一种钽铝合金溅射靶材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钽铝合金溅射靶材及其制备方法，所述制备方法包括将具有目标质量比例的钽铝合金粉末装入模具并封口，然后依次进行脱气处理、热等静压处理、机加工，得到钽铝合金溅射靶材。所述制备方法采用热等静压工艺，不仅可以减少外界对靶材的氧化作用，还具有工艺简单、成本较低等优点；而且，基于金属铝的熔点较低的特点，所述制备方法采取两段式热等静压处理，先在较低温度下预成型，再在较高温度下达到致密度要求，使得制备得到的钽铝合金溅射靶材具有致密度≥99.0％，晶粒尺寸≤50μm，靶材内部结构均匀，机加工性能优异等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钽铝合金溅射靶材及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体涉及合金靶材的粉末冶金材料加工
，尤其涉及一种钽铝合金溅射靶材及其制备方法。
技术介绍
物理气相沉积(PhysicalVapourDeposition，PVD)指的是，在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使材料源蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，然后通过电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上形成某种特殊功能的薄膜。PVD技术半导体芯片制造业、太阳能行业、LCD制造业等多种行业的核心技术，主要方法有真空蒸镀、电弧等离子体镀、离子镀膜、分子束外延和溅射镀膜等。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。目前，制备溅射靶材的工艺主要有熔铸后经过塑性变形工艺以及粉末冶金工艺两种方式，其中粉末冶金工艺制备的溅射靶材具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金烧结成型工艺可以直接制备多孔、半致密或全致密材料和制品。粉末冶金烧结成型工艺分为热压烧结(HotPressing，HP)和热等静压(HotIsostaticPressing，HIP)两种方法：HP工艺是指将干燥粉料充填入模型内，然后置于真空热压炉中，在真空或者惰性条件下，从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成；HIP工艺是指将制品放置到密闭的容器中，在一定温度和真空度下对包套内的粉末坯料进行脱气处理，保证包套内真空氛围，然后施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。粉末热等静压材料一般具有均匀的细晶粒组织，能避免铸锭的宏观偏析，提高材料的工艺性能和机械性能。HIP工艺的优点在于集热压和等静压于一身，成形温度低，产品致密，性能优良。钽铝合金溅射靶材是一种新型的溅射靶材，主要用于真空磁控溅射镀膜和真空多弧离子镀膜，要求溅射靶材具有较高的致密度和优异的机加工性能。目前，现有技术仅公开了铝钽旋转靶材和铝合金溅射靶材的制备方法。例如CN104831244A公开了一种铝钽旋转靶材及可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，所述制备方法包括：对不锈钢基体进行超声清洗、喷砂处理，使基体达到合适的粗糙度；在惰性气体保护氛围中，使用等离子喷涂方法喷涂合金过渡涂层；以纯度不低于99.99％铝钽粉末为原料，将粉末球磨处理3～8h，过筛得到铝钽喷涂粉末；冷喷涂铝钽粉，喷涂腔体内先抽真空再通入循环惰性气体，气体流量为200～1500SCCH，基体以60～150r/min的速度围绕中心轴旋转，喷枪的移动速度为500～1500mm/min。利用所述制备方法得到的铝钽旋转靶材纯度高、密度大、成分均匀，长度可达到4000mm，厚度为3～15mm，但是所述制备方法仅适合制备厚度较薄的铝钽旋转靶材，适用范围相当有限。CN105296945A公开了一种铝合金溅射靶材及其制备方法，所述铝合金溅射靶材由难熔金属的一种或一种以上、Al和Cu组成；其中，Cu含量为0.1～4wt％，难熔金属含量为0.05～0.5wt％，余量为Al；所述难熔金属是指熔点高于1650℃的金属；所述难熔金属为W、Mo、Ta、Hf或Ru。所述制备方法包括熔炼、热机械化处理和成型加工三个步骤，其中，热机械化处理指的是对高纯合金铸锭依次进行固溶处理和三向锻造，随后通过中间退火处理消除锻造应力，最后进行多道次往复冷轧。所述制备方法操作繁琐，能耗较高，不适合大规模推广。综上所述，目前亟需开发一种利用热等静压且行之有效的钽铝合金溅射靶材的制备方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种钽铝合金溅射靶材及其制备方法。所述制备方法采用热等静压工艺，不仅可以减少外界对靶材的氧化作用，还具有工艺简单、成本较低等优点，而且制备得到的钽铝合金溅射靶材具有致密度高，晶粒细小，靶材内部结构均匀，机加工性能优异等优点。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种钽铝合金溅射靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将具有目标质量比例的钽铝合金粉末装入模具并封口；(2)将步骤(1)封口后的模具进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的模具在500-950℃下进行热等静压处理，得到钽铝合金溅射靶材粗品；(4)将步骤(3)得到的钽铝合金溅射靶材粗品进行机加工，得到钽铝合金溅射靶材。本专利技术所述制备方法采用热等静压工艺，先通过脱气处理使得模具内的钽铝合金粉末达到一定密度，然后施加各向同等的压力，同时施以高温，使得钽铝合金粉末在高温高压的作用下得以烧结和致密化。所述制备方法不仅可以减少外界对靶材的氧化作用，还具有工艺简单、成本较低等优点；此外，制备得到的钽铝合金溅射靶材具有致密度≥99.0％，晶粒尺寸≤50μm，靶材内部结构均匀，机加工性能优异等优点。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述目标质量比例中铝的质量比例为12.5-13.5％，其余为钽。本专利技术所述铝的质量比例为12.5-13.5％，例如12.5％、12.6％、12.7％、12.8％、12.9％、13.0％、13.1％、13.2％、13.3％、13.4％或13.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。优选地，步骤(1)所述模具为不锈钢包套。优选地，在步骤(1)所述装入模具后，依次进行夯实和封口。本专利技术所述不锈钢包套采用氩弧焊接，将不锈钢盖板和包套焊接牢固进行封口处理，为后续脱气处理提供基本保障。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述钽铝合金粉末由钽粉和铝粉按照目标质量比例混合得到。优选地，所述钽粉的纯度为99.95-99.99％，例如99.95％、99.96％、99.97％、99.98％或99.99％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。优选地，所述钽粉的粒径≤75μm，例如75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50μm或40μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。优选地，所述铝粉的纯度为99.95-99.99％，例如99.95％、99.96％、99.97％、99.98％或99.99％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。优选地，所述铝粉的粒径≤75μm，例如75μm、70μm、65μm、60μm、55μm、50μm或40μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。本专利技术所述钽铝合金粉末的制备对钽粉和铝粉的纯度和粒径进行限定，不仅可以保证制备得到的钽铝合金溅射靶材具有较高的纯度，还可以保证合金粉末在热等静压工艺中充分熔化并混合均匀，进而保证了制备得到的钽铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钽铝合金溅射靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)将具有目标质量比例的钽铝合金粉末装入模具并封口；/n(2)将步骤(1)封口后的模具进行脱气处理；/n(3)将步骤(2)脱气后的模具在500-950℃下进行热等静压处理，得到钽铝合金溅射靶材粗品；/n(4)将步骤(3)得到的钽铝合金溅射靶材粗品进行机加工，得到钽铝合金溅射靶材。/n

【技术特征摘要】
1.一种钽铝合金溅射靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将具有目标质量比例的钽铝合金粉末装入模具并封口；
(2)将步骤(1)封口后的模具进行脱气处理；
(3)将步骤(2)脱气后的模具在500-950℃下进行热等静压处理，得到钽铝合金溅射靶材粗品；
(4)将步骤(3)得到的钽铝合金溅射靶材粗品进行机加工，得到钽铝合金溅射靶材。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述目标质量比例中铝的质量比例为12.5-13.5％，其余为钽；
优选地，步骤(1)所述模具为不锈钢包套；
优选地，在步骤(1)所述装入模具后，依次进行夯实和封口。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钽铝合金粉末由钽粉和铝粉按照目标质量比例混合得到；
优选地，所述钽粉的纯度为99.95-99.99％；
优选地，所述钽粉的粒径≤75μm；
优选地，所述铝粉的纯度为99.95-99.99％；
优选地，所述铝粉的粒径≤75μm。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合在惰性气体保护下进行；
优选地，所述惰性气体为氦气和/或氩气，优选为氩气；
优选地，所述惰性气体的压力为0.02-0.06MPa。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述混合在V型混粉机中进行；
优选地，在所述混合前将所述V型混粉机清洗干净，以保证V型混粉机内无污染；
优选地，所述V型混粉机的混合速率为5-15r/min；
优选地，所述混合的混合时间为12-36h。


6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述脱气处理的温度为300-500℃；
优选地，步骤(2)所述脱气处理的时间为4-8h；
优选地，步骤(2)所述脱气处理的真空度在5.0E-3Pa以下；
优选地，步骤(2)所述脱气处理在加热炉中进行。


7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述热等静压处理在热等静压炉中进行；
优选地，在步骤(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，边逸军，潘杰，王学泽，黄东长，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33