采用钛与铝材料的混合物涂覆的衬底，制备该衬底的方法和钛与铝金属的阴极靶材技术

公开了用于溅射含钛铝材料的吸收涂层的钛铝阴极靶材，溅射气氛中包含惰性气体、反应性气体如氮气、氧气和它们的混合物，该混合物中还可以含有惰性气体如氩气，以形成氮化物、氧化物和氮氧化物以及金属薄膜。含钛铝涂层可以用来作为涂层叠层的一个外覆层或者作为一个或多个涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,制备该衬底的方法和钛与铝金属的阴极靶材的制作方法相关申请的相互参考本申请要求2003年3月28日提交、系列号为60/458,819的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请通过引用全部并入本文。
技术介绍
1.专利
本专利技术一般涉及衬底上包含钛与铝的涂层，涂覆这类混合物的方法，以及作为溅射靶材的含钛与铝的材料。2.技术者虑的描述在较大面积衬底上沉积含特定类型的金属或金属氧化物的涂层的技术包括各种方法，例如气相沉积如化学气相沉积；喷涂热解；溶胶-凝胶和溅射，如磁控溅射气相沉积(″MSVD″)。由于被涂覆衬底尺寸较大，故约1平方英尺(30平方厘米)或更大的较大面积衬底带来的挑战是如何经济地使涂覆衬底具有一致的制备质量。较大面积涂层中的涂覆均匀性保持一致和减少缺陷要求设备能够处理较大衬底和涂覆材料量和制造被涂覆衬底。这样的设备通常购置和运行费用都更加昂贵，因此，为了经济高效地生产，设备必须高效率地运行。衬底上含特定金属(金属和/或金属氧化物)的涂层可以作为多层涂层存在，多层涂层中，每一层包含通过一次或多次涂覆涂层材料或前体形成的相同或不同材料。此外，涂层中的一层可以具有通过不止一次涂覆相同或不同材料形成的一个或多个薄膜。衬底上多层涂层的实例是一般通过溅射沉积在玻璃和塑料衬底上的传统银基低辐射率涂层。在较大表面积衬底，如透光材料如塑料或玻璃的薄片或板材上溅射金属和金属氧化物时，已使用特定金属的阴极靶材用来作为金属或金属氧化物沉积在衬底上。对于较大面积的塑料和玻璃衬底，例如表面积至少1平方英尺(30平方厘米)浮法玻璃，已使用细长的阴极靶材。靶材被拉长至与待涂覆衬底长度或宽度基本相同。例如，Szczyrbowski等的美国专利4,990,234和5,170,291以及Finley的美国专利5,417,827均公开了在氧化性气氛中溅射二氧化硅和硅化物，例如过渡金属硅化物(NiSi2)，以沉积介电氧化物膜。Narizuka等的美国专利5,320,729公开了一种溅射靶材，采用该靶材能够制备由硅、钛和铝以及氧组成的高电阻率薄膜。靶材通过以下步骤形成选择硅粉末以及钛和铝二氧化物粉末的颗粒尺寸，通过加热将粉末干燥，并且混合已干燥粉末，获得含20-80wt.％硅，例如50-80wt.％硅，余者为钛和铝二氧化物的混合粉末，将混合粉末填装在模具中，并且通过热压对填装粉末进行烧结，制备出具有两相混合结构的靶材。该溅射靶材用于制造薄膜电阻器和电路。各种金属材料的溅射阴极靶材可用于真空溅射低辐射率(″Low-E″)的涂层叠层，该叠层通常具有下述一般涂覆序列S/(D1/M/P/D2)R，其中S是衬底，例如透明衬底如玻璃；D1是第一个透明介电层，通常是金属氧化物，可以包括一个或多个透明介电薄膜；M是红外反射层，通常是银或其它贵金属；P是保护下面红外反射层的底层；D2是与D1类似的第二个透明介电层；以及R是等于或大于1的整数，为上述各层的重复个数。介电层D1和D2调整涂层叠层的光学性能。这些层也对脆弱的红外反射层提供某种物理和化学保护。不幸地，许多工艺简单、成本有效的介电材料通常也容易发生磨损和腐蚀。例如，氧化锌，如美国专利5,296,302公开其通常形成一种晶态薄膜，容易受到酸碱攻击；氧化铋通常形成非晶态薄膜，会在某些酸中溶解；氧化锡通常形成非晶态薄膜，容易在某些碱性环境中受到攻击。P底层或者阻挡层，目前的认识是加入到这类低辐射涂层中，以保护M层或薄膜在溅射期间不发生氧化。M层，如银，在沉积其上覆盖的介电层或薄膜期间如果氧与反应气体的比例高，如大于气体体积的20％，则容易破损。底层可以由纯金属层或陶瓷层构成，其通过优先氧化起牺牲层作用，以保护下面的银层或薄膜。一般地，如果低辐射涂层要在玻璃制造工艺，如钠钙玻璃的弯曲和刚化的高温(最高达650℃或1202°F)下保持完好，则要求底层较厚。为了降低腐蚀，某些Low-E涂层叠层具有由耐化学腐蚀的介电层构成的保护覆盖外层。该层具有满意的光学性能、可操控的溅射沉积特性，并且与涂层叠层中的其他材料相容。美国专利4,716,086和4,786,563中公开的二氧化钛薄膜是具有上述性质的保护薄膜。其它耐化学腐蚀的材料存在局限性，例如溅射难度更大。加拿大专利2,156,571中公开的氧化硅、美国专利5,425,861；5,344,718；5,376,455；5,584,902和5,532,180以及PCT国际公开No.WO95/29883中公开的氧化铝和氮化硅均为这类材料的实例。溅射多层银基低辐射涂层以及具有这些涂层的玻璃应用在汽车和窗用玻璃场合。已知底层在高温加工期间继续氧化，理想的是，为了减少底层对可见光的吸收，氧化继续直至完全。该效应最好用于能够形成低吸收系数的金属氧化物的金属如钛和铝。对于窗玻璃性能场合，这会导致更高的可见光与红外光的透射率。如果继续氧化超出底层完全氧化的程度，则涂层会劣化，性能下降。介电层中的金属离子能够与银层发生互扩散，非常确定的界面会变得模糊不清。这会导致抗反射性能的损失和连续银层的丧失。底层的氧化程度与几个因素有关，包括金属的活性(Gibbs自由能)、加热期间形成的氧化物密度，和氧在氧化物或金属中的扩散或溶解。例如，小于约20埃的薄膜中的金属如钛，在达到热稳定相TiO2之前将经历几个氧化状态。钛是低辐射多层涂层中底层材料的优选选择。更耐化学腐蚀和/或更机械耐久的涂层将会带来金属和金属涂层以及多层涂层技术的进步，前述涂层可以用作衬底或者多层涂覆衬底的保护覆层，或者，也可以作为衬底上多层涂层中的介电层或底层。专利技术概述本专利技术涉及在尺寸可以大于至少1平方英尺(30平方厘米)的平面和/或曲面衬底上的由至少含钛与铝材料的混合物构成的涂层。在本专利技术的一个非限制性实施方案中，含钛与铝的涂层(″Ti-Al涂层″)中，对于含钛与铝材料的混合物(″含Ti-Al材料″)而言，含钛材料与含铝材料的重量比分别为约99∶1至1∶99的范围，例如40-80钛比20-60铝，例如50-80钛比20-50铝，例如50-70钛比30-50铝，例如60-70钛比30-40铝。含Ti-Al材料可以采用本领域目前周知的几种涂覆技术，例如(但不限于此)气相沉积、喷涂热解、溶胶凝胶和/或溅射方法进行涂覆。平面和/或曲面衬底可以是(但不限于此)非金属未涂覆衬底、塑料、PET、玻璃、透光衬底以及已进行各种涂覆的平面、弯曲或异形的上述衬底或类似物。在本专利技术的一个非限制性实施方案中，Ti-Al涂层通过溅射来自阴极靶材的含Ti-Al材料沉积而成。这些靶材可以是由至少钛和铝的混合物或合金构成的拉长的平面或柱状靶材。靶材也可以含有其他材料，例如过渡金属，像硅、硅-过渡金属，或者过渡金属和/或硅。这些靶材也可以存在影响阴极靶材导电性的其他材料。由钛和铝的混合物构成的靶材可以在包括惰性气体、氮气、氧气和/或其混合物的气氛中进行溅射，在衬底上制备包括氧化物、氮化物和氮氧化物的含钛和铝金属的涂层，以及金属薄膜。本专利技术的钛和铝金属阴极靶材组合物含有足够的金属，以提供靶材的稳定性和希望的溅射率。含钛和铝的靶材作为氧化物、氮化物和/或氮氧化物材料非常硬且耐化学腐蚀，可以溅射制备机械和/或化学耐久的钛和铝的混合物或合金的复合涂层。当Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细长的阴极靶材，其含有１－９９重量％钛和１－９９重量％铝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JJ芬利，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]