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先导集团成功通过超音速低温喷涂技术制备金属旋转靶

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!

银单质、银合金旋转靶材研发历程,图源:稀金网

2020年7月,先导集团薄膜材料事业部成功研发出银合金旋转靶材,出货均通过客户验证!同时后续接到客户银合金靶材的批量订单。超音速低温喷涂(冷喷涂)制备金属旋转靶工艺的成功开发,不仅为今后研发靶材产品提供了新的解决方案,同时也拓展了集团的市场业务范围,保持集团在旋转靶材领域的领先地位。

目前先导集团可用超音速低温喷涂技术制备的旋转靶材包括:

1. 铝基等低温材料,如铝及铝合金;

2. 铜基等中温材料,如铜、银、铜镓、银镓;

3. 铁基等高温材料,如铁镍基合金;

部分产品展示:

1. 银单质靶材

规格:OD153×1710mm


产品实拍图,图源:先导集团

2. 银合金靶材

规格:OD154×950mm


 产品实拍图,图源:先导集团