專利名稱：熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法
技術領域：
本發明涉及國際分類C23C用金屬材料對材料的鍍膜、濺射法的一般鍍膜等相關技術，特別是一種采用熱等靜壓技術生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法。
背景技術：
目前，包括液晶顯示器TFT-IXD，等離子顯示器PDP和觸摸屏TP等平板顯示(FPD) 已經成為顯示器的主流，已經越來越多的應用于我們生活的各個方面。現有平板顯示器行業中主要使用金屬鉻通過采用磁控濺射的方式成膜，制備導線和隔離膜，然而由于金屬鉻對環境和人體都存在一定危害，因此正面臨逐以金屬鉬等取代，漸減少和限制使用金屬鉻的要求，雖然如此，但是由于金屬鉬等作為導線和隔離膜的成膜材料也存在不令人滿意的地方，主要是很容易被氧化及不耐濕，這些缺點將影響顯示屏的質量。靶材是真空鍍膜的重要原材料，靶材的純度、密度直接影響膜系的成分和綜合性能。近二三十年以來，隨著濺射鍍膜技術的快速發展，新的靶材制備技術不斷出現，靶材質量和性能也取得了顯著提高。以目前技術條件，一般鍍膜靶材現有制造方法包括熱等靜壓法、燒結法、擠壓法和澆鑄法等四種，以上4種工藝各有優缺點，具體地說，其中，采用熱等靜壓法無法生產出較大尺寸靶材，已有記錄顯示，采用該法制的靶材長度未能超過3 米；采用燒結法僅能生產長度500毫米左右的單支靶材；擠壓法和澆鑄這兩種方法也存在諸多限制因素，如無法應用于非金屬靶材制造。熱等靜壓(Hot Isostatic Press, HIP)技術是在惰性氣氛中，在各向均衡的氣體高壓力及高溫共同作用下，去除材料內部的孔洞及缺陷，以改善機械性質、使各個部位都獲得較高而且均一的密度、通過擴散鍵結(diffusion bonding)改善焊接完整性等。就平板顯示屏制造而言，熱等靜壓制成靶材技術領域，尤其是這些技術中含鉬材質的已公開的新的相關技術方案較少，如
專利申請號02128689用于反射型平面顯示器的反射膜及濺鍍靶材的合金材料，主要是以銀、金、銅、鈀、鉬及鈦等金屬元素為主要構成元素，并通過各元素間適當的含量比例， 或再添加其它合適的特定元素進一步使合金的晶粒細致化。專利申請號2008101793 用于熱等靜壓法制備靶材的包套，包括中空的方柱形包套主體和用于封閉該包套主體的兩個密封體，其特征在于在主體的至少一個側棱邊設有皺邊。該皺邊數目至少為1個，優選為2個，更優選為4個。其中，該主體是由一塊或多塊板材經過彎折而后將兩端焊接而形成。專利申請號200810058312 —種鉭摻雜氧化錫透明導電薄膜的制備方法，其特征在于將純度為9 9.9 9%的Ta2O5和SnO 2粉末按照重量比1 9 9 1 O 9 O 充分混合，壓制成型后，在1 5 Q Q 1 6 5 Q°C下燒結成鉭摻雜氧化錫濺射靶材，然后利用磁控濺射法制備出不同鉭含量的摻雜氧化錫透明導電薄膜。專利申請號200810179368熱等靜壓法進行I T O靶材的方法，其特征在于，所使用的I T O粉料經過不低于1 O O O °c溫度的煅燒，并且在熱等靜壓處理過程中使用石墨紙作為隔離材料，避免靶材與包套反應，方便剝離，提高靶材成材率，適合于工業化生產。專利申請號200910005687 —種靶材與背板的焊接結構及方法。其中靶材與背板的焊接方法，包括提供鉭靶材；在鉭靶材的焊接面上形成中間層；采用熱等靜壓方法在中間層上進行焊接作業，將銅或銅合金背板焊接至鉭靶材。專利申請號200910080461 —種半導體及顯示器用高純銅濺射靶材的制造方法。其特征在于其制備過程是采用熔化的銅液滴冷卻形成的銅晶粒，在保護性氛下，在 1 O O 8 O O V溫度，3 O 1 O O MP a壓力，熱壓1 O 5 O m i η，進行熱壓致密化制得的。專利申請號200910197099 —種絨面摻雜Z η O透明導電薄膜的制備方法，本發明包括摻鋁氧化鋅(Ζ η O =A 1 )透明導電薄膜的磁控濺射生長、掩膜層納米薄膜的制備和對所沉積的透明導電薄膜的后期濕法化學刻蝕處理形成絨面結構。Z η O :A 1透明導電薄膜采用非反應磁控濺射沉積制備，磁控濺射所用靶材為不同摻雜濃度的Z η O =A 1 2 O 3陶瓷靶材；通過為Z η O =A 1透明導電薄膜設計掩膜層，利用濕法化學刻蝕制備出倒金字塔狀絨面Z η O =A 1透明導電薄膜。專利申請號20101(^96951 —種高純鉬濺射靶材的制備方法，涉及一種電子、光伏領域用鉬濺射靶材的制備方法。其特征在于其制備過程以十二鉬酸銨為原料，通過兩段氫氣還原的方法制備出高純鉬粉，然后將高純鉬粉經冷等靜壓壓制成鉬板生坯，再經真空預燒結、然后在氫氣氣氛下高溫燒結制成高純鉬板坯；最后將燒結好的高純鉬板坯采用先鍛造后軋制的壓力加工方式加工成鉬靶坯，經真空退火后，再按照規定規格機加工成成品鉬濺射靶材。采用通常的熱等靜壓方式生產金屬鉬靶材具有一定的缺陷性，譬如在生產大型鉬鈮合金靶時很難通過冷等靜壓一次性成型尺寸較大和沒有缺陷的的冷等靜壓靶材胚體，尤其是在將經過冷等靜壓成型后的靶材胚體裝入包套和包套在存放，運輸和安裝過程中靶材胚體極易發生碎裂，影響后續熱等靜壓成品質量。采用常規熱等靜壓方式生產出來的成品靶錠經常出現較大變形量，導致加工成品率大大下降，影響最終產品的成本。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法，這種方法主要以熱等靜壓生產工藝實施，可用于鉬合金材質靶材制造，制得的靶材能夠直接滿足生產平板顯示器鍍膜需求。本發明的發明目的是通過如下技術措施實現的靶材熱等靜壓生產步驟包括
1)粉體準備，根據靶材組分需求準備一定數量的金屬鉬粉體和一種或多種金屬粉體；
2)混合，將金屬鉬粉或一種或多種金屬粉體混勻混合
3)液壓成型，將合金粉體裝入液壓機成型模具中，壓制成靶胚；
4)冷等靜壓(CIP)成型，靶胚經過冷等靜壓再次壓制，確保靶胚密度再次提高而且靶胚的密度均一性；
5)裝入包套，將冷等靜壓壓制后的靶胚放入到不銹鋼包套中，并將包套一邊加熱一邊抽真空，加熱溫度450-550°C，要求的真空度為小于10_2ar，最后通過氬弧焊對包套進行密封；
6)熱等靜壓，將包套放入熱等靜壓設備中開始壓制程序；
本發明的有益效果是鉬材經過適當的1200°C左右，100 200MI^熱等靜壓處理，在消除內部開發氣孔的情況下得到非常接近理論密度的靶材，并且獲得細小均勻的晶粒，強度和韌性均得到提高。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓，靶材的致密度高、均勻性好、性能優異，同時具有生產周期短、工序少、能耗低、后期材料加工損耗小等特點ο
具體實施例方式
靶材熱等靜壓生產步驟包括
1)粉體準備，根據靶材組分需求準備一定數量的金屬鉬粉體和金屬鈮粉體；
2)混合，將金屬鉬粉和金屬鈮粉體混勻混合
3)液壓成型，將鉬鈮混合合金粉體裝入液壓機成型模具中，壓制成靶胚；
4)冷等靜壓(CIP)成型，靶胚經過冷等靜壓再次壓制，靶胚密度得到再次提高并且確保密度的均一性；
5)裝入包套，將冷等靜壓壓制后的靶胚放入到不銹鋼包套中，并將包套一邊加熱一邊抽真空，加熱溫度500°C，要求的真空度為小于10_3bar，包套采用氬弧焊進行密封；
6)熱等靜壓，將包套放入熱等靜壓設備中開始壓制程序；
通過采用熱等靜壓(HIP)的工藝生產具有高密度，如90:10wt%MoNb接近理論密度 10. 055g/cm3，具有均一性和<10um較細的粒度的鉬鈮合金靶材。
以下結合實施例進一步說明 實施例1
靶材生產步驟包括
1)粉體準備；采用低氧含量的純度不低于3N5金屬鉬粉和低氧含量的純度不低于4N 金屬鈮粉或金屬鉭粉進行混合造粒，過篩后得到平均粒徑(D50)在250目左右，而且分布比較集中的金屬鉬鈮或金屬鉭混合粉，在粉體混合的過程中為了防止氧化，在混料器中充入惰性氣體進行保護，一般為氬氣；
2)液壓成型；將準備好的粉體裝入液壓機專用模具，通過液壓將粉體壓制成所需要的尺寸，液壓成型后的靶材胚體密度不低于40% ；
3)冷等靜壓(CIP)成型；將已經液壓成型的靶材胚體裝入塑膠模具并抽真空后放入冷等靜壓設備進行成型，成型后的靶材胚體密度不低于65%，由于冷等靜壓采用的是液體作為壓力傳輸介質，所以可以確保在各個方面的壓力保持一致，確保靶材胚體密度的均一性， 經過等靜壓成型后的胚體尺寸一般在200 X 150 X IOOmm左右；
4)燒結；將CIP成型后的靶材胚體放入真空燒結爐中進行燒結，在燒結過程中靶材胚體中的氧含量將被進一步降低，燒結后的靶材胚體密度不低于90% ；
5)機械加工；將燒結完成的靶材胚體進行機械加工，確保所有平面保持平整，角度成直角；
6)包套；將機械 加工后的靶材胚體放入不銹鋼包套中，確保每一塊靶材胚體之間完全重疊，靶材胚體之間沒有夾雜；將包套密封并開始加熱抽真空，直到真空度達到10_3bar左右后采用氬弧焊的方式對包套進行焊接密封；
7)熱等靜壓；將包套放入熱等靜壓機中開始按照工藝設定進行壓制，直到程序結束。 熱等靜壓的壓力一般為200-300Mpa左右，溫度在100(Tl3°C之間；
采用熱等靜壓工藝可以獲得更高的成品收率，并且可以確保靶材成品中較低的氧含量，因為通過熱等靜壓消除了靶胚中的開發氣孔因而獲得了高密度，與常規熱等靜壓的工藝相比，增加了真空燒結過程，降低了材料中氧的含量，而且由于燒結胚體比只經過冷等靜壓成型的靶材胚體具有更高的初始密度，所以成品的密度也會相對更高。在金屬鉬的基礎上通過添加一些其他元素來改善和克服原有金屬鉬容易氧化和抗濕性差的缺點；在金屬鉬中添加部分金屬鈮和金屬鉭能夠同時實現耐氧化和耐濕性，與金屬鉻相比添加金屬鈮和金屬鉭后獲得的鉬鈮/鉬鉭涂層具有良好的環境親和性而且具有更低的阻抗；金屬鉭鈮的添加的比例根據應用需求，一般在2-10wt%之間。實施例2:
成品尺寸1100X 140X6毫米，90:10wt%MoNb靴材制備；
1)粉體準備；將原料3N5金屬鉬和4N金屬鈮分別過250目篩，將經過過篩的金屬鉬粉和金屬鈮粉裝入混料機并沖入氬氣進行混合，混合時間為2小時。2)液壓成型；將經過混合的金屬鉬鈮粉體裝入不銹鋼模具，液壓壓力為1000噸， 保壓5分中后撤壓；液壓靶胚的長寬高尺寸為220 X 130 X 110mm，冷壓胚體相對密度為55%。3)冷等靜壓；將液壓成型的金屬鉬鈮靶材胚體真空包裝后放入冷等靜壓機，冷等靜壓的壓力為200Mpa，按每分中IOMpa進行增壓，到待200Mpa后保壓20分中，泄壓按照每分中IOMpa進行，冷等靜壓成型后的密度為70%。4)燒結；將經過冷等靜壓成型后的靶材胚體放入真空燒結爐內，每塊靶材之間用填充物進行隔離，確保在燒結時靶材之間不會融合；從室溫開始，按照每小時上升10(TC左右進行升溫，在1100°c左右保溫60分鐘，然后再升溫到2000°C左右，保溫時間為10小時左右，然后自然降溫；經過燒結后的金屬鉬鈮靶胚體密度位90. 5%。5)機械加工；將燒結鉬靶鈮胚的6個端面進行機加工，確保每個端面保持平整和光滑，表面粗糙度控制在0. 5UM左右，平整度不大于0. 5毫米最后加工完成的金屬鉬鈮靶胚尺寸為 170 X 100 X 90mm。6)包套；將經過機械加工好的金屬鉬鈮靶胚放入不朽鋼包套中，在放置時必須確保每塊金屬鉬鈮靶胚體互相重疊，對包套進行加熱，一邊加熱一邊抽真空，加熱溫度為 5000C，在包套真空度到達10_3bar后采用氬弧焊對包套進行密封，停止加熱。7)熱等靜壓；將密封后的不銹鋼包套放入熱等靜壓機中，整個熱等靜壓生產周期約為10個小時，生產工藝包括從室溫升至第一溫t-Ι，和第一壓力P-1，t-i范圍為 200-700°C, p-1范圍為O-lOOMpa，耗時約2小時；第二階段包括從t_l升至t_2，壓力從 p-1升至p-2，t-2范圍為700-1200°C, p_2范圍為100mpa_300mpa，耗時約3小時；第三階段包括從t-2.升至t-3，t-3范圍為1200-1500°C耗時2小時，保持p_2壓力約2小時后開始撤壓降溫，直到室溫。
機械加工；將熱等靜壓好的靶材胚錠取出，靶材胚錠沒有變形，切割包套后靶材沒有發現變形和氣孔，可以按照要求進行機械加工，從靶錠四周提取IOX IOX IOmm樣品 進行測試，密度分別為10. 05g/cm3, 10. 045和10. 05，幾乎為理論密度的100%。
權利要求
1.熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法，其特征是靶材熱等靜壓生產步驟包括粉體準備，將鉬粉體和一種或多種金屬粉體進行混合；混合，將金屬鉬粉與添加的金屬粉體進行混合確保金屬鉬粉與添加粉體混合均勻； 液壓成型，將合金粉體裝入液壓機成型模具中，壓制成靶胚； 冷等靜壓(CIP)成型，靶胚冷等靜壓再次壓制，確保密度的均一性； 裝入包套，將冷等靜壓壓制后的靶胚放入到不銹鋼包套中，并將包套一邊加熱一邊抽真空，加熱溫度400-600°C，要求的真空度為小于10_2ar ； 熱等靜壓，將包套放入熱等靜壓設備中開始壓制程序。
2.如權利要求1所述的熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法，其特征在于，靶材生產步驟包括粉體準備；采用低氧含量的3N5金屬鉬粉和低氧含量的4N金屬鈮粉或鉭粉進行混合造粒，過篩后得到平均粒徑(D50)在250目左右，而且分布比較集中的金屬鉬鈮，鉬鉭混合粉，在粉體混合的過程中為了防止氧化，在混料器中充入惰性氣體進行保護，一般為氬氣；液壓成型；將準備好的粉體裝入液壓機專用模具，通過液壓將粉體壓制成所需要的尺寸，液壓成型后的靶材胚體密度不低于40% ；冷等靜壓(CIP)成型；將已經液壓成型的靶材胚體裝入塑膠模具并抽真空后放入冷等靜壓設備進行成型，成型后的靶材胚體密度不低于60%，由于冷等靜壓采用的是液體作為壓力傳輸介質，所以可以確保在各個方面的壓力保持一致，確保靶材胚體密度的均一性，經過等靜壓成型后的胚體尺寸一般在200 X 150 X IOOmm左右；燒結；將CIP成型后的靶材胚體放入還原氣氛保護的中頻感應燒結爐中進行燒結，再燒結過程中靶材胚體中的氧含量將被進一步降低，燒結后的靶材胚體密度不低于90% ； 機械加工；將燒結完成的靶材胚體進行機械加工，確保所有平面保持平整，角度成直角；包套；將機械加工后的靶材胚體放入不銹鋼包套中，確保每一塊靶材胚體之間完全重疊，靶材胚體之間沒有夾雜；將包套密封并開始加熱抽真空，直到真空度達到10_3bar左右后采用氬弧焊的方式對包套進行焊接密封；熱等靜壓；將包套放入熱等靜壓機中開始按照工藝設定進行壓制，直到程序結束，熱等靜壓的壓力一般為200-300Mpa左右，溫度在1200°C左右。
3.如權利要求1所述的熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法，其特征在于，成品尺寸1100X140X6毫米，90:10wt%MoNb靶材制備；粉體準備；將原料3N5金屬鉬和4N金屬鈮分別過250目篩，將經過過篩的金屬鉬粉和金屬鈮粉裝入混料機并沖入氬氣進行混合，混合時間為2小時；液壓成型；將經過混合的金屬鉬鈮粉體裝入不銹鋼模具，液壓壓力為1000噸，保壓5分中后撤壓；液壓靶胚的長寬高尺寸為220 X 130 X 110mm，冷壓胚體相對密度為50% ；冷等靜壓；將液壓成型的金屬鉬鈮靶材胚體真空包裝后放入冷等靜壓機，冷等靜壓的壓力為200Mpa，按每分中IOMpa進行增壓，到待200Mpa后保壓20分中，泄壓按照每分中 IOMpa進行，冷等靜壓成型后的密度為75% ；燒結；將經過冷等靜壓成型后的靶材胚體放入真空燒結爐內，每塊靶材之間用填充物進行隔離，確保在燒結時靶材之間不會融合；從室溫開始，按照每小時上升10(TC左右進行升溫，在1100°c左右保溫60分鐘，然后再升溫到2000°C左右，保溫時間為10小時左右，然后自然降溫；經過燒結后的金屬鉬鈮靶胚體密度不低于85% ；機械加工；將燒結鉬靶鈮胚的6個端面進行機加工，確保每個端面保持平整和光滑，表面粗糙度控制在0. 5UM左右，最后加工完成的金屬鉬鈮靶胚尺寸為170X 100X90mm ；包套；將經過機械加工好的金屬鉬鈮靶胚放入不朽鋼包套中，在放置時必須確保每塊金屬鉬鈮靶胚體互相重疊，對包套進行加熱，一邊加熱一邊抽真空，加熱溫度為500°C，在包套真空度到達10_3bar后采用氬弧焊對包套進行密封，停止加熱；熱等靜壓；將密封后的不銹鋼包套放入熱等靜壓機中，整個熱等靜壓生產周期約為10 個小時，生產工藝包括從室溫升至第一溫t-Ι，和第一壓力P-l，t-Ι范圍為200-700攝氏度，P-I范圍為O-IOOMpii,耗時約2小時；第二階段包括從t-Ι升至t-2，壓力從p_l升至 p-2，t-Ι范圍為700-1200°C, p_2范圍為100mpa_300mpa，耗時約3小時；第三階段包括從 t-2.升至t-3，耗時2小時，保持p-2壓力約2小時后開始撤壓降溫，直到室溫；機械加工；將熱等靜壓好的靶材胚錠取出，靶材胚錠沒有變形，切割包套后靶材沒有發現變形和氣孔，可以按照要求進行機械加工，從靶錠四周提取IOX IOX IOmm樣品進行測試，密度分別為10. 05g/cm3, 10. 045和10. 05，幾乎為理論密度的100%。
全文摘要
熱等靜壓生產平板顯示器用鉬合金濺射靶材的方法，鉬材經過適當的1000℃~1500℃，100～200MPa熱等靜壓處理，在致密度提高的基礎上，可獲得細小均勻的晶粒度并且強度和韌性均得到提高。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓，靶材的致密度高、均勻性好、性能優異，同時具有生產周期短、工序少、能耗低、后期加工材料損耗小等特點。
文檔編號C23C14/34GK102321871SQ20111027656
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者莊志杰 申請人:基邁克材料科技(蘇州)有限公司