CN111485207A - 一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用，涉及功能材料制备技术领域。本发明方法包括以下步骤：(1)将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉；所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm；(2)将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材；所述压力烧结的温度为500～1350℃。采用本发明方法可以获得钪含量高且组织细小均匀的铝钪合金烧结靶材，并提高铝钪合金烧结靶材的致密度、降低氧含量，避免微裂纹、气孔等微观缺陷，制备过程简便，安全环保，成本低，适于规模化生产。

Description

一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及功能材料制备技术领域，特别涉及一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用。
背景技术
在压电MEMS(pMEMS)传感器中，氮化铝钪压电薄膜比传统的氮化铝压电薄膜拥有更高的机电耦合系数，能够明显提升压电传感器的性能。氮化铝薄膜通过高纯铝靶材在氮气气氛下进行反应溅射来获得，氮化铝钪薄膜可通过高纯铝靶和高纯钪靶的共溅射来获得，但是所获得的薄膜性能差，原因在于氮化铝钪的合金组织不均匀、溅射成分不均匀。而使用铝钪合金靶材进行溅射来获得氮化铝钪薄膜，可以解决这个问题。
美国专利US2014/0174908指出铝钪靶材晶粒的重要性，晶粒的尺寸越小，晶粒分布越均匀，可以减少靶材与靶材间溅射镀膜后的机电耦合系数的变化，生产出性能更可靠的薄膜体声波谐振器(FBAR，film bulk acoustic resonator)。可见，铝钪合金靶材晶粒的均匀性直接影响氮化铝钪压电薄膜的性能。
中国专利CN109252142A通过冷坩埚悬浮熔炼结合变频电磁搅拌制备铝钪合金靶坯，根据相图，铝钪熔点相差很大，且钪在铝中的溶解度极小，钪含量越高，偏析越严重，晶粒组织粗大。因此，如何获得细晶粒均相且高钪含量的铝钪合金烧结靶材成为研究的难点。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用。采用本发明提供的制备方法可以获得高钪含量的铝钪合金烧结靶材，且晶相组织细小均匀，铝钪成分的分布更均匀。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉；所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm；
(2)将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材；所述压力烧结的温度为500～1350℃。
优选地，所述高纯铝块的纯度为99.99～99.9999％、氧含量＜50ppm、碳含量＜30ppm；高纯钪块的纯度为99.9～99.995％，氧含量＜600ppm、碳含量＜50ppm。
优选地，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为800～1500℃，熔炼时间为5～20min，真空度为1×10-1～1×10-3Pa。
优选地，所述气雾化的雾化压力为5～15MPa，雾化气体为惰性气体；所述雾化气体的流速为50～200m/s。
优选地，所述压力烧结为真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子体烧结；所述压力烧结的烧结压力为20～100MPa，保温时间为1～5h。
优选地，当所述压力烧结为真空热压烧结时，真空度为1×10-3～9×10-2Pa。
本发明提供了以上方案所述制备方法得到的细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材，所述铝钪合金烧结靶材中钪的质量含量为10～60％，晶相尺寸为5～30μm。
优选地，所述铝钪合金烧结靶材的纯度＞99.9％。
优选地，所述铝钪合金烧结靶材的氧含量小于500ppm、碳含量小于100ppm。
本发明提供了以上方案所述铝钪合金烧结靶材在制备氮化铝钪压电薄膜中的应用。
本发明提供了一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材的制备方法，包括以下步骤：(1)将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉；所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm；(2)将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材；所述压力烧结的温度为500～1350℃。
本发明采用雾化合金粉的粉末冶金制备工艺，相对于熔炼铸造工艺，粉末冶金工艺可以实现铝钪合金烧结靶材微观状态的组织均匀，避免铸造过程产生的成分明显偏析、晶相组织粗大、微裂纹的问题；相对于单粉混合烧结的粉末冶金工艺，雾化合金粉的内部组织结构更均匀，铝钪成分分布更均匀，这是因为在雾化过程中真空悬浮熔炼得到的合金液体在高速气流的冲击下形成微小的粉末颗粒，其中的不同合金相来不及发育长大，从而形成了分布均匀的微小合金相，进而保证了烧结出铝钪合金烧结靶材的组织结构均匀、致密度高、成分均匀。
此外，铝钪合金粉比纯钪粉更稳定，可避免粉末的继续氧化，可以获得低氧含量的铝钪合金靶材。因此，采用本发明提供的制备方法可以获得钪含量高且组织细小均匀的铝钪合金烧结靶材，并提高铝钪合金烧结靶材的致密度、降低氧含量，避免微裂纹、气孔等微观缺陷，制备过程简便，安全环保，成本低，适于规模化生产。
本发明提供了以上方案所述制备方法制备到的细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材，铝钪合金烧结靶材中钪的质量含量为10～60％，晶相尺寸为5～30μm，应用在氮化铝钪压电薄膜的制备中，能够提高氮化铝钪压电薄膜的性能。
附图说明
图1为实施例3中雾化铝钪合金粉(40wt％钪含量)的微观组织结构图；
图2为实施例3中铝钪合金烧结靶材(40wt％钪含量)的微观组织结构图；
图3为对比例1中铝钪合金烧结靶材(40wt％钪含量)的微观组织结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉；所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm；
(2)将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材；所述压力烧结的温度为500～1350℃。
本发明将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉。在本发明中，所述高纯铝块的纯度优选为99.99～99.9999％、氧含量优选＜50ppm、碳含量优选＜30ppm；高纯钪块的纯度优选为99.9～99.995％，氧含量优选＜600ppm、碳含量优选＜50ppm。本发明对所述高纯铝块和高纯钪块的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述高纯钪块的质量为高纯铝块和高纯钪块质量之和的10～60％，优选为15～40％。
在本发明中，所述真空悬浮熔炼和气雾化优选在真空悬浮雾化一体炉中进行，高纯铝块和高纯钪块经过真空悬浮熔炼得到合金液，然后通入雾化气体，在雾化气体持续吹扫下将合金液雾化为合金粉末。在本发明中，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度优选为800～1500℃，更优选为1300～1400℃，熔炼时间优选为5～20min，更优选为15～20min；真空度优选为1×10-1～1×10-3Pa，更优选为0.5×10-2～0.5×10-3Pa。
本发明对所述真空悬浮熔炼的具体操作方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的真空悬浮熔炼方法即可。金属钪的活性很高，很容易和氧气发生反应，只能用钨坩埚或钽坩埚来熔炼，但铝与钨和钽在高温下会发生反应，因此铝钪合金的熔炼只能选用水冷铜坩埚，也就是真空悬浮熔炼工艺来熔炼获得均匀的合金液。
在本发明中，所述气雾化的雾化压力优选为5～15MPa，更优选为10～12MPa；所述气雾化的雾化气体优选为惰性气体，所述惰性气体优选为高纯氩气或高纯氦气，更优选为高纯氩气；所述雾化气体的流速优选为50～200m/s，更优选为100～150m/s。经气雾化后，得到雾化铝钪合金粉，所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，优选为15～40％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm，更优选为40～150μm。在本发明具体实施例中，为进一步保证雾化铝钪合金粉的粒径在300μm以下，还优选将所述雾化铝钪合金粉过50目筛。相对于单粉混合烧结的粉末冶金工艺，雾化铝钪合金粉的内部组织结构均匀，这是因为在雾化过程中真空悬浮熔炼得到的合金液体在高速气流的冲击下形成微小的粉末颗粒，其中的不同合金相来不及发育长大，从而形成了分布均匀的微小合金相，进而保证了烧结出铝钪合金烧结靶材的组织结构均匀和高致密度。在本发明中，所述雾化铝钪合金粉内部晶相尺寸为5～30μm，晶相结构主要为Al和Al3Sc相均匀分布，或者Al2Sc和Al3Sc相均匀分布，或者AlSc和Al2Sc相均匀分布；其中当钪质量含量大于等于10％且小于36％时，雾化铝钪合金粉由Al和Al3Sc相构成；当钪质量含量大于36％且小于45％时，雾化铝钪合金粉由Al2Sc和Al3Sc相构成；当钪质量含量大于45％且小于60％时，雾化铝钪合金粉由AlSc和Al2Sc相构成；此外，当钪质量含量为36％时，雾化铝钪合金粉主要含Al3Sc相(36wt％钪含量为Al3Sc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al和Al2Sc相；当钪质量含量为45％时，雾化铝钪合金粉主要含Al2Sc相(45wt％钪含量为Al2Sc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al3Sc和AlSc相；当钪质量含量为60％时，雾化铝钪合金粉主要含AlSc相(60wt％钪含量为AlSc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al2Sc和AlSc2相。
AlSc、Al2Sc、Al3Sc和AlSc2均为脆性相，即使加热至接近熔点的程度也难以进行塑性变形，正是因为铝钪合金复杂的晶相结构，导致采用传统的熔炼铸造技术难以制备，尤其是在铸造过程中存在明显的微裂纹，其原因是因为铝钪合金热膨胀系数很大，极易产生内应力导致材料开裂，采用组织结构均匀的雾化制粉工艺可以避免这些问题。
在本发明中，所述雾化铝钪合金粉的纯度优选＞99.9％、氧含量优选＜500ppm；其中10～20wt％钪含量的雾化铝钪合金粉可实现小于100ppm的氧含量，20～30wt％钪含量的雾化铝钪合金粉可实现小于200ppm的氧含量，30～40wt％钪含量的雾化铝钪合金粉可实现小于300ppm的氧含量，40～50wt％钪含量的雾化铝钪合金粉末可实现小于400ppm的氧含量，50～60wt％钪含量的雾化铝钪合金粉可实现小于500ppm的氧含量。铝钪合金中钪的活性远大于铝，也更容易氧化，因此导致获得的铝钪合金粉的氧含量会随着钪含量的升高而升高。
得到雾化铝钪合金粉后，本发明将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材。在本发明中，所述压力烧结优选为真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子体烧结，当所需铝钪合金靶材的尺寸大于100mm时，所述压力烧结进一步优选为真空热压烧结。在本发明中，所述压力烧结的温度为500～1350℃；保温时间优选为1～5h，更优选为3～4h；所述压力烧结的烧结压力优选为20～100MPa。在本发明中，当所述压力烧结为真空热压烧结或放电等离子体烧结时，所述烧结压力更优选为20～45MPa，进一步优选为20～30MPa；当所述压力烧结为真空热压烧结时，所述烧结的真空度优选为1×10-3～9×10- 2Pa，进一步优选为5×10-3～5×10-2Pa。在本发明中，所述压力烧结通过施加压力促进粉末的致密化过程，提高铝钪合金靶材的烧结密度。
本发明采用雾化合金粉的粉末冶金制备工艺，能够获得钪含量高且组织细小均匀的铝钪合金烧结靶材，并提高铝钪合金烧结靶材的致密度、降低氧含量，避免微裂纹、气孔等微观缺陷，并且制备过程简便，安全环保，成本低，适于规模化生产。
本发明提供了以上方案所述制备方法得到的细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材，所述铝钪合金烧结靶材中钪的质量含量为10～60％，优选为15～40％，晶相尺寸为5～30μm，优选为8～15μm。在本发明中，所述铝钪合金烧结靶材的晶相结构主要为Al和Al3Sc相均匀分布，或者Al2Sc和Al3Sc相均匀分布，或者AlSc和Al2Sc相均匀分布；其中当钪质量含量大于等于10％且小于36％时，雾化铝钪合金粉由Al和Al3Sc相构成；当钪质量含量大于36％且小于45％时，雾化铝钪合金粉由Al2Sc和Al3Sc相构成；当钪质量含量大于45％且小于60％时，雾化铝钪合金粉由AlSc和Al2Sc相构成；此外，当钪质量含量为36％时，雾化铝钪合金粉主要含Al3Sc相(36wt％钪含量为Al3Sc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al和Al2Sc相；当钪质量含量为45％时，雾化铝钪合金粉主要含Al2Sc相(45wt％钪含量为Al2Sc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al3Sc和AlSc相；当钪质量含量为60％时，雾化铝钪合金粉主要含AlSc相(60wt％钪含量为AlSc的成分点)，同时因为十分轻微的成分偏析，会含微量的Al2Sc和AlSc2相。
在本发明中，所述铝钪合金烧结靶材的纯度优选＞99.9％；所述铝钪合金烧结靶材的氧含量优选小于500ppm、碳含量优选小于100ppm。优选的，10～20wt％钪含量的铝钪合金烧结靶材氧含量小于100ppm，20～30wt％钪含量的铝钪合金烧结靶材氧含量小于200ppm，30～40wt％钪含量的铝钪合金烧结靶材氧含量小于300ppm，40～50wt％钪含量的铝钪合金烧结靶材氧含量小于400ppm，50～60wt％钪含量的铝钪合金烧结靶材氧含量小于500ppm。
本发明提供了以上方案所述铝钪合金烧结靶材在制备氮化铝钪压电薄膜中的应用。本发明对所述制备氮化铝钪压电薄膜的方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的溅射镀膜方法即可。本发明提供的铝钪合金烧结靶材具有晶相细小均匀、成分均匀、致密度高的特点，应用在制备氮化铝钪压电薄膜中，能够达到镀膜性能稳定的效果，从而显著提高氮化铝钪压电薄膜的性能。
下面结合实施例对本发明提供的细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
所用原料为高纯铝块和高纯钪块，高纯铝块的纯度为99.999％、氧含量32ppm、碳含量17ppm，高纯钪的纯度为99.99％、氧含量550ppm、碳含量42ppm。利用10kg(按铝计算)真空悬浮雾化一体炉，投料高纯铝块8.5kg、高纯钪块1.5kg，在真空度1×10-2Pa、800℃熔炼20min获得熔化均匀、反应完全的铝钪合金液；铝钪合金液缓慢浇入雾化嘴，雾化嘴持续通入压力为10MPa的氩气，气流速度为110m/s，获得雾化铝钪合金粉。
雾化铝钪合金粉钪含量为15wt％，氧含量为75ppm，纯度＞99.9％，粉末过50目筛后粒度为47～300μm。称量7kg雾化铝钪合金粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为550℃、保压压力30MPa、保温时间为3h、真空度为9×10-3Pa，获得铝钪合金烧结靶材。
本实施例获得的铝钪合金烧结靶材用X射线光电子能谱分析靶材钪含量为15wt％，用金相显微镜分析靶材平均晶相尺寸为15μm，排水法测试密度后除以理论密度得出靶材致密度为99.8％，电感耦合等离子体光谱仪测试靶材纯度＞99.9％，氧氮分析仪测试靶材氧含量为92ppm，碳硫分析仪测试靶材碳含量为45ppm。金相组织为Al和Al3Sc均匀分布，其中Al3Sc呈均匀分散分布，Al呈连贯分布，基本呈现为Al3Sc在Al中的均匀析出分布，其中Al3Sc占据38at％左右，金相组织由扫描电镜背散射扫描测试获得。
实施例2
所用原料为高纯铝块和高纯钪块，高纯铝块的纯度为99.999％、氧含量32ppm、碳含量17ppm，高纯钪块的纯度为99.99％、氧含量550ppm、碳含量42ppm。利用10kg(按铝计算)真空悬浮雾化一体炉，投料高纯铝块7kg、高纯钪块3kg，在真空度5×10-2Pa、1300℃熔炼20min获得熔化均匀、反应完全的铝钪合金液；铝钪合金液缓慢浇入雾化嘴，雾化嘴持续通入压力为10MPa的氩气，气流速度为110m/s，获得雾化铝钪合金粉。
雾化铝钪合金粉钪含量为30wt％，氧含量为170ppm，纯度＞99.9％，粉末过50目筛后粒度为47～300μm。称量7kg雾化铝钪合金粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为750℃、保压压力30MPa、保温时间为4h、真空度为9×10-3Pa，得到铝钪合金烧结靶材。
本实施例获得的铝钪合金烧结靶材经实施例1的方法测试：钪含量30wt％，平均晶相尺寸为8μm，致密度为99.7％，纯度＞99.9％，氧含量为187ppm，碳含量为65ppm，金相组织为Al和Al3Sc均匀分布，其中Al3Sc占据主要部分，占总晶相的80at％左右。
实施例3
所用原料为高纯铝块和高纯钪块，高纯铝块的纯度为99.999％、氧含量32ppm、碳含量17ppm，高纯钪块的纯度为99.99％、氧含量550ppm、碳含量42ppm。利用10kg(按铝计算)真空悬浮雾化一体炉，投料高纯铝块6kg、高纯钪块4kg，在真空度5×10-3Pa、1500℃熔炼20min获得熔化均匀、反应完全的铝钪合金液；铝钪合金液缓慢浇入雾化嘴，雾化嘴持续通入压力为10MPa的氩气，气流速度为110m/s，获得雾化铝钪合金粉。
雾化铝钪合金粉钪含量为40wt％，氧含量为246ppm，纯度＞99.9％，粉末过50目筛后粒度为47～300μm。称量7kg雾化铝钪合金粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为1050℃、保压压力30MPa、保温时间为4h，真空度为2.2×10-2Pa，得到铝钪合金烧结靶材。
图1为本实施例中雾化铝钪合金粉(40wt％钪含量)的微观组织结构图，从图1中可以看出雾化铝钪合金粉存在颜色不同且细小均匀的组织分布，其正是Al2Sc和Al3Sc的均匀分布，产生这种情况的原因是在铝钪合金液中Al2Sc和Al3Sc混合均匀，在高速气流的冲击下小液体形成微小的粉末颗粒，而其中的不同合金相来不及发育长大，所以形成了分布均匀的微小合金相。
本实施例所获得的铝钪合金烧结靶材钪含量40％，平均晶相尺寸为11μm，致密度为99.4％，纯度＞99.9％，氧含量为299ppm，碳含量为77ppm，图2为本实施例所获得的铝钪合金烧结靶材(40wt％钪含量)的微观组织结构图，金相组织为Al2Sc和Al3Sc均匀分布，产生这种效果的原因是雾化铝钪合金粉末中的Al2Sc和Al3Sc分布很均匀且组织细小，所以在高温压力烧结情况下获得了组织细小的铝钪合金靶材微观组织。
实施例4
所用原料为高纯铝块和高纯钪块，高纯铝块的纯度为99.999％、氧含量32ppm、碳含量17ppm，高纯钪块的纯度为99.99％、氧含量550ppm、碳含量42ppm。利用10kg(按铝计算)真空悬浮雾化一体炉，投料高纯铝块4kg、高纯钪块6kg，在真空度9×10-3Pa、1500℃熔炼20min获得熔化均匀、反应完全的铝钪合金液；铝钪合金液缓慢浇入雾化嘴，雾化嘴持续通入压力为10MPa的氩气，气流速度为110m/s，获得雾化铝钪合金粉。
雾化铝钪合金粉钪含量为60wt％，氧含量为468ppm，纯度＞99.9％，粉末过50目筛后粒度为45～300μm。称量7kg雾化铝钪合金粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为1350℃、保压压力30MPa、保温时间为3h，真空度为2.1×10-2Pa，得到铝钪合金烧结靶材。
本实施例所获得的铝钪合金烧结靶材钪含量60％，平均晶相尺寸为12μm，致密度为99.5％，纯度＞99.9％，氧含量为472ppm，碳含量为89ppm。金相组织为AlSc占据主要部分，占总晶相的98at％左右，另外含微量的Al2Sc和AlSc2。
对比例1
选择过50目筛后粒度为47～300μm的高纯铝粉(外购真空雾化粉，纯度＞99.9％，氧含量31ppm)和过50目筛后粒度为47～300μm的高纯钪粉(外购真空雾化粉，纯度＞99.9％，氧含量540ppm)。
按比例配置钪含量为40wt％比例的铝钪单质粉，在氩气气氛下经V型混料机混合2h，称量7kg铝钪混合粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为550℃、保压压力30MPa、保温时间为4h，真空度为2.2×10-2Pa，得到铝钪合金烧结靶材。
对比例1所获得的铝钪合金烧结靶材的平均晶相尺寸为77μm，致密度为99.1％，纯度＞99.9％，氧含量为340ppm，碳含量为47ppm，晶相组织不均匀且组织明显粗大，呈现为Al相主要以铝粉为中心分布，Al3Sc主要分布在铝粉和钪粉的接触位置，另外在部分区域可探测到未合金化的纯Sc。
图3为对比例1获得的钪含量为40wt％的铝钪合金靶材的微观组织结构图，相对于实施例3(图2)明显晶粒组织比较粗大，平均晶粒尺寸高达77μm，进而导致成分分布不均匀。
导致实施例3和对比例1这两种工艺效果差别的原因是：粒度为47～300μm的铝钪合金粉经过烧结后，颗粒间的交界会消失，晶界位于合金粉末内部；而单质粉末经过热压烧结后，晶界即为粉末颗粒交界面，所以其平均晶粒尺寸大且最大晶粒高达300微米。
对比例2
选择过50目筛后粒度为47～300μm的高纯铝粉(外购真空雾化粉，纯度＞99.9％，氧含量31ppm)和过50目筛后粒度为47～300μm的高纯钪粉(外购真空雾化粉，纯度＞99.9％，氧含量540ppm)。
按比例配置钪含量为40wt％比例的铝钪单质粉，铝钪单质粉经过氩气气氛保护的球磨机破碎12h至中位粒度4.3μm，测试粉末纯度为99.92％，氧含量为1290ppm。
称量7kg铝钪球磨粉放入热压模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为550℃、保压压力30MPa、保温时间为4h，真空度为2.2×10-2Pa，得到铝钪合金烧结靶材。
对比例2所获得的铝钪合金烧结靶材平均晶相尺寸为13μm，致密度为99％，纯度＞99.9％，氧含量为1360ppm，碳含量为62ppm，晶相组织均匀，Al2Sc和Al3Sc均匀分布。
对比例2获得的铝钪合金烧结靶材氧含量大幅度提高，超过了1000ppm，无法满足铝钪合金靶材的应用需求(应用要求氧含量＜500ppm)，且生产过程对铝粉和钪粉进行球磨存在爆炸的危险，不利于产业化的进行。
由以上实施例和对比例可以看出，本发明采用雾化合金粉的粉末冶金制备工艺，能够获得钪含量高且组织细小均匀的铝钪合金烧结靶材，并提高铝钪合金烧结靶材的致密度、降低氧含量，并且制备过程简便，安全环保，成本低。从合金均匀性和靶材氧含量上来讲，本发明采用雾化合金粉比选用单独粉末混合烧结具有明显的优势，且避免了单独使用铝粉和钪粉存在的易爆炸的风险。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高纯铝块和高纯钪块混合依次进行真空悬浮熔炼和气雾化，得到雾化铝钪合金粉；所述雾化铝钪合金粉中钪的质量含量为10～60％，所述雾化铝钪合金粉的粒径为30～300μm；
(2)将所述雾化铝钪合金粉进行压力烧结，得到所述铝钪合金烧结靶材；所述压力烧结的温度为500～1350℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯铝块的纯度为99.99～99.9999％、氧含量＜50ppm、碳含量＜30ppm；高纯钪块的纯度为99.9～99.995％，氧含量＜600ppm、碳含量＜50ppm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为800～1500℃，熔炼时间为5～20min，真空度为1×10-1～1×10-3Pa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气雾化的雾化压力为5～15MPa，雾化气体为惰性气体；所述雾化气体的流速为50～200m/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压力烧结为真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子体烧结；所述压力烧结的烧结压力为20～100MPa，保温时间为1～5h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述压力烧结为真空热压烧结时，真空度为1×10-3～9×10-2Pa。
7.权利要求1～6任意一项所述制备方法得到的细晶粒均相高钪含量的铝钪合金烧结靶材，所述铝钪合金烧结靶材中钪的质量含量为10～60％，晶相尺寸为5～30μm。
8.根据权利要求7所述的铝钪合金烧结靶材，其特征在于，所述铝钪合金烧结靶材的纯度＞99.9％。
9.根据权利要求7或8所述的铝钪合金烧结靶材，其特征在于，所述铝钪合金烧结靶材的氧含量小于500ppm、碳含量小于100ppm。
10.权利要求7～9任意一项所述铝钪合金烧结靶材在制备氮化铝钪压电薄膜中的应用。
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