CN105734506B - 一种热等静压氧化铌靶材的制备方法 - Google Patents

一种热等静压氧化铌靶材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种溅射镀膜用热等静压氧化铌靶材的制备方法，该方法以高纯度的五氧化二铌粉末为原料，其纯度不低于99.99％，粉末经过预处理后装粉入包套，然后真空热除气，在热等静压机中压制成形，随后进行机械加工制成成品；本发明制备的氧化铌靶材具有以下优点：靶材致密度高，密度达到4.5g/cm3以上；导电性能好，电阻率为2×10‑4～5×10‑4Ω.cm，能够满足中频或者直流溅射工艺制备氧化铌薄膜的要求。

Description

一种热等静压氧化铌靶材的制备方法
技术领域
本发明涉及溅射镀膜用靶材制备领域，具体涉及一种热等静压氧化铌靶材的制备方法。
背景技术
五氧化二铌薄膜对可见光具有较高的透射性，可以应用在液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、触摸屏(Touch Panel)、电致发光显示器(LED)、薄膜太阳能电池、光学镜片等方面。
五氧化二铌靶材是制备AR玻璃(减反增透玻璃)，消影ITO玻璃(触摸屏玻璃)的重要材料。AR玻璃是利用溅射镀膜技术在玻璃表面镀上Nb2O5薄膜和SiO2薄膜，玻璃+高折射薄膜(Nb2O5薄膜)+低折射薄膜(SiO2薄膜)有增透效果，每增加一层高折射薄膜+低折射薄膜可增透约2％；多层高折射薄膜+低折射薄膜叠加，能够有效消减玻璃本身的反射，增加玻璃的透过率，使透过玻璃的色彩更加鲜艳真实。
目前氧化铌靶材主要采用热压烧结工艺制备。由于五氧化二铌靶材属于绝缘材料，无法满足溅射速率更高的直流溅射镀膜工艺要求。因此，热压烧结氧化铌靶材所用的原料五氧化二铌粉末需要进行失氧处理以提高导电性能。目前五氧化二铌粉末失氧处理的方法主要有添加还原性物质和氢气还原两种。第一种方法还原性物质与五氧化二铌粉末难以混合均匀，降低了靶材的纯度和均匀度。CN102659405A公开了一种高密度氧化铌溅射靶材的制备方法，其通过在氢气气氛下对粉末进行失氧处理。然而该方法需要使粉末处于氢气气氛下，粉末处理生产周期长，生产成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种热等静压氧化铌靶材的制备方法，实现了在较低的压制温度下实现了氧化铌靶材的致密化，缩短了致密化时间，提高了生产效率；
进一步的，达到了粉末除气和粉末失氧的双重效果，缩短了生产周期，在提高靶材的导电性能的同时避免了在氧化铌靶材中引入杂质，保证了氧化铌靶材的纯度和均匀度，满足中频或者直流溅射工艺制备氧化铌薄膜的要求。
本发明包括如下技术方案：
本发明提供一种热等静压氧化铌靶材的制备方法，其特征在于：以高纯度的五氧化二铌粉末为原料，所述五氧化二铌粉末经过造粒预处理后装入包套，然后对装粉后的包套进行真空热除气处理，再通过热等静压工艺压制成形，最后通过机械加工去除包套后制成成品。
进一步的，所述高纯度的五氧化二铌靶材粉末为纯度大于99.99％的五氧化二铌粉末。
进一步的，所述五氧化二铌粉末经过造粒预处理后装粉入包套，所述造粒预处理包括：对五氧化二铌粉末采用冷等静压压实后再破碎的方法进行造粒，其中冷等静压的压制压力为150～300MPa，保压时间为20～60min，最后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。
进一步的，所述包套的材料选自45#碳钢、304不锈钢或TA1纯钛。
进一步的，在所述真空热除气处理的同时对所述五氧化二铌粉末进行失氧处理，失氧量为所述五氧化二铌粉末中总氧含量的3～5wt％。
进一步的，所述真空热除气处理的最终除气温度为700～1000℃，最终真空度大于1×10-3Pa，并在该最终除气温度和最终真空度基础上保温30～300min。
进一步的，将真空热除气处理后的包套进行热等静压处理，热等静压工艺为温度900～1150℃，压力80～150MPa，保温时间1～5h。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)通过热等静压工艺(HIP)，实现了在较低的压制温度下氧化铌靶材的致密化，从而有效提高了靶材的致密化效率；
(2)通过冷等静压(CIP)压实后再破碎的造粒预处理工艺，保证粉末的振实密度，降低了包套在热等静压时的收缩率，增加了材料利用率和生产效率；
(3)在粉末真空除气工艺的同时，实现了粉末失氧处理，有效提高了生产效率，降低了生产成本，提高了氧化铌的导电性能，从而能够满足中频或者直流溅射工艺制备氧化铌薄膜的要求；
(4)优化了热等静压温度等生产工艺，保证最终材料的致密度和材料组织的晶粒细小，同时实现了靶材的应力释放控制，避免靶材开裂。
附图说明
图1为本发明热等静压氧化铌靶材工艺流程示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
参见图1，为本发明热等静压氧化铌靶材工艺流程示意图。氧化铌靶材包套经设计加工后，进行组装和焊接处理；原料粉末经造粒预处理后，装填进处理好的包套内，对包套进行真空除气封装，然后经热等静压致密化处理后，通过机械加工制成氧化铌靶材成品。
1.粉末的预处理
本发明中氧化铌靶材的原料粉末为纯度大于99.99％的五氧化二铌粉末。为了提高粉末的振实密度，需要进行粉末预处理。采用冷等静压压实后再破碎的方法进行造粒，具体工艺为压制压力为150～300MPa，保压时间为20～60min，最后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。经过预处理，氧化铌粉末的相对振实密度可由30％提高到50％以上，大大降低了包套在热等静压时的收缩率，增加了材料利用率和生产效率，降低了生产成本。
2.真空热除气
真空热除气工序是本发明热等静压工艺中的关键步骤。真空热除气温度偏低，吸附性气体无法抽出，会直接影响靶材最终成形和致密度。真空热除气温度过高又会增加能源消耗和生产成本。同时本发明中真空热除气工序还承担对五氧化二铌粉末的失氧处理的任务。本发明中真空热除气工艺为最终除气温度700～1000℃，最终真空度大于1×10-3Pa，在此基础上保温30～300min。失氧量为粉末中总氧含量的3～5wt％。
真空热除气工序的作用主要有以下两点：
(1)对包套内的粉末进行热除气以完成后续热等静压工序，实现氧化铌靶材的致密化。
(2)通过真空热除气工序实现对五氧化二铌粉末的失氧处理，降低氧化铌靶材的电阻率，提高导电性。
本发明在真空热除气工序中同时实现了粉末除气和粉末失氧的双重目的，从而为最终氧化铌靶材在热等静压时的致密化和导电性能的提高奠定了基础。
3.热等静压致密化
热等静压是一种特殊的粉末烧结方式，在高温高压下，粉末的活性极大的增强，能在比烧结更低的温度下完成材料的致密化过程。热等静压温度是热等静压工艺的关键参数。热等静压温度过低，无法实现氧化铌粉末的致密化。热等静压温度过高会导致氧化铌分解，而分解时产生的气体一方面会在靶材内部形成气孔降低靶材的致密度，另一方面会成为靶材的裂纹源头降低产品质量。本发明中选择的热等静压的工艺为压制温度900～1150℃，压力80～150MPa，保温时间1～5h，可以有效的解决上述问题。
本发明通过热等静压工艺制备的氧化铌靶材致密度高，密度达到4.5g/cm3以上；导电性能好，电阻率为2×10-4～5×10-4Ω.cm，可以满足中频或者直流溅射工艺制备氧化铌薄膜的要求。以下将通过具体实施例更进一步地描述本发明，但不限于此。
实施例1
称取纯度为99.99％的五氧化二铌粉末进行冷等静压再破碎处理，冷等静压压力240MPa，保压时间50min，破碎后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。将所得五氧化二铌粉末装粉进入包套内，相对振实密度52％，焊接后进行真空热除气。真空热除气工艺为最终除气温度900℃，最终真空度大于1×10-3Pa，在此基础上保温180min。失氧量为粉末中总氧含量的4wt％。将真空热除气后的包套进行热等静压致密化处理。热等静压的工艺参数为：温度1000℃，压力140MPa，保温时间3h。经过测试，氧化铌靶材的密度为4.54g/cm3，电阻率为4.6×10-4Ω.cm。
实施例2
称取纯度为99.99％的五氧化二铌粉末进行冷等静压再破碎处理，冷等静压压力180MPa，保压时间40min，破碎后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。将所得五氧化二铌粉末装粉进入包套内，振实相对密度54％，焊接后进行真空热除气。真空热除气工艺为最终除气温度850℃，最终真空度大于1×10-3Pa，在此基础上保温80min。失氧量为粉末中总氧含量的4.6wt％。将真空热除气后的包套进行热等静压致密化处理。热等静压的工艺参数为：温度900℃，压力100MPa，保温时间4h。经过测试，氧化铌靶材的密度为4.52g/cm3，电阻率为2.8×10-4Ω.cm。
实施例3
称取纯度为99.99％的五氧化二铌粉末进行冷等静压再破碎处理，冷等静压压力200MPa，保压时间60min，破碎后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。将所得五氧化二铌粉末装粉进入包套内，振实相对密度51％，焊接后进行真空热除气。真空热除气工艺为最终除气温度750℃，最终真空度大于1×10-3Pa，在此基础上保温240min。失氧量为粉末中总氧含量的3.7wt％左右。将真空热除气后的包套进行热等静压致密化处理。热等静压的工艺参数为：温度950℃，压力130MPa，保温时间2h。经过测试，氧化铌靶材的密度为4.51g/cm3，电阻率为2.1×10-4Ω.cm。
实施例4
称取纯度为99.99％的五氧化二铌粉末进行冷等静压再破碎处理，冷等静压压力270MPa，保压时间30min，破碎后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末。将所得五氧化二铌粉末装粉进入包套内，振实相对密度53％，焊接后进行真空热除气。真空热除气工艺为最终除气温度1000℃，最终真空度大于1×10-3Pa，在此基础上保温60min。失氧量为粉末中总氧含量的3.3wt％。将真空热除气后的包套进行热等静压致密化处理。热等静压的工艺参数为：温度1100℃，压力90MPa，保温时间1.5h。经过测试，氧化铌靶材的密度为4.55g/cm3，电阻率为3.2×10-4Ω.cm。
上述4个实施例的工艺参数、密度和电阻率具体如表1所示。
表1氧化铌靶材的工艺参数、密度和电阻率
以上通过实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例。本发明说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知技术。任何本领域技术人员在不脱离本发明的技术实质范围内，都可以对本发明做出变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术实质，在此基础上所作的任何简单修改和变化均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种热等静压氧化铌靶材的制备方法，其特征在于：以高纯度的五氧化二铌粉末为原料，所述五氧化二铌粉末经过造粒预处理后装入包套，对五氧化二铌粉末采用冷等静压压实后再破碎的方法进行造粒，其中冷等静压的压制压力为150～300MPa，保压时间为20～60min，最后过筛得到-100～+250目的五氧化二铌粉末，然后对装粉后的包套进行真空热除气处理，再通过热等静压工艺压制成形，最后通过机械加工去除包套后制成成品，所述真空热除气处理的最终除气温度为700～1000℃，最终真空度大于1×10-3Pa，并在该最终除气温度和最终真空度基础上保温30～300min，将真空热除气处理后的包套进行热等静压处理，热等静压工艺为温度900～1150℃，压力80～150MPa，保温时间1～5h。
2.如权利要求1所述的热等静压氧化铌靶材的制备方法，其特征在于：所述高纯度的五氧化二铌靶材粉末为纯度大于99.99％的五氧化二铌粉末。
3.如权利要求1所述的热等静压氧化铌靶材的制备方法，其特征在于：所述包套的材料选自45#碳钢、304不锈钢或TA1纯钛。
4.如权利要求1所述的热等静压氧化铌靶材的制备方法，其特征在于：在所述真空热除气处理的同时对所述五氧化二铌粉末进行失氧处理，失氧量为所述五氧化二铌粉末中总氧含量的3～5wt％。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106567046A (zh) * 2016-10-13 2017-04-19 法柯特科技（江苏）有限公司 氧化铌溅射靶材的制备方法
CN106904967B (zh) * 2017-02-21 2020-08-04 成都超纯应用材料有限责任公司 一种高密度五氧化二钽膜料制备方法
CN114481056A (zh) * 2022-02-14 2022-05-13 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种旋转钼靶材的制备方法
CN116213703A (zh) * 2023-03-15 2023-06-06 先导薄膜材料有限公司 一种铬旋转靶材的制备方法
CN116813346A (zh) * 2023-08-17 2023-09-29 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种氧化铌靶材的制备方法及用途

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6656260B2 (en) * 1999-12-28 2003-12-02 Kyocera Corporation ZnS-series sintered material and method for producing the same, target using the ZnS-series sintered material, thin film, and optical recording medium using the thin film
CN100497260C (zh) * 2005-10-18 2009-06-10 北京有色金属研究总院 大尺寸陶瓷溅射靶材的热压烧结成型方法
CN102659405B (zh) * 2012-04-06 2014-02-26 西北稀有金属材料研究院 高密度氧化铌溅射靶材的制备方法
CN104445403B (zh) * 2014-11-10 2016-05-25 九江有色金属冶炼有限公司 一种二氧化铌的制备方法及其所制得的产品
CN104961463B (zh) * 2015-07-08 2017-05-17 北京冶科纳米科技有限公司 一种氧化铌旋转靶材及其制备方法

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