CN115976478B - 一种抗硫化银合金靶材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种抗硫化银合金靶材及其制备方法，所述抗硫化银合金靶材，按照重量份数计，包括如下成分：银90‑99份，铟1‑3份、铝镍合金1‑3份、钪0.01‑0.15份、镁0.01‑0.1份和钯0.01‑0.08份，在抗硫化性、反射率方面效果优异。

Description

一种抗硫化银合金靶材及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种抗硫化银合金靶材及其制备方法。

背景技术

靶材又称“溅射靶材”，由于是在溅射过程中被高速金属等离子体流轰击的目标材料而得名。靶材是半导体、显示面板、光伏等领域制备功能薄膜的核心原材料，存在工艺不可替代性。更换不同靶材可得到不同的膜系，从而实现导电或阻挡等功能。

目前，显示用靶材大多数为金属靶，银是贵金属中价格最便宜的，而且具有低电阻和高反射率等优良特性，广泛应用于半导体、显示器、电子器件反射膜、防辐射玻璃等领域。但纯银也有缺点，银基薄膜长期暴露在空气中或者高温高湿环境下时，薄膜表面容易被氧化，且容易与空气中的H₂S气体发生反应，生成晦暗色的硫化银。生成的硫化物或氧化物会吸收蓝光，使反射层中的蓝光波段反射率下降，进而使薄膜的反射率下降，此外还容易产生银晶粒生长或银原子凝聚等现象。因而银基薄膜会出现导电性和反射率下降，与底板的密合性劣化等问题，通过掺杂其他金属元素可以改善纯银的这些缺点。

比如，中国专利申请CN112323030A公开了一种银合金靶材及其制备方法，该银合金靶材包括金属银、金属元素添加剂、稀土元素添加剂，其中各成分质量份数为：金属银90-99份，金属元素添加剂1-3份，稀土元素添加剂0.001-0.1份，所述金属银纯度至少为99.99％，该银合金靶材通过将金属银、金属元素添加剂、稀土元素添加剂按一定配比进行熔炼得到银合金靶材，使得制得的银合金靶材相对于传统银合金靶材具有更加优异的性能，其与基材的附着能力得到极大提升，使用中将更加可靠。

中国专利申请CN109306414A公开了一种银合金靶材、薄膜及其制备方法，该银合金靶材构成为Ag_xIn_yM_zQ_n，其中铟的比例为8％≤y≤40％(原子比)，M为锡、金、铂、钯、铌、铑、钌中的至少一种元素，0≤z≤8％(原子比)，Q为稀土元素中的至少一种元素，0≤n≤3％(原子比)，且银的含量x≥60％(原子比)。该银合金靶材可由磁控溅射镀，离子溅射镀、真空蒸镀或电子束蒸发制得具有优良耐热性、附着力、导电性、耐腐蚀性及抗硫化性的银合金薄膜，适用于反射电极膜、液晶显示器、光记录介质、有机发光二极管及电致变色等领域。

中国专利申请CN105316630A公开了一种银合金靶材、其制造方法及应用该靶材的有机发光二极管，银合金靶材实质上由银及铟或者银、铟、钯及铜所构成。其平均晶粒尺寸界于33μm到126μm之间。以该银合金靶材的总重量为基准，铟的含量大于等于0.25wt％且小于等于5wt％、钯的含量大于等于0.25wt％且小于等于3.5wt％、铜的含量大于等于0.25wt％且小于等于3wt％。通过预定比例的铟、或者铟、钯与铜的添加，并控制平均晶粒尺寸界于33μm与126μm之间，该银合金靶材可经由溅镀制得具有良好耐热性、抗硫化性、附着力、高反射率及高精细度的银合金薄膜，但是该银合金靶材的各方面效果有待进一步提高。

但是，上述银合金靶材制得的薄膜无法同时在与基材的附着力、抗硫化性、耐热性和反射率等多方面均取得优异的效果。

因此，开发一种能解决上述技术问题的银合金靶材及其制备方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种抗硫化性、反射率方面效果优异的银合金靶材及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种抗硫化银合金靶材，按照重量份数计，包括如下成分：银90-99份，铟1-3份、铝镍合金1-3份、钪0.01-0.15份、镁0.01-0.1份和钯0.01-0.08份。

优选地，所述铝镍合金中铝和镍的质量比为1:2-4。

本发明还涉及上述的抗硫化银合金靶材的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比备料，将各原料混合进行熔炼，得到合金铸锭；

(2)对步骤(1)得到的合金铸锭进行锻造，制得胚料；

(3)对胚料依次进行热轧和退火处理，即得。

优选地，步骤(1)中熔炼的温度为1150-1350℃。

更优选地，步骤(1)在1×10^-2至1×10^-4torr的真空度下加热至1150-1350℃，保温0.5～1h进行熔炼。

优选地，步骤(1)中所述熔炼过程在真空条件或惰性气体气氛中进行。

优选地，步骤(2)中锻造比为2.5-3。

优选地，步骤(3)中热轧的温度为550-700℃，保温1-3h，总变形量为60-70％。

优选地，步骤(3)中退火的温度为550-700℃，保温20-30min。

优选地，步骤(1)中各原料熔炼前先进行预处理，具体预处理工艺为：将除铝镍合金外的其余组分与粘结剂溶于无水乙醇中，干燥得到混合粉末，再与铝镍合金混合。

更优选地，所述粘结剂为聚乙烯二醇和聚乙二醇的混合物，三者质量比为3-5:1。

更优选地，所述粘结剂的添加量为银质量的0.5-3％

更优选地，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配比备料，将除铝镍合金外的其余组分与0.5-3％粘结剂(添加量以银质量计)溶于无水乙醇中，所述粘结剂为聚乙烯二醇和聚乙二醇的混合物，三者质量比为3-5:1，混合均匀后干燥得到混合粉末，再与铝镍合金混合，在真空条件下加热至1150-1350℃，保温0.5～1h进行熔炼，得到合金铸锭；

(2)对步骤(1)得到的合金铸锭进行锻造，温度为550-700℃，保温1-3h，锻造比为2.5-3，制得胚料；

(3)对胚料依次进行热轧，热轧的温度为550-700℃，保温1-3h，总变形量为60-70％，每道次压下率控制为10～12％的变形量，轧制过程中每间隔两道次进行一次550-700℃温度下的退火处理，保温20-30min，即得。

本发明还涉及上述的抗硫化银合金靶材或上述的制备方法制备得到的抗硫化银合金靶材在液晶显示器或有机发光二极管中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明在银基靶材中添加铝镍合金，与单独添加铝和镍，或者添加其他合金相比，可以显著提高其抗硫化性能。

本发明银基靶材中添加的钪、镁和钯协同作用显著，提高了靶材的抗硫化性能和反射率。

本发明在银基靶材中添加了少量的铟、铝镍合金、钪、镁和钯，各组分协同作用，溅镀后形成的薄膜在抗硫化性、抗氧化和反射率方面效果优异，同时与基材的附着力较高。

另外，本发明在制备银基靶材过程中添加粘结剂，并优化了粘结剂的组成，提高了银基靶材的均一性，同时有利于各组分充分发挥其作用，银基靶材综合性能优异。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明所采用的银和铟纯度在99.99％以上，其他元素纯度在99.9％以上。

实施例1

一种抗硫化银合金靶材，按照重量份数计，包括如下成分：银90份，铟1份、铝镍合金1份、钪0.01份、镁0.01份和钯0.01份；铝镍合金中铝和镍的质量比为1:2。

制备工艺包括如下步骤：

(1)按配比备料，将除铝镍合金外的其余组分与2％粘结剂(添加量以银质量计)溶于无水乙醇中，所述粘结剂为聚乙烯二醇和聚乙二醇的混合物，三者质量比为4:1，混合均匀后干燥得到混合粉末，再与铝镍合金混合，在真空条件下加热至1350℃，保温1h进行熔炼，得到合金铸锭；

(2)对步骤(1)得到的合金铸锭进行锻造，温度为650℃，保温2h，锻造比为2.5，制得胚料；

(3)对胚料依次进行热轧，热轧的温度为650℃，保温2h，总变形量为60％，每道次压下率控制为10％的变形量，轧制过程中每间隔两道次进行一次650℃温度下的退火处理，保温30min，即得。

以下实施例和对比例的制备工艺同实施例1。

实施例2

一种抗硫化银合金靶材，按照重量份数计，包括如下成分：银99份，铟3份、铝镍合金3份、钪0.15份、镁0.1份和钯0.08份；铝镍合金中铝和镍的质量比为1:4。

制备工艺同实施例1。

实施例3

一种抗硫化银合金靶材，按照重量份数计，包括如下成分：银95份，铟2份、铝镍合金2份、钪0.1份、镁0.05份和钯0.05份；铝镍合金中铝和镍的质量比为1:3。

制备工艺同实施例1。

实施例4

与实施例3的区别仅在于制备过程中，步骤(1)各原料直接混合进行熔炼，不添加粘结剂，也不溶于乙醇，其余条件均相同。

对比例1-3的配方如表1所示，除原料用量份数不同外，其余条件均与实施例3相同。

表1

	对比例1/份	对比例2/份	对比例3/份
				银	95	95	95
铟	2	2	2
				铝镍合金	2	2	2
钪	0	0.133	0.133
				镁	0.1	0.067	0
钯	0.1	0	0.067

对比例4

与实施例3的区别仅在于不添加铝镍合金，单独添加铝0.5份和镍1.5份，其余条件均与实施例3相同。

对比例5

与实施例3的区别仅在于将铝镍合金的用量2份修改为5份，其余条件均与实施例3相同。

对比例6

与实施例3的区别仅在于将铝镍合金的用量2份修改为0.5份，其余条件均与实施例3相同。

对比例7

与实施例3的区别仅在于将铝镍合金替换为等质量的镍钒合金(镍和钒的质量比3:1)。测试例1附着力测试(薄膜厚度150nm)

将各银合金薄膜先置于湿度85％、温度85℃的高温高湿环境中96h，再采用3M公司Scotch 600型透明胶带进行剥离试验。将胶带贴附于各银合金薄膜的表面上后再撕除该胶带，若各银合金薄膜未发生剥离现象，则该银合金薄膜与基材之间具有良好的附着力。具体结果如表2所示。

测试例2抗硫化测试(薄膜厚度150nm)

将各银合金薄膜置于通有硫蒸气的密闭环境中，观察各银合金薄膜与硫蒸气接触而变黑的情形，记录变黑所需的时间。具体结果如表2所示，抗硫化性能越好，硫化处理表面变黑所需时间越长。

测试例3反射率(薄膜厚度90nm)

采用紫外-可见光光谱仪对各银合金薄膜进行反射率的测量，波长范围430-470nm。具体结果如表2所示。

表2

由表2数据可知：

实施例4与实施例3相比，制备过程中没有添加粘结剂，薄膜的均一性较差，影响各组分发挥作用，所以薄膜与基材间的附着力较差。并且薄膜不同位置的抗硫化性能和反射率相差较大，所以表2中为范围值。

对比例1-3与实施例3相比，区别仅在于：对比例1不含钪，对比例2不含钯，对比例3不含镁，实施例3同时含钪、钯和镁，对比例1-3和实施例3三种元素添加量相同。结果对比例1-3的抗硫化性能和反射率均不如实施例3好，说明三种元素在提高抗硫化性能和反射率方面的协同作用显著。并且，对比例1发生了轻微剥离，但是本申请实施例3的薄膜与基材附着力良好。

对比例4与实施例3相比，对比例4没有添加铝镍合金，而是单独添加了铝和镍，结果对比例4在与基材的附着力、抗硫化性能和反射率方面的效果均显著降低，说明合金比单独的金属元素更有利于提高上述性能，这可能是因为单独的金属元素熔点较高，熔融难度较大，不利于分散均匀。

对比例5-6与实施例3相比，说明铝镍合金的用量过高或过低均不利于提高薄膜的抗硫化性能和反射率，必须在合适的用量范围内才具有较好的效果。

对比例7与实施例3相比，说明将铝镍合金替换为其他类型的合金，抗硫化性能和反射率降低，说明本发明的铝镍合金更有利于提高薄膜的抗硫化性能和反射率。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种抗硫化银合金靶材，其特征在于，按照重量份数计，包括如下成分：银90-99份，铟1-3份、铝镍合金1-3份、钪0.01-0.15份、镁0.01-0.1份和钯0.01-0.08份；

所述铝镍合金中铝和镍的质量比为1:2-4。

2.一种权利要求1所述的抗硫化银合金靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按配比备料，将各原料混合进行熔炼，得到合金铸锭；

（2）对步骤（1）得到的合金铸锭进行锻造，制得胚料；

（3）对胚料依次进行热轧和退火处理，即得。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中熔炼的温度为1150-1350℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中锻造比为2.5-3。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中热轧的温度为550-700℃，保温1-3h，总变形量为60-70%。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中退火的温度为550-700℃，保温20-30min。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中各原料熔炼前先进行预处理，具体预处理工艺为：将除铝镍合金外的其余组分与粘结剂溶于无水乙醇中，干燥得到混合粉末，再与铝镍合金混合。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯二醇和聚乙二醇的混合物，三者质量比为3-5:1。

9.权利要求1所述的抗硫化银合金靶材或权利要求2-8任一所述的制备方法制备得到的抗硫化银合金靶材在液晶显示器或有机发光二极管中的应用。