一种高利用率的贵金属靶材的制备方法及贵金属靶材技术

本发明专利技术公开了一种高利用率的贵金属靶材的制备方法及贵金属靶材，该制备方法包括根据溅射靶面被刻蚀区的刻蚀规律，得到刻蚀区的最终形状；根据溅射镀膜机的靶座规格，将靶材设计成与刻蚀区的最终形状相反的环形凸起结构，得到第一种靶材结构；将第一种靶材结构分为多个部分，得到第二种靶材结构；根据第二种靶材结构，制作靶材

【技术实现步骤摘要】
一种高利用率的贵金属靶材的制备方法及贵金属靶材


[0001]本专利技术涉及贵金属靶材
，尤其涉及一种高利用率的贵金属靶材的制备方法及贵金属靶材
。

技术介绍

[0002]真空磁控溅射广泛应用于产品表面的镀膜，它具有绿色环保
、
膜层性能优良
、
膜种范围广等优点
。
其中，贵金属溅射镀膜是重要的一类镀膜材料，在航空航天
、
信息
、
电子
、
生物医学
、
装饰等领域应用广泛
。
迄今，在装饰领域的溅射镀膜大都采用平面靶，靶材在溅射过程中，氩气被撞击离化，氩离子在偏压作用下高速撞击靶面，在表面形成刻蚀
。
由于电子被约束在靶面附近形成环形螺旋状轨迹，因而靶面形成的是有一定宽度的环形刻蚀区，且在刻蚀区中心被刻蚀程度最深
。
以此为中心向两侧逐渐减浅，因而形成了类似宽口浅坑的
U
形刻蚀槽
。
而在靶面的其他部位则很少被刻蚀到
。
但是，一旦刻蚀槽中央被刻穿，靶材就不能再用了
。
因此这种平面状靶材的利用率不足
30
％，而且也影响覆膜质量
。
[0003]对于贵金属而言，这种低利用率大大增加了镀膜成本，它需要将靶材从铜背板上剥离下来，送专业提纯厂进行提纯回收后，再采用纯贵金属与中间合金配制靶材，这些加工制造过程都涉及贵金属的损耗以及加工费用
。<br/>因此，如何在不影响镀膜质量的前提下高质量对靶面进行快速修复，成为业界急需解决的难题
。
少数研究人员开展了相关研究，取得了部分成果
。
例如专利
CN1608141A
公开了一种废弃溅射靶的修复方法，它采用热等静压或
HIP
技术，用新的溅射靶材料填充靶的损耗区，来修复废弃的溅射靶
。
上述技术主要针对靶材使用后的修复问题，尽管在一定程度上提高了靶材利用率，但是仍存在以下方面的问题：一是靶材的一次投入大
。
由于靶材的结构均为传统的平面靶，靶材各部位的厚度一致，而为获得较长的使用时间，靶材的初始厚度不能太薄
。
这就导致靶材的贵金属重量激增，这就大大增加了企业的一次性投入和资金成本，对以中小微企业为主的珠宝产业来说，这种过大的一次性投入是难以承担的
。
二是靶材的修复率是有限的
。
因为每次修复，只能将被刻蚀的凹槽区域填平，而被刻蚀的区域体积占比本来就低，因而修复的性价比相对新制作的靶材而言并不占明显优势，甚至比制作新的靶材更加复杂
。
例如，要先准确获得刻蚀槽的形状，并制作出与之完全匹配的修复体
。
这是难度非常大的工程，因为靶材在使用后的刻蚀槽并不规则，加工对应性好的修复体具有很高的要求
。
[0004]研究表明，旋转靶可以明显提高靶材利用率
。
但是，现有镀膜设备都是基于平面靶制作的，要将其改成旋转靶的结构，技术难度和投入都很大
。
另外，旋转靶的制作难度大
。
而且溅射时整个靶面有很多辉光环，无法形成连续的带状辉光，影响膜层的均匀性
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术目的之一在于提供一种高利用率的贵金属靶材的制备方法，其针对现有贵金属溅射靶材结构和使用率等方面存在的问题，对靶面形态进行改进，根据溅射刻蚀区的行成规律，在靶面上预先做出与刻蚀区相反的凸起结构，同时将
靶材基面的厚度大幅减小，再通过其他结构设置，，最终既保证了溅射效果，又大幅减少了贵金属的用量，降低了靶材的一次投入，显著提高了靶材的利用率
。
[0006]本专利技术目的之一在于提供一种采用上述高利用率的贵金属靶材的制备方法所制成的贵金属靶材
。
[0007]本专利技术目的之一采用如下技术方案实现：
[0008]一种高利用率的贵金属靶材的制备方法，包括如下制备步骤：
[0009]S1
：根据溅射靶面被刻蚀区的刻蚀规律，得到刻蚀区的最终形状；
[0010]S2
：根据溅射镀膜机的靶座规格，将靶材设计成与刻蚀区的最终形状相反的环形凸起结构，得到第一种靶材结构；
[0011]S3
：根据步骤
S2
得到第一种靶材结构，将第一种靶材结构分为多个部分，得到第二种靶材结构；
[0012]S4
：根据步骤
S3
得到第二种靶材结构，制作靶材
。
[0013]进一步地，在步骤
S1
中，具体的操作步骤为：采用间冷式溅射靶材，将其设置成若干段，每段厚度和宽度一致，靶材每使用一定时间，将其拆下，采用激光共聚焦显微镜观察检测其表面的形貌和轮廓，并将各部位的扫描结果进行拼接，得到刻蚀区的准确形貌，将不同使用时间下的靶面刻蚀结果形成刻蚀槽形态的动态演化过程，即溅射靶面被刻蚀区的刻蚀规律，以此作为靶面结构设计和使用寿命预测的基础，得到刻蚀区的最终形状
。
[0014]进一步地，在步骤
S2
中，环形凸起结构为：在溅射轨迹中央设为最高部位，逐渐向边缘呈马鞍状过渡，靶材的其余部位为平面，靶材的平面部分的厚度控制在2～
3mm
，靶材的最高部位比靶材的平面高出5～
10mm。
如此设计，靶材具有足够的强度和抗变形能力
。
在此步骤中，对靶面形态进行改进，根据溅射刻蚀区的行成规律，在靶面上预先做出与刻蚀区相反的凸起结构，同时将靶材基面的厚度大幅减小，大幅减少了贵金属的用量，从而进一步地降低了靶材的一次投入
。
[0015]进一步地，环形凸起结构还包括：靶材的背面设计为平面，与溅射镀膜机的靶座的紫铜表面完全贴合，这样设计使得靶座内的冷却水通过紫铜靶对靶材产生冷却降温作用，使溅射过程中靶材始终保持不变形
。
[0016]进一步地，在步骤
S3
中，具体的操作步骤为：靶材设置为间接冷却方式，将靶材分成顶部段
、
底部段及若干个中间段，采用
CNC
将靶材的底面
、
靶材各段之间的结合面铣平
。
上述设计中，由于靶材在溅射过程中产生热应力，为防止翘曲变形，将靶材分成顶部段
、
底部段和若干个中间段，每段厚度和宽度一致，通过将各靶材段的无缝拼接，可以形成连续的靶面，在溅射过程中可以形成连续的带状辉光，保证镀膜膜层的均匀性和质量
。
[0017]进一步地，中间段的数量为6～
12
个
。
[0018]进一步优选地，在步骤
S3
中，还包括如下步骤：采用
CNC
将紫铜背板表面铣平，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1
：根据溅射靶面被刻蚀区的刻蚀规律，得到刻蚀区的最终形状；
S2
：根据溅射镀膜机的靶座规格，将靶材设计成与刻蚀区的最终形状相反的环形凸起结构，得到第一种靶材结构；
S3
：根据步骤
S2
得到第一种靶材结构，将第一种靶材结构分为多个部分，得到第二种靶材结构；
S4
：根据步骤
S3
得到第二种靶材结构，制作靶材
。2.
根据权利要求1所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，在步骤
S1
中，具体的操作步骤为：采用间冷式溅射靶材，将其设置成若干段，每段厚度和宽度一致，靶材每使用一定时间，将其拆下，采用激光共聚焦显微镜观察检测其表面的形貌和轮廓，并将各部位的扫描结果进行拼接，得到刻蚀区的准确形貌，将不同使用时间下的靶面刻蚀结果形成刻蚀槽形态的动态演化过程，以此作为靶面结构设计和使用寿命预测的基础，得到刻蚀区的最终形状
。3.
根据权利要求1所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，在步骤
S2
中，环形凸起结构为：在溅射轨迹中央设为最高部位，逐渐向边缘呈马鞍状过渡，靶材的其余部位为平面，靶材的平面部分的厚度控制在2～
3mm
，靶材的最高部位比靶材的平面高出5～
10mm。4.
根据权利要求3所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，所述环形凸起结构还包括：靶材的背面设计为平面，与溅射镀膜机的靶座的紫铜表面完全贴合
。5.
根据权利要求1所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，在步骤
S3
中，具体的操作步骤为：靶材设置为间接冷却方式，将靶材分成顶部段
、
底部段及若干个中间段，采用
CNC
将靶材的底面
、
靶材各段之间的结合面铣平
。6.
根据权利要求5所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，中间段的数量为6～
12
个
。7.
根据权利要求5所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，在步骤
S3
中，还包括如下步骤：采用
CNC
将紫铜背板表面铣平，使靶材段底面与紫铜背板表面完全贴合
。8.
根据权利要求1所述的高利用率的贵金属靶材的制备方法，其特征在于，在步骤
S4
中，靶材的具体制作步骤为：
(1)
制备成型模具分别制作顶部段
、
底部段和中间段的锻压模具，其中，顶部段或底部段模具的模腔底部为圆弧凹形环，其余部位为平面；中间段模具正面有两个平行的凸起区，其余部位为平面，模具的背面为平面
。(2)
配料根据靶材所需的材料类别和成分进行配料，得到对应的金属材料
。(3)
熔炼铸造金属材料采用真空连续铸造机进行熔炼，并铸造成厚度为
10
～
15mm、
宽度为
50
～
60mm
的连铸板坯
。(4)
分割铣削
采用电火花线切割装置，将连铸板坯切割成若干个坯段，坯段的长度
、
宽度分别比模腔的长度

【专利技术属性】
技术研发人员：袁军平，
申请(专利权)人：广州番禺职业技术学院，
类型：发明
国别省市：