支持元件(3)，其在該披覆材料(2)的表面接合到該披覆材料(2)，其特徵在於：該披覆材料(2)在該披覆材料(2)的至少部分表面上具有結構化(5)，其中在該披覆源(1)的製造過程中，該結構化(5)先於該等龜裂(4)引入，且該結構化(5)以下列深度引入：在深度方向上維持至少1毫米的披覆材料。
  2. 根據申請專利範圍第1項的披覆源(1)，其中該等龜裂(4)大致沿著該結構化(5)。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該等龜裂(4)的總龜裂長度之多於50%的比例是沿著該結構化(5)。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該結構化(5)出現在該披覆材料(2)背對該支持元件(3)的表面上。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該結構化(5)是由以下安排所構成：第一群平行的線性凹陷；以及第二群平行的線性凹陷，其相對於該第一群平行的線性凹陷安排在從70°到110°的角度。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該披覆材料(2)的熱膨脹係α2大於該支持元件(3)的熱膨脹係數α3。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該披覆材料(2)是由TiB2、SiC、B4C、MoSiB或CrSiB所構成。
  8. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該支持元件(3)是由 鉬、鎢、鉭、鉬基合金、鎢基合金或鉭基合金所構成。
  9. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該支持元件(3)的E模數E3大於或等於300十億帕(GPa)。
  10. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該披覆材料(2)之厚度d2對該披覆材料(2)之厚度d2和該支持元件(3)之厚度d3的總和d2+d3之比例X=d2/(d2+d3)乃大於0.5。
  11. 根據申請專利範圍第10項的披覆源(1)，其中該比例X乃大於或等於0.6。
  12. 根據申請專利範圍第1或2項的披覆源(1)，其中該披覆源(1)是板形。
  13. 根據申請專利範圍第第1或2項的披覆源(1)，其中該披覆源(1)是管狀。
  14. 一種製造用於物理氣相沉積之披覆源(1)的方法，該方法包括以下步驟：準備披覆材料(2)，其由脆性材料所構成；結構化該披覆材料(2)，以在該披覆材料(2)的至少部分表面上製造結構化(5)，其中該結構化(5)以下列深度製造：在深度方向上維持至少1毫米的披覆材料；準備支持元件(3)；將該披覆材料(2)接合到該支持元件(3)；將龜裂(4)引入該經結構化之披覆材料(2)裡。
  15. 根據申請專利範圍第14項的方法，其中該披覆材料(2)的該結構化是藉由沖蝕、線切割、研磨或分離而實行。
  16. 根據申請專利範圍第14項的方法，其中該披覆材料(2)的該結構化是藉由將輪廓化(profiled)的加壓工具壓入而實行。
  17. 根據申請專利範圍第14到16項中任一項的方法，其中在該披覆材料(2)的表面上引入該結構化，其在接合到該支持元件(3)之後是出現在該披覆材料(2)背對該支持元件(3)的表面上。
  18. 根據申請專利範圍第14到16項中任一項的方法，其中該披覆材料(2)對該支持元件(3)的該接合是藉由在溫度範圍從400℃到950℃的硬焊而實行。
  19. 根據申請專利範圍第14到16項中任一項的方法，其中該等龜裂(4)的該引入是由於從高溫冷卻而發生。
  20. 根據申請專利範圍第18項的方法，其中該等龜裂(4)的該引入是由於從硬焊溫度冷卻而發生。
  21. 根據申請專利範圍第14到16項中任一項的方法，其中它額外包括以下步驟：對該披覆源噴發顆粒。
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