增强镀膜玻璃耐磨和耐腐蚀性能的溅射靶材及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及IPC分类HOlB介电材料的选择或者C23C对金属材料的镀覆技术，属于镀膜玻璃制造技术，尤其是增强镀膜玻璃耐磨和耐腐蚀性能的溅射靶材及制造方法。
【背景技术】
[0002]近二十年来，革El材派射镀膜技术在国内的低福射玻璃、减反射玻璃和透明导电玻璃领域得到了广泛的应用，推动了多功能玻璃和节能玻璃行业的迅速发展。
[0003]低福射玻璃也称Low-E玻璃，Low-E是英文Low-Emissivity的简称。目前行业内普遍以SnO2S SiNx膜做为Low-E玻璃的顶层保护层，玻璃镀膜后，通常需要进行切割、磨边、钢化、合成中的几种再加工工序。该镀膜玻璃主要应用在建筑用门窗、幕墙玻璃和汽车挡风玻璃上，既保持了良好的可见光透过率，又能有效降低红外线的热辐射，起到美观、环保和节能的效果。真空磁控溅射方法生产的离线Low-E镀膜玻璃，可以通过不同的膜层设计得到多种光热性能适应不同气候不同地区的需求。市场批量生产的，一般以金属Ag为功能层，可以是单层Ag膜、双层Ag膜和多层Ag膜，并在Ag层两侧设计阻挡层和介质层，阻挡层防止玻璃中Na+的渗出和Ag的氧化，介质层增强结合力，调整颜色和透过率，顶层通常以SnO2S SiNx作为保护层。Low-E玻璃的钢化要在钢化炉内加热到(600?650) °C，通过自身的形变消除内应力，出炉后用多头喷咀向镀膜玻璃吹高压冷空气冷却至室温。经历温度变化，膜层容易发生氧化和脱落，使镀膜玻璃的颜色和光学性能发生改变而报废。
[0004]在镀膜玻璃的边部处理如切割和磨边过程中，镀膜面很容易在在加工过程中发生刮伤、划伤，导致成品率大幅下降。据一些生产厂家统计因为玻璃膜面划伤而造成的废品率超过3 %，月报废玻璃达数千平方米。同时，现有技术中，镀膜玻璃耐候性较差，在空气中放置膜层就会发生氧化或脱膜造成报废，因此需要在镀膜后立即做贴膜保护，进入下一工序前除膜，并需要在7天内合成中空。考虑装卸、运输和加工时间，给异地深加工造成困难。
[0005]减反射(Ant1-Reflect1n)玻璃是在超白浮法玻璃上制备不同光学材料的膜层，利用光的干涉相消原理使镀膜玻璃的光透过率达到95%以上，反射率低于4%，主要用于显示器件保护屏如LCD电视、PDP电视、电脑显示屏、高档仪表面板、触摸屏、相框玻璃等提高透射率降低反射率的电子产品。
[0006]透明导电玻璃又称TCO玻璃，TCO是英文Transparent Conductive Oxide的缩写，高透过率(Tavg > 80% )和高的导电性(R < 10 3Ω.cm)是TCO玻璃的性能特点，它广泛应用于薄膜太阳能、显示器和触摸屏等领域。主要离线镀膜工艺是在超白浮法玻璃上镀制ITO、AZO膜层，ITO的透明导电性好，硬度高，但材料昂贵，成本高；ΑΖ0成本低、透明导电性好、易于实现掺杂引起业内越来越多的关注。要实现镀膜功能和膜层系列的多样化，靶材的材料性能、靶材质量和制备技术起着重要的作用。
[0007]根据溅射镀膜线的阴极结构不同，所述靶材包括旋转靶材和平面靶材两种形状。
[0008]相对于平面靶材，旋转靶材有很多优点，I)平面靶材利用率低，最高能达到(35?40) %，因此更换频繁，对于规模化生产会增加工序工时且不利于设备维护，影响产能。而旋转靶材利用率高，可以达到80%以上，维护周期长，产能高，有效改善了平面靶材；2)旋转靶材的溅射部位随着靶材的连续旋转不停地移动变换，有效地减少了打弧和表面掉渣，工艺稳定性好等。3)旋转靶材冷却效果更好，表面热量不容易积累，减少了高温引起的靶材熔化、软化、变形等异常，有利于镀膜线的连续生产。
[0009]靶材有整体式和拼接式。目前靶材的制备方法有:热等静压法、烧结法、喷涂法和浇铸法，不同的工艺使用不同的设备，适合不同的特性的材料，有些材料和工艺设备的限制，例如热等静压法、烧结法能制备的单节靶材的长度有限，就需要多段拼接Bonding在衬管或衬板上以达到靶材的长度要求，制成大尺寸旋转靶材或平面靶材，这样增加了生产的步骤，提高了靶材生产的成本。
[0010]等离子喷涂旋转靶材，是将金属或非金属喷涂粉在等离子焰流中加热到熔化或半熔化状态，并随同等离子焰流，以高速喷射并沉积到预先经过处理过的工件表面上，随着往复持续的喷涂，可以得到一定厚度的靶材。由于等离子喷涂温度高，可以喷涂大部分的难熔金属及陶瓷粉末；并且喷涂过程为一次成型，喷涂靶材的尺寸不受限制，步骤简单，方便灵活。
[0011]浇铸旋转靶材，是将低熔点金属或合金升温加热到熔化状态，再浇铸到不锈钢管外壁和外模具之间的空腔内，冷却凝固成高密度中空管状靶材，经过机械加工得到靶材成品。对于几米长度的大尺寸靶材，温度的控制、靶材材料和钢管的粘结率以及安全简易脱模是制备浇铸旋转靶材的难点。同样的原理，浇铸工艺也可以制备平面靶材，使用的是平面模具或直接浇铸到底板上获得半成品，再通过机械加工做出靶材成品。
[0012]由此可见，各类镀膜玻璃普遍存在易划伤和腐蚀报废的问题，限制了镀膜玻璃的使用寿命和深加工的良品率。需要解决和优化的技术问题是:提高玻璃镀膜层的耐磨性和抗划伤性能，降低镀膜玻璃加工过程中的报废率。增强镀膜玻璃的耐候性，在空气中存放不氧化，钢化过程不氧化，镀膜玻璃可长期存放，保证镀膜玻璃的装饰性和光学性能的稳定。
[0013]在改进技术中，关于靶材的制造方法的改进能够经济而直接的取得应用层面的效果。然而，已公开问现在这一方面提供的参考和启示极少。
[0014]中国专利申请201410841672.5提供了一种导电氧化锆旋转靶材，该靶材成分为ZrOx，所述革巴材密度为(5.18?5.8)g/cm3，其中，1.2 < X < 1.8。还提供了一种导电氧化锆旋转靶材的制备方法，包括:氧化锆喷涂粉的制备；喷涂基体的处理；喷涂打底层；用等离子喷涂工艺在喷涂基体上喷涂氧化锆涂层。
[0015]本发明所述的导电锆基靶材，靶材形状不受限制，可以制成平面靶和旋转靶，靶材结构致密、成分均匀、导电性好、无裂纹，密度为(5.3?5.9)g/cm3。使用该锆基靶材可制备出高硬度、高韧性的锆基薄膜，有效保护镀膜玻璃不被划伤和腐蚀，增强镀膜玻璃的使用寿命O
[0016]中国专利申请200910112272.X涉及一种氧化铝靶材和该靶材制备的透明导电薄膜。采用冷等静压成型、真空高温烧结制备出高质量的氧化铝陶瓷靶，该靶纯度高于99.9% ,相对密度大于99%。使用该氧化铝陶瓷靶和氧化锌靶或锌靶采用多靶共溅射技术，在多种衬底上制备AZO透明导电膜。该工艺制备的AZO透明导电膜透过率高而且铝含量和电阻率连续可调；在(400?1000)nm范围平均透过率大于80%，电阻率可低至3.38X 10 4 Ω.cm。
【发明内容】
[0017]本发明的目的是提供一种增强镀膜玻璃耐磨和耐腐蚀性能的溅射靶材及其制造方法，以在玻璃镀膜过程中增加该靶材材料的溅射，达到增强玻璃耐磨性和耐腐蚀性能的效果。
[0018]本发明的目的将通过以下技术措施来实现:
[0019]尤其是，制备一种高密度锆基材料的靶材，该靶材材料硬度高，韧性好，有良好的溅射性能，溅镀速率为(0.5?1.0)nm*m/min，能满足镀膜玻璃批量生产的要求。镀制的膜层厚度为(10?30)nm，可以增强镀膜玻璃在各种深加工过程中的抗划伤和耐腐蚀性能。
[0020]尤其是，用造粒团聚的锆基粉末为原料，用冷喷涂的方法喷涂在粗化处理的不锈钢衬管上，再机械加工制成锆基旋转靶材，靶材厚度(I?20)mm，长度可达到4m，靶材密度(5.6 ?5.9) g/cm3，相对密度> 95%。
[0021]尤其是，用造粒团聚的锆基粉末为原料，在常压下用等离子喷涂的方法喷涂在粗化处理的不锈钢衬管上，再机械加工制成锆基旋转靶材，靶材厚度(I?20)mm，长度可达到4m，靶材密度(5.3?5.9)g/cm3，相对密度> 90%。
[0022]尤其是，用造粒团聚的锆基粉末为原料，用粉末冶金的方法制成靶块，再采用多块拼接Bonding在衬板上制成大尺寸错基平面勒材，勒I材厚度(3?20)mm，勒I材密度(5.6?5.9) g/cm3，相对密度> 95%。
[0023]本发明的优点和效果:靶材结构致密、成分均匀、导电性好、无裂纹，靶材形状和规格不受限制，可以制成平面靶