一种稀土旋转靶材及其制备方法与应用技术

一种稀土旋转靶材及其制备方法与应用，所述方法包括：将背管和粉末状原料放入模具内，形成中心为背管四周为原料层的复合结构，其中，所述原料包括稀土金属单质和/或稀土合金，所述原料层包括第一原料层和第二原料层，所述第一原料层位于所述背管和第二原料层之间，所述第一原料层中的原料粒径小于所述第二原料层中的原料粒径；对所述复合结构进行冷/热等静压成型，烧结冷却过程控制背管与原料层的温度差，得到稀土旋转靶材。该方法将靶管制备与焊接两个步骤合二为一，在稀土旋转靶管制备过程中同时实现了靶管与背管的焊接，不仅缩短了稀土金属及合金旋转靶材的制备流程，提高了制备效率，还节约了铟等焊料，解决了焊合率低和靶材后期开焊问题。靶材后期开焊问题。靶材后期开焊问题。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土旋转靶材及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及旋转靶材
，特别涉及一种稀土金属或稀土合金旋转靶材及其一体成型制备方法与应用。

技术介绍

[0002]磁控溅射技术利用入射粒子和靶材碰撞进行镀膜，其中靶材可分为平面靶、管状靶或旋转靶等。目前，稀土金属及稀土合金平面靶材利用率一般为 30～50wt％，而管状靶或旋转靶的利用率高达80wt％以上，更适用于磁材镀膜晶界扩散、存储及电子信息等领域，未来市场需求巨大。
[0003]旋转靶必须将靶管与背管结合后才能用于磁控溅射，目前通常采用焊接的方式使二者结合。焊接得到的旋转靶材需要在使用过程不开焊，且具有良好的导热性能以便将磁控溅射过程产生的热量及时带走。为满足上述使用要求，旋转靶材的焊合率要95％以上。为尽量达到上述使用要求，现有稀土金属或合金旋转靶的制备方法包括：第一步通过熔铸或粉末冶金法制备毛坯，并加工成靶管，第二步将靶管与背管通过焊料连接在一起得到靶材。然而现有制备方法未能实现靶管制备与焊接同时进行，不仅焊接需要消耗较多铟等焊料，而且旋转靶制备效率低，流程长，焊合率仍然不够高。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术的目的是提供一种稀土旋转靶材及其制备方法与应用，该方法将靶管制备与焊接两个步骤合二为一，通过控制料分层、各层粒径差和冷却过程背管与原料层的温度差，不仅解决旋转靶材焊合率低和使用过程开焊问题，而且在稀土旋转靶管制备过程中实现了靶管与背管的焊接，缩短了稀土金属及合金旋转靶材的制备流程，同时提高了制备效率，还节约了铟等焊料。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述问题，本申请的第一方面提供一种稀土旋转靶材的制备方法，包括：
[0008]将背管和粉末状原料放入模具内，形成中心为背管四周为原料层的复合结构，其中，所述原料包括稀土金属单质和/或稀土合金，所述原料层包括第一原料层和第二原料层，所述第一原料层位于所述背管和第二原料层之间，所述第一原料层中的原料粒径小于所述第二原料层中的原料粒径；
[0009]对所述复合结构进行冷等静压工艺或热等静压成型，得到稀土旋转靶材，其中，所述冷等静压工艺包括冷等静压成型得到坯料并对所述坯料进行烧结，在所述冷等静压工艺和热等静压成型的冷却过程中控制背管与原料层保持一定的温度差，得到稀土旋转靶材。该方法将靶管制备与焊接两个步骤合二为一，实现了稀土旋转靶管与背管焊接一体成形的高效制备，不仅缩短了稀土金属及合金旋转靶材的制备流程，还节约了铟等焊料，解决了旋转靶焊合率低和使用过程开焊问题。
[0010]具体地，所述第一原料层的厚度为0.1～1mm，所述第一原料层中的原料粒径为1～100μm，所述第二原料层中的原料粒径为10～150μm；
[0011]所述第二原料层中原料粒径为第一原料层中原料粒径的2～3倍。
[0012]在一具体地实施例中，冷等静压成型的具体条件包括：
[0013]压力为50～500MPa，保压时间为80～200min。
[0014]在一可选实施例中，对所述坯料进行烧结的具体条件包括：
[0015]在真空或非活性气氛下进行无压烧结；
[0016]烧结温度T1满足：
[0017]当T
原料
≤T
背管
时，T1＝0.5～0.95T
原料
；
[0018]当T
原料
＞T
背管
时，T1＝0.5～0.95T
原料
，且T1＜0.8T
背管
；
[0019]烧结时间为30～250min；
[0020]其中，T
原料
为原料熔点，T
背管
为背管熔点。
[0021]进一步地，烧结完成后的冷却过程中控制背管与原料层保持50～300℃温度差，即控制背管与原料层的温度差T
X
‑
T
d
＝50～300℃，其中T
x
为背管与原料层二者中膨胀系数较小者的温度，T
d
为背管与原料层二者中膨胀系数较大者的温度。
[0022]在另一可选实施例中，对所述坯料进行烧结的具体条件包括：
[0023]进行热等静压烧结；
[0024]烧结压力为5～50MPa；
[0025]烧结温度T1满足：
[0026]当T
原料
≤T
背管
时，T1＝0.5～0.9T
原料
；
[0027]当T
原料
＞T
背管
时，T1＝0.5～0.9T
原料
，且T1＜0.8T
背管
；
[0028]烧结时间为30～240min；
[0029]其中，T
原料
为原料熔点，T
背管
为背管熔点。
[0030]进一步地，烧结完成后的冷却过程中控制背管与原料层保持50～300℃温度差，即控制背管与原料层的温度差T
X
‑
T
d
＝50～300℃，其中T
x
为背管与原料层二者中膨胀系数较小者的温度，T
d
为背管与原料层二者中膨胀系数较大者的温度。
[0031]在另一具体实施例中，对所述复合结构进行热等静压成型，具体包括：
[0032]对所述复合结构进行热等静压烧结；
[0033]烧结压力为10～60MPa；
[0034]烧结温度T1满足：
[0035]当T
原料
≤T
背管
时，T1＝0.5～0.9T
原料
；
[0036]当T
原料
＞T
背管
时，T1＝0.5～0.9T
原料
，且T1＜0.8T
背管
；
[0037]烧结时间为30～270min；
[0038]其中，T
原料
为原料熔点，T
背管
为背管熔点。
[0039]进一步地，热等静压烧结完成后的冷却过程中，控制背管与原料层的温度差T
X
‑
T
d
＝50～300℃，其中T
x
为背管与原料层二者中膨胀系数较小者的温度，T
d
为背管与原料层二者中膨胀系数较大者的温度。
[0040]本申请的第二方面，提供了上述任一项所述制备方法制备的稀土旋转靶材。
[0041]本申请的第三方面，提供了上述任一项所述制备方法制备的稀土旋转靶材在磁材
镀膜晶界扩散、存储及电子信息领域中的应用。
[0042](三)有益效果
[0043]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0044]本专利技术提供的稀土旋转靶材的制备方法，通过将背管和粉末状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土旋转靶材的制备方法，其特征在于，包括：将背管和粉末状原料放入模具内，形成中心为背管四周为原料层的复合结构，其中，所述原料包括稀土金属单质和/或稀土合金，所述原料层包括第一原料层和第二原料层，所述第一原料层位于所述背管和第二原料层之间，所述第一原料层中的原料粒径小于所述第二原料层中的原料粒径；对所述复合结构进行冷等静压工艺或热等静压成型，得到稀土旋转靶材，其中，所述冷等静压工艺包括冷等静压成型得到坯料并对所述坯料进行烧结，在所述冷等静压工艺和热等静压成型的冷却过程中控制背管与原料层保持一定的温度差，得到稀土旋转靶材。2.根据权利要求1所述的稀土旋转靶材的制备方法，其特征在于，所述第一原料层的厚度为0.1～1mm，所述第一原料层中的原料粒径为1～100μm，所述第二原料层中的原料粒径为10～150μm。3.根据权利要求2所述的稀土旋转靶材的制备方法，其特征在于，所述第二原料层中原料粒径为第一原料层中原料粒径的2～3倍。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷等静压成型的具体条件包括：压力为50～500MPa，保压时间为80～200min。5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，对所述坯料进行烧结的具体条件包括：在真空或非活性气氛下进行无压烧结；烧结温度T1满足：当T
原料
≤T
背管
时，T1＝0.5～0.95T
原料
；当T
原料
＞T
背管
时，T1＝0.5～0.95T
原料
，且T1＜0.8T
背管
；烧结时间为30～250min；其中，T
原料
为原料熔点，T
背管
为背管熔点。6.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，对所述坯料进行烧结的具体条件包括：进行热等静压烧结；烧结压...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟嘉珉，陈德宏，程军，王志强，庞思明，周林，李宗安，吴道高，王爽，张小强，刘德忠，张洪超，
申请(专利权)人：有研稀土高技术有限公司，
类型：发明
国别省市：