DE3537191A1

DE3537191A1 - Verbundtargetmaterial und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3537191A1
Application number: DE19853537191
Authority: DE
Inventors: Ryoko Kumagaya Saitama Furuhashi; Kenichi Urawa Saitama Hijikata; Hitoshi Kuki Saitama Maruyama; Katsuyuki Ohmiya Saitama Sato
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1986-04-30
Also published as: DE3537191C2; US4620872A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein zusammengesetztes Quellenmaterial (im folgenden auch als Verbundtargetmaterial bzw. nur Targetmaterial bezeichnet) zur Verwendung bei der Sputterbildung (Herstellung durch Zerstäubung) eines dünnen Films (Dünnschicht) aus einem Seltenen Erdmetall und einem Übergangsmetall (Metall der Eisengruppe). Derartige Materialien finden aufgrund ihrer möglichen Anwendung als magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien zunehmende Beachtung. Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundtargetmaterials.

Gegenwärtig werden drei Typen von Targetmaterialien bei der Sputterbildung von Dünnschichten aus Kombinationen von Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen (Metalle der Eisengruppe) verwendet. Beim ersten Typ handelt es sich um ein Legierungstargetmaterial mit einem Sauerstoffgehalt von 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent, das durch Schmelzen von zwei verschiedenen Metallen in einem elektrischen Lichtbogenofen entweder unter Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre hergestellt wird (dieser Typ von Targetmaterial besteht aus 30 bis 50 Gewichtsprozent Seltenen Erdmetallen und 70 bis 50 Gewichtsprozent übergangsmetallen). Der zweite Typ ist ebenfalls ein Legierungstargetmaterial, bei dem es sich aber um ein Verbundmaterial aus Spänen von Seltenen Erdmetallen, die auf eine Folie aus einem Übergangsmaterial aufgebracht sind, oder um eine Kombination aus Übergangsmetallspänen, die auf eine Folie aus Seltenen Erdmetallen aufgebracht sind, handelt. Der dritte Typ ist ein Legierungstargetmaterial, das erhalten wird, indem man durch Lichtbogenschmelzen einen Legierungsblock herstellt, den Block in feine Teilchen zerteilt und das erhaltene

Legierungspulver durch Warmpressen zu einem kompakten Produkt verarbeitet.

Das Verfahren zur Herstellung des ersten Typs von Legierungstargetmaterial hat folgende Nachteile:

a) Während dem Lichtbogenschmelzen kommt es zur Absonderung von Spurenelementen; das Legierungsprodukt weist Resthohlräume und Giessfehlstellen auf; die Legierung macht aufgrund ihrer Brüchigkeit Schwierigkeiten beim Schmieden, Warmbehandeln und anderen üblicherweise angewandten Verfahren, um in der Struktur und der Zusammensetzung von Legierungen eine homogene Beschaffenheit zu gewährleisten, was beträchtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Blocks von homogener Zusammen-Setzung bereitet, so dass das erhaltene Targetmaterial und somit der durch Zerstäuben des Targets gebildete Film zu einer ungleichmässigen Zusammensetzung neigt.

b) Die Grosse des Targetmaterials hängt von der Grosse des verwendeten Lichtbogenofens ab. Die Brüchigkeit des Materials bereitet beträchtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Produkts von erhöhter Querschnittfläche.

c) Der Lichtbogenschmelzvorgang allein reicht nicht aus, um Legierungstargetmaterialien der gewünschten Form (insbesondere dünnwandige Materialien) herzustellen. Um die gewünschten Formen zu erhalten, ist eine anschliessende Bearbeitung, z.B. Schneiden oder Schleifen, erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens stark beeinträchtigt.

Der erste Typ von nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestelltem Legierungstargetmaterial weist folgende Nachteile auf:

d) Das Targetmaterial neigt aufgrund seiner geringen Festig-

2 keit (Biegefestigkeit £ 2 kg/mm ) leicht zu Rissbil-

-δ-Ι düngen und ist schwer handhabbar.

e) Durch den bei Zerstäubungsverfahren angewandten thermischen Schock kommt es sehr leicht zu Rissbildungen.

f) Das Targetmaterial weist einen hohen Sauerstoffgehalt (0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent) auf, so dass der durch Zerstäuben dieses Targetmaterials gebildete dünne Film zur Ausbildung eines Films mit senkrechter Magnetisierung zur Verwendung bei magnetooptischen Aufzeichnungen nicht gut geeignet ist.

g) Die Grosse des Targetmaterials hängt von der Grosse des verwendeten Lichtbogenofens ab. Der maximale Durchmesser, der sich gemäss dem gegenwärtigen Stand der Technik erzielen lässt, beträgt 60 mm.

h) Die beim Zerstäuben dieses Targetmaterials in einem

_2 Magnetron (Ar-Partialdruck 1 χ 10 Torr, Leistung 0,5 A χ 145 V, Vorzerstäubungszeit 30 min, Abstand zwischen Glassubstrat und Target 70 mm, Vorspannung 0' V, Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 10 U/min) ist relativ gering (1000 bis 2000 S/min).

Das Verfahren zur Herstellung des zweiten Typs von Verbundtargetmaterialien weist folgende Nachteile auf: a) Zwischen der Folie und den Spänen kommt es leicht zu abnormen Entladungen.

b) Eine ungleichmässige Verteilung von Spänen von Seltenen Erdmetallen und Spurenlegierungselementen auf der Übergangsmetallfolie erschwert die Herstellung eines Films mit gleichmässiger Zusammensetzung.

Das gemäss diesem Verfahren hergestellte Targetmaterial weist folgende Nachteile auf:
c) Es kann nicht gedreht oder umgewandt werden. Eine Ge-

währleistung einer gleichmässigen Verteilung der Späne bei der Anwendung ist schwierig.

d) Es besteht eine Tendenz zur Konzentration des Magnetflusses im Folieninnern anstatt an dessen Oberfläche.

Die Späne auf der Folie verhindern die Bildung eines gleichmässigen Magnetfelds.

e) Wie beim ersten Typ von Verbundtargetmaterialien ist die durch Zerstäuben mittels eines Magnetrons erzielte Abscheidungsgeschwindigkeit (unter den in (h) erwähnten Zerstäubungsbedingungen) relativ nieder (1000 bis 2000 S/min).

Beim dritten Typ von ■ Legierungstargetmaterialien und den Verfahren zu deren Herstellung treten folgende Nachteile auf:

a) Das Targetmaterial ist aus einem Pulver einer intermetallischen Verbindung hergestellt und daher spröde.

b) Auf der Pulveroberfläche bildet sich leicht ein Oxid, wodurch ein Produkt mit einem im Vergleich zum ersten und zweiten Typ von Targetmaterialien höheren Sauerstoffgehalt entsteht. Daher kommt es bei einer unsachgemässen Handhabung während des Zerstäubungsverfahrens zur Bildung eines dünnen Films, der sich nicht zur Verwendung bei der Aufzeichnung unter senkrechter Magnetisierung eignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Targetmaterials bereitzustellen, das eine gleichmassige interne Zusammensetzung, hohe Werte für Dichte und Festigkeit und einen geringen Sauerstoffgehalt aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das zur grosstechnischen Herstellung von Targetmaterialien von geringer Dicke und grossem Durchmesser geeignet ist. Ferner soll erfindungsgemäss ein Targetmate-

rial bereitgestellt werden, das eine ausreichend hohe Festigkeit und eine grosse Beständigkeit gegenüber einer thermischen Beanspruchung aufweist, so dass es thermischen Schocks, die bei der Handhabung und Zerstäubungsverfahren auftreten können, standhält und gedreht und umgewandt werden kann. Ausserdem soll der Sauerstoffgehalt dieses Materials ausreichend nieder sein, so dass es möglich ist, durch Zerstäubungstechnik rasch einen für magnetooptische Aufzeichnungszwecke geeigneten Film mit senkrechter Magnetisierung zu bilden.

Aufgrund umfangreicher Untersuchungen mit dem Ziel zur Lösung dieser Aufgabe wurden erfindungsgemäss die nachstehend wiedergegebenen Beobachtungen gemacht.

Verwendet man ein Seltenes Erdmetall und ein Übergangsmetall als physikalisch getrennte Ausgangsmaterialien anstelle einer Legierung dieser Bestandteile, wie es beim dritten Typ von herkömmlichen Verbundtargetmaterialien der Fall ist, und wird ein Gemisch aus einem Übergangsmetall mit einem Seltenen Erdmetall, bei dem es sich um Pulver, kleine Teilchen oder Späne handelt, der Wärmeformung bei Temperaturen unterhalb des eutektischen Punkts des Gemisches unterworfen, so lässt sich leicht ein grossvolumiges Verbundtargetmaterial ohne erhöhten Sauerstoffgehalt herstellen, überraschenderweise weisen die erhaltenen Targetmaterialien eine höhere Dichte und Festigkeit als der dritte Typ von herkömmlichen Targetmaterialien auf, was auf die plastische Deformation und die Festphasen-Diffusionsbindung zwischen dem Seltenen Erdmetall und dem Übergangsmetall zurückzuführen ist. Ferner wurde festgestellt, dass das erfindungsgemässe Verfahren die grosstechnische Herstellung von Targetmaterialien von geringer Dicke und grossera Durchmesser erleichtert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundtargetmaterials, das dadurch gekennzeichnet

-δι ist, dass man

- ein Gemisch aus mindestens einem Seltenen Erdmetall aus der Gruppe Gd, Tb, Dy und Legierungen davon, die als Pulver, feine Teilchen, Späne oder Kombinationen davon vorliegen, und aus einem Pulver mindestens eines Übergangsmetalls aus der Gruppe Fe, Co und Legierungen davon herstellt und

- das Gemisch unter vermindertem Druck oder unter Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur unterhalb des eutektischen Punkts des Systems der Metallkomponenten im Gemisch einer Warmverformung unterzieht, wobei eine intermetallische Verbindung an der Grenzfläche zwischen dem Seltenen Erdmetall und dem Übergangsmetall ausgebildet wird, während die Metalle miteinander verbunden werden.

Fig 1 (a) stellt eine Mikrographie dar, die die Metallstruktur eines Verbundtargetmaterials einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Fig. 1 (b) stellt in schematischer Darstellung eine Teilvergrösserung der Struktur von Fig. 1 (a) dar.

Fig. 2 ist eine Mikrographie, die die Metallstruktur eines gesinterten Verbundtargetmaterials gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 3 bis 5 sind Mikrographien, die die Metallstrukturen von gesinterten Verbundtargetmaterialien gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert.

I. Ausgangsmaterialien

Die Seltenen Erdmetalle (Gd, Tb und Dy) und deren Legierungen liegen in Form von Pulvern, kleinen Teilchen, Spänen oder Kombinationen davon vor. Die durchschnittliche Grosse dieser Produkte beträgt 10 ,um bis 5 mm, wobei ein Bereich von 10 p.m. bis 0,8 mm für Pulver und ein Bereich von

0,8 bis 5 mm für kleine Teilchen und Späne gilt. Liegt die durchschnittliche Grosse dieser Produkte unter 10 ym, so ergibt sich ein Targetmaterial mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 0,5 Prozent. Ein daraus durch Zerstäuben hergestellter Film eignet sich nicht gut als Film mit senkrechter Magnetisierung für magnetooptische Aufzeichnungsverfahren, übersteigt andererseits die durchschnittliche Grosse der Seltenen Erdmetalle oder Legierungen davon den Wert von 5 mm, so kommt es zu einer ungleichmässigen Verteilung der Komponenten im Targetmaterial und die Zusammensetzung eines durch Zerstäuben dieses Targetmaterials hergestellten dünnen Films variiert von einer Stelle zur anderen. Eine besonders bevorzugte durchschnittliche Grosse liegt im Bereich von 0,1 bis 3 mm.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten Seltenen Erdmetalle weisen vorzugsweise einen hohen Reinheitsgrad (^ 99 Prozent) und insbesondere einen niederen Sauerstoffgehalt (^ 0,4 Gewichtsprozent) auf.

Das andere Ausgangsmaterial, d.h. das Pulver aus Fe, Co oder Legierungen davon weist vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengrösse von 1 bis 200 μτα. auf. Liegt diese durchschnittliche Teilchengrösse unter 1 pm, so müssen die kleinen Teilchen zur Gewährleistung einer erhöhten relativen Dichte mit ausreichend hohem Druck verpresst werden, übersteigt die durchschnittliche Teilchengrösse 200 Jim, so kommt es zu einer willkürlichen Verteilung des Targetmaterials und zur Ausbildung einer ungleichmässigen Zusammensetzung. Ferner lassen sich übermässig grosse Teilchen nicht innig mit den Seltenen Erdmetallen vermischen.

Wie die Seltenen Erdmetalle weisen die Übergangsmetalle vorzugsweise einen hohen Reinheitsgrad und insbesondere einen niederen Sauerstoffgehalt (^ 0,4 Gewichtsprozent) auf.

-ιοί Die Mengenverhältnisse der mit den übergangsmetallen zu vermischenden Seltenen Erdmetalle werden unter Berücksichtigung der gewünschten Eigenschaften der durch Zerstäuben des Verbundtargetmaterials erhaltenen dünnen Filme festgelegt. Vorzugsweise beträgt der Anteil für die Seltenen Erdmetalle 30 bis 50 Gewichtsprozent und für die Übergangsmetalle 70 bis 50 Gewichtsprozent.

Werden Spurenkomponenten zugesetzt, so werden diese vor-IQ zugsweise mit den Seltenen Erdmetallen oder übergangsmetallen legiert, wodurch kleine Teilchen von Legierungen Seltener Erdmetalle und/oder Pulver von Übergangsmetalllegierungen entstehen. Dadurch soll verhindert werden, dass die interne Zusammensetzung des Verbundtargetmaterials ungleichmässig wird.

II. Warmverformung

Beispiele für Warmverformungsverfahren sind Warmpressen, HIP, Warmschmieden und Warmwalzen. Diese Verfahren können 2Q zur Herstellung von Verbundtargetmaterialien verwendet werden. Das Warmpressverfahren eignet sich zur Herstellung von Targetmaterialien in Form von dünnen Folien.

Um ein Verbundtargetmaterial mit niederem Sauerstoffgehalt herzustellen, muss der Warmpressvorgang entweder unter Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre (z.B. Argon mit einem Taupunkt von -6O⁰C oder darunter) durchgeführt werden. Bei Anwendung von Vakuum beträgt der bevorzugte Druckbereich 0,01 bis 10" Torr. Die Temperatur beim Warmpressvor-3Q gang muss unterhalb des eutektischen Punkts des Systems der im Gemisch aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen vorliegenden Metallkomponenten liegen. Wird das Gemisch beim eutektischen Punkt oder darüber dem Warmpressvorgang unterzogen, bildet sich eine flüssige Phase und die Gefahr der Oxidation von Metallen steigt, so dass ein Targetmaterial mit einem Sauerstoffgehalt von 0,5 Prozent oder mehr entsteht. Als weitere Schwierigkeit tritt die flüssige

Phase unter Druck aus dem System aus, was weitere Schwierigkeiten verursachen kann. Als Anhaltspunkte werden folgende eutektische Punkte angegeben: 840⁰C für das Fe-Tb-System, 695°C für das Fe-Co-Tb-System, 83O⁰C für das Fe-Tb-Gd-System und 63O⁰C für das Gd-Co-System.

Das Warmpressverfahren wird vorzugsweise bei einem Druck

ρ
im Bereich von 100 bis 200 kg/cm durchgeführt.

Der Warmpressvorgang verursacht eine plastische Deformation der im Gemisch vorhandenen Metalle, eine partielle Festphasendiffusion zwischen dem Seltenen Erdmetall und dem Übergangsmetall und eine anschliessende Bildung einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zwischen beiden Metallen, was zu einer Verknüpfung der Metalle führt. Aufgrund dieser Erscheinungen ergeben sich höhere Dichten und eine Verknüpfung der Seltenen Erdmetalle, die beispielsweise in Form von kleinen Teilchen vorliegen, und den übergangsmetallen, die in Pulverform vorliegen, was zur Bildung von Targetmaterial von hoher Festigkeit führt.

Das Gemisch aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen kann ausreichend lang unter den Bedingungen des Warmpressvorgangs gehalten werden, so dass die vorerwähnten Erscheinungen auftreten. Diese Zeitspanne (nachstehend auch als Verweilzeit bezeichnet, die je nach Temperatur und Druck des Warmpressvorgangs variiert, soll im allgemeinen mindestens 2 Stunden betragen.

Das durch den Warmpressvorgang hergestellte Verbundtargetmaterial ist vorzugsweise nicht dünner als 1 mm. Bei einer Dicke von weniger als 1 mm ist es schwierig, Targetmaterial mit grossen Durchmessern herzustellen und die Dicke, die in der Praxis zerstäubt werden kann, ist praktisch Null. Ein zur Verwendung bei der Magnetron-Zerstäubung vorgesehenes Targetmaterial ist vorzugsweise nicht dicker als 3 mm, um eine Abnahme der Magnetflussdichte an der Ober-

fläche und damit des Zerstäubungswirkungsgrads zu verhindern. Zur Herstellung eines dünnen Targetmaterials, das sich beispielsweise zur Verwendung bei der Magnetron-Zerstäubung eignet, liegt die durchschnittliche Grosse der Seltenen Erdmetalle in Form von Pulver, Teilchen oder Spänen vorzugsweise nicht über der gewünschten Dicke des Targetmaterials.

Beim HIP-Verfahren, Heisswalzen oder Heisschmieden als Warmverformungstechniken wird ein Gemisch aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen wie beim Warmpressverfahren hergestellt. Die nachstehende Verfahrensweise wird bevorzugt: Das Gemisch wird in eine Dose, typischerweise aus rostfreiem Stahlblech, die die Form einer Scheibe, einer rechteckigen Platte oder einer anderen Form aufweist, die dem fertigen Targetmaterial entspricht, unter Vakuum bei einem Druck von beispielsweise 1 bis 5 χ 10" Torr gepackt. Das in der Dose befindliche Gemisch wird dem HIP-Verfahren, Warmwalzverfahren oder Warmschmiedeverfahren unterworfen.

Erfindungsgemäss wurden verschiedene Untersuchungen an nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten gesinterten Verbundtargetmaterialien durchgeführt. Die Struktur dieser Materialien ist so beschaffen, dass eine Phase einer intermetallischen Verbindung aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen an der Grenzfläche zwischen den Teilchen aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen vorliegt (diese Phase aus der intermetallischen Verbindung aus den Seltenen Erdmetallen und den übergangsmetallen wird nachstehend kurz als intermetallische Verbindungsphase bezeichnet). Dabei wurde festgestellt, dass das erfindungsgemässe Targetmaterial unter rascher Bildung einer Folie mit senkrechter Magnetisierung, die sich für magnetooptische Aufzeichnungszwecke eignet, zerstäubt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein gesintertes

Verbundtargetmaterial, bestehend aus 30 bis 50 Gewichtsprozent mindestens eines Seltenen Erdmetalls aus der Gruppe Tb, Gd, Dy, Ho, Tm, Er und Legierungen davon, wobei der Rest aus mindestens einem Übergangsmetall aus der Gruppe Fe, Co, Ni und Legierungen davon besteht, und ggf. vorhandenen Verunreinigungen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Struktur des Targetmaterials so beschaffen ist, dass an der Grenzfläche zwischen den Teilchen der Seltenen Erdmetalle und der Übergangsmetalle eine Phase einer intermetallischen Verbindung vorliegt.

Nachstehend sind Einzelheiten über das erfindungsgemässe gesinterte Verbundtargetmaterial angegeben.

I) Bestandteile und ggf. vorhandene Verunreinigungen Das erfindungsgemässe gesinterte Verbundtargetmaterial besteht aus mindestens einem Seltenen Erdmetall, wobei der Rest aus mindestens einem Übergangsmetall und ggf. vorhandenen Verunreinigungen besteht.

Beim Seltenen Erdmetall als einer Komponente des erfindungsgemässen gesinterten Verbundtargetmaterials handelt es sich um mindestens einen Bestandteil aus der Gruppe Tb, Gd, Dy, Ho, Tm, Er und Legierungen davon. Bei den Legierungen der Seltenen Erdmetalle handelt es sich um Kombinationen von zwei oder mehr Metallen aus der Gruppe Tb, Gd, Dy, Ho, Tm und Er.

Bei der anderen Komponente des erfindungsgemässen gesinterten Verbundtargetmaterials, d.h. dem Übergangsmetall, handelt es sich um mindestens einen Bestandteil aus der Gruppe Fe, Go, Ni und Legierungen davon. Bei den Legierungen der Übergangsmetalle handelt es sich um Kombinationen von zwei oder mehr Metallen aus der Gruppe Fe, Co und Ni.

Beispiele für ggf. vorhandene Verunreinigungen sind EIe-

mente aus der Gruppe IIIA des Periodensystems, Si, Ca, Al, C, P, S, Ta, Mn und 0.

II) Zusammensetzung

Das erfindungsgemässe gesinterte Verbundtargetmaterial besteht aus 30 bis 50 Gewichtsprozent an mindestens einem der unter I) angegebenen Seltenen Erdmetalle oder Legierungen, während der Rest eine Kombination aus mindestens einem der Bestandteile der in I) angegebenen übergangsmetalle und Legierungen davon und Verunreinigungen besteht.

Liegt der Gehalt an Seltenen Erdmetallen oder Legierungen davon unter 30 Gewichtsprozent oder über 50 Gewichtsprozent, so lässt sich das erhaltene Verbundtargetmaterial nicht unter Bildung von Filmen mit praxisgerechten Magnetisierungseigenschaften zerstäuben, da anstelle einer zur Filmoberfläche senkrechten Magnetisierung eine in sämtlichen Richtungen verlaufende Magnetisierung erfolgt und die Koerzitivkräfte der Filme gering sind. Daher ist erfindungsgemäss der Gehalt an Seltenen Erdmetallen oder Legierungen davon auf den Bereich von 30 bis 50 Gewichtsprozent beschränkt.

Aus praktischen Gesichtspunkten ist es bei der Herstellung der Ausgangsmaterialien unvermeidlich, dass das erfindungsgemässe gesinterte Verbundmaterial höchstens 0,1 Gewichtsprozent an zufällig vorhandenen Verunreinigungen von Elementen der Gruppe IIIA des Periodensystems, Si, Ca und Al, nicht mehr als 0,1 Gewichtsprozent C, P oder S oder nicht mehr als 0,3 Gewichtsprozent Ta oder Mn enthält.

III) Sauerstoffgehalt

Die im erfindungsgemässen gesinterten Verbundtargetmaterial vorhandene Sauerstoffmenge in Form von zufällig vorhandenen Verunreinigungen beträgt höchstens 0,3 Gewichtsprozent, was unter dem Sauerstoffgehalt von herkömmlichen Legierungstargetmaterialien liegt. Aufgrund dieses Sauer-

stoffgehalts weist ein durch Zerstäuben des erfindungsgemässen gesinterten Verbundtargetmaterials gebildeter Film die zur Verwendung bei magnetooptischen Aufzeichnungsvorgängen erforderlichen senkrechten Magnetisierungseigen- schäften auf.

IV) Metallstruktur

Wie aus der Mikrographie von Fig. 3 hervorgeht, besitzt das erfindungsgemässe gesinterte Verbundtargetmaterial eine Metallstruktur, in der an der Grenzfläche zwischen den Teilchen aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen eine Phase einer intermetallischen Verbindung vorliegt. Diese Phase aus der intermetallischen Verbindung kann, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Schicht bilden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sie in Form von zufälligen (dispergierten) Inseln vorliegt. Um eine starke Bindung zwischen den Seltenen Erdmetallen und den übergangsmetallen zu gewährleisten, liegt die Phase der intermetallischen Verbindung vorzugsweise in Form einer Schicht vor.

Der Anteil der Phase der intermetallischen Verbindung am Verbundtargetmaterial beträgt vorzugsweise 0,2 bis 80 Volumenprozent unter Ausschluss von Poren. Liegt der Anteil der Phase der intermetallischen Verbindung unter 0,2 VoIumenprozent, so werden die Teilchen so schwach aneinander gebunden, dass eine Handhabung oder Bearbeitung ohne Beschädigung schwierig ist. übersteigt der Gehalt der Phase der intermetallischen Verbindung 80 Volumenprozent, so wird das Targetmaterial so spröde, dass es während der Handhabung leicht bricht oder an der Oberfläche als Ergebnis einer thermischen Beanspruchung während des Zerstäubungsverfahrens Mikrorisse entstehen, die schliesslich einen vollständigen Ausfall verursachen können. Insbesondere liegt der Anteil der Phase der intermetallischen Verbindung im Bereich von 1 bis 50 Volumenprozent.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Kleine Teilchen (durchschnittliche Grosse 2 mm) von Tb mit einer Reinheit von 99,95 Prozent (Sauerstoffgehalt 0,03 Prozent) und Eisenpulver (-100 mesh) mit einer Reinheit von 99,9 Prozent (Sauerstoffgehalt 0,005 Prozent) werden in dosierten Mengen in einer Zusammensetzung von 49 Gewichtsprozent Tb und 51 Gewichtsprozent Fe bereitgestellt. Die Tb-Teilchen und das Fe-Pulver werden unter Verwendung einer Kugelmühle 30 Minuten in Toluol vermischt. Das Gemisch wird aus der Kugelmühle entnommen und getrocknet. Ein Teil (200 g) des getrockneten Gemisches wird in eine Warmpressform (Innendurchmesser 127 mm) gegeben und mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 800°C/h bei einem Druck von

-4
1,0 χ 10 Torr oder darunter erwärmt. Sobald die Temperatür in der Form 800⁰C erreicht, wird die Beschickung bei einer Verweilzeit von 1 h einem Warmpressvorgang mit 150

ρ
kg/cm unterworfen. Nach Beendigung des Warmpressvorgangs wird der Pressling im Ofen abgekühlt. Die Oberfläche des entnommenen Presslings wird poliert. Man erhält ein Verbundtargetmaterial in Form einer dünnen Folie von 127 mm Durchmesser und einer Dicke von 2,0 mm.

Eine mikroskopische Betrachtung dieses Verbundtargetmaterials ergibt, dass an einem Teil der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Teilchen eine Phase einer intermetallischen Verbindung vorliegt. Dieses Targetmaterial weist eine relative Dichte von 96 Prozent, eine Biegefestigkeit von 8 kg

auf.

8 kg/mm und eine Sauerstoffkonzentration von 0,12 Prozent

Das vorstehende Verfahren wird wiederholt, mit der Abänderung, dass die kleinen Tb-Teilchen durch entsprechende Teilchen mit einer Reinheit von 99,8 Prozent und einem Op-Gehalt von 0,06 Prozent ersetzt werden. Man erhält im wesentlichen die gleichen Ergebnisse.

Beispiel 2

Kleine Teilchen (durchschnittliche Grosse 0,5 mm) von Tb mit einer Reinheit von 99,95 Prozent (0₂-Gehalt 0,03 Prozent) und ein Pulver aus einer Fe-Co-Legierung mit 8 Gewichtsprozent Co (-150 mesh) mit einer Reinheit von 99,9 Prozent (Op-Gehalt 0,005 Prozent) werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung von 48 Gewichtsprozent Tb, 48 Gewichtsprozent Fe und 4 Gewichtsprozent Co ergibt. Diese Ausgangsmaterialien werden gemäss Beispiel 1 vermischt, getrocknet und der Warmpressung unterzogen, mit der Abänderung, dass die Form mit 110 g Material beschickt wird und die Temperatur beim Warmpressen 600⁰C beträgt. Der Pressling wird aus der Form entnommen und poliert. Man erhält ein Verbundtargetmaterial in Form einer dünnen Folie mit einem Durchmesser von 127 mm und einer Dicke von 1,0 mm.

Dieses Targetmaterial weist an einem Teil der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Co-Teilchen eine Phase einer intermetallischen Verbindung auf. Dieses Verbundmaterial besitzt eine relative Dichte von 97,5 Prozent, eine Biegefestigkeit von 6 kg/mm und eine Sauerstoffkonzentration von 0,18 Prozent.

Das vorstehend beschriebene Verfahren wird wiederholt, mit der Abänderung, dass die kleinen Tb-Teilchen durch entsprechende Teilchen mit einer Reinheit von 99,8 Prozent und einem Op-Gehalt von 0,06 Prozent ersetzt werden. Es werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten.

Beispiel 3

Kleine Teilchen (durchschnittliche Grosse 0,1 mm) einer Tb-Gd-Legierung (59 Gewichtsprozent Tb, 41 Gewichtsprozent Gd) mit einer Reinheit von 99,95 Prozent (O₂-Gehalt 0,03 Prozent) und Eisenpulver (-150 mesh) werden in so dosierten Mengen vorgelegt, dass sich eine Zusammensetzung aus 29 Gewichtsprozent Tb, 20 Gewichtsprozent Gd und 51 Gewichts-

prozent Fe ergibt. Die Tb-Gd-Teilchen und das Fe-Pulver werden unter Verwendung einer Kugelmühle etwa 1 h in Toluol vermischt. Das Gemisch wird aus der Kugelmühle entnommen und getrocknet. Ein Teil (110 g) des getrockneten Gemisches wird in eine Warmpressform (Innendurchmesser 127 mm) gebracht und mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 800°C/h

-4
bei einem Druck von 1,0 χ 10 Torr oder darunter erwärmt.

Nach Erreichen einer Temperatur von 800°C in der Form wird die Beschickung bei einer Verweilzeit von 3 h einem Warm-2
pressvorgang bei 150 kg/cm unterworfen. Nach beendetem Warmpressen wird der Pressling entnommen und poliert. Man erhält ein Verbundtargetmaterial in Form einer dünnen Folie mit einem Durchmesser von 127 mm und einer Dicke von 1,0 mm.

Der überwiegende Teil der Grenzfläche zwischen den kleinen Teilchen der Tb-Gd-Legierung und den Fe-Teilchen in diesem Verbundmaterial besteht aus einer intermetallischen Verbindung. Das Verbundmaterial weist eine relative Dichte

ο von 96,9 Prozent, eine Biegefestigkeit von 9 kg/mm und eine Sauerstoffkonzentration von 0,28 Prozent auf.

Vergleichsbeispiel

Gemäss Beispiel 1 wird ein Verbundtargetmaterial hergestellt, mit der Abänderung, dass die Beschickung in der Warmpressform auf 850⁰C, d.h. über dem eutektischen Punkt des Tb-Fe-Systems, gehalten wird. Das erhaltene Targetmaterial weist eine relative Dichte von 99 Prozent, eine

Biegefestigkeit von 3 kg/mm und eine Sauerstoffkonzentration von 2,0 Prozent auf. Ferner kommt es zu einem Auslaufen von geschmolzenem Metall aus der Form.

Beispiel 4

Kleine Teilchen (1 mm) von Gd mit einer Reinheit von 99>9 Prozent (0₂-Gehalt 0,04 Prozent) und Co-Pulver (-100 mesh) mit einer Reinheit von 99,9 Prozent (0₂-Gehalt 0,005 Prozent) werden in dosierten Mengen bereitgestellt, so dass sich eine Zusammensetzung von 47 Gewichtsprozent Gd und

53 Gewichtsprozent Co ergibt. Diese Ausgangsmaterialien werden sodann gemäss Beispiel 1 verarbeitet, mit der Abänderung, dass die Warmpresstemperatur 600°C beträgt.

Das erhaltene Verbundtargetmaterial weist an einem Teil der Grenzfläche zwischen Gd-und Co-Teilchen eine Phase einer intermetallischen Verbindung auf. Dieses Targetmaterial weist eine relative Dichte von 97,0 Prozent und eine Sauerstoffkonzentration von 0,18 Prozent auf.

Beispiel 5

Ein gemischtes Pulver (300 g) dessen Zusammensetzung dem in Beispiel 1 verwendeten Pulver entspricht, wird in eine scheibenförmige Dose aus rostfreiem Stahlblech ( 1 mm Dicke), die einen Innendurchmesser von 130 mm und eine Tiefe von 5 mm (d.h. äusserer Durchmesser 132 mm, Dicke 7 mm) aufweist, gebracht. Die Beschickung wird über eine an der Dose angebrachte Vakuumleitung vorgenommen. Die Dose wird sodann auf einen Druck von 3 x 10" Torr evakuiert und verschlossen. Sodann wird die Dose einer HIP-Behandlung unter folgenden Bedingungen unterworfen: Aufheizgeschwindigkeit 800°C/h, Temperatur 800°C, angelegter Druck 2000 at und Verweilzeit 2 h. Nach dem Abkühlen wird die Dose durch spanabhebende Bearbeitung entfernt. Man erhält ein Verbundtargetmaterial.

Dieses Targetmaterial weist eine relative Dichte von

ρ 100 Prozent, eine Biegefestigkeit von 10,5 kg/mm un Sauerstoffkonzentration von 0,10 Prozent auf.

Beispiel 6

Gemäss Beispiel 5 wird ein Verbundtargetmaterial hergestellt, mit der Abänderung, dass anstelle des HIP-Verfahrens eine Dose aus rostfreiem Stahl, die das Pulvergemisch enthält, mit einer 200 t-Schmiedemaschine bei 600⁰C heissgeschmiedet wird, bis die Dicke der Dose auf 5 mm abgenommen hat. Anschliessend wird unter folgenden Bedingungen

eine Wärmebehandlung zur Bildung einer intermetallischen Verbindung durchgeführt: Aufheizgeschwindigkeit 700 C/h, Temperatur 78O⁰C und Verweilzeit 3h.

Das erhaltene Verbundtargetmaterial weist eine relative Dichte von 99 Prozent, eine Biegefestigkeit von 7,8 kg/m und eine Sauerstoffkonzentration von 0,10 Prozent auf.

Beispiel 7

Ein Verbundtargetmaterial wird gemäss Beispiel 6 hergestellt, mit der Abänderung, dass anstelle des Heisschmiedens eine Dose aus rostfreiem Stahl, die das Pulvergemisch enthält, bis zu einer Verringerung der Dicke der Dose auf 4 mm warmgewalzt wird.

Das erhaltene Verbundtargetmaterial weist eine relative Dichte von 100 Prozent, eine Biegefestigkeit von 11,2 kg/

p
mm und eine Sauerstoffkonzentration von 0,10 Prozent auf.

Beispiel 8

Tb-Pulver (durchschnittliche Teilchengrösse 100 pm) mit einer Reinheit von 99,9 Prozent und Eisenpulver (Reinheitsgrad 99,99 Prozent) werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung mit einem Gehalt an 49 Gewichtsprozent Tb und 51 Gewichtsprozent Fe ergibt. Die Pulver werden 30 Minuten unter Verwendung einer Kugelmühle in Toluol vermischt, aus der Kugelmühle entnommen und getrocknet. Ein Teil (160 g) des getrockneten Gemisches wird in eine Warmpressform (Innendurchmesser 127 mm), die mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 800°C/h bei einem

-3
Druck von 10 Torr erwärmt wird, gepackt. Beim Erreichen einer Temperatur von 800°C in der Form wird die Beschickung bei einer Verweilzeit von 15 Minuten unter einem Druck von 400 kg/cm warmgepresst. Nach Beendigung des Warmpressens wird der Pressling einer Ofenerkaltung unterzogen. Die Oberfläche des entnommenen Presslings wird poliert. Man erhält ein gesintertes Verbundtargetmaterial. Die Zusammen-

setzung dieses Targetmaterials entspricht im wesentlichen der Zusammensetzung des Ausgangsgemisches. Das Targetmaterial weist die in Fig. 1 (a) und (b) gezeigte Struktur auf, wobei eine Schicht aus einer intermetallischen Verbindung, wie TbpFe mit einer durchschnittlichen Dicke von 1 um an der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Teilchen vorhanden ist. Die Anteile der drei Phasen, d.h. Tb-Teilchen, Fe-Teilchen und intermetallische Verbindung,betragen 44, 48 bzw. 8 Volumenprozent. Das Targetmaterial weist
einen Durchmesser von 127 mm, eine Dicke von 1,5 mm und
einen Sauerstoffgehalt von 0,1 Gewichtsprozent auf. Zur Bestätigung, dass es sich bei der an der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Teilchen vorhandenen Phase um eine intermetallische Verbindung aus den beiden Elementen handelt, wird eine XMA-Linienanalyse durchgeführt. Das Verbund-

targetmaterial weist eine Biegefestigkeit von 13 kg/mm

und eine zufriedenstellend hohe Beständigkeit gegen thermische Beanspruchungen auf.

Die durch Magnetron-Zerstäubung erzielte Abscheidungsgeschwindigkeit dieses Targetverbundmaterials beträgt 5000 S/ min (bezüglich der Zerstäubungsbedingungen wird auf (h)
bei der Erläuterung des ersten Typs von herkömmlichen Legierungstargetmaterialien verwiesen).

Beispiel 9

Eisenpulver (Reinheit 99,99 Prozent), Co-Pulver (Reinheit 99,99 Prozent), Tb-Pulver (Reinheit 99,9 Prozent) und Gd-Pulver (Reinheit 99,9 Prozent) die jeweils eine durch-

schnittliche Teilchengrösse von 20 ^m aufweisen, werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung von 39,4 Gewichtsprozent Fe, 36,4 Gewichtsprozent Co, 12,5 Gewichtsprozent Tb und 11,7 Gewichtsprozent Gd ergibt. Dieses Gemisch wird gemäss Beispiel 8 verarbeitet, mit der Abänderung, dass eine Warmpressform mit einem
Innendurchmesser von 203 mm mit 770 g des Produkts beschickt und auf 600⁰C erwärmt wird. Man erhält ein gesin-

tertes Verbundtargetmaterial mit einer Struktur, die im wesentlichen dem ursprünglichen Produkt entspricht. An der Grenzfläche zwischen den Tb-Gd- und Fe-Co-Teilchen liegt eine Phase (Dicke 1 bis 5 um) einer intermetallischen Verbindung vor. Die relativen Mengenanteile der fünf Phasen, d.h. Tb-Teilchen, Gd-Teilchen, Fe-Teilchen, Co-Teilchen und intermetallische Verbindung betragen 23, 12, 32, 28 bzw. 5 Volumenprozent. Das Targetmaterial weist einen Durchmesser von 203 mm, eine Dicke von 3 mm und einen Sauerstoffgehalt von 0,2 Gewichtsprozent auf. Es besitzt

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eine Biegefestigkeit von 12 kg/mm und eine ausreichend hohe Beständigkeit gegen thermische Belastungen. Bei Magnetron-Zerstäubung des Targetmaterials unter den Bedingungen von Beispiel 8 ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 6200 S/min.

Beispiel 10

Späne (durchschnittliche Abmessungen 0,2 χ 0,05 χ 2 mm) von Tb (Reinheit 99,9 Prozent) und Späne einer Fe-Co-Legierung mit einem Gehalt an 5 Gewichtsprozent Co werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung von 49 Gewichtsprozent Tb und 51 Gewichtsprozent Fe ergibt. Diese Späne werden gemäss Beispiel 8 aufgearbeitet, mit der Abänderung, dass die Warmpressform mit 170 g des Spangemisches beschickt und auf 600 C erwärmt wird. Das erhaltene gesinterte Verbundtargetmaterial weist im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das ursprüngliche Produkt auf. Die Struktur ist in Fig. 2 dargestellt, woraus sich ergibt, dass eine Phase einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Co-Spänen vorliegt. Die Mengenverhältnisse der drei Phasen, d.h. Tb-Späne, Fe-Co-Späne und intermetallische Verbindung, betragen 21, 55 bzw. 24 Volumenprozent. Das Verbundtargetmaterial weist einen Durchmesser von 127 mm und eine Dicke von 2 mm auf. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0,01 Gewichtsprozent. Dieses Targetmaterial besitzt eine

2
Biegefestigkeit von 17 kg/mm und eine ausreichend gute

ORlGWAL INSPECTED

Beständigkeit gegen thermische Belastungen. Das Targetmaterial wird gemäss Beispiel 8 einer Magnetron-Zerstäubung unterworfen. Es ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 4700 S/min.

Beispiel 11

Teilchen (durchschnittliche Grosse 100 ;um) aus Co (Reinheit 99,99 Prozent) werden mit einer Eisenschicht von einer durchschnittlichen Dicke von 1 ^m plattiert. Das erhaltene Pulver setzt sich aus 97 Gewichtsprozent Co und 3 Gewichtsprozent Fe zusammen.

Eine Tb-Ho-Legierung mit einem Gehalt an 20 Gewichtsprozent Ho und einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 100 μτα wird mit dem eisenplattierten Pulver in Mengenverhältnissen von 58,4 Gewichtsprozent eisenplattiertem Pulver und 41,6 Gewichtsprozent Tb-Legierung vermischt. Das Gemisch wird gemäss Beispiel 8 verarbeitet, mit der Abänderung, dass die Warmpressform mit 310 g Gemisch beschickt und auf 600°C erwärmt wird. Das erhaltene gesinterte Verbundtargetmaterial weist im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das ursprüngliche Produkt auf. Es besitzt an der Grenzfläche zwischen der Fe-Schicht und den Tb-Legierungsteilchen eine Phase aus einer intermetallischen Verbindung.

Die Mengenverhältnisse der vier Phasen, d.h. Tb-Legierungsteilchen, Eisenschicht, Co-Teilehen und intermetallische Verbindung betragen 44, 2,8, 53 bzw. 0,2 Volumenprozent. Das Verbundtargetmaterial weist einen Durchmesser von 127 mm, eine Dicke von 3 mm und einen Sauerstoffgehalt von 0,18 Gewichtsprozent auf. Es besitzt eine Biegefestigkeit

von 9 kg/mm und eine ausreichend gute Beständigkeit gegen thermische Belastungen. Bei Magnetron-Zerstäubung gemäss Beispiel 8 ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 4500 S/min.

Beispiel 12

Ein Pulver aus einer Tb-Tm-Legierung mit einem Gehalt an

5 Gewichtsprozent Tm (durchschnittliche Teilchengrösse 1O_xUm), ein Pulver aus einer Dy-Ho-Legierung mit einem Gehalt an 5 Gewichtsprozent Ho (durchschnittliche Teilchengrösse 10 xim) und Eisenschrot (durchschnittliche Pelletgrösse 200 ,um, Reinheitsgrad 99,99 Prozent) werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung aus 20 Gewichtsprozent Tb-Legierung, 23 Gewichtsprozent Dy-Legierung und 57 Gewichtsprozent Eisenschrot ergibt. Diese Pulver und das Schrot werden gemäss Beispiel 8 verarbeitet, mit der Abänderung, dass 750 g des Pulvergemisches in eine Warmpressform mit einem Innendurchmesser von 203 mm. gegeben werden und die Form auf 600⁰C erwärmt wird. Die Zusammensetzung des erhaltenen gesinterten Verbundtargetmaterials mit einem Durchmesser von 203 mm und einer Dicke von 4 mm entspricht im wesentlichen der Zusammensetzung des Ausgangsprodukts. Das Targetmaterial weist die in Fig. 3 dargestellte Struktur auf, wobei eine Phase einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zwischen den Tb-Dy-Teilchen und den Fe-Pellets vorhanden ist. Die Mengenanteile der vier Phasen, d.h. Tb-Legierungsteilchen, Dy-Legierungsteilchen, Fe-Pellets und intermetallische Verbindung, betragen 17, 17, 17 bzw. 49 Volumenprozent. Dieses Targetmaterial weist einen Sauerstoffgehalt von 0,24 Gewichtsprozent und eine Biegefestigkeit von ρ

1° kg/mm auf und ist gegen thermische Beanspruchungen ausreichend gut beständig. Bei Magnetron-Zerstäubung gemäss Beispiel 8 ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 5800 S/min.

Beispiel 13

Die nachstehend angegebenen drei Pulver, die jeweils eine durchschnittliche Teilchengrösse von 100 ,um aufweisen, d.h. Tb-Pulver (Reinheit 99.9 Prozent), Fe-Co-Legierungspulver (25 Atomprozent Co) und Fe-Pulver (Reinheit 99,99 Prozent) werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung von 48,5 Gewichtsprozent Tb, 27,64 Gewichtsprozent Fe-Co-Legierung und 23,86 Ge-

wichtsprozent Fe ergibt. Die Pulver werden 20 Minuten trocken in einer Argonatmosphäre vermischt. 270 g des erhaltenen Gemisches werden in eine Dose aus rostfreiem Stahlblech (1,2 mm Dicke), die mit einer Evakuierungsleitung versehen ist und einen Innendurchmesser von 125 mm und eine Tiefe von 4 mm aufweist (d.h. Aussendurchmesser 127,4 mm und Dicke 6,4 mm), gebracht. Die Dose wird durch Evakuieren auf 1 χ 10" Torr verschlossen und bei einer Temperatur von 600⁰C durch Warmwalzen auf eine Dicke von 4 mm gebracht. Die gewalzte Dose wird sodann 10 Stunden auf 68O⁰C erwärmt. Nach dem Abkühlen wird die Dose durch spanabhebende Verarbeitung entfernt. Man erhält ein gesintertes Verbundtargetmaterial.

Bei mikroskopischer Betrachtung (200-fache Vergrösserung) des Verbundtargetmaterials ergibt sich die in Fig. 4 gezeigte Struktur. Es ist die Bildung einer Phase einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zwischen den Tb-Teilchen (schwarze Bereiche) und den Fe- oder Fe-Co-Legierungsteilchen (weisse Bereiche) ersichtlich.

Das Verbundtargetmaterial weist eine Biegefestigkeit von

2
13 kg/mm auf. Bei einer Magnetron-Zerstäubung gemäss Beispiel 8 ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 4800 S/min.

Beispiel 14

Zwei Pulver, die jeweils eine durchschnittliche Teilchengrösse von 80 ym aufweisen, d.h. Tb-Pulver (Reinheit 99 > 9 Prozent) und Fe-Pulver (99,99 Prozent) werden in so dosierten Mengen bereitgestellt, dass sich eine Zusammensetzung mit einem Gehalt an 48,68 Gewichtsprozent Tb und 51,32 Gewichtsprozent Fe ergeben. Diese beiden Pulver werden gemäss Beispiel 13 aufgearbeitet, mit der Abänderung, dass der Warmwalzvorgang durch Heisschmieden bei 700 C mit einer 200 t-Schmiedemaschine durchgeführt und die anschliessende Wärmebehandlung 4 Stunden bei 780°C (Aufheizge-

schwindigkeit 700°C/h) vorgenommen wird.

Die Metallstruktur des erhaltenen gesinterten Verbundtargetmaterials wird unter einem Mikroskop (200-fache Vergrösserung) betrachtet. Das Ergebnis ist in Fig. 5 dargestellt. Es ergibt sich klar die Anwesenheit einer Phase einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zwischen den Tb- und Fe-Teilchen. Dieses Verbundtargetmaterial besitzt eine Biegefestigkeit von 8 kg/mm . Bei Magnetron-Zerstäubung gemäss Beispiel 8 ergibt sich eine Abscheidungsgeschwindigkeit von 5200 Ä/min.

Beispiel 15

Gesinterte Verbundtargetmaterialien (Durchmesser 127 mm, Dicke 5 mm) werden gemäss Beispiel 8 hergestellt, mit der Abänderung, dass die in Tabelle I angegebenen Ausgangsprodukte eingesetzt werden. Die erhaltenen Verbundtargetmaterialien weisen im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die Ausgangsprodukte auf. Die Sauerstoffkonzentrationen sind in Tabelle I angegeben. Die Strukturen gleichen sich insofern, als an der Grenzfläche zwischen den Teilchen der Seltenen Erdmetalle und der Übergangsmetalle intermetallische Verbindungen vorliegen, deren Anteile in Tabelle I angegeben sind.

In Tabelle I sind ferner die Werte für die Biegefestigkeit der Verbundtargetmaterialien und die bei Magnetron-Zerstäubung gemäss Beispiel 8 erzielten Abscheidungsgeschwindigkeiten angegeben.

Cu

ω O

σι

Tabelle I

Probe
Nr.

Zusammensetzung (Gew.-%)

gesintertes Verbundtargetmaterial

Biegefestigkeit
(kg/mm )

Seltene Erd - Übergangsmetalle metalle

O₂-Gehalt (Gew.-%)

Gehalt an intermetallischer Verbindungsphase

Abscheidungsgeschwind igkeit

(S/min)

Tb-10% Dy-Legierung: 42%

Gd: 38% Dy: 42% Ho: 42% Im: 47% Er: 49% Gd: 21% Dy: 21% Tb: 13% Gd: 14% Dy: 15%

Gd- 10% Tb-Legierung 42%

Gd: 30%

Tb - 3% ErLegierung: 7%

Fe-8% Ni-Legierung: Rest

Co: Rest Co: Rest Ni: Rest Co: Rest Fe: Rest Fe: 27% Ni: 31%

Fe: Rest

Co - 8% Fe-Legierung: Rest

Fe: Rest

0,1

0,13 0,20 0,08 0,15 0,20 0,10

0,19

0,05

0,12

6 18 15

3 28

35

48

13

12

10

8,5

6700

9	5300
11	5900
15	4300
7,8	6600
12	5000
15	4800

6000

5700

4400

Nachstehend sind die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundtargetmaterials sowie des gemäss diesem Verfahren erhaltenen Materials zusammengestellt :
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(1) Herkömmliche Legierungstargetmaterialien, die durch Warmpressen von vorlegierten Pulvern aus Seltenen Erdmetallen und übergangsmetallen hergestellt worden sind, haben relative Dichten im Bereich von 88 bis 92 Prozent.

Im Vergleich dazu können nach dem erfindungsgemässen Verfahren Verbundtargetraaterialien mit einer relativen Dichte im Bereich von 96 bis 100 Prozent hergestellt werden. Derart hohe relative Dichten lassen sich ohne Anwendung von hohen Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1100 C erzielen, vielmehr sind Temperaturen (z.B. 600 oder 800 C) unterhalb des eutektischen Punkts des Systems der Metallkomponenten im Targetmaterial ausreichend, um die gewünschten hohen Dichten zu erreichen.

(2) Herkömmliche Legierungstargetmaterialien weisen Sauerstoff konzentrationen von nicht unter 0,5 Gewichtsprozent auf. Demgegenüber besitzen die erfindungsgemässen Verbundtargetmaterialien niedere Sauerstoffkonzentrationen von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent.

(3) Abgesehen von den unter (1) erläuterten hohen Dichten zeichnen sich die erfindungsgemässen Verbundtargetmaterialien dadurch aus, dass die Seltenen Erdmetalle und Übergangsmetalle zum Teil durch eine Phase einer intermetallischen Verbindung miteinander verbunden sind. Daher besitzt das Targetmaterial eine ausreichende Festigkeit, die es ermöglicht, geringe Dicken und grosse Durchmesser zu verwirklichen.

(4) Wie aus den Beispielen 8 bis 14 und aus Tabelle I hervorgeht, besitzt das erfindungsgemässe gesinterte Verbundtargetmaterial eine hohe Festigkeit mit einer Biegefestig-

keit von etwa 7 bis 20 kg/ram . Diese mit einer guten Beständigkeit gegenüber thermischen Beanspruchungen kombinierte Festigkeit ermöglicht die Bereitstellung von Targetmaterialien mit so hoher Festigkeit, dass sie die Handhabung und thermische Beanspruchungen während der Zerstäubungsvorgänge ohne Rissbildung überstehen. Die Targetmaterialien, die eine einstückige Struktur und eine hohe Festigkeit aufweisen, gestatten Dreh- und Wendeoperationen während der Zerstäubungsvorgänge. Der Sauerstoffgehalt liegt nicht über 0,3 Gewichtsprozent. Daher lässt sich ein Film mit senkrechter Magnetisierung, der sich für magnetooptische Aufzeichnungsvorgänge eignet, leicht durch Zerstäuben dieses Verbundtargetmaterials erzielen. Die beim Zerstäuben erzielbare Abscheidungsgeschwindigkeit beträgt 4000 bis 7000 S/min, was das 2- bis 7-fache der entsprechenden Geschwindigkeit von herkömmlichen Verbundmaterialien darstellt. Mit anderen Worten, lässt sich durch Zerstäuben des erfindungsgemässen Targetmaterials ein Film von gewünschter Dicke innerhalb einer Zeitspanne herstellen, die 1/2 bis 1/7 der beim herkömmlichen Verfahren erforderlichen Dauer beträgt. Eine ernste Schwierigkeit bei Zerstäubungsverfahren ist üblicherweise die langsame Filmabscheidungsgeschwindigkeit; jedoch lässt sich dieses Problem in zufriedenstellender Weise durch Verwendung der erfindungsgemässen gesinterten Verbundtargetmaterialien lösen.

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Claims

PATENTANWÄLTE "' : ..:. Or0nini STREHL SCHUBEL---HOPF SCHULZ-'---" WIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22 DIPL. INO. PETER STREHL DIPL.-CHEM. DK. URSULA SOHÜBEL-HOPF IMPL.-PHYS. IJR. RUTGER SCHULZ AUC'H RECHTSANWALT BEI DEN LANDGERICHTEN MÜNCHEN I UND Il ALSO EUROPEAN PATENT ATTORNEYS TELEFON (089) 223911 TELEX 5 214036 SSSM D TELECOPIER (089) 223915 DEA-23 195 18. Oktober 1985 Verbundtargetmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundtargetmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass man

- ein Gemisch aus mindestens einem Seltenen Erdmetall aus der Gruppe Gd, Tb, Dy und Legierungen davon, die als Pulver, feine Teilchen, Späne oder Kombinationen davon vorliegen, und aus einem Pulver mindestens eines Übergangsmetalls aus der Gruppe Fe, Co und Legierungen davon herstellt; und

- das Gemisch unter vermindertem Druck oder unter Inert-. gasatmosphäre bei einer Temperatur unterhalb des eutektischen Punkts des Systems der Metallkomponenten im Gemisch einer Wärmeverformung unterzieht, wobei eine intermetallische Verbindung an der Grenzfläche zwischen dem Seltenen Erdmetall und dem übergangsmetall ausgebildet wird, während die Metalle miteinander verbunden werden.

2. Gesintertes Verbundtargetmaterial, bestehend aus 30 bis 50 Gewichtsprozent mindestens eines Seltenen Erdmetalls aus der Gruppe Tb, Gd, Dy, Ho, Tm, Er und Legierungen davon, wobei der Rest aus mindestens einem übergangsmetall aus der Gruppe Fe, Co, Ni und Legierungen davon sowie Verunreinigungen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Targetmaterials so beschaffen ist, dass an der Grenzfläche zwischen den Teilchen der Seltenen Erdmetalle und der Übergangsmetalle eine intermetallische Verbindung vorliegt.