[發明專利]管靶的制造方法

有效

• 申請號: 01143725.1
• 申請日: 2001-12-19
• 公開（公告）號: CN1363716A
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發明（設計）人: R·赫克;R·于特納;D·盧普頓;E·邁爾;P·麥恩茨;H·曼哈德特;B·施滕格;H·青格
• 申請（專利權）人: W.C.賀利氏股份有限兩合公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;B22D19/16;B22D27/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 蔡民軍,趙辛

發明領域

本發明涉及陰極濺射設備的管靶的一種制造方法。該管靶由一個金屬內管和一個同心包圍該內管的金屬外管組成。其中該內管用具有第一熔點T_S1≥900K的第一種材料，而該外管則用具有第二熔點T_S2≤800K的第二種材料制成，且該外管的內直徑與該內管的內直徑以形狀相合的方式進行機械的固定連接。此外，本發明涉及這種方法的應用。

技術背景

與平面靶比較，人們更越來越喜歡用管靶或旋轉靶來制造薄層，因為在沉積過程中(亦稱濺射過程)，管靶可達到更高的材料利用率。管靶用于在含氧氣氛下通過金屬的反應性濺來制造氧化薄層是特別有利的。其中，最好用低熔點金屬例如鋅、錫、銦、鉍或其合金的氧化物作為薄層來沉積。這類低熔點金屬在室溫或稍微增加溫度時在濺射過程中容易產生蠕變。在溫度等于或高于相應金屬的熔點溫度的40％時，就會產生蠕變。為了防止蠕變，用這類金屬制成的外管一般通過一個用較高熔點的材料制成的通常為冷態的內管來支撐。為了保證良好的熱傳導，必須達到具有良好附著強度的面連接。

US?5?354?446公開了管靶的不同制造方法，這種管靶具有一個內管或一個靶支撐管和一個外管或一個靶管，它們用軟的、低熔點的或易斷裂的金屬或合金制成。其中的一種方法是通過熱噴涂把外管涂敷到內管上。另一種方法是用一種銦焊料連接圓筒形外管和內管。此外，還述及了在內管和外管之間使用增強附著力的涂層，這種涂層可適應內管和外管之間的不同熱膨脹系數。還有一種方法是通過熱等靜壓力把外管涂敷到內管上。

上述各種方法都比較復雜，部分存在問題，而且價格昂貴。所以，內管和外管通過釬焊進行全面連接由于幾何條件一般是困難的。特別是，當焊接一個用低熔點材料制成的外管時，由于外管和焊料的熔點常常為很相似的溫度范圍，這種方法就變得特別困難。

在用熱噴涂堆焊外管時，外管的結構產生不均勻性。這種不均勻性是由于微孔形式的氣體夾雜、溶解形式的氣體夾雜或金屬噴涂層中的氧化粒子夾雜所引起的。此外，在熱噴涂時，由于工藝過程所需的各層的堆焊而在外管中產生薄殼狀的不均勻的結構。且在內管上附著不良。這種結構表明在陰極濺射過程中產生了不均勻的沉積速率。微孔中的氣體夾雜可導致爆破和材料剝落，因為陰極濺射是在真空中進行的。溶解的氧影響內部結構并在氧化物沉積時造成化學計量調節的困難。

通過鑄造制造圓筒金屬管也是人所共知的。例如DE?24?27?098、DE?35?32?131?A1和DE?42?16?870?A1分別公開了用鑄模制造金屬件的鑄造方法。為了制造盡可能均勻的定向結構，這些方法力求金屬溶液的定向凝固。金屬溶液的定向凝固是通過一個定向溫度場的冷卻來達到的，其中鑄模從下向上冷卻。溫度梯度例如是這樣達到的，即把鑄模沉入一個淬火槽中，用空氣冷卻或用加熱元件包圍。

EP?092?477公開了在一個鑄模中的鋼坯的垂直空心鑄件，其中采用了一根冷卻的金屬空心棒。為了冷卻，在空心棒中通入氣體或霧，氣體或霧從鑄模底部開始沿著空心棒向鑄模上側方向流動。在鑄模冷卻后，該空心棒粘附在鋼坯上，而不需要在這兩者之間構成象焊接或釬焊那樣產生的金屬連接。這樣就避免在鑄造時空心棒的斷裂或完全熔化以及澆注的鋼坯產生熱裂紋。

發明概述

本發明的課題是提出陰極濺射設備的管靶的一種簡單而經濟的制造方法，用這種方法可使具有熔點≤800K的被濺射的外管產生高純度和定向結構。此外，本發明的課題是提出這種方法的應用。

這個課題是這樣解決的，即；把第二種材料以熔融狀態澆入一個圓筒形的、加熱的豎放鑄模中來制成外管，其中鑄模具有一根加熱棒，該加熱棒由內管組成；在鑄模和內管之間的空腔用熔融狀態的第二種材料注滿后，在內管和鑄模之間產生第一溫度梯度；在鑄模的上側和下側之間產生第二溫度梯度；同時外管從里向外和從下向上進行冷卻。

這種方法的優點是，可進行鑄件的足夠補給并由此使縮孔減少到最低限度。夾雜的氣泡可向上從鑄模中排出。這樣就產生了定向的、很均勻的和光潔的柱狀晶粒結構，其中柱晶垂直于外管的表面排列。此外，在外管和內管之間產生金屬的連接，這樣的連接可達到高的附著強度和理想的熱傳導。

第二種材料最好在惰性氣體保護下或在真空中進行熔化并隨即通過一個流態金屬泵或虹吸管送入鑄模中，以便盡量避免氧化物或雜質的形成。