CN113088909B - 一种镍铬合金溅射靶材及其热压制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍铬合金溅射靶材及其热压制备方法，包括如下步骤：(1)准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉，装入模具并封口；(2)将封口后的模具进行热压烧结处理；(3)将得到的镍铬合金烧结体进行机加工，得到镍铬合金溅射靶材。本发明所述热压制备方法采用热压烧结工艺，不仅可以制备得到致密度≥99％、晶粒尺寸细小、内部结构均匀的高铬含量的镍铬合金溅射靶材，还可以保证镍铬合金溅射靶材的磁通量≥99％，符合半导体等高精端产业的溅射要求。

Description

一种镍铬合金溅射靶材及其热压制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种镍铬合金溅射靶材及其热压制备方法。
背景技术
磁控溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，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交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，形成一层厚度为纳米或者微米级别的薄膜。其中，被轰击的固体是制备磁控溅射沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材，集中应用于信息存储、集成电路、显示器、汽车后视镜等产业。
溅射靶材一般通过粉末冶金烧结成型工艺获得，因为该工艺制备的溅射靶材具有独特的化学组成和机械、物理性能，可以直接制备多孔、半致密或全致密材料和制品。作为一种重要的粉末冶金烧结成型工艺，热压(Hot Pressing，HP)是一种将粉末或压坯在高温下进行单轴向压制的工艺方法，可以产生激活扩散和蠕变现象，广泛应用于固体材料的烧结，异种金属间的大面积焊接等领域，其主要原理是高温下晶格与晶界扩散以及塑性流动。热压后材料晶粒尺寸、分布等显微组织一般也比较理想，是一种技术成熟、成本较低的工艺方法。
由于镍和铬的原子表面能较为接近，镍铬合金溅射靶材的溅射产物成分与靶材成分不发生明显偏差，有利于靶材成分的选择和薄膜成分的控制，而且，镍铬合金薄膜还具有较低的电阻温度系数、较高的灵敏系数、对温度依赖小等优点，广泛应用于半导体集成电路。而且，镍～铬耐热合金在高温下几乎不氧化，是典型的耐热、耐蚀和耐高温氧化的涂层材料。镍铬涂层致密，与基体金属的粘结性能良好，是陶瓷、软金属等材料的涂层与基体的的过渡层材料，既能增加基体防高温气体侵蚀的能力，又能改善涂层与基体材料的粘结强度。因此，镍铬合金溅射靶材在市场中的应用越来越受到关注。
目前，常规的低铬含量(Cr含量≤20wt％)镍铬合金可塑性较好，可以采用常规的熔炼铸造加热塑性变形加工的方式进行来制备低铬含量镍铬合金溅射靶材。例如CN102922233A公开了一种Ni-Cr磁控溅射靶材的制备方法，包括真空熔炼、浇注、热锻、轧制、退火、机加工等工序，采用的原料是纯度为99.96％的电解镍，纯度为99.09％的金属铬，及少量稀土，其中稀土的组成为34.1wt％La、65.74wt％Ce和少量杂质，通过在熔炼过程中添加0.05～0.4wt％的稀土元素，并改变锻造形变量和轧制形变量(47.4～80.0％)，获得致密度高、晶粒尺寸可在不大于80μm范围内调节且大小分布均匀的高质量Ni-Cr靶。然而，采用该制备方法得到的镍铬合金溅射靶材仍然存在晶粒较大、内部结构不均匀、内部有缺陷等质量问题，导致成品率较低。
CN102732845A公开了一种高纯度、高成分均匀性的镍铬合金靶材及其制备方法，所述制备方法基于材料科学与工艺计算模拟仿真的结果，对镍～铬系列合金靶材的熔炼、凝固、热机械加工和退火热处理工艺参数进行精密控制，从而有力确保合金靶材成分分布的高度均匀性；采用本发明制备的高纯度、高成分均匀性的镍铬系列合金靶材，制备过程的工艺参数带有确定性，能够保证靶材批量生产的质量稳定性，能够满足溅射镀膜高端市场的需求。然而，该制备方法的重点在于“合金靶材成分均匀”，对于详细塑性变形工艺并未阐明，因此，制备得到的镍铬合金溅射靶材仍然存在晶粒较大、内部有缺陷等质量问题，导致成品率较低。
CN111876737A公开了一种镍铬合金溅射靶材的制备方法，所述制备方法针对熔炼铸造得到的镍铬合金铸锭的内部缺陷问题，在热塑性变形加工之前先进行致密化处理，再依次进行锻造、退火、轧制、终端退火、机加工，有效避免了镍铬合金溅射靶材的内部缺陷问题，将成品率提高至90％以上；而且，制备得到的镍铬合金溅射靶材内部结构均匀，晶粒细小，晶粒≤50μm，符合半导体等高精端产业的质量要求。
此外，现有技术公开了其他制备低铬含量镍铬合金溅射靶材的技术方案。例如CN110453186A公开了一种旋转镍铬合金靶材及其制备方法，所述制备方法包括制备镍铬粉末、准备基管并对基管依次进行表面喷砂处理和打底处理、将镍铬粉末通过喷枪冷喷涂到靶材基管的表面、机加工制得旋转镍铬合金靶材成品。所述制备方法虽然工艺简单、操作方便、合金成分范围宽，适合大规模工业生产，但是以喷涂镍铬粉末的方式得到的镍铬合金溅射靶材的气体含量较高，根本无法满足高精端产业的质量要求。
然而，与常规的低铬含量(Cr含量≤20wt％)镍铬合金相比，高铬含量(Cr含量为30～80wt％)镍铬合金由于Cr含量增大，镍铬合金的塑性变形能力较差，锻造轧制均易开裂，根本无法采用常规的熔炼铸造加热塑性变形加工的方式来生产制备。但是，若采用粉末冶金的方式来生产制备，则需要采用镍粉与铬粉的混合粉末，由于镍具有磁性，一旦烧结时不能完全合金化，就会严重影响镍铬合金的磁通量，使得制备得到的高铬含量(Cr含量为30～80wt％)镍铬合金溅射靶材不满足溅射要求。
综上所述，目前亟需开发一种制备高铬含量(Cr含量为30～80wt％)镍铬合金溅射靶材的粉末冶金烧结成型工艺。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种镍铬合金溅射靶材及其热压制备方法，准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉并采用热压烧结工艺，不仅可以制备得到致密度≥99％、晶粒尺寸细小、内部结构均匀的高铬含量的镍铬合金溅射靶材，还可以保证镍铬合金溅射靶材的磁通量≥99％，符合半导体等高精端产业的溅射要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉，装入模具并封口；
(2)将步骤(1)封口后的模具进行热压烧结处理，得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行机加工，得到镍铬合金溅射靶材。
针对高铬含量(Cr含量为30～80wt％)镍铬合金的塑性变形能力较差的问题，本发明所述热压制备方法准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉并采用热压烧结工艺，不仅可以制备得到致密度≥99％、晶粒尺寸细小、内部结构均匀的高铬含量的镍铬合金溅射靶材，还可以保证镍铬合金溅射靶材的磁通量≥99％，符合半导体等高精端产业的溅射要求。
本发明所述镍铬合金粉的Cr含量为30～80wt％，其余为不可避免的杂质，例如35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％或75wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉与所述铬粉均为市售产品，可以降低原料成本。
优选地，经过筛分保证所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm。
优选地，经过筛分保证所述铬粉的平均粒度＜45μm。
作为本发明优选的技术方案，所述混合在混粉机中进行。
优选地，所述混合采用加入锆球或氧化锆球进行干混的方式。
优选地，所述锆球或氧化锆球对应的球料质量比为(1～3):10，例如1:10、1.5:10、2:10、2.5:10或3:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明所述球料质量比指的是所述锆球或氧化锆球的质量与所述镍铬合金粉总质量之间的比值。
优选地，所述混合在氩气保护下进行。
优选地，所述混合的时间为24～36h，例如26h、28h、30h、32h或34h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述模具为石墨模具。
优选地，在步骤(1)所述将所述镍铬合金粉装入模具之后，所述封口之前，还包括压实处理。
优选地，所述压实处理包括采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm。
本发明所述压实处理采用人工压柱方式进行，不仅可以根据实际情况灵活及时地调整，还可以达到热压烧结处理所需的初始致密度要求，从而保证后续热压烧结处理可以得到致密度＞99％的镍铬合金溅射靶材。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述热压烧结处理的目标温度为1100～1250℃，例如1120℃、1140℃、1150℃、1170℃、1200℃、1220℃或1240℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述热压烧结处理的目标压力为25～35MPa，例如26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa或34MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述热压烧结处理在所述目标温度与所述目标压力下的保温保压时间为1～3h，例如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.5h或2.7h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述热压烧结处理包括如下内容：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，升温至900～1000℃并保温1～1.5h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后升温至1100～1250℃并保温0.8～1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，加压至25～35MPa并始终保持1100～1250℃，在1100～1250℃且25～35MPa下的保温保压时间为1～3h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.06～-0.08MPa。
值得说明的是，在步骤(i)和步骤(ii)中均需控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa，原因在于：在升温过程中，镍铬合金粉会因为受热膨胀导致模具内压强增大，需要控制内部压强＜1MPa来防止因局部压力过大而温度不足的情况下靶坯提前成型致密，进而避免靶材致密度不均匀的问题。
本发明所述热压烧结处理步骤(i)中所述升温至900～1000℃，例如920℃、940℃、950℃、960℃或980℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述热压烧结处理步骤(i)中所述保温1～1.5h，例如1.1h、1.2h、1.3h或1.4h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述热压烧结处理步骤(ii)中所述保温0.8～1.2h，例如0.85h、0.9h、0.95h、1.0h、1.05h、1.1h或1.15h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述热压烧结处理步骤(iv)中所述真空表示数为-0.06～-0.08MPa，例如-0.06MPa、-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa或-0.08MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(i)所述升温的升温速率为8～12℃/min，例如8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min、10.5℃/min、11℃/min或11.5℃/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(ii)所述升温的升温速率为3～6℃/min，例如3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min或5.5℃/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(iii)所述加压的时间为50～70min，例如52min、55min、58min、60min、62min、64min、65min或68min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在步骤(iv)中，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到所述镍铬合金烧结体。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述机加工包括线切割和/或磨加工。
优选地，在步骤(3)所述机加工后，将所述镍铬合金溅射靶材与铜背板或铝背板进行焊接，再经过机加工至目标尺寸，随后依次进行检测、清洗、干燥以及包装，得到镍铬合金靶材组件。
作为本发明优选的技术方案，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉并装入石墨模具，先将石墨模具内的所述镍铬合金粉采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm，再进行封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；所述混合在混粉机中进行，采用加入锆球或氧化锆球进行干混的方式，控制所述锆球或氧化锆球对应的球料质量比为(1～3):10，在氩气保护下进行24～36h混合均匀；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以8～12℃/min的升温速率升温至900～1000℃并保温1～1.5h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以3～6℃/min的升温速率升温至1100～1250℃并保温0.8～1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过50～70min加压至25～35MPa并始终保持1100～1250℃，在1100～1250℃且25～35MPa下的保温保压时间为1～3h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.06～-0.08MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行线切割和/或磨加工，得到镍铬合金溅射靶材。
本发明的目的之二在于提供一种镍铬合金溅射靶材，利用目的之一所述的热压制备方法得到。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
针对高铬含量(Cr含量为30～80wt％)镍铬合金的塑性变形能力较差的问题，本发明所述热压制备方法准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉并采用热压烧结工艺，不仅可以制备得到致密度≥99％、晶粒尺寸细小、内部结构均匀的高铬含量的镍铬合金溅射靶材，还可以保证镍铬合金溅射靶材的磁通量≥99％，符合半导体等高精端产业的溅射要求。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为50wt％的镍铬合金粉并装入石墨模具，先将石墨模具内的所述镍铬合金粉采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm，再进行封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；所述混合在混粉机中进行，采用加入锆球进行干混的方式，控制所述锆球对应的球料质量比为3:10，在氩气保护下进行30h混合均匀；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以9℃/min的升温速率升温至900℃并保温1h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以5℃/min的升温速率升温至1100℃并保温1h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过60min加压至25MPa并始终保持1100℃，在1100℃且25MPa下的保温保压时间为2h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.07MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行线切割和磨加工，得到Cr含量为50wt％的镍铬合金溅射靶材。
实施例2
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(ii)与步骤(iii)所述1100℃(目标温度)替换为1050℃，其他条件和实施例1完全相同。
实施例3
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(ii)与步骤(iii)所述1100℃(目标温度)替换为1300℃，其他条件和实施例1完全相同。
实施例4
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(iii)所述25MPa(目标压力)替换为20MPa，其他条件和实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(iii)所述25MPa(目标压力)替换为40MPa，其他条件和实施例1完全相同。
实施例6
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(iii)所述保温保压时间2h替换为0.5h，其他条件和实施例1完全相同。
实施例7
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(2)热压烧结处理中步骤(iii)所述保温保压时间2h替换为3.5h，其他条件和实施例1完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为30wt％的镍铬合金粉并装入石墨模具，先将石墨模具内的所述镍铬合金粉采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm，再进行封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；所述混合在混粉机中进行，采用加入锆球进行干混的方式，控制所述锆球对应的球料质量比为2:10，在氩气保护下进行24h混合均匀；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以8℃/min的升温速率升温至950℃并保温1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以3℃/min的升温速率升温至1200℃并保温0.8h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过50min加压至30MPa并始终保持1200℃，在1200℃且30MPa下的保温保压时间为2h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.06MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行线切割和磨加工，得到Cr含量为30wt％的镍铬合金溅射靶材。
实施例9
本实施例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为80wt％的镍铬合金粉并装入石墨模具，先将石墨模具内的所述镍铬合金粉采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm，再进行封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；所述混合在混粉机中进行，采用加入锆球进行干混的方式，控制所述锆球对应的球料质量比为1:10，在氩气保护下进行36h混合均匀；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以12℃/min的升温速率升温至1000℃并保温1.5h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以6℃/min的升温速率升温至1250℃并保温1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过70min加压至35MPa并始终保持1250℃，在1250℃且35MPa下的保温保压时间为3h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.08MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行线切割和磨加工，得到Cr含量为80wt％的镍铬合金溅射靶材。
对比例1
本对比例采用CN111876737A中实施例1所述的制备方法来制备Cr含量为50wt％的镍铬合金溅射靶材，即，准备Cr含量为50wt％的镍铬合金铸锭来进行热塑性变形加工工艺。
对比例2
本对比例提供了一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，除了将步骤(1)所述Cr含量为50wt％的镍铬合金粉替换为镍粉和铬粉机械混合得到的Cr含量为50wt％的镍铬混合粉，其他内容和实施例1完全相同，具体内容如下：
(1)将平均粒度＜45μm的镍粉与平均粒度＜45μm的铬粉在混粉机中混合，控制Cr含量为50wt％，采用加入锆球进行干混的方式，控制所述锆球对应的球料质量比为3:10，在氩气保护下进行30h混合均匀，得到Cr含量为50wt％的镍铬混合粉。
将上述实施例和对比例所得镍铬合金溅射靶材进行如下性能测试：
(1)致密度：按照国标GB/T 3850-2015《致密烧结金属材料与硬质合金密度测量方法》中公开的吊篓方法测定镍铬合金溅射靶材的实际密度，根据理论公式计算得到镍铬合金溅射靶材理论密度，按照计算公式“致密度＝实际密度/理论密度×100％”得到；
(2)晶粒尺寸：按照国标GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中公开的截面法进行测定；
(3)靶材内部结构均匀性：首先以目视标样为准，然后经精密加工后，表面清洁，色泽均一，不出现束状或者点状花斑，则表明内部结构均匀未出现偏析现象；
(4)磁通量：利用磁通量测试仪进行检测，磁通量为穿透镍铬合金溅射靶材的磁场强度与原磁场强度的百分比值。
有关上述实施例和对比例所得镍铬合金溅射靶材的相关测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003002083060000151
注：“-”表示未检测。
由表1可以看出以下几点：
(1)将实施例1与实施例2、3进行对比，由于实施例2所述热压烧结处理的目标温度为1050℃，低于本发明所述1100～1250℃，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材的致密度和磁通量均有所降低；由于实施例3所述热压烧结处理的目标温度为1300℃，高于本发明所述1100～1250℃，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材的晶粒尺寸稍微增大，且靶材内部结构偶尔出现束状或者点状花斑；
(2)将实施例1与实施例4、5进行对比，由于实施例4所述热压烧结处理的目标压力为20MPa，低于本发明所述25～35MPa，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材的致密度和磁通量均有所降低；虽然实施例5所述热压烧结处理的目标压力为40MPa，高于本发明所述25～35MPa，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材的性能稍稍有所增长，但是能耗增大、耐压设备的投入增加；
(3)将实例例1与实施例6、7进行对比，由于实施例6所述热压烧结处理的保温保压时间为0.5h，低于本发明所述1～3h，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材的致密度和磁通量均有所降低；虽然实施例7所述热压烧结处理的保温保压时间为3.5h，高于本发明所述1～3h，但是制备得到的镍铬合金溅射靶材的性能基本不变，效率有所下降；
(4)将实施例1与对比例1进行对比，由于对比例1准备Cr含量为50wt％的镍铬合金铸锭来进行热塑性变形加工工艺，使得制备得到的镍铬合金溅射靶材虽然致密度和磁通量达到标准，但是在锻造轧制过程中极易开裂，无法满足磁控溅射要求，因而无需进行晶粒尺寸、靶材内部结构均匀性的检测；
(5)将实施例1与对比例2进行对比，由于对比例2采用镍粉和铬粉机械混合得到的Cr含量为50wt％的镍铬混合粉，使得镍粉分布不均匀，导致制备得到的镍铬合金溅射靶材的磁通量大大降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (11)

1.一种镍铬合金溅射靶材的热压制备方法，其特征在于，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉，装入模具并封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以8～12℃/min的升温速率升温至900～1000℃并保温1～1.5h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以3～6℃/min的升温速率升温至1120～1250℃并保温0.8～1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过50～70min加压至25～35MPa并始终保持1120～1250℃，在1120～1250℃且25～35MPa下的保温保压时间为1～3h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.06～-0.08MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行机加工，得到镍铬合金溅射靶材。
2.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，所述混合在混粉机中进行。
3.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，所述混合采用加入锆球或氧化锆球进行干混的方式；所述锆球或氧化锆球对应的球料质量比为(1～3):10。
4.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，所述混合在氩气保护下进行。
5.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，所述混合的时间为24～36h。
6.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，步骤(1)所述模具为石墨模具。
7.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，在步骤(1)将所述镍铬合金粉装入模具之后，所述封口之前，还包括压实处理；所述压实处理包括采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm。
8.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，步骤(3)所述机加工包括线切割和/或磨加工。
9.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，在步骤(3)所述机加工后，将所述镍铬合金溅射靶材与背板进行焊接，再经过机加工至目标尺寸，随后依次进行检测、清洗、干燥以及包装，得到镍铬合金靶材组件。
10.根据权利要求1所述的热压制备方法，其特征在于，所述热压制备方法包括如下步骤：
(1)准备Cr含量为30～80wt％的镍铬合金粉并装入石墨模具，先将石墨模具内的所述镍铬合金粉采用人工压柱方式进行压实处理，保证平面度＜1mm，再进行封口；
其中，所述镍铬合金粉利用Cr含量为20wt％的镍铬合金原料粉与铬粉混合得到，所述镍铬合金原料粉的平均粒度＜45μm，所述铬粉的平均粒度＜45μm；所述混合在混粉机中进行，采用加入锆球或氧化锆球进行干混的方式，控制所述锆球或氧化锆球对应的球料质量比为(1～3):10，在氩气保护下进行24～36h混合均匀；
(2)热压烧结处理：
(i)将步骤(1)封口后的模具放入热压烧结炉中，抽真空至100Pa以下，以8～12℃/min的升温速率升温至900～1000℃并保温1～1.5h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(ii)在步骤(i)所述保温结束后，以3～6℃/min的升温速率升温至1120～1250℃并保温0.8～1.2h，其中，控制所述封口后的模具的内部压强＜1MPa；
(iii)在步骤(ii)所述保温结束后，经过50～70min加压至25～35MPa并始终保持1120～1250℃，在1120～1250℃且25～35MPa下的保温保压时间为1～3h；
(iv)在步骤(iii)所述保温保压结束后，关闭所述热压烧结炉并冷却，然后充入氩气至真空表示数为-0.06～-0.08MPa，待所述热压烧结炉内的温度降至200℃后，将所述模具内的坯料取出，即可得到镍铬合金烧结体；
(3)将步骤(2)得到的镍铬合金烧结体进行线切割和/或磨加工，得到镍铬合金溅射靶材。
11.一种镍铬合金溅射靶材，其特征在于，利用权利要求1～10任一项所述的热压制备方法得到。
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