一种低铝含量钛基靶材及其制备方法技术

本申请涉及靶材制造领域的一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其包括以下步骤将Al粉、Ti粉、Me粉按比例进行机械混合形成混合粉体，所述混合粉体中Al粉的含量为1

【技术实现步骤摘要】
一种低铝含量钛基靶材及其制备方法


[0001]本申请涉及靶材制造的领域，尤其是涉及一种低铝含量钛基靶材及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业材料、机床性能的提升,对机床或设备设置的刀具的切削要求也随之提高，为此开发了涂层刀具，以满足更高的切削要求。涂层刀具是通过用化学或物理方法在刀具表面涂覆一层性能优异的金属化合物,以赋予刀具硬度高、耐摩擦磨损、传热系数小等新特性,提高了刀具在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的可靠性,延长了刀具的使用寿命。
[0003]目前，涂层刀具常用的涂层为TiAlN涂层，TiAlN涂层能够使得刀具的纳米硬度高达37GPa,氧化温度提高到800℃,与钢的摩擦系数也有所降低。TiAlN涂层还可以用于手机、手表、眼镜和一些装饰品等，以保持较持久的光亮、深受客户的喜爱。
[0004]获得TiAlN涂层的主要方式为物理气相沉积(PVD)和化学气象沉积(CVD)两种方式。在PVD镀膜技术制备TiAlN涂层的过程中，是以靶材作为直接原材料，其质量的高低直接影响着最终涂层的性能。
[0005]其中，靶材的密度性能不仅影响溅射镀膜工艺中的溅射速率，还影响着薄膜的电学和光学性能，靶材密度越高，薄膜的性能越好。目前，大部分用于制备TiAlN涂层的靶材中Al含量都在30％以上，以Al作为基体，通过单质粉末混合在较低的温度(400
‑
500℃)下进行热等静压(HIP)，最终获得密度大于99％的靶材块体材料。
[0006]而对于靶材而言，在Ti含量越高时，PVD镀膜技术利用靶材在待镀体上形成的薄膜的电学和光学性能更好。但当靶材中Al含量低于30at％时，靶材中的Ti相当于基体，在相同的HIP温度下无法成型获得高密度(99％)的靶材，需要进一步提升HIP温度来解决此问题。而由于Al熔点相对较低，提升HIP温度容易造成Al粉和包套熔化，且在温度高于500℃时Al会和Ti发生合金化反应放出热量，会进一步引起靶材中Al和包套熔化而导致靶材难以成型。
[0007]为了解决在制备高密度的低铝量靶材材料时，因提高HIP温度导致Al和包套熔化而使得靶材难以成型的问题，目前有现用技术提出先采用熔炼制备TiAl合金，再用雾化制粉的方式制备TiAl合金粉，以TiAl合金粉作为靶材中Al元素的原材料，使得Al不易因温度过高发生熔化而流动，以能够通过粉末冶金高温成型的方法进行高密度靶材的制备。但上述专利中熔炼制备TiAl合金、以及雾化制粉制得TiAl合金粉所涉及的工艺相对比较复杂，成本较高，量产较为困难。

技术实现思路

[0008]为了提升铝钛基靶材的密度的同时，能够降低靶材的制备成本，本申请提供一种低铝含量钛基靶材及其制备方法。
[0009]本申请提供的一种低铝含量钛基靶材及其制备方法采用如下的技术方案：
一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Al粉、Ti粉、Me粉按比例进行机械混合形成混合粉体，所述混合粉体中Al粉的含量为1
‑
30at％，Ti粉的含量为70
‑
99％，Me粉的含量为0
‑
20at％；将所述粉体装入包套，进行两次热等静压成型，其中，所述第一次热等静压成型处理的热处理温度为T1,所述第二次热等静压成型处理的热处理温度为T2,且满足：T2‑
T1＝250～800℃。
[0010]当靶材中Al含量低于30at％时，靶材中的Ti相当于基体，在相同的HIP温度下无法成型获得高密度(99％)的靶材，需要进一步提升HIP温度来解决此问题。而Al的熔点较低，且热等静压处理过程中温度较高会使得Ti和Al会发生合金化反应而放出热量，高温热等静压处理的高热量以及合金化放出的热量会使得Al熔化，难以得到高密度的靶材。
[0011]本申请通过采用上述技术方案，将Al粉、Ti粉、Me粉的混合粉体装入包套后进行两次热等静压成型，由于T2‑
T1＝250～800℃，第一次热等静压成型处理能够使得Al粉、Ti粉、Me粉固结在一起以形成低密度的初始TiAlMe靶材锭坯，第二次热等成型处理再对初始TiAlMe靶材锭坯进一步致密化。由于经过上述第一热等静压处理后，Al已经固结于初始TiAlMe靶材锭坯中，因此熔化的Al不会发生流动，以使得初始TiAlMe靶材锭坯经第二次热等静压处理后能够成型高密度的靶材材料。通过第一热等静压对靶材预成型，再进行第二次热等静压对靶材进行致密成型，无需通过熔炼和雾化制粉制备TiAl合金粉，也可减少Al因HIP温度过高发生熔化而造成靶材无法成型的情况，减小了工艺难度，大大降低了靶材的制备成本。
[0012]可选的，所述两次热等静压成型的步骤包括：将所述粉体装入第一包套，在第一包套预留脱气口，进行加热真空脱气后，进行第一热等静压成型处理，去除第一包套后得到密度≥85％的初始TiAlMe靶材锭坯；再将所述初始TiAlMe靶材锭坯装入第二包套，进行加热真空脱气后，进行第二热等静压成型处理，去除包套后得到密度≥99％的TiAlMe靶材锭坯成品。
[0013]通过采用上述技术方案，通过加热真空脱气分别对第一包套和第二包套进行抽真空，并将混合粉体和初始TiAlMe靶材锭坯中物理吸附和弱键吸附的水或气体杂质进行解吸并抽出，以有效的降低靶材中的N、O等气体杂质，提升靶材产品的纯度。
[0014]可选的，所述第一热等静压成型处理的处理温度为400℃～600℃，压力100～150MPa，保温保压时间为2
‑
6h。
[0015]通过采用上述技术方案，400℃～600℃的处理温度使得热压形成的靶材锭坯不会留有较多空隙，以能够达到一定的致密度，同时又不会使得Al和第一包套发生熔化而难以成型。若压力低于100～150MPa，会使得初始TiAlMe靶材锭坯中Ti粉、Al粉和Me粉之间的固结牢度不够，而导致Al在高温热等静压阶段熔化后发生流动而难以成型；若压力设置过大又会增加热等静压处理的成本。
[0016]可选的，所述第二热等静压成型处理的处理温度为850℃～1200℃，压力100～150MPa，保温保压时间为2～6h。
[0017]通过采用上述技术方案，850℃～1200℃的处理温度能够使得对初始TiAlMe靶材锭坯进一步致密化，以能够达到一定的致密度的同时，又不会因温度过高而造成HIP成本过高，也不易出现因温度过大而使得第二包套熔化，而导致靶材难以成型的情况。
[0018]可选的，所述第一包套为铝制包套，所述第二包套为不锈钢包套。
[0019]通过采用上述技术方案，铝制包套第二次热等静压成型处理中的处理温度下不会发生熔化，以使得铝制包套内的混合粉体能够在热等静压处理中预成型。不锈钢的承热范围一般在1000～1300℃之间，其中型号316的不锈钢的承热温度可以达到1300℃，使得不锈钢包套在第二次热等静压成型处理中耐热而不熔化，而使得低密度TiAlMe靶材锭坯在高温热等静压处理中更容易致密成型。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Al粉、Ti粉、Me粉按比例进行机械混合形成混合粉体，所述混合粉体中Al粉的含量为1
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30 at%，Ti粉的含量为70
‑
99%，Me粉的含量为0
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20at%；将所述混合粉体装入包套，进行两次热等静压成型，其中，第一热等静压成型处理的热处理温度为T1,所述第二热等静压成型处理的热处理温度为T2,且满足：T2
‑
T1=250~800℃。2.根据权利要求1所述的一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其特征在于，所述两次热等静压成型的步骤包括：将所述粉体装入第一包套，在第一包套预留脱气口，进行加热真空脱气后，进行第一热等静压成型处理，去除第一包套后得到密度≥85％的初始TiAlMe靶材锭坯；再将所述初始TiAlMe靶材锭坯装入第二包套，进行加热真空脱气后，进行第二热等静压成型处理，去除包套后得到密度≥99％的TiAlMe靶材锭坯成品。3.根据权利要求2所述的一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其特征在于：所述第一热等静压成型处理的处理温度为400℃~600℃，压力 100~150MPa，保温保压时间为2
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6h。4.根据权利要求3所述的一种低铝含量钛基靶材及其制备方法，其特征在于：所述第二热等静压成型处理的处理温度为850℃~1200℃，压力100~150MPa，保温保压时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤戈，魏铁峰，张欠男，孟晓亭，张学华，岳万祥，施政，
申请(专利权)人：北京安泰六九新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：