CN103320756A

CN103320756A - 高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法

Info

Publication number: CN103320756A
Application number: CN2013102470539A
Authority: CN
Inventors: 王铁军; 林同伟; 周卫华; 刘国辉; 熊宁; 陈飞雄; 刘慧渊
Original assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN103320756B

Abstract

一种高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法，属于有色靶材制备技术领域。其步骤包括：混粉、压块、预烧还原、真空处理、整型、热等静压用包套加工、包套装料、包套脱气封焊、热等静压处理、加工成品。本发明所制备的钼合金靶材平面尺寸能达到1300mm×850mm，抗弯强度达800MPa以上，致密度达99.0%以上，纯度达99.9%以上。与已公布的技术相比，本发明的工艺具有成本低、效率高、纯度高、性能高的特点和优势。

Description

高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法

技术领域

本发明属于有色靶材制备技术领域，特别是涉及一种高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法，所制靶材综合性能高，适用于平板显示领域镀膜用钼合金靶材的制备。

背景技术

随着平板显示器在显示领域的日渐普及，钼合金靶材作为一种新型的平板显示器布线镀膜用靶材，用量也在日益增加，特别是对高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的需求增加更快。

专利JP-2008-280570A公布了一种钼铌合金靶材的制备方法。其制备工艺可以概括为：Mo粉预烧（制备相对密度80%以上的烧结体）、将预烧体加工制备Mo二次粉末、将Mo二次粉末还原处理、还原后Mo二次粉末与Nb粉混粉、将混合粉进行压力烧结（如HIP）、热塑性加工。

专利WO 2009134771A1公布了一种钼合金靶材的制备方法。其制备工艺可以概括为：Mo粉与添加元素粉混粉、混合均匀的粉体压制生坯、生坯装入容器（或通过热喷涂等方法将坯料表面致密化）、压力烧结(如HP、HIP等)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法，所制靶材综合性能高，适用于平板显示领域镀膜用钼合金靶材的制备。

本发明所制备的钼合金靶材，纯度在99.9%以上；致密度在99.0%以上；抗弯强度在800MPa以上；平面尺寸可达1300mm×850mm以上。

本发明制备方法包括以下工艺步骤：

（1）混粉：将Mo粉与金属族群Nb、Ta、W、Cr、Ti、Zr、Hf、V、Co粉中的至少一种金属元素按比例称量后，用混料机混合均匀，Mo与添加元素的重量比例范围在99：1~40：60之间；混料方式优先选用三维混合。Mo粉选择纯度99.9%以上，费氏粒度2～8μm的粉体；

（2）压块：将混合均匀的粉料通过冷等静压（CIP）成型或油压机模压成块。压力50～300MPa，优选100～200MPa；

（3）预烧还原：将压坯在流动氢气气氛烧结炉内进行预烧还原，预烧温度1200～1300℃，保温时间2～8h；

（4）真空处理：将预烧还原的坯料在真空炉内进行真空处理，要求真空炉真空度达到1×10^-3Pa，真空处理温度800～1800℃，优选1500～1800℃；

（5）整型：将真空处理后坯料用铣床进行整形加工，整型成合适的尺寸，要求表面粗糙度不大于Ra 12.5；

（6）热等静压用包套加工：选用不锈钢、碳钢或钛作为包套材料，按图纸加工成所需形状尺寸，然后用氩弧焊机或等离子焊机焊接包套体；

（7）包套装料：将整形加工后预烧坯料逐件装入热等静压用包套，要求各坯料之间紧密结合，保证在任意一个方向上，各坯料之间的间隙之和不大于1mm，并且任意一侧包套内壁跟与之相邻的坯料之间的间隙不大于1.5mm；

（8）包套脱气封焊：脱气温度400～600℃，真空度达1×10^-2Pa后，用氩弧焊机或等离子焊机将包套封焊；

（9）热等静压处理：将脱气封焊后包套放入热等静压炉内进行热等静压处理，处理温度700～1500℃，压力100～200MPa，保温保压时间2～6h；

（10）加工成品：将热等静压坯料去除包套后，用线切割、铣加工、磨加工等加工方式加工成符合用户要求的成品。

本发明的创新点

相对于已公布技术，本发明的创新点主要有以下几点：

（1）本发明中，压坯还原预烧温度优选低温预烧（1200~1300℃），在该温度段还原后的坯料，氧含量能达到500ppm以下，完全能够满足要求。与已公布技术中高温预烧相比，起到了节能降耗、降低成本的效果。

（2）本发明中，经过还原处理的粉体和坯料都要进行真空处理，目的是脱除氢气还原过程中具有吸氢特性的金属（如Nb、Ta、Ti、V等）所吸附的氢，并可以在一定程度上脱除活性金属（如Nb、Ta、Ti、V等）氧化物，从而可以进一步降低制品的氧含量。

本发明的优势

本发明通过粉末冶金结合HIP致密化工艺方法，可以规模化生产大尺寸、高纯度、高致密度、高性能钼合金靶材，所制备的钼合金靶材微观组织均匀，无偏析等不均问题。由于热等静压机的缸体容量可以很大（例如直径能达到1米以上，高度能达到2米以上），因此该方法能够生产大尺寸的钼合金靶材（平面尺寸能达1300mm×850mm上），并且单炉产量大，生产效率高。

附图说明

图1为本发明制备的钼铌合金的一幅金相照片。

图2为本发明制备的钼铌合金的另一幅金相照片。

具体实施方式

选取费氏粒度2.8μm，纯度99.9%的钼粉、粒度-100目，纯度99.95%的铌粉、粒度-100目，纯度99.95%的钽粉、粒度-200目，纯度99.8%的钛粉、粒度-200目，纯度99.9%的铬粉、费氏粒度6μm，纯度99.9%的钨粉、粒度-100目，纯度99.9%的锆粉、粒度-200目，纯度99.9%的铪粉、粒度-200目，纯度99.9%的钒粉、费氏粒度3μm，纯度99.9%的钴粉为原料。表1列出了实施例1~15的原料组成、制备工艺参数及制品性能参数。制备步骤包括：

（1）按重量比分别称取Mo粉和添加元素粉末进行配料；

（2）将以上配料在三维混料机中混合3小时；

（3）将混合均匀的原料粉体进行压块；

（4）将压坯在流动氢气气氛烧结炉内进行预烧还原；

（5）将预烧还原的坯料在真空炉内进行真空处理，要求真空炉真空度达到1×10^-3Pa；

（6）将真空处理后坯料用铣床进行整形加工，整型坯料尺寸为300mm×200mm×100mm，要求表面粗糙度不大于Ra 12.5；

（7）选用不锈钢板作为包套材料，裁切下料后用等离子焊机焊接成装料尺寸1503mm×1003mm×101mm的包套体；

（8）将25件（6）中整形的坯料逐件装入热等静压用包套，要求各坯料之间紧密结合，保证在任意一个方向上，各坯料之间的间隙之和不大于1mm，并且任意一侧包套内壁跟与之相邻的坯料之间的间隙不大于1.5mm。

（9）将装好坯料的包套放入脱气炉中，边加热边脱气，真空度达到1×10^-2Pa后，用等离子焊机将包套封焊；

（10）将封焊好的包套放入热等静压炉进行热等静压处理；

（11）将热等静压坯料去除包套后，用线切割、铣加工、磨加工方式加工成品，成品尺寸1300mm×850mm×8mm。

表1实施例原料组成、工艺参数及制件性能

Claims

1.一种高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

（1）混粉：将Mo粉与作为添加元素的金属族群Nb、Ta、W、Cr、Ti、Zr、Hf、V、Co粉中的至少一种金属元素按比例称量后，用混料机混合均匀，Mo与添加元素的重量比例范围在99：1~40：60之间；

（2）压块：将混合均匀的粉料通过冷等静压或油压机模压成块，压力50～300MPa；

（3）预烧还原：将压坯在流动氢气气氛烧结炉内进行预烧还原；预烧温度1200～1300℃，保温时间2～8h；

（4）真空处理：将预烧还原的坯料在真空炉内进行真空处理，要求真空炉真空度达到1×10^-3Pa，真空处理温度800～1800℃；

（8）包套脱气封焊：脱气温度400~600℃，真空度达1×10^-2Pa后，用氩弧焊机或等离子焊机将包套封焊；

（9）热等静压处理：将脱气封焊后包套放入热等静压炉内进行热等静压处理，处理温度700~1500℃，压力100~200MPa，保温保压时间2~6h；

（10）加工成品：将热等静压坯料去除包套后，用线切割、铣加工、磨加工加工方式加工成符合用户要求的成品。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中压力为100~200MPa。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中真空处理温度1500~1800℃。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所制备的钼合金靶材平面尺寸能达到1300mm×850mm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所制备的钼合金靶材抗弯强度达800MPa以上，致密度达99.0%以上，纯度达99.9%以上。