一种TiZrV-Al磁控溅射靶材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiZrV

【技术实现步骤摘要】
一种TiZrV
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Al磁控溅射靶材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种TiZrV
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Al磁控溅射靶材及其制备方法，属于磁控溅射靶材


技术介绍

[0002]降低粒子加速器因表面出气和解吸而引起的弯转磁铁真空室(无法安装真空泵)内高的真空压力梯度，以及抑制因弯转磁铁真空室表面解吸而产生的动态真空效应是近年来粒子加速器领域主要研究的方向之一。粒子加速器领域针对此也提出了多种对应的解决方法，目前最主要的方法是在真空室内壁沉积一层NEG薄膜。由中国科学院近代物理研究所承建的强流重离子加速器(HIAF)，其动态真空效应主要发生在弯转薄壁钛合金内衬真空室内，为了提供满足束流寿命要求的极高真空环境，需要在薄壁钛合金内衬真空室内沉积NEG薄膜，然而，传统的加速器真空管道NEG镀膜方式是基于螺线管磁场的磁控溅射镀膜，靶材为纯金属缠绕状，即将Ti、Zr、V等纯金属细丝缠绕在一块进行磁控溅射。该技术方案主要是针对不同截面的、具有一定长度的直管道，其溅射功率(溅射电流小于0.8A，放电电压小于600V)极低，所得薄膜抽气性能及膜
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基结合力较差。然而，薄壁钛合金内衬真空室截面特性属于大尺寸异形截面，溅射能量过低，将导致薄膜厚度不均匀、薄膜内部残余应力大等问题，进而影响加速器极高真空获得。所以基于螺线管磁场的磁控溅射镀膜技术并不适用于强流加速器钛合金内衬薄壁真空室。相比于其他NEG薄膜材料(如：TiZrV、ZrVFe等)，TiZrV
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Al对活性气体具有更大的饱和容量，具有更多的激活次数和较低的激活温度，而且重新激活后吸气能力不会明显下降。因此，Ti
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Zr
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V
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Al吸气剂材料更适用于粒子加速器领域。
[0003]综上所述，首次提出TiZrV
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Al磁控溅射大尺寸圆柱靶材及其制备方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种大尺寸TiZrV
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Al磁控溅射圆柱靶材及其制备方法，用于开展钛合金内衬环表面或其他极高真空插入件NEG薄膜沉积工作。
[0005]本专利技术所提供的TiZrV
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Al磁控溅射靶材，包括内衬管和设于所述内衬管外的一段或多段TiZrV
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Al靶材。
[0006]所述内衬管优选呈圆形；
[0007]所述内衬管的内径为8～72mm，外径为12～80mm；
[0008]所述内衬管的材质为不锈钢，冷却水从所述内衬管内部采用下进上出方式，在磁控溅射过程中对靶材进行冷却。
[0009]由于非蒸散型吸气剂属于脆性材料，考虑加工工艺改进、总体尺寸变化等因素，所述TiZrV
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Al靶材可分为多段，但不限于5段，可高于5段，也可低于5段。
[0010]每段所述TiZrV
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Al靶材的长度为10～170mm。
[0011]所述内衬管与所述TiZrV
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Al靶材之间设有0.2～0.3mm厚的铟垫，可以使所述内衬
管与所述TiZrV
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Al靶材紧密配合，弥补加工误差。
[0012]所述TiZrV
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Al靶材的原子数比(Atomic./％)如下：
[0013]10％≤Ti≤20％，30％≤Zr≤35％，30％≤V≤35％，15％≤Al≤25％。
[0014]进一步地，所述内衬管的两端均螺纹配合一卡座，所述卡座的另一端与磁控溅射镀膜设备中的磁流体卡套以插入式的方式连接。
[0015]本专利技术进一步提供了所述TiZrV
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Al磁控溅射靶材的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1、将TiZrV
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Al粉体填充于模具中石墨模具与纯钛内衬管之间的环腔中；
[0017]所述石墨模具与所述纯钛内衬管的两端配合石墨板，用于密封所述石墨模具与所述纯钛内衬管之间的环腔；
[0018]S2、粉体经振动压实后，将所述模具置于热等静压设备中进行脱气，然后置于惰性气氛中进行烧制，得到靶材毛坯；
[0019]S3、从所述模具中取出所述纯钛内衬管，对胚料内壁进行车削得到所述TiZrV
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Al靶材，内径尺寸公差控制在0到0.1mm范围之内；
[0020]S4、将一段或多段所述TiZrV
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Al靶材布置于所述内衬管上，并配合所述卡座，即得所述TiZrV
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Al磁控溅射靶材。
[0021]上述的制备方法中，所述纯钛内衬管内填充有石墨棒，目的是保证所述纯钛内衬管不产生变形。
[0022]上述的制备方法中，所述石墨模具优选由两个相同的部分组成，如由两个相同的半圆柱组成。
[0023]上述的制备方法中，步骤S2中，所述烧制的条件如下：
[0024]温度为1200～1450℃，压力为100～155MPa，时间为5～8h；
[0025]步骤S4中，在布置所述TiZrV
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Al靶材之前还包括在所述内衬管上布置所述铟垫的步骤。
[0026]上述的制备方法中，步骤S1中，所述TiZrV
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Al粉体由钛粉、锆粉、矾粉和铝粉经球磨得到；
[0027]各粉体的纯度均高于99.8％以上，并通过筛分设备进行筛分，在此选用400目筛网；
[0028]所述球磨的介质为氧化锆陶瓷球，所述氧化锆陶瓷球的球体配比为D15：D10：D5：D3＝1：1：2：2；
[0029]所述球磨的条件如下：
[0030]转速为400～700r/min，时间为9～15h。
[0031]由于采取以上技术方案，本专利技术具有以下优点：
[0032]在沉积NEG薄膜的过程中，由于靶材内部布置有冷却水路，因此TiZrV
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Al圆柱靶材工作电流可达25A，放电电压可达700V，较高的磁控溅射功率可以大幅度提高薄膜沉积效率，也具备大范围的功率调节能力，有利于获得不同特性的薄膜，如获得致密的膜层、获得柱状结构的膜层。
[0033]柱状结构的薄膜拥有更大的比表面积而表现出更好的抽气性能，同时孔隙的存在也为气体的扩散提供了有效的路径。除此之外，也可以解决缠绕式靶材在大尺寸异形截面真空管道内壁上沉积NEG薄膜时，因溅射能量过低，而出现的薄膜厚度不均匀，薄膜内部残
余应力较大及薄膜抽气能力差等问题。
[0034]与此同时，相比于其他NEG薄膜材料，TiZrV
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Al薄膜对活性气体具有更大的饱和容量，具有更多的激活次数，而且重新激活后吸气能力不会明显下降。由于TiZrV
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Al薄膜激活温度低于300℃，与真空高温烘烤温度有重合区域，在其应用于加速器极高真空系统时，可以极大简化真空高温烘烤工艺程序。
附图说明
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiZrV
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Al磁控溅射靶材，包括内衬管和设于所述内衬管外的一段或多段TiZrV
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Al靶材；所述内衬管的材质为不锈钢；所述TiZrV
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Al靶材的原子数含量如下：10％≤Ti≤20％，30％≤Zr≤35％，30％≤V≤35％，15％≤Al≤25％。2.根据权利要求1所述的TiZrV
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Al磁控溅射靶材，其特征在于：所述内衬管呈圆形；所述内衬管的内径为8～72mm，外径为12～80mm。3.根据权利要求1或2所述的TiZrV
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Al磁控溅射靶材，其特征在于：每段所述TiZrV
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Al靶材的长度为10～170mm。4.根据权利要求3所述的TiZrV
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Al磁控溅射靶材，其特征在于：所述内衬管与所述TiZrV
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Al靶材之间设有0.2～0.3mm厚的铟垫。5.根据权利要求4所述的TiZrV
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Al磁控溅射靶材，其特征在于：所述内衬管的两端均螺纹配合一卡座，所述卡座的另一端与磁控溅射镀膜设备中的磁流体卡套以插入式的方式连接。6.权利要求1
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5中任一项所述TiZrV
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Al磁控溅射靶材的制备方法，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗成，蒙峻，魏宁斐，杨建成，李长春，焦纪强，朱小荣，杨伟顺，刘建龙，柴振，万亚鹏，蔺晓建，谢文君，马向利，张喜平，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：