用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料及其制备方法和应用与流程

本发明属于金属材料加工
技术领域：
，具体涉及一种用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料及其制备方法和应用。
背景技术：
：银或银基合金制成的银基薄膜具有一些优异的性能，例如：反射率高、透射比高、消光系数低、导热性能高、电阻率低，还具有优异的表面平滑作用等。因此，银基合金被广泛的应用于光学记录介质的反射膜、半透射反射膜、热扩散薄膜、平板显示器的反射电极薄膜、电磁波屏蔽薄膜的制备等。如有机电致发光(有机el)显示器是一种自发光型平板显示器，因而它需要有银、铝、铬、钼等反射型金属膜构成的反射阳极膜达到有机el放射的光进行反射的目的。常用银、银基合金、铝或铝合金薄膜作为反射阳极膜，利用它们高反射率和低电阻率的特点，以达到反射阳极模的要求。其中，铝和铝合金的成本虽较低，但它们只能在特定的可见波长范围内具有80％以上的反射率，但银及其合金能够在400nm～800nm可见光波长区段内达到80％以上的高反射率。因而，常选用银或其合金作为显示器的反射阳极膜。银基薄膜长期暴露在空气中或者高温高湿环境下时，薄膜表面容易被氧化，且容易与空气中的h2s气体发生反应，生成晦暗色的硫化银。生成的硫化物或氧化物会吸收蓝光，使反射层中的蓝光波段反射率下降，进而使薄膜的反射率下降，此外还容易产生银晶粒生长或银原子凝聚等现象。因而银基薄膜会出现导电性和反射率下降，与底板的密合性劣化等问题。因此，在能维持银本身高反射率、低电阻率的同时，通过添加一些合金元素增强银的耐硫化性能和机械加工性能，从而开发一种新的银基合金。技术实现要素：针对银基合金靶材存在的一些不足之处，本发明的目的在于提供一种用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料及其制备方法和应用，通过添加一些合金元素进行合金化的手段进行增强银基合金溅射靶材的耐硫化性能、机械加工性能等。本发明的技术方案是：一种用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料，按重量百分比计，该银基合金靶材坯料中包含98.26wt％～99.465wt％的金属银和0.535wt％～1.74wt％的其他合金化元素，所述的其他合金化元素包含以下一种或两种以上元素的组合：cu、y、ni、ce、zn、al、mg、nd、si。所述的用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料，按重量百分比计，铜含量为0.5wt％～1.5wt％，钇含量为0wt％～1.0wt％，并含有以下附加合金化元素中的一种或两种以上：ni、ce、zn、al、mg、nd、si，附加合金化元素添加量合计0.035wt％～0.14wt％，余量为银。所述的用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)按配比用10-5精准天平准确称取各合金的所需金属元素的重量，使用带氩气保护装置的高频感应炉进行合金熔炼；首先，将金属铜放进石墨坩埚中升温至熔化，而后在1120℃±50℃时加入锌进行合金化熔炼，熔炼结束后将石墨坩埚降到冷却平台上，在热顶保护、永磁搅拌和定向强制冷却的条件下进行铸造成型，获得的铜锌合金坯料冷却至室温后取出进行轧制和剪切，制得铜锌二元中间合金备用，熔炼前通入足够长时间的高纯氩气，排尽熔炼炉内空气，并保持通高纯氩气至铸锭冷却到室温结束；(2)将银放入石墨坩埚中，使用带氩气保护装置的高频感应炉升温至熔化，根据需要在1500℃±50℃依次分别加入钇、镍、铜锌中间合金、铈、铝、镁、钕、硅元素进行合金化熔炼，利用光谱仪进行成分快速检测并调整成分，成分合格后准备进行铸造成型；熔炼前通入足够长时间的高纯氩气，确保排尽感应熔炼炉内空气；(3)银基合金熔炼结束后将石墨坩埚降到冷却平台上，在热顶保护、永磁搅拌和定向强制冷却的条件下进行铸造成型，制得银基合金靶材坯料，通高纯氩气至锭坯冷却到室温；(4)待锭坯降至室温后，取出银基合金靶材坯料，将冒口部位切除，根据需要切割成一定尺寸和形状的银基合金靶材坯料待用。所述的用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料的制备方法，该方法所用金属银、铜、钇粉、金粉、锌粉、铝粉、镁粉的重量纯度≥99.99％，该方法所用镍粉、铈、钕、硅的重量纯度≥99.95％。所述的用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料的应用，银基合金靶材坯料，经过加工处理后在真空磁控溅射中应用。本发明的设计思想是：本发明中，银具有反射率和透射比高、消光系数低、导热性能好、电阻率低等优异的性能，但是因银耐硫化和抗变色性能较差，易变色，导致薄膜的反射率降低。因此，需在尽量保持银优良性能的基础上，通过添加一些合金元素，提高银的抗硫化和抗变色能力。铜元素在银中固溶，可以防止晶粒的再结晶化，抑制反射率降低。钇元素可以改善银的抗硫化和抗变色性能。本发明中，cu在ag中固溶，具有提高晶粒的强度，防止再结晶化，抑制反射率下降的作用。cu的添加量超过3wt％时，银合金的反射率会有所降低，低于0.5wt％时，不能防止晶粒的再结晶化，所以不能抑制反射率的降低。另外，y可以改善银合金的抗硫化和抗变色能力。因此，本发明选用cu0.5wt％～1.5wt％，y0wt％～1.0wt％。本发明的优点及有益效果是：1、本发明通过不同的合金配比和制备方法，使生产出的银基合金靶材具有良好的耐硫化和较低的电阻率等优良性能。2、本发明的银基合金溅射靶材，主要用于电子产品显示器的反射膜。采用本发明的银基合金靶材，利用真空磁控溅射镀膜技术，可以获得耐硫化性较好、电阻率低、附着性好的银基合金薄膜。本发明银基合金靶材的各项指标满足国际标准，可以在市场中应用。附图说明图1为不同y添加量的ag0.5cu银基合金靶材坯料显微组织图；其中，a：1#；b：2#；c：3#；d：4#。图2为不同y添加量的ag0.5cu银基合金靶材坯料表面铸锭耐硫化试验随时间颜色变化。图3为不同y添加量的ag1.0cu银基合金靶材坯料显微组织图；其中，a：5#；b：6#；c：7#；d：8#。图4为不同y添加量的ag1.0cu银基合金靶材坯料表面铸锭耐硫化试验随时间颜色变化。图5为不同y添加量的ag1.5cu银基合金靶材坯料显微组织图；其中，a：9#；b：10#；c：11#；d：12#。图6为不同y添加量的ag1.5cu银基合金靶材坯料表面铸锭耐硫化试验随时间颜色变化。具体实施方式在具体实施过程中，本发明用于真空磁控溅射银基合金靶材坯料的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)按配比用10-5精准天平准确称取各合金的所需金属元素的重量，使用带氩气保护装置的高频感应炉进行合金熔炼；首先，将金属铜放进石墨坩埚中升温至熔化，而后在1120℃±50℃左右时加入锌进行合金化熔炼，熔炼结束后将石墨坩埚降到冷却平台上，在热顶保护、永磁搅拌和定向强制冷却的条件下进行铸造成型，获得的铜锌合金坯料冷却至室温后取出进行轧制和剪切，制得铜锌二元中间合金备用，熔炼前通入足够长时间的高纯氩气，排尽熔炼炉内空气并保持通高纯氩气至铸锭冷却到室温结束；(2)将银放入石墨坩埚中，使用带氩气保护装置的高频感应炉升温至熔化，根据需要，在1500℃±50℃依次分别加入钇、镍、铜锌中间合金、铈、铝、镁、钕、硅等元素进行合金化熔炼，熔炼一定时间后利用光谱仪进行成分快速检测并调整成分，成分合格后准备进行铸造成型；熔炼前通入足够长时间的高纯氩气，确保排尽感应熔炼炉内空气；(3)银基合金熔炼结束后将石墨坩埚降到冷却平台上，在热顶保护、永磁搅拌和定向强制冷却的条件下进行铸造成型，制得银基合金靶材坯料，通高纯氩气至锭坯冷却到室温；(4)待锭坯降至室温后，取出银基合金靶材坯料，将冒口部位切除，根据需要切割成一定尺寸和形状的银基合金靶材坯料待用。下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。实施例1熔炼结束后，按重量百分比计算，本实施例银基合金靶材坯料的具体化学成分如下：铜含量为0.5wt％；钇含量为0wt％～1.0wt％；附加合金化元素选自以下元素中的一种或两种以上：ni、ce、zn、al、mg、nd、si，添加量合计0.035wt％～0.14wt％；余量为银。注：合金含量均为质量百分比(wt％)经过打磨、抛光、腐蚀后，对合金坯料性能进行检测和测试，该实施例中银基合金靶材坯料的显微组织见附图1，随着元素y的添加量的增多试样晶粒尺寸变小；元素y的添加量1.0wt％的4#试样的晶粒明显细化，但有黑色团状物质析出。各银基合金靶材坯料表面颜色随时间变化见附表1和附图2，可以在此实施例中看出元素y的添加量为0.1wt％的银基合金靶材坯料的耐硫化性能较其他试样好。本实施例中，银基合金靶材坯料的电阻率依次分别为1.79×10-8ω·m、1.97×10-8ω·m、3.05×10-8ω·m、2.42×10-8ω·m，合金硬度依次分别为43.23hv、52.43hv、64.36hv、58.27hv。实施例2熔炼结束后，按重量百分比计算，本实施例银基合金靶材坯料的具体化学成分如下：铜含量为1.0wt％；钇含量为0wt％～1.0wt％；附加合金化元素选自以下元素中的一种或两种以上：ni、ce、zn、al、mg、nd、si，添加量合计0.035wt％～0.14wt％；余量为银。注：合金含量均为质量百分比(wt％)经过打磨、抛光、腐蚀后，对合金坯料性能进行检测和测试，该实施例中银基合金靶材坯料的显微组织见附图3，随着元素y的添加量增多银基合计靶材坯料的试样晶粒尺寸变小；元素y的添加量1.0wt％的8#试样有黑色团状物质在铸造组织的枝晶边界附近析出且分布较为均匀。各银基合金靶材坯料表面颜色随时间变化见附表2和附图4，可以看出元素y的添加量为0.1wt％的银基合金靶材坯料的耐硫化性能较其他试样好。本实施例中，银基合金靶材坯料的电阻率依次分别为1.73×10-8ω·m、2.53×10-8ω·m、2.96×10-8ω·m、2.32×10-8ω·m，合金硬度依次分别为48.16hv、55.68hv、70.16hv、69.76hv。实施例3熔炼结束后，按重量百分比计算，本实施例银基合金靶材坯料的具体化学成分如下：铜含量为1.5wt％；钇含量为0wt％～1.0wt％；附加合金化元素选自以下元素中的一种或两种以上：ni、ce、zn、al、mg、nd、si，添加量合计0.035wt％～0.14wt％；余量为银。经过打磨、抛光、腐蚀后，对合金坯料性能进行检测和测试，该实施例中银基合金靶材坯料的显微组织见附图5，元素y的添加量0.1wt％的10#试样晶粒尺寸变小，无析出相出现；元素y的添加量0.1wt％的11#试样的晶粒明显细化，有黑色团状物质在铸造组织的枝晶边界附近析出且分布较为均匀；元素y的添加量0.1wt％的12#试样的晶粒细化效果非常明显，同样有黑色团状物质析出且数量有所增多。各银基合金靶材坯料表面颜色随时间变化见附表3和附图6，可以看出元素y的添加量为0.1wt％的耐硫化性能较其他试样好。本实施例中，银基合金靶材坯料的电阻率依次分别为1.69×10-8ω·m、2.01×10-8ω·m、2.93×10-8ω·m、2.01×10-8ω·m，合金硬度依次分别为48.16hv、55.68hv、70.16hv、69.76hv。附表1不同y添加量的ag0.5cu银基合金表面抗硫化实验随时间颜色变化结果样品0h0.5h1h2h4h6h8h1#不变色不变色不变色微黄色黄色褐色黑褐色2#不变色不变色不变色不变色微黄色微黄色黄色3#不变色不变色微黄色浅黄色黄色紫褐色紫褐色4#不变色不变色微黄色黄色褐色紫褐色黑褐色附表2不同y添加量的ag1.0cu银基合金表面抗硫化实验随时间颜色变化结果样品0h0.5h1h2h4h6h8h5#不变色不变色不变色不变色微黄色褐色黑褐色6#不变色不变色不变色不变色不变色微黄色微黄色7#不变色不变色不变色不变色微黄色黄色紫褐色8#不变色不变色不变色微黄色微黄色紫褐色黑褐色附表3不同y添加量的ag1.5cu银基合金表面抗硫化实验随时间颜色变化结果样品0h0.5h1h2h4h6h8h9#不变色不变色不变色不变色微黄色微黄色黄色10#不变色不变色不变色不变色不变色不变色微黄色11#不变色不变色不变色不变色微黄色浅黄色浅黄色12#不变色不变色不变色不变色微黄色黄色紫褐色实施例结果表明，本发明通过各项检测和测试，可以看出y的添加量为0.1wt％，cu的添加量为1.5wt％时，该银基合金靶材坯料既有较好的耐硫化性能，又保持了银的低电阻率，同时细化了晶粒，能够满足银基合金靶材的所需性能要求，可以推广生产。当前第1页12