一种低成本真空镀膜用靶的制作方法

本发明涉及磁控溅射用管状靶材技术领域，更具体的说是涉及一种低成本真空镀膜用靶。

背景技术：

目前，在磁控溅射真空镀膜领域，无缝靶管和平面靶及多弧靶相比具有靶材利用率高、薄膜均匀的优点，铌、锆、钛、钽等稀有金属具有不同的特殊物理特性，是重要的镀膜材料。其中，铌元素在磁控溅射过程中产生的nb205是一种性能优良的电致变色材料，薄膜折射率较高，与si02等配合可制备具有不同折射率的薄膜，因此nb205薄膜应用越来越广泛，铌靶的需求也越来越多；锆、钛等金属则具有优异的耐酸耐碱特性，而且所生产的氮化物和氧化物薄膜具有强度高、色彩美观的特点，是重要的装饰性薄膜材料。

但是，稀有金属靶管成本高，一方面，稀有金属材料本身昂贵；另一方面管材加工过程中会产生大量车削料和边角料，导致生产成本显著升高；同时在溅射后的管靶上仍然剩余30～50％左右材料未进行利用，造成使用成本升高；另外，靶管中间管路中通有冷却液，靶体在使用过程中逐渐消耗变薄，管材质量稍有裂纹等瑕疵就会出现使用安全问题，因此对靶管的质量要求也是非常严格，从而也导致生产成本大幅上升。而稀有金属管靶的使用成本和生产成本昂贵，极大限制稀有金属管靶的推广。

因此，如何提供一种低成本真空镀膜用靶以降低生产成本、并提高稀有金属利用率是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种低成本真空镀膜用靶，增加了低成本材质作为内衬管，并采用了过渡层结构，有效解决了管靶在使用过程中可能出现的管体真空泄露和无法辨别靶材使用状态的情形，大幅降低了产品的综合成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低成本真空镀膜用靶，其特征在于，包括由外至内依次套接的靶体管、过渡层和内衬管；

所述靶体管两端设置管接头，可通过所述管接头与镀膜设备连接；

所述靶体管、所述过渡层以及所述内衬管的两端密封连接；

所述内衬管内形成冷却管路。

优选的，所述管接头为螺纹结构，且所述管接头用于连接所述靶体管和镀膜设备，材质与所述靶体管相同。

优选的，所述过渡层采用高分子树脂、石墨、无机盐、氧化物中的一种或多种组合。

上述优选技术方案的有益效果是：一方面过渡层可作为粘结剂，发挥连接作用，用于连接靶体管和内衬管，另一方面根据过渡层溅射的不同表现，可以把过渡层溅射表现作为靶体管消耗状态的指示指标。通过选用上述材料作为过渡层，可以起到防止内衬管消耗作用，并且防止镀膜因内衬管参与溅射而导致污染。在溅射镀膜的过程中，靶体管作为功能消耗材料，随着镀膜的进行，逐渐消耗，当消耗到过渡层时，电子束流遇到本发明的过渡层会发生不同的辉光和弧光特征，从而可以被操作人员观察到并及时鉴别，因此可以发挥指示作用。如过渡层为本发明的高分子树脂、无机盐、氧化物等不导电的材料时，电子束遇到过渡层时则不会产生辉光和弧光，而靶体的其他导电部位则有明显的辉光或弧光；当过渡层为本发明的石墨材料时，由于石墨导电性优于靶体管，则弧光或辉光更强烈，因此当电子束遇到过渡层时则会产生明显的光强差异。过渡层溅射表现出的不同表现，光强差异指示了靶体管的消耗情况，从而可以使使用者最大程度的消耗靶体管材料有效成分。本发明既可以防止因靶材过渡消耗到达内衬管溅射，造成膜层的污染；又无需为防止过渡消耗靶体造成冷却管路中冷却液泄露而大量预留靶体材料造成靶体管浪费。

优选的，所述过渡层采用高分子树脂。

上述优选技术方案的有益效果是：由于高分子材料不导电，如上所述可根据镀膜过程中电子束遇到过渡层时不会产生辉光和弧光，而靶体的其他导电部位则有明显的辉光或弧光，光强差异便于操作人员观察靶体管的消耗情况；同时，高分子材料价格低廉，熔点低，易于涂覆于或嵌套于内衬管的表面，便于工程实施。

优选的，所述过渡层采用石墨。

上述优选技术方案的有益效果是：石墨除了具有上述明显的镀膜过程中的光差异外，同时具有防止镀膜腔体污染的功能。由于石墨具有高熔点和高沸点以及散热效率高的特点，一方面保护了镀膜腔体的气氛环境，一方面使得靶体管的温度场更加均匀一致，有利于镀膜的稳定。

优选的，所述过渡层采用的石墨以石墨箔的形态包裹到内衬管上。

优选的，所述过渡层采用无机盐或氧化物中的一种或多种组合。

上述优选技术方案的有益效果是：过渡层选用无机盐、氧化物，具有沸点高不易蒸发或溅射的特性，可以作为阻挡层不参与镀膜的过程，从而可以保护镀膜腔体免受杂质元素的污染，并可以最大限度的使用靶体管材料，避免材料浪费，降低综合成本。

优选的，所述氧化物包括氧化钛、氧化锆、氧化铌、氧化钽、氧化钼中的任一种。

进一步优选的，所述过渡层为所述靶体管组成材料的氧化物。

当过渡层优选靶体管组成材料的氧化物，如钛靶体管选用氧化钛作为过渡层，锆靶体管选用氧化锆作为过渡层，铌靶体管选用氧化铌作为过渡层，钽靶体管选用氧化钽作为过渡层，钼靶体管选用氧化钼作为过渡层，铬靶体管选用氧化铬作为过渡层。一方面，过渡层难于蒸发或溅射，从而具有阻挡功能；且即便有少量溅射进入腔体中，也可以避免异质元素的污染。比如钛靶体管镀膜过程中，通常需要通入氧气形成氧化钛膜层，此时选用氧化钛作为过渡层，即使造成过渡层的氧化钛蒸发或溅射也与靶体管形成的膜层相同，从而避免污染。

此外，当选用氧化物层作为过渡层时优选采用热喷涂工艺制备，以便增强过渡层的附着力，避免过渡层脱落。

同时，本发明的一种低成本真空镀膜用靶，所述过渡层也可以采用高分子树脂、石墨、无机盐、氧化物中的多种组合。

优选的，所述密封连接包括焊接、铜圈密封连接、橡胶圈密封连接或聚四氟乙烯密封连接。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明内衬管所形成的冷却管路在镀膜过程中通有冷却液对靶体管进行冷却，以便形成稳定的温度场，使镀膜过程稳定。过渡层和内衬管的两端通常也是浸于冷却液当中，为防止冷却液进入过渡层，本发明的密封结构具有阻止冷却液渗入的作用。

优选的，密封连接为通过焊接密封。

上述优选技术方案的有益效果是：焊接密封不受温度和形变的影响，更加稳定可靠。本发明通过密封连接可防止冷却管路内的冷却液体泄漏；且避免靶体管消耗后冷却管路通过过渡层与靶体管连通，从而造成冷却液体泄露，进而破坏和污染真空镀膜腔体。

优选的，所述靶体管采用钛、钛合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌、铌合金、铬、铬合金、钼、钼合金、高纯铜、银中的任一种材料。其中，所述高纯铜是指纯度在99.99％以上的铜。

优选的，所述内衬管采用不锈钢、碳钢、铜、铜合金、铝、铝合金中的任一种材料。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明由于采用了低成本且压延特性优异的不锈钢、碳钢、铜及铜合金、铝及铝合金等制成内衬管，不仅降低了材料成本，而且更好的保证了内衬管的质量，大大降低了对靶体管的质量要求，尤其对裂纹缺陷的要求大幅降低，因此一方面大幅改善了传统靶管由于管体裂纹等缺陷造成靶材寿命短且影响真空设备使用安全等缺陷，另一方面也大幅降低了靶体管的生产生产成本。

优选的，所述低成本真空镀膜用靶采用轧制压延而成。

当内衬管与靶体管通过过渡层连接后，采用轧制压延而成，可以减少内衬管、靶体管以及过渡层之间的间隙，有益于冷却管路中的冷却液对靶体管进行有效冷却，从而有利于镀膜稳定性。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种低成本真空镀膜用靶具有如下有益效果：

(1)本发明采用低成本材质作为内衬管，不仅降低了生产成本，而且更好的保证了内衬管的质量，大大降低了对靶体管的质量要求，从而大幅改善了由于管体裂纹等缺陷造成靶材寿命短，提高了真空设备使用安全，大幅降低了产品生产成本；

(2)同时，本发明采用了过渡层结构，可以最大程度的消耗靶体管有效成分，既可以防止靶体管消耗过渡而到达内衬管，造成膜层的污染；又无需为防止过渡消耗靶体管造成管壁穿透而致使冷却液泄露而预留量太大，可最大限度的使用靶体管，避免造成靶体管浪费，降低综合成本；

(3)另外，本发明提供的低成本真空镀膜用靶特别适合于稀有金属材质的靶管材产品，可有效降低生产成本，靶体管材质优选为钛、钛合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌、铌合金、铬、铬合金、钼、钼合金、高纯铜、银中任的一种。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例1～3提供的低成本真空镀膜用靶的结构示意图。

在图中：1为管接头、2为靶体管、3为内衬管、4为密封连接、5为过渡层、6为冷却管路。

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

如图1所示本发明实施例1公开了一种低成本真空镀膜用靶，包括由外至内依次套接的靶体管、过渡层和内衬管；内衬管的中空结构形成冷却管路。

其中，靶体管两端设置螺纹结构，可通过螺纹结构与镀膜设备的镀膜腔体进行连接，方便拆卸连接；且靶体管外径为160mm、壁厚为10mm、长度为1600mm，材质为纯锆。

其中的内衬管采用6061铝合金制成，外径为139.5mm、厚度为6mm、长度为1600mm。

过渡层采用石墨箔嵌套而成，厚度为0.5mm。

而且，靶体管、过渡层以及内衬管的两端通过圆形硅胶密封圈弹性压接而成，胶圈直径0.8mm、压入靶体管和内衬管之间。

相对而言，目前行业中常规采用外径160mm、内径127mm、长度1600mm的纯锆靶材作为真空镀膜用靶。

将本发明实施例1公开的真空镀膜用靶与本领域常规的锆靶管相比，锆材用量减少了35％。由于本发明采用的是轧制工艺成熟，质量稳定价格低廉的铝管，大大降低了管材质量不稳定造成的冷却液泄露的问题，并大幅降低了生产成本。

同时，由于本发明采用了石墨箔作为过渡层工艺，靶体管在真空镀膜使用过程中，由于逐渐消耗而裸露出过渡层，石墨为电的良导体而在裸露区观查到更为强烈的弧光，从而形成使用状态标识。

另外，通过胶圈密封，可以有效防止冷却液在靶体管消耗裸露出内衬管的情况下，通过过渡层渗漏入真空腔体，保证了本产品的安全使用。

由此，镀膜操作人员可以最大限度的使用靶材，由于石墨熔点和沸点均远远高于锆金属而对镀膜真空腔体污染较小，操作人员可以根据需要停止溅射镀膜。

本实施例，内衬管选用铝材，过渡层为石墨，均为热的良导体，具有优异的热传导和散热功能，对靶体管具有更佳的散热效率，从而镀膜工艺更加稳定，膜层更佳均匀一致。

因此相对于传统靶材，整体成本会下降30％以上，而且改善了产品质量和使用稳定性。

实施例2

如图1所示，本发明实施例2提供了一种低成本真空镀膜用靶，包括由外至内依次套接的靶体管、过渡层和内衬管；内衬管的中空结构形成冷却管路；靶体管与内衬管通过过渡层依次套接后，进行轧制压延，得到产品的最后尺寸。

其中，靶体管两端设置螺纹结构，可通过螺纹结构与镀膜设备的空镀膜腔体进行连接，方便拆卸连接；且靶体管外径为160mm、厚度为10mm、长度为1600mm，材质为纯钛；

其中的内衬管采用q235无缝钢制成，外径为136mm、厚度为3mm、长度为1600mm；

过渡层是采用氧化钛喷涂而成，厚度为2mm；

而且，靶体管、过渡层以及内衬管的两端通过氩弧焊接密封。

相对而言，目前行业中常规采用外径160mm、内径130mm、长度1600mm的纯钛靶材作为真空镀膜用靶。

将本发明实施例2公开的真空镀膜用靶与本领域常规的钛靶管相比，钛材用量减少了30％。由于本发明采用的是轧制工艺成熟，质量稳定的无缝钢管，大大降低了管材质量不稳定造成的冷却液泄露的问题，提高了产品的质量。

同时，由于本发明采用了喷涂氧化钛过渡层工艺，靶体管在真空镀膜使用过程中，由于逐渐消耗而裸露出过渡层，氧化钛由于不导电而在裸露区观查不到弧光，从而形成使用状态标识。

本实施例所镀膜层为钛金属膜层和氧化钛的混合膜层，过渡层少量的氧化钛被溅射到膜层中也不会污染膜层质量，保证了产品质量。

另外，通过焊接密封，可以有效防止冷却液在靶体管消耗裸露出内衬管的情况下，通过过渡层渗漏入真空腔体，保证了本产品的安全使用。

由此，镀膜操作人员可以最大限度的使用靶材，而且不会污染真空腔体，可以根据需要停止溅射镀膜。因此相对于传统靶材，整体成本会大幅下降20％以上，而且改善了产品质量和使用稳定性。

实施例3

如图1所示，本发明实施例3提供了一种低成本真空镀膜用靶，包括由外至内依次套接的靶体管、过渡层和内衬管；内衬管的中空结构形成冷却管路；靶体管与内衬管通过过渡层依次套接后，进行轧制压延，得到产品的最后尺寸。

其中，靶体管两端设置螺纹结构，可通过螺纹结构与镀膜设备的空镀膜腔体进行连接，方便拆卸连接；且靶体管外径为160mm、厚度为10mm、长度为1600mm，材质为纯铌；

其中的内衬管采用304无缝不锈钢制成，外径为136mm、厚度为3mm、长度为1600mm；

过渡层是采用氧化铌与氧化硅的混合粉体喷涂而成，重量比例为5:1，厚度为2mm；

而且，靶体管、过渡层以及内衬管的两端通过氩弧焊接密封。

相对而言，目前行业中常规采用外径160mm、内径130mm、长度1600mm的纯钛靶材作为真空镀膜用靶。

将本发明实施例3公开的真空镀膜用靶与本领域常规的铌靶管相比，铌材用量减少了30％。由于本发明采用的是轧制工艺成熟，质量稳定的无缝不锈钢管，大大降低了管材质量不稳定造成的冷却液泄露的问题并降低了成本，提高了产品的质量。

同时，由于本发明采用了喷涂过渡层工艺，靶体管在真空镀膜使用过程中，由于逐渐消耗而裸露出过渡层，过渡层由于不导电而在裸露区观查不到弧光，从而形成使用状态标识。

本实施例使用了氧化铌和氧化硅混合粉体，而氧化硅的熔点只有1723℃，溅射过程中的温度高达2000到3000℃，因此氧化硅在高温条件具有粘结剂的作用，进一步避免了过渡层的脱落，而对镀膜腔体的污染。

另外，通过焊接密封，可以有效防止冷却液在靶体管消耗裸露出内衬管的情况下，通过过渡层渗漏入真空腔体，保证了本产品的安全使用。

由此，镀膜操作人员可以最大限度的使用靶材，而且不会污染真空腔体，可以根据需要停止溅射镀膜。因此相对于传统靶材，整体成本会大幅下降20％以上，而且改善了产品质量和使用稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。