CN103740979B - 一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，1）向Mo粉与Ti粉内加溶剂和粘结剂磨制成浆料；2）用喷雾机对浆料喷雾造粒，进口温度为250-300℃，喷头转速为8000-12000rpm，得到Mo-Ti复合粉，压制成尺寸规整的坯料；3）将多个坯料装入包套内，向相邻坯料间内填充入50-250μm的Mo-Ti复合粉形成均匀的复合粉层，复合粉层厚度为0.5-1mm，保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；4）将包套焊接、脱气后热等静压处理，处理条件为750-900℃、120-160MPa，保温保压时间为4-6h，去除包套即可。该方法制作的靶材可用作溅射沉积技术的阴极材料。

Description

一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，属于合金靶材技术领域。

背景技术

溅射靶材在溅射沉积技术中作为阴极材料使用，使用时，阴极材料在带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子形式脱离阴极，继而在阳极表面重新沉积成膜，现有的平板显示器大多采用溅射沉积技术制作。钼钛合金靶材是平板显示器的新型布线镀膜用靶材，随着大尺寸平板显示器的兴起，大尺寸钼钛合金靶材的需求量也在逐年增长。由于设备尺寸的限制，大尺寸钼钛合金靶材的制作常采用焊接法连接多个坯料实现，但是，坯料间焊接界面的存在严重影响了靶材的均匀性，进而降低了溅射沉积工艺的均匀性，因而该方法逐渐被淘汰。

近年来，有采用热等静压法直接压制相邻的多个坯料，以连接多个坯料制作成大尺寸钼钛合金靶材的，如中国专利文献CN101360576A公开了一种制造钼钛溅射板和靶的方法，掺和钼粉和钛粉形成掺和粉末，将掺和粉末冷等静压成板状，将板状物装入包套中热等静压压实成靶板，除去包套，将多个靶板装入另一包套中，并且使相邻靶板的边缘相接合，在75-300MPa、700-950℃下进行热等静压处理，得到大尺寸的钼钛合金靶材。

上述技术通过热等静压法连接多个热等静压压制的靶板制成大尺寸的钼合金靶材，但是所制作大尺寸靶材的相邻靶板的连接不牢固，力学抗压性能和机械加工性能不佳；靶材整体的密度均匀性差，相邻靶板的连接处与靶板本体的密度相差较大，容易造成烧结后的成分偏析和严重变形问题，从而容易导致溅射沉积层的性能发生较大波动。

需要强调的是，在上述技术中，向相邻靶板或坯料的间隙内填充钼粉和钛粉形成的掺和粉末，再进行热等静压压制后，得到的靶材表面容易发生成分偏析问题，导致后续溅射沉积工艺成膜的性质不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术大尺寸靶材的相邻靶板的连接不牢固，力学和机械加工性能差，相邻靶板的连接处与靶板本体的密度相差较大，容易造成烧结后的成分偏析和严重变形问题，从而容易导致溅射沉积层的性能下降；而且，向相邻靶板或坯料间填充钼粉和钛粉掺和粉末后，再进行热等静压压制，容易导致靶材表面成分的偏析；进而提出一种相邻坯料连接牢固、靶材整体密度均匀、表面不易发生成分偏析的高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）向Mo粉与Ti粉内加入溶剂和粘结剂后磨制成浆料；

（2）用喷雾机对所述浆料进行喷雾造粒，所述喷雾机的进口温度为250-300℃，所述喷雾机的喷头转速为8000-12000rpm，得到Mo-Ti复合粉；

（3）将所述Mo-Ti复合粉压制成尺寸规整的坯料，将多个所述坯料装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将包套焊接、脱气后进行热等静压处理，处理条件为750-900℃、120-160MPa，保温保压时间为4-6h，之后去除包套即可。

所述浆料中固形物的粒径为2μm-40μm。

所述Mo粉和Ti粉的摩尔比为（40-60）:（60-40），所述粘结剂的重量为所述Mo粉和Ti粉重量和的1-3%，加入的溶剂重量占所述浆料总重的30-60%；所述Mo粉的纯度大于99.95wt%，所述Ti粉的纯度大于99.8wt%。

所述溶剂为乙醇或己烷；所述粘结剂为聚乙二醇或石蜡。

在将多个所述坯料装入热等静压用包套之前，先对坯料进行真空热处理，处理程序为先在1×10^-3Pa真空度、400-500℃下处理1-2h，再在1×10^-3Pa真空度、800-1000℃下处理1h。

采用滚筒式球磨机磨制所述浆料，球磨时间不少于24h。

采用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒。

将步骤（2）制备得到的所述Mo-Ti复合粉充氮保存备用。

步骤（3）中，先用冷等静压法将所述Mo-Ti复合粉压制成压坯，再将所述压坯加工整形成坯料，其中，冷等静压的压力为100-200MPa。

脱气步骤的温度为400-600℃，真空度为1×10^-3Pa。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：

（1）本发明所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，将磨制的细颗粒浆料用喷雾机进行喷雾造粒制得Mo-Ti复合粉，喷雾机的进口温度为250-300℃、喷雾喷头转速为8000-12000rpm；将大部分Mo-Ti复合粉压制成规整坯料，将多个规整坯料装入热等静压用包套内，向相邻坯料间的缝隙内填充入筛选出的50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，保持Mo-Ti复合粉层的厚度在0.5-1mm，同时保证包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm，之后对包套进行焊接、脱气，将脱气后的包套在750-900℃、120-160MPa条件下热等静压处理4-6h去除包套即可。该制备方法通过采用特定的喷雾造粒方法制备得到Mo-Ti复合粉，通过向该Mo-Ti复合粉制成的坯料间填充入筛选出的该Mo-Ti复合粉颗粒形成复合粉层，并保持Mo-Ti复合粉层的厚度在0.5-1mm范围内且厚度均匀，经过后续工艺及热等静压处理，使得Mo-Ti复合粉层能够将坯料牢固连接，并且连接处与坯料本体的密度一致、均匀，靶材整体的密度高、不易发生成分的偏析问题，同时制备时保持包套内壁与坯料外壁的间隙在一定范围内，能够便捷地去除包套，从而得到大尺寸、高密度、高均匀性的钼钛合金靶材，避免了现有技术中大尺寸靶材的靶板连接不牢固，力学机械性能差，相邻靶板连接处与坯料本体密度相差较大，容易造成烧结后的成分偏析和严重变形，从而容易导致溅射沉积层性能下降的问题，也避免了现有技术中向相邻靶板或坯料间隙内填充Mo、Ti掺和粉末，再热等静压压制，容易导致靶板连接面易发生成分偏析，导致溅射沉积膜性质不稳定的问题。

本发明可以规模化生产高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材，所制备的钼钛合金靶材微观组织均匀，无成分偏析情况，且压坯连接处组织与其他部分完全一致。

（2）本发明所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，固形物粒径为2-40μm的浆料经喷雾造粒制备的Mo-Ti复合粉粉末粒径更为细小、均匀，所制备的坯料更容易通过筛选出的Mo-Ti复合粉相互连接，从而进一步提高了钼钛靶材的密度均匀性。

（3）本发明所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法中，所述Mo粉和Ti粉的重量比为（40-60）:（60-40），所述粘结剂的重量为所述Mo粉和Ti粉的重量和的1-3%，加入的溶剂重量为所述浆料总重的30-60%；所述Mo粉的纯度大于99.95wt%，所述Ti粉的纯度大于99.8wt%。上述浆料在后续进行喷雾造粒后能够形成颗粒大小均匀、成分均衡的粉粒，并且该粉粒经烧结后不易发生成分偏析。

（4）本发明所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法中，坯料中含有的氢和粘结剂等杂质容易对靶材质量造成影响，使后续溅射沉积涂层的性能发生波动，在将多个所述坯料装入热等静压用包套之前，先对坯料进行真空热处理，处理程序为先在1×10^-3Pa真空度、400-500℃下处理1-2h，再在1×10^-3Pa真空度、800-1000℃下处理1h，从而脱除掉了坯料中的粘结剂和氢，提高了靶材质量。

（5）本发明所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，将步骤（2）制备得到的所述Mo-Ti复合粉充氮保存备用，以避免粉末中的粘结剂吸湿造成Mo-Ti复合粉的氧化。

附图说明

图1为本发明实施例5制备的喷雾造粒粉的扫描电镜图；

图2为本发明实施例5制备的靶材5的金相图；

图3为本发明测试例（3）各靶材上测试位置1-7的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比40：60称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和3%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入的乙醇重量占浆料总重量的30%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制36h，球料比为2：1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为300℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为8000rpm，得到Mo-Ti复合粉；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用成型机模压成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，成型压力为150MPa；选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度400℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为750℃、120MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套得到靶材1。

实施例2

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比60：40称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和1%的石蜡，同时加入己烷，加入己烷的重量占浆料总重量的60%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制36h，磨球为Mo球，球料比为2：1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为250℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为12000rpm，得到Mo-Ti复合粉充氮保存备用；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为200MPa；选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度600℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为900℃、160MPa，保温保压时间为6h，之后去除包套得到靶材2。

实施例3

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比50：50称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和2%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入乙醇的重量占浆料总重量的50%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制48h，磨球为Mo球，球料比2:1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为280℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为10000rpm，得到Mo-Ti复合粉充氮保存备用；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为100MPa；选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度500℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为800℃、150MPa，保温保压时间为5h，之后去除包套得到靶材3。

实施例4

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比50：50称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和3%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入乙醇的重量占浆料总重量的40%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制24h，球磨设备为Mo内衬，磨球为Mo球，球料比为2：1，形成浆料；

（2）将浆料通过隔膜泵导入闭式循环喷雾干燥机内进行喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为300℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为12000rpm，得到Mo-Ti复合粉充氮保存备用；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为150MPa；选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度500℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为800℃、150MPa，保温保压时间为5h，之后去除包套得到靶材4。

实施例5

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比40：60称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和3%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入的乙醇重量占浆料总重量的30%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制36h，球料比为2：1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为300℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为8000rpm，得到Mo-Ti复合粉，见图1；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法成型为尺寸200mm×50mm×50mm的坯料，成型压力为100MPa；将坯料置于真空炉内进行真空处理，处理程序为：先在1×10^-3Pa真空度、400℃下处理1h，再在1×10^-3Pa真空度、800℃下处理1h；

（4）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（5）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度400℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为750℃、120MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套得到靶材5，见图2。

实施例6

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比60：40称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和1%的石蜡，同时加入己烷，加入己烷的重量占浆料总重量的60%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制36h，磨球为Mo球，球料比为2：1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为250℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为12000rpm，得到Mo-Ti复合粉充氮保存备用；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为180MPa；将坯料置于真空炉内进行真空处理，处理程序为：先在1×10^-3Pa真空度、500℃下处理2h，再在1×10^-3Pa真空度、1000℃下处理1h；

（4）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（5）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度600℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为900℃、160MPa，保温保压时间为6h，之后去除包套得到靶材6。

实施例7

本实施例所述高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比50：50称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和2%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入乙醇的重量占浆料总重量的50%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制48h，磨球为Mo球，球料比2:1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为280℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为10000rpm，得到Mo-Ti复合粉充氮保存备用；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为150MPa；将坯料置于真空炉内进行真空处理，处理程序为：先在1×10^-3Pa真空度、450℃下处理1.5h，再在1×10^-3Pa真空度、900℃下处理1h；

（4）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入筛选出的粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（5）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度500℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为750℃、140MPa，保温保压时间为5h，之后去除包套得到靶材7。

对比例1

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比40：60称取一定量的Mo粉和Ti粉并混合均匀，形成混合粉末；

（2）通过冷等静压法将混合粉末压制成坯料，成型压力为200MPa，将坯料用铣床整形加工，制成尺寸为200mm×50mm×50mm坯料；

（3）将装好坯料的包套放入脱气炉中边加热边脱气，最高脱气温度400℃，真空度达到1×10^-3Pa后焊接包套进行热等静压处理，处理条件为900℃、160MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套

（4）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入所述混合粉末形成厚度均匀的粉层，粉层的厚度为0.5-1mm；

（5）将装好坯料的包套放入脱气炉中边加热边脱气，最高脱气温度400℃，真空度达到1×10^-3Pa后焊接包套进行热等静压处理，处理条件为1000℃、160MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套得到靶材A。

对比例2

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比40：60称取一定量的Mo粉和Ti粉混合均匀，采用冷等静压法压制成压坯，冷等静压的压力为150MPa，之后破碎成粉末并选取其中小于40目的粉末作为Mo-Ti复合粉使用；

（2）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法压制并加工成尺寸为200mm×50mm×50mm的坯料，冷等静压的压力为200MPa；将坯料置于真空炉内进行真空处理，处理程序为：先在1×10^-3Pa真空度、400℃下处理1h，再在1×10^-3Pa真空度、800℃下处理1h；

（3）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

（4）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度400℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为750℃、120MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套得到靶材B。

对比例3

（1）选择纯度为99.96wt%、费氏粒度为3μm的Mo粉和纯度为99.9wt%、粒径为-325目的钛粉为原料；以摩尔比40：60称取一定量的Mo粉和Ti粉，向其中加入相当于Mo粉和Ti粉重量和3%的聚乙二醇，同时加入乙醇，加入的乙醇重量占浆料总重量的30%，形成混合物，将该混合物采用滚筒式球磨机磨制36h，球料比为2：1，形成浆料；

（2）用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒，所述喷雾干燥机的进口温度为300℃，所述喷雾干燥机的喷头转速为8000rpm，得到Mo-Ti复合粉；

（3）将所述Mo-Ti复合粉采用冷等静压法成型为尺寸200mm×50mm×50mm的坯料，成型压力为100MPa；将坯料置于真空炉内进行真空处理，处理程序为：先在1×10^-3Pa真空度、400℃下处理1h，再在1×10^-3Pa真空度、800℃下处理1h；

（4）选用不锈钢板材料，焊接成尺寸为800mm×50mm×50mm的热等静压用包套，将4个所述坯料逐件装入热等静压用包套内，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；

（5）将装好坯料的包套进行焊接后放入脱气炉中抽真空，真空度达到1×10^-3Pa后，边加热边脱气，脱气温度400℃；脱气后进行热等静压处理，处理条件为750℃、120MPa，保温保压时间为4h，之后去除包套得到靶材C。

测试例

（1）测试实施例1-7和对比例2的Mo-Ti复合粉的粉末粒度以及相应压制出的坯料强度，结果见表1。

测试方法为：采用MALVERN的MS2000激光粒度仪测试粉末粒度；按照GB/T5160-2002国家标准测试坯料强度。

表1

由表1测试结果可知，实施例1-7采用特定条件的喷雾造粒法制备的Mo-Ti复合粉的粉末粒度大于对比例2经冷等静压和破碎方法制得Mo-Ti复合粉的粉末粒度，而且实施例1-7的Mo-Ti复合粉制得的坯料强度远高于对比例2的Mo-Ti复合粉制作的坯料强度。

（2）测试实施例1-7、对比例1-2中各坯料的密度均匀性，结果见表2。

测试方法：分别在实施例1-7、对比例1-2各坯料上分散的10个位置处取样，按照行业标准JB/T9141.1-1999测试各位置处坯料的密度。

表2

由表2测试结果可知，实施例1-7中特定条件的喷雾造粒方法制作的Mo-Ti复合粉，制成坯料的密度均匀性好，各位置处的密度差在0.04g/cm³内，说明该方法得到的Mo-Ti复合粉的粒度均匀性和成分均匀性良好；而对比例1中直接混合得到的和对比例2中使用冷等静压和破碎方法制作的Mo-Ti复合粉，制成的坯料均匀性稍差，各位置处的密度差分别在0.1g/cm³和0.07g/cm³以内，对比例1-2的坯料均匀性低于本发明方法的坯料均匀性，坯料均匀性的降低会严重影响烧结后靶材的均匀性，甚至造成较严重的成分偏析。

（3）如图3所示，测试实施例1-7、对比例1-3所得各靶材上不同位置1-7处（位置1-7的标示见图3）的密度、抗弯强度、Ti含量、O含量和H含量，并测试位置4的产品纯度，结果见表3。

测试方法：按照机械行业标准JB/T9141.1-1999测试各位置处的密度；按照GB/T232-2010测试各位置处的抗弯强度；按照YS/T514.1-2009测试各位置处的Ti含量；按照QB-QT-37-2006测试各位置处的H含量；采用TC600氧氮分析仪测试各位置处的O含量；采用荧光法测试位置4的产品纯度。

表3

由表3可知，对于靶材1-7中的每一靶材来说，坯料本体和坯料连接处的密度、抗弯强度、Ti含量几乎相同，说明本发明方法制作的大尺寸靶材材质均匀、坯料连接牢固，力学和加工性能良好；而靶材A-C中每个靶材的坯料本体和坯料连接处的密度、抗弯强度、Ti含量有较大差异，说明采用对比例1-3方法制备的大尺寸靶材连接不牢固、材质均匀性差，烧结过程中发生了成分偏析和变形，导致靶材的力学和加工性能均不理想。

同时，靶材5-7中O含量和氢含量分别对应地低于靶材1-4，同时靶材5-7的产品纯度分别对应地高于靶材1-4，说明真空处理过程确实能够去除氧、氢杂质，以提高靶材的纯度。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (8)

1.一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，包括如下步骤，

(1)向Mo粉与Ti粉内加入溶剂和粘结剂后磨制成浆料；所述浆料中固形物的粒径为2μm-40μm；所述Mo粉和Ti粉的摩尔比为(40-60):(60-40)，所述粘结剂的重量为所述Mo粉和Ti粉重量和的1-3％，加入的溶剂重量占所述浆料总重的30-60％；所述Mo粉的纯度大于99.95wt％，所述Ti粉的纯度大于99.8wt％；

(2)用喷雾机对所述浆料进行喷雾造粒，所述喷雾机的进口温度为250-300℃，所述喷雾机的喷头转速为8000-12000rpm，得到Mo-Ti复合粉；

(3)将所述Mo-Ti复合粉压制成尺寸规整的坯料，将多个所述坯料装入热等静压用包套内，向相邻所述坯料间的缝隙内填充入粒径为50-250μm的所述Mo-Ti复合粉形成厚度均匀的Mo-Ti复合粉层，所述Mo-Ti复合粉层的厚度为0.5-1mm，同时保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；

(4)将包套焊接、脱气后进行热等静压处理，处理条件为750-900℃、120-160MPa，保温保压时间为4-6h，之后去除包套即可。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇或己烷；所述粘结剂为聚乙二醇或石蜡。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在将多个所述坯料装入热等静压用包套之前，先对坯料进行真空热处理，处理程序为先在1×10^-3Pa真空度、400-500℃下处理1-2h，再在1×10^-3Pa真空度、800-1000℃下处理1h。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，采用滚筒式球磨机磨制所述浆料，球磨时间不少于24h。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，采用闭式循环喷雾干燥机对所述浆料喷雾造粒。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，将步骤(2)制备得到的所述Mo-Ti复合粉充氮保存备用。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，先用冷等静压法将所述Mo-Ti复合粉压制成压坯，再将所述压坯加工整形成坯料，其中，冷等静压的压力为100-200MPa。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，脱气步骤的温度为400-600℃，真空度为1×10^-3Pa。