CN103866244A - 一种铌管状靶材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：将铌管坯进行第一次加热；向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉；将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。本发明将玻璃粉喷涂至铌管坯的表面，由于玻璃粉导热系数较小，其存在于铌管坯与挤压机工模具接触面之间，形成一层绝热、抗氧化层，从而使铌管坯易于成型；另一方面，由于铌管坯表面喷涂有玻璃粉，使其在挤压过程中具有较好的润滑效果，避免了与铌管坯表面粘连的问题，从而使铌管坯的表面质量较好，同时由于玻璃粉的润滑效果，使铌管状靶材挤压易成型。本发明还提供了一种铌管状靶材。

Description

一种铌管状靶材及其生产方法

技术领域

本发明涉及靶材生产技术领域，尤其涉及一种铌管状靶材及其生产方法。

背景技术

靶材是在溅射沉积技术中用作阴极的材料，该材料能够在带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。靶材作为一种具有高附加值的特种电子材料，其被广泛用于溅射尖端技术的薄膜材料。根据应用，靶材主要包括半导体领域用靶材、记录介质用靶材、显示薄膜用靶材、先进触控屏及显示器、光学靶材和超导靶材等。

磁控溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生离子，产生的离子在真空环境中经过加速聚集，从而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能的交换，使固体表面的原子离开固体表面并沉积在基体表面。被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。

溅射靶材的形状有长方体、正方体、圆柱体和不规则形状。长方体、正方体和圆柱体形状靶材为实心，溅射过程中，圆环形永磁体在靶材表面建立环形磁场，在轴间等距离的环形表面上形成刻蚀区，其缺点是薄膜沉积厚度均匀性不易控制，靶材的利用率较低，仅为20%~30%。目前国内外都在推广应用旋转空心圆管磁控溅射靶，其优点是靶材可绕固定的条状磁铁组件旋转，因而360°靶面可被均匀刻蚀，利用率高达80%。

铌溅射靶材作为制备铌及其合金薄膜材料的重要原料，在液晶平板显示器、光学镜头、电子成像、信息储存、太阳能电池和玻璃镀膜等光电领域及船舶、化工等腐蚀环境中具有广泛的应用。为了保证铌溅射靶材在光学镀膜、先进触控屏及显示器产业得到更加广泛的应用，研究者对铌靶材的生产方法进行了深入的研究。例如：公开号为CN102489951A的中国专利公开了一种溅射用铌管状靶材的制备方法，该方法包括以下步骤：制备铌管坯；采用钢包套将铌管坯内、外壁及两头紧密包覆，焊接密封，然后进行热挤压，得到铌管靶；将铌管靶进行酸洗和热处理，即得到铌管状靶材。上述方法在制备铌管状靶材的过程中，在铌管坯外表面采用包套材料进行密封，再进行热挤压加工，但是在热挤压的过程中，由于钢包套与铌加热后的流变速度不一致，在挤压桶内因摩擦阻碍了铌金属的流动性，并与铌金属发生粘连，影响了管材表面的挤压质量，并且在挤压过程中，钢包套润滑性较差，从而使铌管状靶材成型较困难。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种容易成型的铌管状靶材及其生产方法。

有鉴于此，本发明提供了一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：

将铌管坯进行第一次加热；向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉；

将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；

将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。

优选的，所述第一次加热的温度为700℃~950℃。

优选的，所述第一次喷涂玻璃粉的厚度为1mm~2mm。

优选的，向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉的步骤之后还包括：

将第一次喷涂玻璃粉后的铌管坯进行第二次加热，向第二次加热后的铌管坯表面第二次喷涂玻璃粉。

优选的，所述第二次加热的温度为1000℃~1300℃，所述第二次加热的时间为1min~15min。

优选的，所述第二次喷涂玻璃粉的厚度为1mm~2mm。

优选的，所述热挤压的温度为1000℃~1300℃，所述挤压比大于等于4.5。

优选的，所述酸洗的酸液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述酸液的温度为55℃~75℃。

优选的，所述热处理的温度为930℃~1300℃，所述热处理的时间为60min~100min。

本发明还提供了一种有上述方案生产的铌管状靶材，所述铌管状靶材的晶粒度为5~6.5级。

本发明提供了一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：将铌管坯进行第一次加热；向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉；将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。在生产铌管状靶材的过程中，本发明将玻璃粉喷涂至铌管坯的表面，由于玻璃粉导热系数较小，其存在于铌管坯与挤压机工模具接触面之间，形成一层绝热、抗氧化层，减少了铌管坯表面温降和挤压机工模具的温升，从而使铌管坯易于成型；另一方面，由于铌管坯表面喷涂有玻璃粉，使其在挤压过程中具有较好的润滑效果，避免了与铌管坯表面粘连的问题，从而使铌管坯的表面质量较好，同时由于玻璃粉的润滑效果，使铌管状靶材挤压易成型。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：

将铌管坯进行第一次加热；向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉；

将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；

将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。

按照本发明，在铌管状靶材生产过程中，先将铌管坯加热，将玻璃粉喷涂至加热后的铌管坯表面，使铌管坯表面有一层致密的薄膜，然后将喷涂玻璃粉的铌管坯进行热挤压，由于玻璃粉的润滑、抗氧化及绝热作用，从而使铌管坯在挤压过程中易成型，最后将挤压后的铌管坯进行酸洗，将表面的玻璃粉洗掉，再进行热处理，从而得到铌管状靶材。本发明将玻璃粉喷涂至铌管坯的表面，由于玻璃粉导热系数较小，其存在于铌管坯与挤压机工模具接触面间，形成一层绝热层，减少了坯料表面温降和挤压机工模具的温升，从而使铌管坯易于成型；另一方面，由于铌管坯表面喷涂有玻璃粉，使其在挤压过程中具有较好的润滑效果，从而使铌管坯的挤压质量较好，同时由于玻璃粉的润滑效果，使铌管状靶材挤压易成型。

在铌管状靶材生产过程中，本发明先将铌管坯进行第一次加热，即对铌管坯的预热过程；所述预热能够使玻璃粉更好的在铌管坯表面形成一层致密的薄膜，同时使铌管坯内外温度均匀，为后续热挤压工序作准备。为了使玻璃粉较好地粘连在铌管坯表面，所述预热的温度优选为700℃~950℃，更优选为800℃~900℃。

在将铌管坯预热后，在预热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉，使玻璃粉在铌管坯表面形成一层致密的薄膜。本发明对玻璃粉的喷涂方式没有特别的限制，为本领域技术人员熟知的喷涂方式即可。本领域技术人员熟知的，铌管坯是心部中空的管状坯料，因此在喷涂玻璃粉的过程中，所述铌管坯的表面包括铌管坯的内表面、外表面以及两端面。为了保证玻璃粉喷涂均匀，无孔隙，所述玻璃粉的厚度优选为1mm~2mm。

在铌管坯表面喷涂玻璃粉后，作为优选方案，本发明优选将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行第二次加热，向第二次加热后的铌管坯表面第二次喷涂玻璃粉。为了保证玻璃粉的充分熔化，使其粘连在铌锭表面，在铌锭表面形成一层致密的抗氧化薄膜，所述第二次加热的温度优选为1000℃~1300℃，更优选为1100~1200℃；所述第二次加热的时间优选为1min~15min，更优选为5min~10min。所述第二次喷涂玻璃粉的厚度优选为1mm~2mm。第二次喷涂玻璃粉能够保证铌锭表面的玻璃粉具有充分的抗氧化和润滑作用。为了使铌锭表面的玻璃粉具有充分的抗氧化和润滑作用，可以在铌锭表面多次喷涂玻璃粉，本发明并没有特别的限制，但出于成本以及效率的考虑，本发明优选在铌管坯表面喷涂两次玻璃粉。

在将铌管坯表面喷涂玻璃粉后，即将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压。本领域技术人员熟知的，挤压的方式按坯料的温度可分为冷挤压、热挤压和温挤压。本发明选用热挤压的方式能够得到均匀的内部组织，同时使坯料易于挤压成型。所述热挤压的温度优选为1000℃~1300℃，更优选为1100~1200℃，此温度区间内铌管坯塑性较好，且容易变形。所述挤压的挤压机为本领域技术人员熟知的挤压机，本发明并没有特别的限制，所述挤压机的吨位优选大于等于3000吨，更优选为3500吨~4500吨，所述挤压比优选大于等于4.5，更优选为5~7。

按照本发明，将所述铌管坯热挤压完成后，即将热挤压后的铌管坯进行酸洗，从而将铌管坯表面的玻璃粉除去，以防止在后续热处理过程中发生玻璃粉熔化或汽化，影响铌管坯表面质量以及对退火炉炉体造成污染。所述酸洗的酸液优选为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述氢氟酸为市售的氢氟酸，其质量分数为35.35wt%，所述硝酸为市售的盐酸，其浓度为68wt%，所述氢氟酸与所述硝酸的体积比优选为3:5。在酸洗过程中，将酸液优选加热至55℃~75℃以更好地将铌管坯表面的玻璃粉除去。为了消除铌管坯在挤压过程中的残应力，获得均匀的再结晶组织，本发明最后将酸洗后的铌管坯进行热处理。本发明优选在真空中进行热处理以防止铌管坯被氧化，所述热处理的温度优选为930℃~1300℃，更优选为1000℃~1200℃，所述热处理的时间优选为60min~100min，更优选为70min~80min。

本发明提供了一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：将铌管坯进行加热；向加热后的铌管坯表面喷涂玻璃粉；将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。在生产铌管状靶材的过程中，本发明将玻璃粉喷涂至铌管坯的表面，由于玻璃粉导热系数较小，其存在于坯料与挤压机工模具接触面间，形成一层绝热层，减少了坯料表面温降和挤压机工模具的温升，从而使铌管坯易于成型；另一方面，由于铌管坯表面喷涂有玻璃粉，使其在挤压过程中具有较好的润滑效果，从而使铌管坯的挤压质量较好，避免了钢包套与铌金属粘连的问题，同时由于玻璃粉的润滑效果，使铌管状靶材挤压易成型。

本发明还提供了一种铌管状靶材，所述铌管状靶材按上述方法制备。本领域技术人员熟知的，晶粒度是表征晶粒大小的尺度，标准晶粒度共分8级，1~4级为粗晶粒，5~8级为细晶粒。本发明生产的铌管状靶材的晶粒度为5~6.5级。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铌管坯的生产方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

1）通过车床对铌锭进行车削，车削其外表面及两端头，去除缺陷后进行钻中心Φ45mm孔，然后镗孔。最后得到尺寸为：外径Φ235mm，内径100mm，长度为365mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

2）采用中频炉对步骤1）中得到的铌管坯进行预热，预热温度为900℃，预热后对铌管坯料的内外表面及两端头喷涂玻璃粉；

3）将步骤2）中得到的铌锭转至二次中频感应炉中进行二次加热，加热温度为1050℃，保温10分钟；

4）将步骤3）中得到的铌管坯进行二次喷涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制为1.5mm，保证喷涂均匀无孔隙；

5）将步骤4）得到的铌管坯传送至挤压筒内进行热挤压，此挤压机吨位为4500吨。挤压后得到外径为Φ120mm，内径90mm，长度为2600mm的旋转镀膜铌管坯；

6）将步骤5）中得到的旋转镀膜铌管坯进行酸洗，酸液为HF：HNO₃=3：5（体积比），酸液加热至70℃，最终去除表面玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

7）将步骤6）中得到的旋转镀膜铌管坯进行真空热处理，温度为1050℃，保温60分钟；热处理后进行校直，直线度≤1.0mm后，进行机械精加工，加工后得到外径为Φ115mm，内径95mm，长度为2450mm的旋转镀膜铌靶材。

本实例挤压成的旋转镀膜铌靶材晶粒组织均匀，晶粒度为5.0~6.5级。

实施例2

1）通过车床对铌锭进行车削，车削其外表面及两端头，去除缺陷后进行钻中心Φ45mm孔，然后镗孔。最后得到尺寸为：外径Φ255mm，内径120mm，长度为460mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

2）采用中频炉对步骤1）得到的铌管坯进行预热，预热温度为900℃，预热后对铌管坯料的内外表面及两端头喷涂玻璃粉；

3）将步骤2）得到的铌管坯转至二次中频感应炉中进行二次加热，加热温度为1050℃，保温10分钟；

4）将步骤3）中得到的铌管坯进行二次喷涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制在1~2mm之间，保证喷涂均匀无孔隙；

5）将在步骤4）得到的铌管坯传送至挤压筒内进行挤压，此挤压机吨位应大于3000吨。挤压后得到外径为Φ145mm，内径110mm，长度为2600mm的旋转镀膜铌管坯；

6）将步骤5）中得到的旋转镀膜铌管坯进行酸洗，酸液为HF：HNO₃=3：5（体积比），酸液加热60℃，最终去除表面玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

7）将步骤6）中得到的旋转镀膜铌管坯进行真空热处理，温度1050℃保温60分钟；热处理后进行校直，直线度≤1.0mm后，进行机械精加工，加工后得到外径为Φ138mm，内径115mm，长度为2455mm的旋转镀膜铌靶材；

本实例挤压成的旋转镀膜铌靶材晶粒组织均匀，晶粒度为5.0~6.5级。

实施例3

1）通过车床对铌锭进行车削，车削其外表面及两端头，去除缺陷后进行钻中心Φ45mm孔，然后镗孔。最后得到尺寸为：外径Φ284mm，内径130mm，长度为650mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

2）采用中频炉对步骤1）得到的铌管坯进行预热，预热温度为950℃，预热后对铌管坯料的内外表面及两端头喷涂玻璃粉；

3）将步骤2）得到的铌管坯转至二次中频感应炉中进行二次加热，加热温度为1100℃，保温10分钟；

4）将步骤3）中得到的铌管坯进行二次喷涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制在1~2mm之间，保证喷涂均匀无孔隙；

5）将在步骤4）完成的铌管坯传送至挤压筒内进行挤压，此挤压机吨位为3500吨。挤压后得到外径为Φ165mm，内径121mm，长度为3300mm的旋转镀膜铌管坯；

6）将步骤5）中得到的旋转镀膜铌管坯进行酸洗，酸液为HF：HNO₃=3：5（体积比），酸液加热65℃，最终去除表面玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

7）将步骤6）中得到的旋转镀膜铌管坯进行真空热处理，温度1150℃保温60分钟；热处理后进行校直，直线度≤1.0mm后，进行机械精加工，加工后得到外径为Φ155mm，内径125mm，长度为3191mm的旋转镀膜铌靶材；

本实例挤压成的旋转镀膜铌靶材晶粒组织均匀，晶粒度为5.0~6.5级。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铌管状靶材的生产方法，包括以下步骤：

将铌管坯进行第一次加热；向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉；

将喷涂玻璃粉后的铌管坯进行热挤压；

将热挤压后的铌管坯进行酸洗；将酸洗后的铌管坯进行热处理，得到铌管状靶材。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一次加热的温度为700℃~950℃。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一次喷涂玻璃粉的厚度为1mm~2mm。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，向加热后的铌管坯表面第一次喷涂玻璃粉的步骤之后还包括：

将第一次喷涂玻璃粉后的铌管坯进行第二次加热，向第二次加热后的铌管坯表面第二次喷涂玻璃粉。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述第二次加热的温度为1000℃~1300℃，所述第二次加热的时间为1min~15min。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述第二次喷涂玻璃粉的厚度为1mm~2mm。

7.根据权利要求1或4所述的生产方法，其特征在于，所述热挤压的温度为1000℃~1300℃，所述挤压比大于等于4.5。

8.根据权利要求1或4所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗的酸液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述酸液的温度为55℃~75℃。

9.根据权利要求1或4所述的生产方法，其特征在于，所述热处理的温度为930℃~1300℃，所述热处理的时间为60min~100min。

10.一种由权利要求1~9任一项所生产的铌管状靶材，所述铌管状靶材的晶粒度为5级~6.5级。