CN117265488A - 一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 - Google Patents
一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117265488A CN117265488A CN202311263724.0A CN202311263724A CN117265488A CN 117265488 A CN117265488 A CN 117265488A CN 202311263724 A CN202311263724 A CN 202311263724A CN 117265488 A CN117265488 A CN 117265488A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raising
- powder
- pressure
- temperature
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 229910019974 CrSi Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 20
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 abstract description 45
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 16
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910019819 Cr—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供了一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为40～60wt％，Si为40～60wt％。所述制备方法包括如下步骤：(1)保护气氛下，按配方量混合Cr粉和Si粉，装模压实后进行预压，得到混合粉末；(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。本发明提供的粉末冶金CrSi靶材致密度达到97％～99％，微观组织均匀，靶材加工性能优异，溅射过程表现良好稳定，可满足使用要求。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金材料技术领域，涉及一种粉末冶金CrSi靶材，尤其涉及一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法。
背景技术
现阶段，集成电路行业快速发展，对新型靶材的需求快速增加，尤其是各种复合材料靶材，大部分需要使用粉末冶金进行制备，包括Cr-Si合金靶材。
粉末冶金类靶材对微观组织的均匀性较为关注，因为它是影响靶材溅射性能和力学性能的关键点，溅射性能影响靶材的使用效果，力学性能影响靶材生产、加工过程。要获得均匀的微观组织结构(晶粒生长完整、尺寸分布窄、合金相分布均匀、孔隙无明显聚集等)，原始粉末颗粒的尺寸分布是关键点。
由于粉末冶金靶材在制备过程中需要金属和非金属颗粒混合后进行烧结，在烧结过程中粒度过小，粉末活性较大会发生合金化反应，造成空包、气孔聚集、裂纹扩展等缺陷；粒径过大孔隙较大，烧结需要较高温度和压力才能实现致密，并且形成较大晶粒，在后续加工过程形成应力集中造成开裂，与细粒径烧结靶材相比整体密度较小。粉末粒径的分布情况直接影响了靶材的制备过程，进而影响加工和使用性能，结合当前通过粉末冶金方式制备复合材料靶材的经验，大多数工艺对于原始材料的选择是保持颗粒尺寸相同或接近,粒度分布较窄，并且未考虑到晶粒尺寸分布对制备过程中反应活性、致密过程、孔隙消除、最终密度的影响。
CN 105328193A公开了一种粉末冶金靶材及其制造方法，其具体公开了一种分立器件领域肖特基二极管势垒用Cr-Cu合金靶材，制备方法具体包括：(1)配料：按粉末冶金靶材的合金成分配比Cr粉、Cu粉原料；(2)混粉：将步骤(1)中所配比的两种原料放入混料机内混合均匀；(3)压力烧结：将步骤(2)中所得的混合粉末压力烧结成靶坯；(4)将步骤(3)中所得靶坯进行机加工制备出Cr-Cu合金单体成品靶材，或将机加工后的单体靶材与背板焊接为复合成品靶。该专利主要考虑了制备过程中烧结压力对靶材致密度的影响，并没有体现原料粒径对靶材致密度的影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法。本发明提供的粉末冶金CrSi靶材具有较高的密度，微观组织均匀，靶材加工性能优异，溅射过程中表现出良好的稳定性，可满足使用要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为40～60wt％，Si为40～60wt％。
本发明所述粉末冶金CrSi靶材中Cr的含量为40～60wt％，例如可以是42wt％、46wt％、50wt％、54wt％或58wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
本发明所述粉末冶金CrSi靶材中Si的含量为40～60wt％，例如可以是42wt％、46wt％、50wt％、54wt％或58wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
本发明中Cr和Si在真空热压过程中相互反应生成CrSi2和CrSi的稳定相，其中Cr含量过高会导致所需烧结温度增加，并且易生成不稳定相Cr5Si3和CrSi3，影响获得目标相组成的材料，含量过低则会导致Si过量，Cr反应物浓度不足,反应无法完全消耗Si，造成单质Si聚集，孔隙变多，材料整体均匀性、致密度变差。
作为本发明的一个优选技术方案，所述粉末冶金CrSi靶材的致密度为97～99％，例如可以是97.2％、97.4％、97.6％、97.8％、98％、98.2％、98.4％、98.6％或98.8％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面提供的粉末冶金CrSi靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合Cr粉和Si粉，装模压实后进行预压，得到混合粉末；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
本发明通过多段真空热压烧结使得所述粉末冶金靶材的致密度更加优异，微观组织均匀。
值得注意的是，本发明步骤(3)所述冷却包括：先将靶材坯料冷却至200℃以下后取出，再降温至室温。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述Cr粉的纯度为99～99.9％，例如可以是99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％或99.8％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述Cr粉的平均粒度为50～80μm，例如可以是55μm、60μm、65μm、70μm或75μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述Si粉的纯度为99～99.9％，例如可以是99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％或99.8％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述Si粉的平均粒度为5～15μm，例如可以是7μm、9μm、11μm、13μm或15μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
本发明所述Cr粉和Si粉的粒径会影响烧结后材料相组成，材料密度、孔隙数量；其中Cr粉粒径过大会导致孔隙过多，材料烧结过程中元素扩散困难，孔隙消除过程不完全，使烧结后材料密度过低，粒径过小则会导致反应活性过高，烧结过程中与Si粉剧烈反应，材料收缩严重造成变形，甚至产生较大的孔洞缺陷；Si粉粒径过大会导致反应活性下降，气孔率增加，Si颗粒聚集，使烧结过程不完全，造成材料内成分分布不均匀，粒径过小则会导致氧含量增加明显，材料脆性增加，易开裂，同时反应活性增加造成烧结过程难以控制。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述混合包括球磨混合。
优选地，所述球磨混合的转速为300～400r/min，例如可以是320r/min、340r/min、360r/min或380r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述球磨混合的时间为20～30h，例如可以是22h、24h、26h或28h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述球磨混合中料球比为(8～12):1，例如可以是8:1、9:1、10:1、11:1或12:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
值得注意的是，为防止空气污染金属粉末，本发明所述混料过程是在保护气体中进行的。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(1)所述装模压实的终点为：装模平面度≤1.0mm，例如可以是0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm或0.4mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述预压的压力为20～40T，例如可以是22T、24T、26T、28T、30T、32T、34T、36T或38T，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述真空热压烧结包括。
抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理。
本发明多次热压烧结的目的在于：使粉末在烧结过程的不同阶段有充分的时间进行反应并实现致密化，获得反应完全、组织均匀、致密度良好的材料，其中一段热压烧结可以在低温段使颗粒间烧结颈充分形成，粉末间由点接触转变为面接触，体积轻微收缩，并排除掉孔隙内一部分空气，二段热压烧结可以使烧结颈长大并使颗粒间距进一步减小，大部分孔隙逐渐消失，体积收缩致密度提高，三段热压烧结可以使材料内CrSi相和CrSi2相充分形成，并使颗粒间气孔闭合缩小，形成均匀致密的CrSi靶材。
优选地，所述一段热压烧结包括：以第一升压速率升压的同时，以第一升温速率升温至第一温度，停止升压并进行第一保温保压。
优选地，所述二段热压烧结包括：以第二升压速率升压的同时，以第二升温速率升温至第二温度，进行第二保温。
值得注意的是，本发所述二段热压烧结过程中，在进行保温阶段仍在以第二升压速率持续升压。
优选地，所述三段热压烧结包括：以第三升压速率升压的同时，以第二升温速率升温至第三温度，停止升压并进行第三保温。
优选地，所述加压处理的终点：反应炉内压力为-0.06MPa～-0.08MPa，例如可以是-0.06MPa、-0.065MPa、-0.07MPa或-0.075MPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
作为本发明的一个优选技术方案，所述第一升温速率为2～6℃/min，例如可以是2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min或6℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第一升压速率为2～6T/min，例如可以是2T/min、3T/min、4T/min、5T/min或6T/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第一温度为500～600℃，例如可以是520℃、540℃、560℃或580℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第一保温保压的时间为1～3h，例如可以是1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h或2.8h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第二升压速率为0.5～3T/min，例如可以是0.8T/min、1.2T/min、1.6T/min、2T/min、2.4T/min或2.8T/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述二升温速率为0.5～5℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min或4℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第二温度为700～800℃，例如可以是720℃、740℃、760℃或780℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第二保温的时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第三升压速率为0.5～3T/min，例如可以是0.8T/min、1.2T/min、1.6T/min、2T/min、2.4T/min或2.8T/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第三升温速率为0.5～5℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min或4℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第三温度为850～1000℃，例如可以是870℃、890℃、910℃、930℃、950℃、970℃或990℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
优选地，所述第三保温保压的时间为150～240min，例如可以是150min、170min、190min、210min或230min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
作为本发明的一个优选技术方案，步骤(3)所述后加工包括研磨加工、线切割或抛光处理的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选技术方案，本发明第二方面提供的粉末冶金CrSi靶材所述的方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合纯度为99～99.9％、平均粒度为50～80μm的Cr粉和纯度为99～99.9％、平均粒度为5～15μm的Si粉，装模压实至装模平面度≤1.0mm后预压至压力为20～40T，得到混合粉末；
其中，所述混合包括球磨混合；所述球磨混合的转速为300～400r/min，时间为20～30h，料球比为(8～12):1；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
其中，所述真空热压烧结包括：抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理至反应炉内压力为-0.06MPa～-0.08MPa；
所述一段热压烧结包括：以2～6T/min的第一升压速率升压的同时，以2～6℃/min的第一升温速率升温至500～600℃，停止升压并进行1～3h的第一保温保压；
所述二段热压烧结包括：以0.5～3T/min第二升压速率升压的同时，以0.5～5℃/min第二升温速率升温至700～800℃，进行1～2h的第二保温；
所述三段热压烧结包括：以0.5～3T/min第三升压速率升压的同时，以0.5～5℃/min第二升温速率升温至850～1000℃，停止升压并进行150～240min的第三保温；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的粉末冶金CrSi靶材的致密度达到97～99％，且微观组织均匀；
(2)本发明提供的粉末冶金CrSi靶材的加工性能优异，溅射过程表现良好稳定，可满足使用要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。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粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合纯度为99.5％、平均粒度为75μm的Cr粉和纯度为99.5％、平均粒度为10μm的Si粉，装模压实至装模平面度为0.8mm后预压至压力为30T，得到混合粉末；
其中，所述混合包括球磨混合；所述球磨混合的转速为350r/min，时间为25h，料球比为10:1；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
其中，所述真空热压烧结包括：抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理至反应炉内压力为-0.07MPa；
所述一段热压烧结包括：以4T/min的第一升压速率升压的同时，以4℃/min的第一升温速率升温至550℃，停止升压并进行2h的第一保温保压；
所述二段热压烧结包括：以2.1T/min第二升压速率升压的同时，以2.25℃/min第二升温速率升温至750℃，进行1.5h的第二保温；
所述三段热压烧结包括：以1.75T/min第三升压速率升压的同时，以2.25℃/min第二升温速率升温至920℃，停止升压并进行190min的第三保温；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
实施例2
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为40wt％，Si为60wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合纯度为99％、平均粒度为50μm的Cr粉和纯度为99％、平均粒度为5μm Si粉，装模压实至装模平面度为1.0mm后预压至压力为20T，得到混合粉末；
其中，所述混合包括球磨混合；所述球磨混合的转速为300r/min，时间为30h，料球比为12:1；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
其中，所述真空热压烧结包括：抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理至反应炉内压力为-0.06MPa；
所述一段热压烧结包括：以2T/min的第一升压速率升压的同时，以2℃/min的第一升温速率升温至500℃，停止升压并进行3h的第一保温保压；
所述二段热压烧结包括：以0.5T/min第二升压速率升压的同时，以0.5℃/min第二升温速率升温至700℃，进行2h的第二保温；
所述三段热压烧结包括：以0.5T/min第三升压速率升压的同时，以0.5℃/min第二升温速率升温至850℃，停止升压并进行240min的第三保温；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
实施例3
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为60wt％，Si为40wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合纯度为99.9％、平均粒度为80μm的Cr粉和纯度为99.9％、平均粒度为15μm Si粉，装模压实至装模平面度为0.5mm后预压至压力为40T，得到混合粉末；
其中，所述混合包括球磨混合；所述球磨混合的转速为400r/min，时间为20h，料球比为8:1；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
其中，所述真空热压烧结包括：抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理至反应炉内压力为-0.08MPa；
所述一段热压烧结包括：以6T/min的第一升压速率升压的同时，以6℃/min的第一升温速率升温至600℃，停止升压并进行1h的第一保温保压；
所述二段热压烧结包括：以3T/min第二升压速率升压的同时，以5℃/min第二升温速率升温至800℃，进行1h的第二保温；
所述三段热压烧结包括：以3T/min第三升压速率升压的同时，以5℃/min第二升温速率升温至1000℃，停止升压并进行150min的第三保温；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
实施例4
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述预压的压力修改为15T。
实施例5
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述预压的压力修改为45T。
实施例6
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述一段热压烧结的第一升压速率修改为1.5T/min，升温速率修改为1.5℃/min。
实施例7
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述第一温度修改为450℃。
实施例8
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述第一温度修改为650℃。
实施例9
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述二段热压烧结过程中的第二升压速率修改为5T/min，第二升温速率修改为6℃/min。
实施例10
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述三段热压烧结过程中的第三升压速率修改为5T/min，第三升温速率修改为6℃/min。
实施例11
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述的第二温度修改为850℃。
实施例12
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(2)所述的第三温度修改为1100℃。
实施例13
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例省略了步骤(2)所述的二段热压烧结过程。
实施例14
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述Cr粉的粒径修改为40μm。
实施例15
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述Cr粉的粒径修改为90μm。
实施例16
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述Si粉的粒径修改为3μm。
实施例17
本实施例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为50wt％，Si为50wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1的区别仅在于：
本实施例将步骤(1)所述Si粉的粒径修改为20μm。
对比例1
本对比例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为30wt％，Si为70wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种粉末冶金CrSi靶材，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为70wt％，Si为30wt％。
所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法与实施例1相同。
性能检测：
有关上述实施例和对比例提供的粉末冶金CrSi靶材的相关测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1-3可知，本发明提供的粉末冶金CrSi靶材致密度达到97％～99％，微观组织均匀，靶材加工性能优异，溅射过程表现良好稳定，可满足使用要求；
(2)分析实施例1、4-5可知，预压的压力会影响靶坯致密度和靶材均匀性，预压过程中合适的压力会使粉末间空隙缩小，增加致密度，便于后续热压过程中消除孔隙。预压压力较小，粉末间残余孔隙较大，致密化程度减弱，同时由于粉末颗粒间孔隙较大较多，真空热压过程中粉末整体收缩严重，造成靶材均匀性较差。提升预压压力对靶材致密化和靶材均匀性有利，但压力提升至一定程度后继续提升对致密化和均匀性的影响并不明显；
(3)分析实施例1、6-8可知，一段热压的升温速率会影响靶材致密度，一段热压的温度对均匀性影响不大。升温速率的提升造成一段热压过程整体时间的减少，造成粉末形成烧结颈的过程不完全，一部分粉末间并未由点接触转变为面接触，增大后期致密化过程压力，造成后续致密化不完善；
(4)分析实例1、9-10可知，二段热压升温速度提升对靶材致密度影响不大，三段热压升温速度过快会导致靶材致密度和均匀度变差。二段热压的主要目的是在粉末烧结的中期为粉末烧结颈长大，孔隙收缩，晶粒长大提供能量，靶材的收缩致密化过程主要发生在二段热压。关于实例9，二段热压升温速度提升，由于二段热压过程的整体温度并未达到烧结温度，改变二段升温过程不会对靶材整体均匀度造成过大影响；关于实例10，三段热压升温速率提升，此时靶材已接近烧结温度，升温速度过快易导致靶材边部和心部温度不同，相同保温时间下边部已形成致密，心部致密化较差，使靶材整体致密度和均匀性变差；
(5)分析实例1、11-13可知，二段热压烧结温度过高会恶化靶材致密度和均匀度，三段热压温度提升会轻微影响靶材致密度和均匀度，删去二段热压会造成致密度和均匀性变差。二段热压温度过高，在孔隙收缩过程中气孔压强增大，晶粒长大速度过快，致密度下降；三段热压温度提升，致密化过程不受影响，但温度高易于一些部位形成一定程度过烧，影响靶材整体均匀性；
(6)分析实例1、14-17可知，在Si粉颗粒度一致的情况下，Cr粉粒度过粗或过细均会造成靶材致密度和均匀性的下降。粉末粒度过大，粉末颗粒表面能较小，烧结活性低易造成致密化程度不够，混合过程中粉末的均匀性较差，造成烧结后靶材均匀性较差；粉末颗粒越小，比表面能越大，越容易吸附杂质元素，反应更剧烈，孔洞在反应过程中聚集，产品收缩严重，靶材内部易造成过大的缺陷。合适的粒度可以使混合效果更好，烧结更加均匀。粉末装填后间隙更少，致密化程度更高；
(7)分析实例1、对比例1、对比例2可知，在工艺条件一定的情况下，Cr粉含量的过多和过少均会造成靶材致密度和均匀性的下降。Cr含量过高会导致所需烧结温度增加，靶坯整体达不到致密化温度，致密化程度较差。Cr含量过低则会导致Si过量，反应无法完全消耗Si，造成单质Si聚集，孔隙变多，材料整体均匀性、致密度变差。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粉末冶金CrSi靶材，其特征在于，所述粉末冶金CrSi靶材的化学成分质量百分比包括：Cr为40～60wt％，Si为40～60wt％。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金CrSi靶材，其特征在于，所述粉末冶金CrSi靶材的致密度为97～99％。
3.一种如权利要求1或2所述粉末冶金CrSi靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合Cr粉和Si粉，装模压实后进行预压，得到混合粉末；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Cr粉的纯度为99～99.9％；
优选地，步骤(1)所述Cr粉的平均粒度为50～80μm；
优选地，步骤(1)所述Si粉的纯度为99～99.9％；
优选地，步骤(1)所述Si粉的平均粒度为5～15μm。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合包括球磨混合；
优选地，所述球磨混合的转速为300～400r/min；
优选地，所述球磨混合的时间为20～30h；
优选地，所述球磨混合中料球比为(8～12):1。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述装模压实的终点为：装模平面度≤1.0mm；
优选地，步骤(1)所述预压的压力为20～40T。
7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述真空热压烧结包括：
抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理；
优选地，所述一段热压烧结包括：以第一升压速率升压的同时，以第一升温速率升温至第一温度，停止升压并进行第一保温保压；
优选地，所述二段热压烧结包括：以第二升压速率升压的同时，以第二升温速率升温至第二温度，进行第二保温；
优选地，所述三段热压烧结包括：以第三升压速率升压的同时，以第二升温速率升温至第三温度，停止升压并进行第三保温；
优选地，所述加压处理的终点：反应炉内压力为-0.06MPa～-0.08MPa。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一升温速率为2～6℃/min；
优选地，所述第一升压速率为2～6T/min；
优选地，所述第一温度为500～600℃；
优选地，所述第一保温保压的时间为1～3h；
优选地，所述第二升压速率为0.5～3T/min；
优选地，所述二升温速率为0.5～5℃/min；
优选地，所述第二温度为700～800℃；
优选地，所述第二保温的时间为1～2h；
优选地，所述第三升压速率为0.5～3T/min；
优选地，所述第三升温速率为0.5～5℃/min；
优选地，所述第三温度为850～1000℃；
优选地，所述第三保温保压的时间为150～240min。
9.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述后加工包括研磨加工、线切割或抛光处理的任意一种或至少两种的组合。
10.根据权利要求3-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)保护气氛下，按配方量混合纯度为99～99.9％、平均粒度为50～80μm的Cr粉和纯度为99～99.9％、平均粒度为5～15μm的Si粉，装模压实至装模平面度≤0.1.0mm后预压至压力为20～40T，得到混合粉末；
其中，所述混合包括球磨混合；所述球磨混合的转速为300～400r/min，时间为20～30h，料球比为(8～12):1；
(2)对步骤(1)所得混合粉末进行真空热压烧结，得到靶材坯料；
其中，所述真空热压烧结包括：抽真空至10-2Pa以下，然后依次进行一段热压烧结、二段热压烧结、三段热压烧结以及加压处理至反应炉内压力为-0.06MPa～-0.08MPa；
所述一段热压烧结包括：以2～6T/min的第一升压速率升压的同时，以2～6℃/min的第一升温速率升温至500～600℃，停止升压并进行1～3h的第一保温保压；
所述二段热压烧结包括：以0.5～3T/min第二升压速率升压的同时，以0.5～5℃/min第二升温速率升温至700～800℃，进行1～2h的第二保温；
所述三段热压烧结包括：以0.5～3T/min第三升压速率升压的同时，以0.5～5℃/min第二升温速率升温至850～1000℃，停止升压并进行150～240min的第三保温；
(3)对步骤(2)所得靶材坯料进行冷却以及后加工，得到所述粉末冶金CrSi靶材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311263724.0A CN117265488A (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311263724.0A CN117265488A (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117265488A true CN117265488A (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=89211929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311263724.0A Pending CN117265488A (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117265488A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115110044A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-27 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种铬硅合金溅射靶材的制备方法 |
| CN115353373A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-18 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种氧化铝靶材及其制备方法与应用 |
| CN116730723A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-09-12 | 山东理工大学 | 一种Al3BC陶瓷材料及其制备方法和应用 |
-
2023
- 2023-09-27 CN CN202311263724.0A patent/CN117265488A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115110044A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-27 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种铬硅合金溅射靶材的制备方法 |
| CN115353373A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-18 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种氧化铝靶材及其制备方法与应用 |
| CN116730723A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-09-12 | 山东理工大学 | 一种Al3BC陶瓷材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3196896B1 (en) | Heavy rare earth free sintered nd-fe-b magnets and manufacturing process thereof | |
| CN110358941B (zh) | 一种钨基合金材料及其制备方法 | |
| CN110373561B (zh) | 一种粉末锻造制备高致密度细晶钛合金的方法 | |
| CN111139390A (zh) | 一种铬掺杂改性Mo2NiB2基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN109576545B (zh) | 一种具有混晶结构的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN113593799B (zh) | 一种细晶、高矫顽力烧结钕铁硼磁体及其制备方法 | |
| CN114635069A (zh) | 一种高强韧性中熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN115725944A (zh) | 一种钨钛溅射靶材的制备方法 | |
| CN114029484B (zh) | 一种钽钛合金靶材的制备方法 | |
| EP0523658B1 (en) | Method for making injection molded soft magnetic material | |
| KR20140001901A (ko) | Ａｇ-산화물계 전기 접점 재료의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전기 접점 재료 | |
| CN110983152B (zh) | 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法 | |
| CN105965007A (zh) | 一种采用多气氛辅助烧结制备粉末高速钢的方法 | |
| EP4152348B1 (en) | Preparation method for heavy rare earth-free high-performance neodymium-iron-boron permanent magnet material | |
| CN117265488A (zh) | 一种粉末冶金CrSi靶材及其制备方法 | |
| CN114855056B (zh) | 一种掺杂有铸造铝镍钴的异质结烧结铝镍钴的制备方法 | |
| JPH05147916A (ja) | 微細なタングステン系炭化物粉末の製造法 | |
| CN114012091B (zh) | 一种钨锭及其制备方法 | |
| CN115652127B (zh) | 一种近等轴状晶粒Mo2FeB2基金属陶瓷的制备方法 | |
| JPS62188735A (ja) | ＴｉＮｉ系合金線材又は板材の製造法 | |
| JP2874392B2 (ja) | 希土類コバルト１−５系永久磁石合金の製造方法 | |
| CN116835981A (zh) | 一种金属氧化物靶材及其制备方法与应用 | |
| JPH06128604A (ja) | 金属材料の製造方法 | |
| JPH05147917A (ja) | 微細なタングステン系炭化物粉末の製造法 | |
| CN117210738A (zh) | 前驱体及其制备方法、铝镍钴磁钢及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |