CN103071793B - 钼溅射靶材热等静压生产方法 - Google Patents

Abstract

钼溅射靶材热等静压生产方法，钼材经过适当的1300℃，100～110MPa热等静压处理，在致密度提高的基础上，可获得细小均匀的晶粒度为7级晶粒组织，其抗拉强度为530MPa，延伸率达25％，强度和韧性均得到提高。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压，靶材的致密度高、均匀性好、性能优异，同时具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。

Description

钼溅射靶材热等静压生产方法

技术领域

本发明涉及国际分类C23C用金属材料对材料的镀膜、溅射法的一般镀膜等相关技术，特别是一种钼溅射靶材热等静压生产方法。

背景技术

目前，靶材是真空镀膜的重要原材料，靶材的纯度、密度直接影响膜系的成分和综合性能。

近二三十年以来，随着溅射镀膜技术的快速发展，新的靶材制备技术不断出现，靶材质量和性能也取得了显著提高。以目前技术条件，一般镀膜靶材现有制造方法包括：热等静压法、烧结法、挤压法和浇铸法等四种，以上4种工艺各有优缺点，值得指出的是，其都不能很好的满足大面积镀膜实际应用的需求，具体地说，其中，采用热等静压法无法生产出较大尺寸靶材，已有记录显示，采用该法制的靶材长度未能超过2米；采用烧结法仅能生产长度500毫米以内的单支靶材；挤压法和浇铸这两种方法也存在诸多限制因素，如无法应用于非金属靶材制造。

随着溅射镀膜特别是磁控溅射镀膜技术的日益发展，靶材在薄膜技术中的作用越来越重要，溅射靶材的质量直接影响成膜质量。溅射靶材的生产方式有很多种，但主要生产方式包括浇铸冶金，粉末冶金和喷涂这三类。采用浇铸冶金和喷涂生产的靶材在质量上存在一定缺陷，主要体现在较低的密度和较高气体含量和内部存在一定数量的微孔。热等静压工艺属于粉末冶金的一种，能够生产出高密度，较低气体含量金属靶材和内部结构优异的靶材。热等静压(Hot Isostatic Press，HIP)技术是在惰性气氛中，在各向均衡的气体高压力及高温共同作用下，去除材料内部的孔洞及缺陷，以改善机械性质、使粉末材料及表面蒸镀物具一致性、通过扩散键结(diffusion bonding)改善焊接完整性等。

热等静压制成靶材技术领域，这些技术中含钼材质的已公开的新的相关技术方案较少，如

专利申请号200810179329用于热等静压法制备靶材的包套，包括中空的方柱形包套主体和用于封闭该包套主体的两个密封体，其特征在于：在主体的至少一个侧棱边设有皱边。该皱边数目至少为1个，优选为2个，更优选为4个。其中，该主体是由一块或多块板材经过弯折而后将两端焊接而形成。

专利申请号200810179368热等静压法进行ITO靶材的方法，其特征在于，所使用的ITO粉料经过不低于1000℃温度的煅烧，并且在热等静压处理过程中使用石墨纸作为隔离材料，避免靶材与包套反应，方便剥离，提高靶材成材率，适合于工业化生产。

专利申请号201010296951一种高纯钼溅射靶材的制备方法，涉及一种电了、光伏领域用钼溅射靶材的制备方法。其特征在于其制备过程以十二钼酸铵为原料，通过两段氢气还原的方法制备出高纯钼粉，然后将高纯钼粉经冷等静压压制成钼板生坯，再经真空预烧结、然后在氢气气氛下高温烧结制成高纯钼板坯；最后将烧结好的高纯钼板坯采用先锻造后轧制的压力加工方式加工成钼靶坯，经真空退火后，再按照规定规格机加工成成品钼溅射靶材。

采用通常的热等静压方式生产靶材具有一定的缺陷性，在譬如在生产大型钼铌合金靶时很难通过冷等静压一次性成型尺寸较大和没有缺陷的的冷等静压靶材胚体，尤其是在将经过冷等静压成型后的靶材胚体装入包套和包套在存放和运输过程中靶材胚体极易发生碎裂，影响后续热等静压成品质量。采用常规热等静压方式生产出来的成品靶锭经常出现较大变形量，导致加工成品率大大下降，影响最终产品的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型钼溅射靶材热等静压生产方法，这种方法主要以热等静压生产工艺实施，可用于钼合金材质靶材制造，制得的靶材能够直接满足溅射镀膜需求。

本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：靶材热等静压生产步骤包括：

1)粉体准备，将需要的钼粉体进行混合；

2)冷等静压(CIP)成型。根据将要热等静压所需的材料尺寸，将混合后的钼粉体装入模具放置到冷等静压机中成型；

3)、装入包套。将预先经过等静压压好的粉体放入到一个采用不锈钢做好的包套中，并将包套一边加热一边抽真空，加热温度在300-450℃左右，要求的真空度为10^-2bar左右；

4)、热等静压，已装入包套的粉体进行热等静压；

本发明的有益效果是：钼材经过适当的1300℃，100～110MPa热等静压处理，在致密度提高的基础上，可获得细小均匀的晶粒度为7级晶粒组织，其抗拉强度为530MPa，延伸率达25％，强度和韧性均得到提高。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压，靶材的致密度高、均匀性好、性能优异，同时具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。

具体实施方式

靶材热等静压生产步骤包括：

1)粉体准备，将需要的钼粉体进行混合；

2)冷等静压(CIP)成型。根据将要热等静压所需的材料尺寸，将混合后的钼粉体装入模具放置到冷等静压机中成型；

3)、装入包套。将预先经过等静压压好的粉体放入到一个采用不锈钢做好的包套中，并将包套一边加热一边抽真空，加热温度在300-450℃左右，要求的真空度为10^-2bar左右；

4)、热等静压，已装入包套的粉体进行热等静压；

通过采用热等静压(HIP)的工艺生产具有高密度，如90∶10wt％MoNb理论密度可以接近10.055g/cm³，同时具有优异的元素均一性和＜10um较细的粒度的钼合金靶材。

以下结合实施例进一步说明：

实施例1：3N5钼靶材热等静压生产步骤包括：

1)粉体准备；300公斤3N5金属钼粉进行混料造粒，过筛后得到平均粒径(D50)在250目左右，而且分布比较集中的金属钼混合粉，在粉体混合的过程中为了防止氧化，在混料器中充入惰性气体进行保护，一般为氩气；

2)液压成型；将准备好的粉体装入液压机专用模具，通过液压将粉体压制成30块长宽厚为100×100×10mm的尺寸，液压成型后的靶材胚体密度不低于60％；

3)冷等静压；将已经液压成型的靶材胚体装入塑胶模具并抽真空后放入冷等静压设备进行成型，成型后的靶材胚体密度不低于75％，由于冷等静压采用的是液体作为压力传输介质，所以可以确保在各个方面的压力保持一致，确保靶材胚体密度的均一性，冷等静压压力为180Mpa，保压时间为120分钟，然后按照每分钟10Mpa进行逐步降压；

4)烧结；将CIP成型后的靶材胚体放入还原气氛保护烧结炉中进行烧结，再烧结过程中靶材胚体中的氧含量将被进一步降低，烧结后的靶材胚体密度不低于90％，还原气氛为氢气，烧结温度为1450℃，从室温按每小时升100℃一直升温到1450℃，在1450℃保温10个小时后开始自然降温，在炉内温度降到200℃以内时，可以打开炉体，取出靶材；

5)机械加工；将烧结完成的靶材胚体进行机械加工，确保所有平面保持平整，角度成直角；

6)包套；将机械加工后的靶材胚体放入不锈钢包套中，确保每一块靶材胚体之间完全重叠，靶材胚体之间没有夹杂。将包套密封并开始加热抽真空，加热温度为500℃，直到真空度达到10^-2bar左右后采用氩弧焊的方式对包套进行焊接密封；

7)热等静压；将包套放入热等静压机中开始按照工艺设定进行压制，直到程序结束，热等静压的压力为250Mpa，温度在从室温每小时升100摄氏度，持续升高到1200摄氏度，在1200℃保温保压5个小时，5个小时后停止加热，然后按照每分钟降5Mpa开始降压；

8)机械加工；将热等静压好的金属钼靶材锭进行切割，磨削；

9)贴合：将机械加工好的金属钼靶材与无氧铜背板进行贴合作业，金属钼靶材与无氧铜背板之间的贴合面积通过采用C-Scan超声波扫描，贴合面积占总面积的比率不低于95％。

Claims (1)

1.3N5钼靶材热等静压生产方法，其特征是：具体的3N5钼靶材热等静压生产方法包括：

1)粉体准备；300公斤3N5金属钼粉进行混料造粒，过筛后得到平均粒径D50在250目左右，而且分布比较集中的金属钼混合粉，在粉体混合的过程中为了防止氧化，在混料器中充入惰性气体进行保护，一般为氩气；

2)液压成型；将准备好的粉体装入液压机专用模具，通过液压将粉体压制成30块长宽厚为100×100×10mm的尺寸，液压成型后的靶材胚体密度不低于60％；

3)冷等静压；将已经液压成型的靶材胚体装入塑胶模具并抽真空后放入冷等静压设备进行成型，成型后的靶材胚体密度不低于75％，由于冷等静压采用的是液体作为压力传输介质，所以可以确保在各个方面的压力保持一致，确保靶材胚体密度的均一性,冷等静压压力为180Mpa，保压时间为120分钟，然后按照每分钟10Mpa进行逐步降压；

4)烧结；将冷等静压成型后的靶材胚体放入还原气氛保护烧结炉中进行烧结，再烧结过程中靶材胚体中的氧含量将被进一步降低，烧结后的靶材胚体密度不低于90％,还原气氛为氢气，烧结温度为1450℃，从室温按每小时升100℃一直升温到1450℃，在1450℃保温10个小时后开始自然降温，在炉内温度降到200℃以内时，打开炉体，取出靶材；

5)机械加工；将烧结完成的靶材胚体进行机械加工，确保所有平面保持平整，角度成直角；

6)包套；将机械加工后的靶材胚体放入不锈钢包套中，确保每一块靶材胚体之间完全重叠，靶材胚体之间没有夹杂,将包套密封并开始加热抽真空，加热温度为500℃，直到真空度达到10^-2bar左右后采用氩弧焊的方式对包套进行焊接密封；

7)热等静压；将包套放入热等静压机中开始按照工艺设定进行压制，直到程序结束，热等静压的压力为250Mpa，温度在从室温每小时升100摄氏度，持续升高到1200摄氏度，在1200℃保温保压5个小时，5个小时后停止加热，然后按照每分钟降5Mpa开始降压；

8)机械加工；将热等静压好的金属钼靶材锭进行切割，磨削；

9)贴合：将机械加工好的金属钼靶材与无氧铜背板进行贴合作业，金属钼靶材与无氧铜背板之间的贴合面积通过采用C-Scan超声波扫描，贴合面积占总面积的比率不低于95％。