一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺制造技术

本发明专利技术属于高温难熔金属靶材制备领域，具体涉及一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺，该工艺包括如下步骤：原料混合；胶套装粉作业；冷等静压作业，升压至一定压力后，保压一段时间，然后泄压，最后将压制坯从胶套取出；真空烧结或氢气保护烧结；热等静压作业，对烧结坯直接进行热等静压作业；热轧作业，对钼铌合金进行金属包套轧制，热轧后退火去除应力；进行磨削等机加工作业，得到最终所需产品尺寸。该工艺步骤简单，操作便捷，制备的钼铌合金溅射靶材纯净度、相对密度均满足高端电子产品镀膜领域使用需求，且生产成本低，产品尺寸宽泛，便于工业化批量生产。

Preparation of a High Density Molybdenum-Niobium Alloy Sputtering Target

【技术实现步骤摘要】
一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺
本专利技术属于高温难熔金属靶材制备领域，具体涉及一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺。
技术介绍
钼靶材是一种具有高附加值的特征电子材料，在电子行业中，钼溅射靶材主要用于平面显示器、薄膜太阳能电池的电极和配线材料以及半导体的阻挡层材料。这些都是基于钼的高熔点、高电导率、较低的比阻抗、较好的耐腐蚀性以及良好的环保性能。与纯钼靶材相比，在钼中添加一定比例的铌元素后，可使液晶显示屏的像素提高或扩大两倍以上，使长电极大显示屏清晰度高、信息容量高、分辨能力高。另外，钼铌合金靶材还有优异的导电、抗氧化性能以及较低的镀膜应力，在平面显示器中作为重要配线用靶材有广泛的应用。随着国内外LCD液晶电视、平板电脑、手机等产业的不断发展，高性能钼铌合金需求量与日俱增，与其相关的高性能钼铌和靶材的制备工艺研究显得尤为重要。目前制备钼铌合金靶材的技术主要为粉末冶金法，主要工艺步骤为混料、压制成型、烧结。实际生产中，由于钼铌合金属于置换固溶体合金，烧结致密难，采用普通粉末冶金工艺生产的钼铌合金靶材致密度小，相对密度远低于溅射靶材的使用要求，因此采用传统的粉末冶金法生产钼铌合金溅射靶材难以满足下游产业需求。中国专利CN109439990A提供了一种高致密度高含量钼铌合金靶材的制备工艺，所述制备工艺的原材料由按质量百分比计量的以下组分组成：铌粉5％-15％，余量为钼粉；称取所述铌粉的一部分，通过铌的氢化工艺制取得到二次氢化铌；所述二次氢化铌与所述原材料的质量比为0.1：100-3：100，所述二次氢化铌呈粉末状，颗粒粒径D90≤50μm。该专利技术利用二次氢化铌的活化作用，并通过控制制取二次氢化铌的工艺参数，采用粉末冶金工艺直接制备高致密度高含量钼铌合金溅射靶材。由于最大压制压力限制，压制坯密度较低，相对密度约为60%-65%，真空烧结后，由该制备工艺值得的靶材的相对密度也低于95%，难以达到钼铌溅射靶材需求的98%以上的相对密度。且此种工艺受真空炉炉膛尺寸限制，难以加工大尺寸钼铌合金溅射靶材。中国专利CN105441884B提供了一种钼铌合金溅射靶材的制备方法。该方法为：一、将钼粉和铌粉置于混料机的混料罐中搅拌混合均匀，得到混合粉末；二、对混合粉末进行冷等静压，得到板坯，然后对将述板坯在真空或者氢气气氛保护条件下进行预烧结处理，得到钼铌合金预制坯料；三、将钼铌合金预制坯料表面车铣加工，然后进行热等静压，得到钼铌合金制件；四、对钼铌合金制件进行机械加工和表面磨削加工，得到钼铌合金溅射靶材，该制备方法使用滚筒式混料机进行机械混料，此种工艺方法在真空或氢气保护烧结后，对坯料进行机加工，不但使加工工序复杂，且大大降低了钼铌合金靶材生产的成材率。且烧结受炉膛尺寸限制，难以加工大尺寸靶材。中国专利CN108930020A提供了一种钼铌靶材制作工艺。该工艺包括：步骤一，原料混合；步骤二，胶套装粉作业；步骤三，冷等静压；步骤四，对冷等静压制坯进行六面加工；步骤五，热等静压；步骤六，包套压延。此工艺在冷等静压制得压制坯后，对压制坯进行六面加工，降低了靶材的成品率。且冷等静压之后进行热等静压，要制作金属内外包套，还需对包套抽真空，工艺步骤复杂，降低了效率，大大增加了靶材生产的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺，该工艺步骤简单，操作便捷，制备的钼铌合金溅射靶材纯净度、相对密度均满足高端电子产品镀膜领域使用需求，且生产成本低，产品尺寸宽泛，便于工业化批量生产。本专利技术的技术方案是：一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺，包括如下步骤：S1.原料混合，钼粉和氢化铌粉按重量比为5-20:1的比例准备，并将各组分在保护气保护下进行球磨、过筛、混匀，得到混合粉末；S2.胶套装粉作业，将上述步骤S1得到的混合粉末装入胶套进行胶套装粉，装粉完毕后，将胶套密封，并对胶套进行整形使胶套保持长方体形状，得到压制坯；S3.冷等静压作业，将上述步骤S2装粉完成的压制坯胶套放入冷等静压机压制，缓慢升压至150MPa-400MPa后，保压3-10分钟，然后泄压，最后将压制坯从胶套取出；S4.真空烧结，将上述步骤S3冷等静压处理过的压制坯放入真空炉内直接进行真空烧结，得到烧结坯；S5.热等静压作业，对上述步骤S4处理过的烧结坯直接进行热等静压处理，作业压力100MPa-300MPa，作业温度1000℃-1600℃；S6.热轧作业，对经步骤S5处理过的烧结坯进行金属包套轧制，之后进行热轧，热轧制加热温度控制为1200℃-1600℃，热轧后退火去除应力，退火温度控制为1200℃-1400℃，得到板坯；S7.机加工作业，经步骤S6处理的板坯进行机加工作业得到最终所需产品尺寸。具体的，步骤S1中将重量配比的钼粉和氢化铌粉装入V型混料机中，通保护气氩气15分钟至V型混料机中，保持V型混料机内氩气的气压为正压时开机混料，混料时间为8-16小时。具体的，所述的钼粉和氢化铌粉的纯度均不低于99.9%，钼粉和氢化铌粉球磨完成之后分别过160目—200目筛。具体的，所述步骤S4中烧结炉内升温速率保持在2-5K/min，最高烧结温度为1800-2200℃，保温时间5-15h，保温结束后，自然随烧结炉冷却至50℃，之后开炉取坯。具体的，所述的步骤S6中对烧结坯进行热轧作业本过程为：使用8-15mm厚的碳素钢板对烧结坯的各个面进行包覆并对钢板连接处进行焊接密封，之后加热轧制，分3-5道次轧制，每道次轧制变形量不低于20%，轧制完成后，去应力退火，退火保温时间为0.5-2小时，之后自然冷却。随着对电子产品综合性能和使用环境要求的不断提高，对溅射靶材的性能也提出了越来越高的要求。虽然钼已成为较为理想的平面显示器、薄膜太阳能电池的电极和配线材料以及半导体的阻挡层材料，但在应用中，发现钼在耐腐蚀性（变色）和密着性（膜的剥离）方面仍存在问题。研究和实践表明，在钼溅射靶材中加入铌等合金元素，可使溅射后溅射薄膜的比阻抗、应力、耐腐蚀性等各种性能达到均衡，愈来愈受到青睐。目前，钼铌合金溅射靶材已在触摸屏（手机、公共领域显示器等）、液晶显示器等功能薄膜制备中开始应用，显示了显著的优点和广阔的应用前景。目前，钼铌合金溅射靶材所采用的制备工艺包括：1）熔炼铸造工艺，将一定配比的钼、铌原料熔炼，再将合金熔液浇注于模具中，得到铸锭，再经热处理、锻造、挤压和轧制等制成靶材。此工艺存在的问题是：铸锭难免存在铸造缺陷，如缩孔、缩松、夹杂、偏析等，且铸锭晶粒粗大，造成镀膜效率降低和薄膜质量下降，如果进一步加工，成品率低、成本高；由于钼、铌皆属高熔点金属，通常需采用真空电弧熔炼或真空电子束熔炼，设备条件要求高，成本高；很难获得成分均匀的钼铌合金靶材，即使采用二次重熔等工艺，成分均匀性也很难达到要求，造成膜层成分均匀性降低。2）粉末冶金工艺，对于钼铌合金靶材的制备，常用的粉末冶金工艺包括：①将一定量的钼粉和铌粉混合后，经压制成形、真空烧结得到钼铌合金靶材。由于铌与氧的结合力较强，且在烧结过程中钼粉中的氧杂质也被铌所吸收，造成来自钼粉和铌粉中的氧杂质挥发困难，阻止烧结致密化，因此此种工艺得到的靶材相对密度仅有80~89%，气孔率大，在溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1.原料混合，钼粉和氢化铌粉按重量比为5‑20:1的比例准备，并将各组分在真空或者保护气保护下进行球磨、过筛、混匀，得到混合粉末；S2.胶套装粉作业，将上述步骤S1得到的混合粉末装入胶套进行胶套装粉，装粉完毕后，将胶套密封，并对胶套进行整形使胶套保持长方体形状，得到压制坯；S3.冷等静压作业，将上述步骤S2装粉完成的压制坯胶套放入冷等静压机压制，缓慢升压至150MPa‑400MPa后，保压3‑10分钟，然后泄压，最后将压制坯从胶套取出；S4.真空或保护气保护下烧结，将上述步骤S3冷等静压处理过的压制坯放入真空炉内直接进行真空烧结，或者是放入普通烧结炉内在保护气保护下烧结，得到烧结坯；S5.热等静压作业，对上述步骤S4处理过的烧结坯直接进行热等静压处理，作业压力100MPa ‑300MPa，作业温度1000℃‑1600℃；S6.热轧作业，对经步骤S5处理过的烧结坯进行金属包套轧制，之后进行热轧，热轧制加热温度控制为1200℃‑1600℃，热轧后退火去除应力，退火温度控制为1200℃‑1400℃，得到板坯；S7.机加工作业，经步骤S6处理的板坯进行机加工作业得到最终所需产品尺寸。...

【技术特征摘要】
1.一种高致密度钼铌合金溅射靶材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1.原料混合，钼粉和氢化铌粉按重量比为5-20:1的比例准备，并将各组分在真空或者保护气保护下进行球磨、过筛、混匀，得到混合粉末；S2.胶套装粉作业，将上述步骤S1得到的混合粉末装入胶套进行胶套装粉，装粉完毕后，将胶套密封，并对胶套进行整形使胶套保持长方体形状，得到压制坯；S3.冷等静压作业，将上述步骤S2装粉完成的压制坯胶套放入冷等静压机压制，缓慢升压至150MPa-400MPa后，保压3-10分钟，然后泄压，最后将压制坯从胶套取出；S4.真空或保护气保护下烧结，将上述步骤S3冷等静压处理过的压制坯放入真空炉内直接进行真空烧结，或者是放入普通烧结炉内在保护气保护下烧结，得到烧结坯；S5.热等静压作业，对上述步骤S4处理过的烧结坯直接进行热等静压处理，作业压力100MPa-300MPa，作业温度1000℃-1600℃；S6.热轧作业，对经步骤S5处理过的烧结坯进行金属包套轧制，之后进行热轧，热轧制加热温度控制为1200℃-1600℃，热轧后退火去除应力，退火温度控制为1200℃-1400℃，得到板坯；S7.机加工作业，经步骤S6处理的板坯进行机加工作业得到最终所需产品尺寸。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅方，方宏，孙虎民，张雪凤，刘宁平，陈亚光，高艳岭，
申请(专利权)人：洛阳高新四丰电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41