一种铝基管状靶材的制备方法技术

本发明专利技术属于粉末冶金技术领域，公开了一种铝基管状靶材的制备方法，包括：包套组装、原料混合、粉末装填、包套除气、热等静压处理、成品加工等工艺步骤。本发明专利技术将靶材成型以及靶材与背管的绑定工序合二为一，省去了绑定工序，显著缩短生产周期并降低生产成本；在背管外壁与靶材内壁形成一层含锌的粘结层作为冶金过渡层，增强了靶材与背管的结合强度以及溅射过程中热量的传递，可适用于大功率溅射；基于热等静压工艺制备铝基管状靶材，避免了脆性的铝基金属间化合物的生成，为制备铝基多元管靶提供了有益参考。了有益参考。了有益参考。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基管状靶材的制备方法


[0001]本专利技术涉及粉末冶金
，尤其涉及一种铝基管状靶材的制备方法。

技术介绍

[0002]物理气相沉积技术用于在工件表面制备薄膜和涂层实现力学或光电方面的用途，在半导体、微电子、磁记录、工模具、装饰等领域具有广泛的应用。作为物理气相沉积技术的源材料——靶材，是制备薄膜和涂层的关键材料。目前靶材的形状主要分两种，一种是平面靶材，另一种是管状靶材；平面靶材的利用率只有20％～30％，远远低于管状靶材大约70％的利用率；平面靶材低的利用率，会造成大量的源材料浪费。所以，目前管状靶材是未来靶材的发展趋势。
[0003]铝基靶材在工具、模具、机械零件上制备一层氮化物涂层，用于达到耐磨防腐的作用，大大提高了产品的服役周期；管状铝基靶材，因其高的利用率，在利用物理气相沉积技术制备薄膜或涂层领域具有广阔的应用前景。
[0004]现有的制备方法采用内、外两层包套，将背管套在内层包套外，然后将混合均匀的钛铝粉末装入背管外壁与外层包套之间；除气管置于外层包套侧壁，除气完成后进行热等静压制备成管状毛坯；最后机加工制备成管状铬铝靶材，但是该方法存在以下缺陷：(1)因为需要内外两层包套，焊接工作量大；(2)由于在热等静压处理过程中，内层包套会向外扩展，需要内层外壁与背管内壁紧密贴合，否则在热等静压处理过程中内层包套会涨裂。
[0005]考虑到现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种管状铝基靶材的制备方法。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种铝基管状靶材的制备方法。
[0007]本专利技术的一种铝基管状靶材的制备方法是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种铝基管状靶材的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，组装包套：在背管外壁设置粘接层后，在所述粘接层外侧形成一个上方具有贯穿孔的腔体的包套结构；
[0010]其中，所述粘结层为锌或锌铝合金；
[0011]步骤2，原料混合：分别称取铝基管状靶材的制备原料经球磨处理混合均匀，获得填充材料；
[0012]步骤3，粉末装填：通过所述贯穿孔，采用所述填充材料将所述腔体完全填充后，获得装粉包套；
[0013]步骤4，包套除气：将所述装粉包套进行高温除气处理后，获得除气包套；
[0014]步骤5，热等静压处理：将所述除气包套进行静压处理，获得锭坯；
[0015]步骤6，成品加工：将所述锭坯进行加工后，获得铝基管状靶材。
[0016]进一步地，所述制备方法是基于包套组件进行制备的，所述包套组件包括包套外壳、包套上盖、包套下盖、芯棒、背管、上限位环和下限位环；所述上限位环上具有贯穿孔；且
所述制备方法包括以下步骤：
[0017]步骤1，组装包套
[0018]将包套下盖设置于包套外壳内侧的底端；在背管外壁制作一层粘接层后，将芯棒插入所述背管中，将其置于所述包套外壳内；且所述背管的上端与下端分别通过上限位环和下限位环进行固定，以使包套外壳、粘接层、下限位环和上限位环之间形成一个上方设置有贯穿孔的腔体；
[0019]步骤2，原料混合：分别称取铝基管状靶材的制备原料经球磨处理混合均匀，获得填充材料；
[0020]步骤3，粉末装填：通过所述上限位环的贯穿孔，将所述腔体采用所述填充材料完全填充；随后，将连接有除气管的包套上盖设置于所述包套外壳的上端内侧，并使其外边缘与所述包套外壳上边缘平齐，获得装粉包套；
[0021]步骤4，包套除气：将所述装粉包套进行高温除气处理后，将所述除气管密封，获得除气包套；
[0022]步骤5，热等静压处理：将所述除气包套进行静压处理，获得铝基管状靶材锭坯；
[0023]步骤6，成品加工：将所述铝基管状靶材锭坯中的芯棒，获得铝基管状靶材。
[0024]进一步地，所述制备原料包括铝以及其他组分；
[0025]所述其他组分为钛、铬、硅、硼、钼、钨、钒中的一种或多种。
[0026]进一步地，所述铝与其他组分的原子比为0.1～0.99:1。
[0027]进一步地，所述铝与其它原料为粉末状，粉末粒度＜500μm。
[0028]进一步地，所述高温除气处理的温度为300～400℃，保温时间为4～16h，保温时的真空度≤2
×
10
‑3Pa。
[0029]进一步地，所述热等静压的温度为400～600℃，压力为60～150MPa，处理时间为2～5h。
[0030]进一步地，所述球磨处理的的球料比为1:4，球磨转速为30～60r/min，球磨时间为4～10h。
[0031]进一步地，所述背管的材质为不锈钢、钛、钛合金、铜和铜合金中的任意一种。
[0032]进一步地，所述粘结层为锌或锌铝合金。
[0033]进一步地，所述芯棒的材质为石墨、铝和铝合金中的任意一种；
[0034]所述芯棒的高度大于所述背管的高度。
[0035]进一步地，所述上限位环的内径大于芯棒直径，且其外径小于包套外壳的内径。
[0036]进一步地，所述下限位环的内径大于背管外径，且其外径小于包套外壳的内径。
[0037]进一步地，所述包套外壳的材质为铝或铝合金。
[0038]进一步地，除气管的材质为铝或铝合金。
[0039]进一步地，所述上限位环的材质为铝或铝合金。
[0040]进一步地，所述下限位环的材质为铝或铝合金。
[0041]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0042]本专利技术制备的铝基管状靶材直接将铝粉和钛、铬、硅、硼、钼、钨、钒中等一种或多种粉末通过热等静压的方式粘接在背管上，将靶材成型以及靶材与背管的绑定工序合二为一，省去了绑定工序，显著缩短生产周期并降低生产成本。
[0043]本专利技术选用金属锌或锌合金作为靶材与背管之间的粘接层，可将粘接层的熔化温度提高到420℃度以上，避免了选用大功率溅射时，容易出现管靶结合面过热而使粘接层(比如传统的铟粘接层)熔化最终导致靶材脱落、鼓包、粘接层流入溅射腔室等情况的发生，为大功率快速溅射提供了条件。
[0044]本专利技术通过球磨将填充材料的制备原料混匀，不但保证了混粉的均匀性，而且增加了粉末之间的咬合，避免了装粉过程中粉末不均匀现象的出现，确保了靶材成分分布均匀。
[0045]本专利技术基于热等静压工艺制备的铝基管状靶材制备工艺，由于合理的选择的制备温度，既保证了靶材的致密性、又不含钛铝、铬铝等脆性金属间化合物，不仅可实现传统熔炼工艺无法制备的高铝管状靶材，铝原子的摩尔比例大于10％，小于99％；而且靶材易成型、加工难度低，可实现复杂形状靶材的生产。本专利技术为铝基管状靶材制备工艺提供了有益参考。
[0046]本专利技术采用热等静压的工艺制备的铝基靶材，靶材密度高、无气孔。
[0047]本专利技术首先将包套组件组装使包套外壳、粘接层、下限位环和上限位环之间形成一个上方具有贯穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基管状靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，组装包套：在背管(6)外壁设置粘接层(10)后，在所述粘接层(10)外侧形成一个上方具有贯穿孔的腔体的包套结构；其中，所述粘结层(10)为锌或锌铝合金；步骤2，原料混合：分别称取铝基管状靶材的制备原料经球磨处理混合均匀，获得填充材料(3)；步骤3，粉末装填：通过所述贯穿孔，采用所述填充材料(3)将所述腔体完全填充后，获得装粉包套；步骤4，包套除气：将所述装粉包套进行高温除气处理后，将所述除气管密封，获得除气包套；步骤5，热等静压处理：将所述除气包套进行静压处理，获得锭坯；步骤6，成品加工：对所述锭坯进行加工后，即获得铝基管状靶材。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料包括铝以及其他组分；所述其他组分为钛、铬、硅、硼、钼、钨、钒中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李群，杨礼林，许鹏国，苏婷，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：