先导集团成功通过超音速低温喷涂技术制备金属旋转靶

来源：

先导集团薄膜材料事业部

2021/10/14

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近年来，随着电子及信息产业突飞猛进的发展，薄膜科学的应用日益广泛。溅射靶材作为镀膜产业的主要原材料，其制作工艺大类上主要分为：熔炼浇铸和粉末冶金法，对于金属及合金靶材常用熔炼浇铸工艺。熔炼浇铸工艺虽然流程短、成本低，但靶材的均匀性和晶粒尺寸等不容易控制。粉末冶金成型工艺以粉体为原料，粉体的粒度通常要求小于100μm，更严格的甚至要求小于10μm，对粒度的严格控制决定了烧结后靶坯的晶粒尺寸大小和组分均匀性。

超音速低温喷涂（冷喷涂）是一种粉末喷涂工艺，是一种新型的喷涂技术，它基于空气动力学原理，利用高压气体携带粉末颗粒从轴向进入喷枪拉瓦尔（Laval nozzle）喷嘴产生超音速气流，粉末颗粒（1~90μm)经高速气流加速到500-1200m/s后在完全固态下撞击基体（金属、陶瓷、玻璃等），通过塑性变形沉积于基体表面形成致密涂层。相对于热喷涂（超音速火焰喷涂、等离子喷涂及爆炸喷涂），超音速低温喷涂时基体表面温度通常小于100°C，整个过程粒子不会被熔化或半熔化。因此表面涂层的氧含量得到有效控制，非常适合对氧含量要求高的金属或合金靶材的制备。

超音速低温喷涂（冷喷涂）原理示意图，图源：网络

金属银及其合金因为较高的反射率和良好的透光性，主要以反射膜的形式存在于显示、存储、OLED、Low-E玻璃等功能材料中。作为反射膜层的材料有单质银、银钯系列、银镓系列合金、银锡系列合金、银铜系列合金等。此外，含镓30at%的AgGa合金靶材在铜铟镓硒薄膜太阳能结构可取代CuGa合金靶材，主要是因为以AgGa作为原料得到银铟镓硒膜层，光电转化效率更高，在某些特殊要求领域是无可替代的。

国内银及其合金旋转靶主要从日本进口，进口的银及其合金靶多采用铸造-绑定工艺制备，因此靶材为多节绑定靶材。旋转管靶的利用率仅有70%，另外30%需要回收。如果残靶再发回日本回收，来回的运费和关税成本较高，增加下游厂家的制造成本。

金属银，图源：网络

鉴于此，先导集团薄膜材料事业部与多个客户沟通，以及对市场的充分调研后，于2018年6月开始着手银及其合金旋转靶的开发，最终确定与国外不同的、技术更加先进的超音速低温喷涂工艺制备银及其合金旋转靶。2019年6月，集团建成冷喷涂车间，并且完成设备验收。历经4个月实验，在2019年11月成功地制备出规格为OD153×1710mm的大尺寸银单质旋转靶材，并通过客户验证！