CN113652526B - 一种靶材的热处理淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种靶材的热处理淬火方法。所述方法包括如下步骤：将金属靶材进行热处理后，在淬火介质中进行淬火处理得到靶材；所述金属靶材热处理的温度T1为100≤T1＜300℃时，淬火介质为水；所述金属靶材热处理的温度T2为300≤T2≤500℃时，淬火介质为油；所述金属靶材热处理的温度T3为500＜T3≤700℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油；所述金属靶材热处理的温度T4为700＜T4≤900℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油、水。本发明针对不同的热处理温度靶材采取不同的淬火方法，降低了靶材内部的应力，减小晶粒尺寸，防止长时间冷却过程中的晶粒长大，保证靶材溅射沉积薄膜的质量。

Description

一种靶材的热处理淬火方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，具体涉及一种靶材的热处理淬火方法。
背景技术
靶材用于溅射镀膜，为控制镀膜的均匀性，靶材内部不能存在应力集中，或者较大的应力，因为应力释放时，会使粒子的运动方向离散，镀膜性能下降，因此降低靶材内部应力就显得尤为重要。另外批量化生产时，大量的靶材需热处理，如都采取随炉冷却或空冷，需要大量的地方堆放靶材，效率也很低，生产周期长，为提高效率，对靶材热处理后进行淬火是必要的。
靶材热处理后淬火冷却速率越快，应力越集中，还可能产生变形；淬火速率越慢，效率较低。常用的靶材冷却方式有水淬，油淬，风冷等，可根据靶材使用条件和具体的热处理温度调整冷却工艺。不同靶材热处理工艺不一样，例如铝的热处理温度为100-300℃；钛的热处理温度为400-600℃，钴的热处理温度为600-800℃，不同热处理温度需要采用不同的淬火工艺。
合理的淬火冷却工艺能够以分温度段冷却的形式加快冷却速度，同时能尽可能的减小冷却应力，并尽可能的防止冷却过程中的晶粒长大行为，保证镀膜质量。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种靶材的热处理淬火方法。本发明所述热处理淬火方法能够降低靶材的内部应力，提高了靶材溅射镀膜的均匀性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：将金属靶材进行热处理后，在淬火介质中进行淬火处理得到靶材；
所述金属靶材热处理的温度T1为100≤T1＜300℃时，所述淬火介质为水；
所述金属靶材热处理的温度T2为300≤T2≤500℃时，所述淬火介质为油；
所述金属靶材热处理的温度T3为500＜T3≤700℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油；
所述金属靶材热处理的温度T4为700＜T4≤900℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油、水。
本发明采用控制淬火的方法来降低靶材内部应力，提高靶材溅射镀膜的均匀性。采用本发明所述靶材的热处理淬火方法处理不同温度热处理后的靶材，有利于针对靶材的热处理温度特征，选择合适的淬火介质和淬火处理方法，得到的靶材具有内部应力小、靶材晶粒尺寸分布均匀的特点。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T3时，将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火，再使用油淬火。
更优选地，所述金属靶材热处理的温度T3时，淬火处理包括如下步骤：将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至室温。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T4时，将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火，再使用油淬火，然后使用水淬火。
更优选地，所述金属靶材热处理的温度T4时，淬火处理包括如下步骤：将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至温度为300℃，然后使用水淬火至室温。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T1时，淬火处理的时间为3-10min。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T2时，淬火处理的时间为10-15min。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T3时，淬火处理的时间为15-25min。
作为本发明的优选实施方式，所述金属靶材热处理的温度T4时，淬火处理的时间为20-35min。
本发明采用较短的时间完成热处理后靶材的淬火处理工艺，既保证了时间效率，又降低了靶材的内部应力，冷却过程中晶粒不发生长大，提高了靶材晶粒尺寸的均匀性。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：本发明针对不同的热处理温度靶材采取不同的淬火方法，在降低靶材制备的时间成本的同时，降低了靶材内部的应力，冷却过程中晶粒不发生长大，提高了靶材的晶粒尺寸的均匀性，保证靶材溅射镀膜的质量。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将铝靶材在200℃下进行热处理后，在水中淬火处理5min，得到铝靶材。
实施例2
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将铝靶材在100℃下进行热处理后，在水中淬火处理3min，得到铝靶材。
实施例3
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将铝靶材在290℃下进行热处理后，在水中淬火处理6min，得到铝靶材。
对比例1
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将铝靶材在200℃下进行热处理后，在室温下自然冷却，得到铝靶材，冷却时间40min。
实施例4
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钛靶材在500℃下进行热处理后，在油中淬火处理15min，得到钛靶材。
实施例5
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钛靶材在300℃下进行热处理后，在油中淬火处理10min，得到钛靶材。
对比例2
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钛靶材在500℃下进行热处理后，在室温下自然冷却，得到钛靶材，冷却时间90min。
对比例3
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钛靶材在500℃下进行热处理后，在水中淬火处理7min，得到钛靶材。
实施例6
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钴靶材在600℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至室温，淬火处理时间为20min，得到钴靶材。
实施例7
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钴靶材在520℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至室温，淬火处理时间为15min，得到钴靶材。
实施例8
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钴靶材在700℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至室温，淬火处理时间为25min，得到钴靶材。
对比例4
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钴靶材在600℃下进行热处理后，在室温下自然冷却180min，得到钴靶材。
对比例5
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将钴靶材在600℃下进行热处理后，在水中淬火处理10min，得到钴靶材。
实施例9
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将镍靶材在800℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至温度为300℃，最后使用水淬火至室温，淬火处理时间为30min，得到镍靶材。
实施例10
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将镍靶材在720℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至温度为300℃，最后使用水淬火至室温，淬火处理时间为25min，得到镍靶材。
实施例11
本实施例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将镍靶材在900℃下进行热处理后，在强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至温度为300℃，最后使用水淬火至室温，淬火处理时间为32min，得到镍靶材。
对比例6
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将镍靶材在800℃下进行热处理后，在室温下自然冷却240min，得到镍靶材。
对比例7
本对比例所述靶材的热处理淬火方法，包括如下步骤：
将镍靶材在800℃下进行热处理后，在水中淬火处理10min，得到镍靶材。
效果例
测试样品：实施例1-11和对比例1-7所制备的靶材。
测试方法：晶粒尺寸测试：平均截距法，按照GB/T 6394-2017金属平均晶粒度测定方法。
应力值测试：按照ASTM E837-99小直径盲孔机械测定法应力值测试。
表1实施例1-11和对比例1-7所制备的靶材的性能数据
晶粒尺寸(μm) 应力值(N/mm)
实施例1 300-490 20
实施例2 300-490 20
实施例3 300-490 20
对比例1 310-530 20
实施例4 20-38 21
实施例5 20-38 21
对比例2 25-60 21
对比例3 20-38 40
实施例6 40-60 22
实施例7 40-60 22
实施例8 40-60 22
对比例4 50-90 22
对比例5 40-60 50
实施例9 50-70 22
实施例10 50-70 22
实施例11 50-70 22
对比例6 70-100 22
对比例7 50-70 80
根据表1的结果，实施例与对比例所述的靶材的晶粒尺寸和应力值数值进行比较发现，本发明针对不同的热处理温度靶材采取不同的淬火方法，在降低靶材制备的时间成本的同时，降低了靶材内部的应力，冷却过程中晶粒不发生长大，提高了靶材的晶粒尺寸的均匀性。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种靶材的热处理淬火方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属靶材进行热处理后，在淬火介质中进行淬火处理得到靶材；
所述金属靶材热处理的温度T3为500＜T3≤700℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油；所述金属靶材热处理的温度T3时，所述金属靶材为钴靶材，将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火，再使用油淬火；
所述金属靶材热处理的温度T4为700＜T4≤900℃时，淬火介质包括强迫流动的空气、油、水；所述金属靶材热处理的温度T4时，所述金属靶材为镍靶材，将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火，再使用油淬火，然后使用水淬火。
2.如权利要求1所述靶材的热处理淬火方法，其特征在于，所述金属靶材热处理的温度T3时，淬火处理包括如下步骤：将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火。
3.如权利要求1所述靶材的热处理淬火方法，其特征在于，所述金属靶材热处理的温度T4时，淬火处理包括如下步骤：将热处理后的金属靶材先使用强迫流动的空气淬火至温度为500℃，再使用油淬火至温度为300℃，然后使用水淬火。
4.如权利要求1或2所述靶材的热处理淬火方法，其特征在于，所述金属靶材热处理的温度T3时，淬火处理的时间为15-25min。
5.如权利要求1或3所述靶材的热处理淬火方法，其特征在于，所述金属靶材热处理的温度T4时，淬火处理的时间为20-35min。
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