Pt-Co基溅射靶制造技术

一种具有多相的Ｃｏ－Ｃｒ－Ｂ－Ｐｔ溅射靶合金。合金可包括Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｏ、Ｓｉ和Ｎ。该合金通过将Ｐｔ粉末与Ｃｏ－Ｃｒ－Ｂ主合金混合，球磨粉末和热等静压以密化粉末成合金而制得。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
该申请是2002年4月8日提交的PCT/US02/10909，国家申请号为02808205.2的专利技术名称为“Pt-Co基溅射靶”的分案申请。本专利技术涉及贵金属磁性溅射靶及其制造方法。根据本专利技术，将通过快速固化制成的固体合金粉末与Pt元素机械合金化、密化、并加工成溅射靶。本专利技术本专利技术的目的是，通过采用新的工艺使其产生新颖的微观结构构造，从制造和使用的观点看，增强溅射靶的性能。开发的该新工艺设计认真考虑了成本、订货至交货的时间和最终产品的性能。发展该微观结构构造的目的是为了提高生产力和增强产品的使用性能。在本专利技术中，靶采用传统的工艺步骤(如气体喷雾、粉末混合和研磨、热等静压和切削加工)制成，虽然工艺步骤本身并不奇特，但这些工艺步骤被巧妙地利用使得在保持制造过程中具有竞争力的成本和订货至交货时间的同时，获得较好的溅射靶。采用本专利技术所述工艺制得的新颖微观结构的特征在于它的细沉淀结构和高度的组分均一性。气体喷雾是用于大范围的工业应用生产粉末金属的常用方法。通常认为，此技术生产的细球形粉末微观结构与快速固化物质不同。虽然在溅射靶工业中已经使用雾化法制造了一定范围的合金粉末，但雾化法还没有用来在多相Co基磁性合金中减少沉淀相尺寸。在本专利技术中，气体雾化用来生产具有细微观结构的合金粉末，当与传统铸造工艺技术相比时，该结构可以在密化粉末的机械工作状态下增强其生产力，并具有更好的靶微观结构和组分均一性。总的说来，多相金属物质的延展性基本上取决于其微观结构中的连续相或相的延展性。在多相微观结构中，一个已知相的连续度是其尺寸和形状的函数。例如有高纵横比的粗糙微观结构比细的球形相在更低的体积分数下就会互连。这种几何尺寸的事实可以总结为一种已知相的渗漏体积分数极限与相的尺寸成反比，与纵横比成正比。在含大于6at％B的CoCrPtB合金中发生的现象就是其中的一个例子，当这些物质通过传统铸造方法制成时，它们含有一种粗糙而狭长的脆性相。由于其尺寸和形态，该相在整个微观结构中互连，因而决定物质的力学性能，并赋予其脆性。相反地，同样的合金，当依据本专利技术制造时，则趋于更柔韧。这种现象的发生是因为微观结构中的存在的脆性相较细并且等轴，因而不连续。传统工艺加工的物质和采用气体喷雾加工的物质出现的微观结构的不同是两种工艺固化速度不同的结果。快速固化物质与传统铸造物质趋于具有更细的微观结构。本专利技术的目的是巧妙地运用此现象来制造Co基溅射靶，以提高其机械加工性能。已经实现采用本专利技术概述的工艺步骤来提高塑性导致热加工工艺中更高的处理量，从而带来了生产成本的节约。另外，由于CoCrPtB合金中脆性相的体积分数是B含量的强函数，根据本专利技术制造的物质的延展性相对提高，因此而来的加工工艺性能的加强就会随B含量的增加更加明显。这种随B含量的增加来增强本专利技术的好处在介质工业中变的越来越重要了。而且，在最终靶中的B含量在10at％以上的情况下，本专利技术就成为了一种有效可行的技术，因为在这种B含量水平上传统铸造和机械加工技术已经完全不起作用了。由于磁头技术和磁盘存储能力的进步，近几年来对薄膜介质组分的均一性要求已大大提高了。这种要求已经产生了对具有高微观结构均一性的多相溅射靶工业的需求，因为增加靶的微观结构均一性减少了溅射膜上的组分梯度。在Harkness等人(J.Mater.Res.，Vol 15，No.12，Dec 2000，P.2811)的论文中，此结果已被CoCrPtTa合金的情况作了证实。虽然此参考文献研究的合金系统中不含B，而且虽然靶的微观结构操作工艺不涉及此处讨论的快速固化技术，但其一般结果都可以显著地支持本文所述的技术。本专利技术采用了两种基本方法在复杂化学成分的溅射靶中得到优良的组分均一性。第一种方法是将用来制造靶的基料主合金粉末快速固化。快速固化导致产生含细沉淀物的化学均质细粉末。小尺寸的颗粒和沉淀物促进了混合粉中点对点之间优良的化学均一性，从而保证了最终靶内的化学均一性。第二种方法是用球磨或其它机械合金化技术将基料粉末机械合金化。机械合金化导致合金粉末混合物具有很低的化学可变性，从而被认为是不同组分粉末混合产生化学均质粉末混合物的最优方法。这些方法的结合使得制造与采用传统铸造技术制造的溅射靶相比，化学组分和微观结构均一性更高的溅射靶成为可能。为了说明与采用传统铸造技术制造的溅射靶相比，采用本专利技术制造的溅射靶中点对点均质性的提高程度，将两种溅射靶进行了比较。靶1是依据本专利技术制造的靶，靶2为采用传统技术制造的靶。八种物质试样用标准转孔技术取自靶的任意位置。每一试样对其Co、Cr、Pt、B和Ta进行化学分析。结果标明，靶1的点对点化学组分可变性大大小于靶2。每一试样中测量的组分平均值和标准偏差如下表所示。表 点对点组分均一性的对比 溅射靶工艺中标准的工艺范例是熔化和铸造具有最终产品组分的合金。用于溅射靶的含Pt合金可以采用标准合金化和铸造实践的具有竞争力成本的方法制造。然而在考察了含Pt雾化粉末制造溅射靶的生产成本后，雾化工艺中与pt损失相关的成本致使该工艺太昂贵而不能成为一种具有竞争力的溅射靶制造工艺是显而易见的。申请人已发现一种通过机械合金化元素pt粉末和非贵金属Co基主合金粉末达到所需化学成分(正与雾化含Pt组分相反)的成本较低的方法。采用此方法，可以在整个靶制造工艺中更有效地控制Pt金属，从而充分地减少生产成本。这就是本专利技术使用的细微但关键的工艺方法，致使本专利技术与众不同。为了说明生产成本节约的可能性，考虑以下内容。用于数据存储的典型CoCrPtB合金含有约30wt％的Pt。合金的雾化，包括Pt，导致的典型贵金属物质产量损失约为8％。相反地，将Pt粉末与喷气雾化的非贵金属Co基主合金粉末导致的典型贵金属产量的损失小于2％，Pt现在的成本高于$20/gm(相比Co大约为$0.04/gm)。因此，显而易见巨大的成本利益，Pt物质产率工艺提高6％。例如，该Pt产量损失的减少导致含12at％Pt(大约30wt％)及具有大约直径7”×厚0.300”的圆柱几何体的CoCrPtB靶产品的制造成本降低20％～30％。除了优化成本结构外，优化的工艺周期时间能够在溅射靶工艺中提供一个非常重要的竞争优势。在本专利技术中，周期时间的减少主要是通过采用一组具有标准组分的主合金粉末实现的。这些粉末可以以不同的比例混合以生产大范围的最终合金组分，因此避免了每需要一种新的合金组分时都要重新雾化一批粉末。标准主合金粉末可以存储，因而工艺中雾化周期时间就可以缩小。没有此种标准物质存储方法，在需求新物质时具有竞争力的周期时间是很困难的。事实上，已经证实标准主合金粉末的存储可以减少多达80％的订货至交货的时间。当数据存储靶客户作出购买决定时，考虑的重要的质量度量是批(lot)-批(lot)间的化学组分均一性。制造靶的标准工艺技术是包含熔化、铸造和轧制步骤的成批处理工艺。典型地，批量的重量在20到120kg。已鉴定化学成分的批定义为工艺熔点部分的产品。由于标准熔化CoCrPtB合金通常工艺的变化，批-批间组分的变化一般为每一种组分物种为0.5at％。批-批间的杂质含量也不一样。原则上，为了在介质生产过程的周期中使一已知合金的化学组分变化性减少到最小，应该采用非常大的批，因此减少批的整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造贵金属磁性溅射靶的方法，所述贵金属磁性溅射靶包括多相合金，该多相合金包括Ｐｔ和主合金，该主合金包括Ｃｏ和至少２ａｔ％的选自Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｏ、Ｓｉ和Ｎ的至少一种元素，该方法包括以下步骤：　　ａ）提供快速固化的主合金，该主合金包括Ｃｏ和至少２ａｔ％的选自Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｏ、Ｓｉ和Ｎ的至少一种元素；ｂ）机械合金化Ｐｔ粉末和包括Ｃｏ的主合金，形成机械合金化的溅射靶；和 ｃ）将步骤ｂ）中得到的机械合金化的溅射靶在１５，０００ｐｓｉ～３０，０００ｐｓｉ的压力、１５００°～１９００°Ｆ的温度下，致密化１～６小时。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔桑德林，伯恩德金克尔，张威利，菲利浦科尔诺，
申请(专利权)人：黑罗伊斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]