一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法技术

本发明专利技术属于有色金属靶材制备技术领域，具体涉及了一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法。该方法以W粉与TiH2粉末为原料，依次经混合、压坯、预烧、烧结、包套、轧制、热处理步骤，最终得到所述钨钛合金靶材。本发明专利技术采用将W粉与TiH2粉末混合后压制成型，压坯经过预烧还原和高温真空烧结，坯料带包套进行轧制的工艺；压坯经过预烧还原可以有效地降低坯料中的杂质含量和氧含量，再经高温真空烧结，可得到高纯度钨钛合金坯料；坯料带包套后可以在大气气氛加热炉内进行加热，避免坯料中Ti元素的加热氧化现象，保证轧制加工的顺利进行；最终得到靶材致密度可达到99.6％以上，厚度尺寸可控，工艺简单且适合大批量工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属靶材制备
，具体涉及了一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法。
技术介绍
钨具有高原子量，钛具有高耐腐蚀性和极好的表面附着力，使得钨钛(W-Ti)成为用于防止外来原子扩散的致密层的理想解决方案。在半导体芯片制造的金属化工艺过程中，含10wt％钛的钨钛合金常用做扩散阻挡层和粘结层，将半导体和金属化层分离，例如铝与硅或铜与硅。在柔性薄膜太阳能电池(CIGS)中，钨钛阻挡层能够防止在钢基体中的铁原子通过钼背接触扩散到CIGS半导体，并显著降低CIGS太阳能电池的效率。W-Ti阻挡层主要通过磁控溅射方法得到，这样就需要具有高密度、高纯度、组织均匀等性能的W-Ti合金靶材。高密度和高纯度是W-Ti合金靶材的重要性能要求，可以有效地减少溅射镀膜过程中微粒的形成，有助于得到高质量的W-Ti薄膜阻挡层。组织均匀可以有效地避免溅射过程中W-Ti合金靶材表面局部形成结核，提高靶材利用率和薄膜质量。W-Ti合金靶材主要采用粉末冶金工艺生产，最常用的制备方法是热压烧结(HP)和热等静压(HIP)。专利申请CN200810239844.6公布了一种高纯高富钨相含量的钨钛靶材及其热压制备方法。该方法是以高纯W粉、Ti粉以及高纯Mo、Cr、Ta、Nb等添加金属粉为原料，采用高温高压的热压成型工艺制备高致密的钨钛合金靶材，靶材相对密度达到95～99％，富钨相的含量达到80～93％。并在混料时添加部分高纯Nb、Mo、Cr、Ta等金属粉，稳定和增加合金中富钨相的含量，提高了靶材的使用质量。但热压烧结工艺中粉末与热压模具接触壁存在不利于脱模的反应层，会降低模具寿命和成材率。专利申请CN201110372337.1公布了一种钨钛靶材坯料的制作方法，将钨钛粉末放置入真空包套，抽真空，然后采用热等静压工艺进行烧结成型，完成烧结成型后，进行冷却并拆除真空包套取出钨钛靶材坯料。热等静压工艺可以得到相对致密度很高和组织均匀性较好的合金靶材，但是热等静压工艺制备的W-Ti合金靶材尺寸受到HIP设备的限制，无法制备大尺寸的合金靶材。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法，解决了含有活性金属的钨钛合金无法进行轧制变形加工的难题(即含有活性金属的钨钛合金轧制时容易出现氧化现象，板料易出现裂纹)，且可以制备高致密度、大尺寸的钨钛合金靶材。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤：混合步骤，按规定比例分别称取W粉与TiH2粉末，然后进行混合处理，得到W-TiH2混合粉；压坯步骤，将所述W-TiH2混合粉放入模具中加压成型，得到W-TiH2坯料；预烧步骤，将所述W-TiH2坯料进行预烧还原，得到还原坯料；烧结步骤，将所述还原坯料进行高温真空烧结，得到烧结坯料；包套步骤，将所述烧结坯料进行整形加工，然后用包套材料进行包套，得到包套坯料；轧制步骤，将所述包套坯料进行轧制，得到轧制坯料；热处理步骤，将所述轧制坯料的外层包套材料加工去除，然后进行热处理，得到所述钨钛合金靶材。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述混合步骤中，所述W粉的平均粒度为2～8μm(比如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm)；所述TiH2粉末的平均粒度为10～300μm(比如12μm、15μm、30μm、60μm、100μm、150μm、200μm、250μm、280μm、290μm、295μm)，控制粒度的目的是保证烧结坯料的晶粒度符合要求；更优选地，所述W粉和所述TiH2粉末的纯度为≥99.9％。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述混合步骤中，所述W-TiH2混合粉中，所述TiH2粉末的质量百分比为10～20％(比如11％、12％、14％、16％、18％、19％)，所述W粉的质量百分比为80～90％(比如81％、82％、85％、87％、89％)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述混合步骤中，所述混合处理在混料机内进行，混合时间为16-24h(比如17h、18h、20h、22h、23h)；优选地，所述混料机内处于真空或惰性气体保护状态，这样可以避免粉末混合时产生氧化，影响纯度。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述压坯步骤中，所述加压成型采用冷等静压或油压机模压；优选地，所述冷等静压的压力为100～300MPa(比如110MPa、120MPa、150MPa、200MPa、250MPa、280MPa、290MPa)，保压时间为5～30min(比如6min、8min、10min、15min、20min、28min)；所述油压机模压的压力为100～300MPa(比如110MPa、120MPa、150MPa、200MPa、250MPa、280MPa、290MPa)，保压时间为1-60s(比如2s、5s、10s、20s、30s、40s、50s、55s、58s)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述预烧步骤在烧结炉内进行，所述烧结炉内为流动氢气气氛；为保证完全脱氢，优选地，预烧温度为1000～1300℃(比如1010℃、1020℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1280℃、1295℃)，保温时间为1～6h(比如1.2h、1.5h、2h、3h、4h、5h、5.5h、5.8h)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述烧结步骤在真空炉内进行；优选地，真空度为1×10-3Pa以上(比如1×10-5Pa、5×10-5Pa、1×10-4Pa、5×10-4Pa、1×10-3Pa)，烧结温度为1200～1700℃(比如1220℃、1250℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1650℃、1680℃)，保温时间为1～5h(比如1.5h、2h、3h、4h、4.5h)。更优选地，在所述烧结步骤中，升温速率为1.5～2.5℃/min(比如1.6℃/min、1.8℃/min、2℃/min、2.2℃/min、2.4℃/min)。在上述烧结温度下，形成单相结构(β-Ti，W)，即W和Ti互溶形成的固溶体结构。低于烧结制度的工艺参数范围，可能会出现密度不合格或成分不合格的现象；超出烧结制度的工艺参数范围，则会造成晶粒长大影响后续轧制性能。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述包套步骤中，所述包套材料为不锈钢或钛。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述轧制步骤中，在每轧制道次前坯料均需加热，所述加热的温度为900～1400℃(比如920℃、950℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1350℃、1380℃)，保温时间为10～90min(比如12min、15min、20min、40min、60min、70min、80min、85min)。每次加热制度基本相同，保温时间根据坯料大小作适当调整，实际保温时间是初次加热时间长一些，后续道次加热时间半个小时左右。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述轧制步骤中，所述首次加热的温度为1200～1400℃，保温时间为45～70min，每次加热温度比前一次加热温度降低100℃；轧制总道次和变形量根据实际产品尺寸要求进行设计，优选地，所述轧制采用1～5次(比如2次、3次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：混合步骤，按规定比例分别称取W粉与TiH2粉末，然后进行混合处理，得到W‑TiH2混合粉；压坯步骤，将所述W‑TiH2混合粉放入模具中加压成型，得到W‑TiH2坯料；预烧步骤，将所述W‑TiH2坯料进行预烧还原，得到还原坯料；烧结步骤，将所述还原坯料进行高温真空烧结，得到烧结坯料；包套步骤，将所述烧结坯料进行整形加工，然后用包套材料进行包套，得到包套坯料；轧制步骤，将所述包套坯料进行轧制，得到轧制坯料；热处理步骤，将所述轧制坯料的外层包套材料加工去除，然后进行热处理，得到所述钨钛合金靶材。

【技术特征摘要】
1.一种轧制加工钨钛合金靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：混合步骤，按规定比例分别称取W粉与TiH2粉末，然后进行混合处理，得到W-TiH2混合粉；压坯步骤，将所述W-TiH2混合粉放入模具中加压成型，得到W-TiH2坯料；预烧步骤，将所述W-TiH2坯料进行预烧还原，得到还原坯料；烧结步骤，将所述还原坯料进行高温真空烧结，得到烧结坯料；包套步骤，将所述烧结坯料进行整形加工，然后用包套材料进行包套，得到包套坯料；轧制步骤，将所述包套坯料进行轧制，得到轧制坯料；热处理步骤，将所述轧制坯料的外层包套材料加工去除，然后进行热处理，得到所述钨钛合金靶材。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述混合步骤中，所述W粉的平均粒度为2～8μm；所述TiH2粉末的平均粒度为10～300μm；优选地，所述W粉和所述TiH2粉末的纯度为≥99.9％。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述混合步骤中，所述W-TiH2混合粉中，所述TiH2粉末的质量百分比为10～20％，所述W粉的质量百分比为80～90％；优选地，所述混合处理在混料机内进行，混合时间为16-24h；更优选地，所述混料机内处于真空或惰性气体保护状态。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述压坯步骤中，所述加压成型采用冷等静压或油压机模压；优选地，所述冷等静压的压力为100～300MPa，保压时间为5～30min；所述油压机模压的压力为100～300MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广达，姚惠龙，刘国辉，刘桂荣，熊宁，弓艳飞，
申请(专利权)人：安泰天龙钨钼科技有限公司，安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11