RU2819192C1 - Method of producing high-purity nickel for sputtered targets - Google Patents
Method of producing high-purity nickel for sputtered targets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819192C1 RU2819192C1 RU2023124878A RU2023124878A RU2819192C1 RU 2819192 C1 RU2819192 C1 RU 2819192C1 RU 2023124878 A RU2023124878 A RU 2023124878A RU 2023124878 A RU2023124878 A RU 2023124878A RU 2819192 C1 RU2819192 C1 RU 2819192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- powder
- stage
- temperature
- vacuum
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 107
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims description 8
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 6
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 6
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000004896 high resolution mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно порошковой металлургии, и может быть использовано при производстве распыляемых мишеней для магнетронного и электронно-лучевого распыления.The invention relates to the field of metallurgy, namely powder metallurgy, and can be used in the production of sputtering targets for magnetron and electron beam sputtering.
Проблема получения мишеней для распыления заключается в том, что из-за высоких требований к чистоте (не ниже 99,99 %), массогабаритным характеристикам (масса мишени может достигать 10 килограмм) и гомогенности (мишень по всему своему объему должна иметь близкий химический состав) для изготовления таких мишеней требуется большой объем оборудования:The problem of obtaining targets for sputtering is that due to high requirements for purity (not lower than 99.99%), weight and size characteristics (target mass can reach 10 kilograms) and homogeneity (the target must have a similar chemical composition throughout its entire volume) To manufacture such targets, a large amount of equipment is required:
- оборудование для получения соединений металла, например, хлорирования;- equipment for producing metal compounds, for example, chlorination;
- оборудование для восстановления соединений до чистых металлов, например, проходная водородная печь;- equipment for reducing compounds to pure metals, for example, a continuous hydrogen furnace;
- плавильное вакуумное оборудование. - melting vacuum equipment.
Известен способ электронно-лучевой зонной плавки металла в вакуумной охлаждаемой плавильной камере с электронно-лучевой пушкой, согласно которому обрабатываемый металл и затравочный кристалл помещают в плавильную камеру, приваривают к основанию держателя затравочный кристалл с известной ориентировкой оси роста, устанавливают на нем обрабатываемый металл и подвергают его зонному переплаву путем воздействия на него электронным потоком с одновременным вращением обрабатываемого металла вокруг оси, проходящей через держатель, и при перемещении источника электронов вдоль выращиваемого кристалла по всей длине обрабатываемого металла до получения монокристалла заданных кристаллографических параметров (патент РФ на изобретение №№ 2287023 от 05.05.2005, МПК C22B 9/22, C30B 13/22, C30B 13/32, опубл. 10.11.2006. Бюл. № 31).There is a known method of electron beam zone melting of metal in a vacuum cooled melting chamber with an electron beam gun, according to which the metal being processed and a seed crystal are placed in the melting chamber, a seed crystal with a known orientation of the growth axis is welded to the base of the holder, the metal being processed is installed on it and subjected its zone remelting by exposing it to an electron flow with simultaneous rotation of the metal being processed around an axis passing through the holder, and when moving the electron source along the grown crystal along the entire length of the metal being processed until a single crystal of the specified crystallographic parameters is obtained (RF patent for invention No. 2287023 dated 05.05 .2005, IPC C22B 9/22, C30B 13/22, publ. 11/10/2006.
Недостатком данного способа получения высокочистого никеля является сложность и дороговизна оборудования для его выполнения, а также необходимость наличия как установки для электронно-лучевого рафинирования металлов, так и установки вакуумной плавки при изготовлении мишеней средних и больших размеров (3 кг и более).The disadvantage of this method for producing high-purity nickel is the complexity and high cost of equipment for its implementation, as well as the need for both an installation for electron beam refining of metals and a vacuum melting installation for the manufacture of targets of medium and large sizes (3 kg or more).
Наиболее близким является способ получения высокочистого никеля для распыляемых мишеней, включающий зонное хлорирование металлического никеля в токе газообразного хлора при температуре 940-970 °С до получения порошка хлорида никеля, одностадийную сублимацию во влажном аргоне при температуре 940-970 °С порошка хлорида никеля с получением паров хлоридов никеля, гомогенное восстановление паров хлорида никеля в токе осушенного водорода при температуре 950-980 °С и соотношении расходов водорода и аргона 1:2-1:3 с получением фольги и кристаллов восстановленного никеля, прессование фольги и кристаллов восстановленного никеля, вакуумную зонную перекристаллизацию с получением слитков, которые переплавляют в охлаждаемом плоском кристаллизаторе в вакууме с получением плоского слитка и проплавление его с каждый стороны на полную глубину не менее двух раз. (патент РФ на изобретение № 2377330 от 14.07.2008, МПК C22B 23/00, C22B 9/16, C22B 5/12, опубл. 27.12.2009. Бюл. № 36).The closest is the method of producing high-purity nickel for sputtering targets, including zone chlorination of metallic nickel in a stream of chlorine gas at a temperature of 940-970 °C to obtain nickel chloride powder, one-stage sublimation in humid argon at a temperature of 940-970 °C of nickel chloride powder to obtain nickel chloride vapors, homogeneous reduction of nickel chloride vapors in a stream of dried hydrogen at a temperature of 950-980 °C and a ratio of hydrogen and argon consumption of 1:2-1:3 with the production of foil and crystals of reduced nickel, pressing of foil and crystals of reduced nickel, vacuum zone recrystallization to produce ingots, which are melted in a cooled flat crystallizer in a vacuum to produce a flat ingot and melting it on each side to the full depth at least twice. (RF patent for invention No. 2377330 dated July 14, 2008, IPC C22B 23/00, C22B 9/16, C22B 5/12, published December 27, 2009. Bulletin No. 36).
Недостатком данного способа является необходимость иметь оборудование хлорирования порошка для получения соединения металла, оборудование для восстановления соединения металла - водородную печь, а также оборудование для вакуумной плавки металла. При этом оборудование для хлорирования и водородного восстановления имеет высокие требования по обеспечению безопасности и высокий класс опасности. Так при использовании хлора необходимо соблюдать требования Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора", а при работе с водородными печами предъявляются повышенные требования к промышленной и пожарной безопасности. Также недостатком известного способа является то, что в хлоридном процессе качество получаемого материала сильно зависит от выбора исходного материала, емкости реакционного сосуда, соотношения хлора, чистоты исходного металла, а также правильности выбора температуры для осаждения. Кроме того, использование вакуумного плавления и очистки исходных порошков хлорида никеля, полученных по хлоридной технологии, часто не дает желаемого результата, так как слитки на конечном этапе имеют плохую макроструктуру, а выращивание монокристаллов сильно осложняется наличием примесей. Так же вышеописанный способ обладает крайне низкой производительностью за счёт получения тонких слоев фольги или единичных кристаллов при восстановлении паров хлорида никеля в токе осушенного водорода, что делает очень длительным процесс получение мишеней более 1 кг.The disadvantage of this method is the need to have equipment for chlorinating the powder to obtain a metal compound, equipment for restoring the metal compound - a hydrogen furnace, as well as equipment for vacuum melting of the metal. At the same time, equipment for chlorination and hydrogen reduction has high safety requirements and a high hazard class. Thus, when using chlorine, it is necessary to comply with the requirements of the Federal norms and regulations in the field of industrial safety “Safety rules for the production, storage, transportation and use of chlorine”, and when working with hydrogen furnaces, increased requirements for industrial and fire safety are imposed. Another disadvantage of the known method is that in the chloride process, the quality of the resulting material greatly depends on the choice of the starting material, the capacity of the reaction vessel, the chlorine ratio, the purity of the starting metal, as well as the correct choice of temperature for deposition. In addition, the use of vacuum melting and purification of initial nickel chloride powders obtained using chloride technology often does not give the desired result, since the ingots at the final stage have a poor macrostructure, and the growth of single crystals is greatly complicated by the presence of impurities. Also, the method described above has extremely low productivity due to the production of thin layers of foil or single crystals during the reduction of nickel chloride vapor in a stream of dried hydrogen, which makes the process of obtaining targets larger than 1 kg very long.
Задачей данного изобретения является разработка способа изготовления распыляемых мишеней из высокочистого никеля, обладающего достаточной производительностью и не требующего применения дорогостоящего оборудования для проведения операции восстановления металлов из соединений в водородной печи.The objective of this invention is to develop a method for manufacturing sputtering targets from high-purity nickel, which has sufficient productivity and does not require the use of expensive equipment for the operation of recovering metals from compounds in a hydrogen furnace.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение высокочистого никеля в виде ультрадисперсного порошка высокого качества и с минимальным содержанием примесей и максимальным содержанием чистого никеля 99,99 %, которое достигается благодаря применению в качестве исходного сырья ультрадисперсного порошка никеля карбонильного с исходной чистотой не ниже 99,7 %, в котором двумя основными примесями является углерод и железо. Так же предложенный способ обладает низкой себестоимостью, благодаря сокращению количества оборудования, применяемого в способе. Мишени, полученные данным способом, имеют высокую чистоту и однородный химический состав по всему объему, что достигается благодаря использованию технологии двухступенчатого термического обезуглероживания порошка, а также последующего вакуумного индукционного переплава.The technical result of the proposed method is the production of high-purity nickel in the form of ultrafine powder of high quality and with a minimum content of impurities and a maximum content of pure nickel of 99.99%, which is achieved through the use of ultrafine carbonyl nickel powder with an initial purity of at least 99.7% as the feedstock. , in which the two main impurities are carbon and iron. Also, the proposed method has a low cost due to the reduction in the amount of equipment used in the method. Targets obtained by this method have high purity and a uniform chemical composition throughout the entire volume, which is achieved through the use of two-stage thermal decarburization of the powder, as well as subsequent vacuum induction remelting.
Технический результат достигается тем, что способ получения высокочистого никеля для распыляемых мишеней, заключающийся в получении карбонильным методом никелевого порошка с содержанием примеси углерода до 0,28 мас. % и железа до 0,01 мас. %, полученный никелевый порошок подвергают вакуумному обезуглероживанию двухступенчатой термической обработкой в высоком вакууме, первая ступень которой заключается в нагреве никелевого порошка до температуры 650-750 °С с выдержкой в течение 2 ч, вторая ступень термической обработки заключается в нагреве от температуры первой ступени термической обработки до температуры 1350-1400 °С с выдержкой в течение 5 ч, затем полученный никелевый порошок с содержанием никеля до 99,99 мас. % остывает вместе с печью до комнатной температуры, после чего его извлекают из печи для хранения в таре с защитной атмосферой аргона при избыточном давлении 0,5 атм., после чего осуществляют плавку мишеней из полученного никелевого порошка в вакуумной печи.The technical result is achieved by the fact that the method of producing high-purity nickel for sputtering targets, which consists in producing nickel powder with a carbon impurity content of up to 0.28 wt. using the carbonyl method. % and iron up to 0.01 wt. %, the resulting nickel powder is subjected to vacuum decarburization by two-stage heat treatment in a high vacuum, the first stage of which consists of heating the nickel powder to a temperature of 650-750 ° C with holding for 2 hours, the second stage of heat treatment consists of heating from the temperature of the first stage of heat treatment to a temperature of 1350-1400 °C with exposure for 5 hours, then the resulting nickel powder with a nickel content of up to 99.99 wt. % cools down with the furnace to room temperature, after which it is removed from the furnace for storage in a container with a protective atmosphere of argon at an excess pressure of 0.5 atm, after which targets are melted from the resulting nickel powder in a vacuum furnace.
Применение никелевого порошка, полученного карбонильным методом, позволяет использовать материал, в котором гарантировано основной примесью является углерод, который эффективно удаляется из металла при термической обработке в вакууме.The use of nickel powder obtained by the carbonyl method allows the use of a material in which the main impurity is guaranteed to be carbon, which is effectively removed from the metal during heat treatment in a vacuum.
Двухступенчатая термическая обработка позволяет понизить содержание углерода с 0,28% до 0,002-0,004%, а также удалить гидриды и оксиды металла, имеющиеся в порошке, тем самым повышается качество порошка высокочистого никеля для последующей вакуумной индукционной переплавки.Two-stage heat treatment makes it possible to reduce the carbon content from 0.28% to 0.002-0.004%, as well as remove metal hydrides and oxides present in the powder, thereby increasing the quality of high-purity nickel powder for subsequent vacuum induction remelting.
При этом нагрев до температуры 650-750 °С на первой ступени термообработки позволяет эффективно очистить порошок от углерода и гидридов металлов.At the same time, heating to a temperature of 650-750 °C at the first stage of heat treatment makes it possible to effectively clean the powder from carbon and metal hydrides.
Нагрев до температуры 1350-1400 °С на второй ступени термообработки позволяет выполнить доочистку от примесей, а также выровнять структурно-фазовый и химический состав порошка. Тем самым уменьшается количество примесей до минимального размера, что повышает качество получаемого высокочистого никеля.Heating to a temperature of 1350-1400 °C at the second stage of heat treatment allows for additional purification from impurities, as well as leveling the structural-phase and chemical composition of the powder. This reduces the amount of impurities to a minimum size, which improves the quality of the resulting high-purity nickel.
Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.
Получают никелевый порошок карбонильным методом, при этом для дальнейшего использования отбирают никелевый порошок с содержанием примесей углерода и железа не более 0,28 % и 0,01 % соответственно. Размер частиц порошка составляет от 50нм до 3 мкм. Содержание примесей углерода и железа в полученном никелевом порошке является минимальным, что в конечном итоге позволяет получить готовый высокочистый никель с содержанием никеля до 99,99 %.Nickel powder is obtained by the carbonyl method, and nickel powder with a carbon and iron impurity content of no more than 0.28% and 0.01%, respectively, is selected for further use. The particle size of the powder ranges from 50nm to 3 microns. The content of carbon and iron impurities in the resulting nickel powder is minimal, which ultimately makes it possible to obtain finished high-purity nickel with a nickel content of up to 99.99%.
Затем полученный никелевый порошок подвергают вакуумному обезуглероживанию двухступенчатой термической обработка в высоком вакууме порядка 10-5 мм рт. ст. Двухступенчатая термическая обработка позволяет удалить гидриды и оксиды металла, имеющиеся в порошке, тем самым повышается качество порошка высокочистого никеля для последующей вакуумной индукционной переплавки.Then the resulting nickel powder is subjected to vacuum decarburization by two-stage heat treatment in a high vacuum of the order of 10 -5 mm Hg. Art. Two-stage heat treatment allows you to remove metal hydrides and oxides present in the powder, thereby increasing the quality of high-purity nickel powder for subsequent vacuum induction remelting.
Первая ступень термической обработки заключается в нагреве никелевого порошка до температуры 650-750 °С с выдержкой в течение 2 ч. Во время этой ступени термической обработки происходит обезуглероживание материала.The first stage of heat treatment consists of heating the nickel powder to a temperature of 650-750 °C and holding for 2 hours. During this stage of heat treatment, the material is decarbonized.
Если на первой ступени термической обработки осуществить нагрев никелевого порошка до температуры менее 650 °С, то это существенно снизит эффективность обезуглероживания и негативно скажется на качестве готового высокочистого никеля.If, at the first stage of heat treatment, the nickel powder is heated to a temperature of less than 650 °C, this will significantly reduce the efficiency of decarburization and negatively affect the quality of the finished high-purity nickel.
Если на первой ступени термической обработки осуществить нагрев никелевого порошка до температуры выше 750 °С, то процесс обезуглероживания может незначительно ускориться, однако это энергоэффективность процесса упадет.If, at the first stage of heat treatment, the nickel powder is heated to a temperature above 750 °C, then the decarburization process may accelerate slightly, but the energy efficiency of the process will decrease.
На второй ступени термической обработки осуществляют нагрев от температуры первой ступени термической обработки до температуры 1350-1400 °С с выдержкой при этой температуре в течение 5 ч.At the second stage of heat treatment, heating is carried out from the temperature of the first stage of heat treatment to a temperature of 1350-1400 °C with holding at this temperature for 5 hours.
Если температура нагрева на второй ступени термической обработки составит более 1400 °С, то тогда начнется процесс оплавления порошка и образованию агломераций за счет сил поверхностного натяжения, что приведет к получению бракованного порошка высокочистого никеля, который сложно будет использовать для дальнейшего вакуумного переплава.If the heating temperature at the second stage of heat treatment is more than 1400 °C, then the process of powder melting and the formation of agglomerations due to surface tension forces will begin, which will lead to the production of defective high-purity nickel powder, which will be difficult to use for further vacuum remelting.
Затем полученный никелевый порошок с содержанием никеля до 99.99 % остывает вместе с печью до комнатной температуры. Это позволит получить равномерную структуру и однородный химический состав порошка.Then the resulting nickel powder with a nickel content of up to 99.99% cools down with the furnace to room temperature. This will allow you to obtain a uniform structure and homogeneous chemical composition of the powder.
В результате получаем высокочистый никель с содержанием никеля до 99,99 % As a result, we obtain high-purity nickel with a nickel content of up to 99.99%
Готовый продукт извлекается из печи для хранения в таре с защитной атмосферой аргона при избыточном давлении 0,5 атм.The finished product is removed from the oven for storage in a container with a protective argon atmosphere at an excess pressure of 0.5 atm.
После этого можно осуществлять плавку мишеней следующим образом - необходимое количество порошка помещают в вакуумную печь или установку для вакуумно-индукционного переплава, после чего производят плавку металла при температуре 1460-1550 °С и выдерживают в жидком (расплавленном) виде при этой температуре в высоком вакууме не менее 10 мин, что позволяет расплавить никель, а более тугоплавкие примеси металла либо осаждаются на дно, если их плотность больше плотности никеля, либо всплывают на поверхность расплава, если их плотность ниже плотности никеля. Далее вакуумный затвор перекрывается и происходит напуск интересного газа, например, аргона, для обеспечения высокой скорости кристаллизации металла, что позволяет исключить диффузию примесей вглубь слитка.After this, the targets can be melted as follows - the required amount of powder is placed in a vacuum furnace or installation for vacuum induction remelting, after which the metal is melted at a temperature of 1460-1550 ° C and kept in liquid (molten) form at this temperature in a high vacuum at least 10 minutes, which allows nickel to melt, and more refractory metal impurities either settle to the bottom if their density is greater than the density of nickel, or float to the surface of the melt if their density is lower than the density of nickel. Next, the vacuum seal is closed and an interesting gas, for example, argon, is injected to ensure a high rate of crystallization of the metal, which eliminates the diffusion of impurities deep into the ingot.
В конце происходит механическая обработка полученного слитка в необходимый размер, при которой удаляется поверхностный слой металла, содержащий примеси.At the end, the resulting ingot is mechanically processed to the required size, during which the surface layer of metal containing impurities is removed.
Пример осуществления способаAn example of the method
Карбонильным методом из получают никелевый порошок со следующим содержанием компонентов:Using the carbonyl method, nickel powder is obtained with the following content of components:
Никелевый порошок загружают в печь, создают высокий вакуум 10-5 мм рт. ст. и нагревают (первая ступень термической обработки) до температуры 680±10 °С. Выдерживают при этой температуре выдержкой в течение 2 ч.Nickel powder is loaded into the furnace, a high vacuum of 10 -5 mm Hg is created. Art. and heated (first stage of heat treatment) to a temperature of 680±10 °C. Maintain at this temperature for 2 hours.
Затем по истечении 2 ч осуществляют вторую ступень термической обработки: нагревают до температуры 1360±10 °С и выдерживают при такой температуре 5 ч. После этого готовый порошок остывает до комнатной температуры вместе с печью.Then, after 2 hours, the second stage of heat treatment is carried out: heated to a temperature of 1360 ± 10 ° C and maintained at this temperature for 5 hours. After this, the finished powder cools to room temperature along with the oven.
После этого осуществляем плавку мишеней следующим образом – 300 грамм порошка насыпают в танталовый тигель и загружают в вакуумную печь, после чего производят плавку металла при температуре 1480±10 °С и выдерживают в жидком (расплавленном) виде при этой температуре в высоком вакууме 15 мин, что позволяет расплавить никель, а более тугоплавкие примеси металла либо осаждаются на дно, если их плотность больше плотности никеля, либо всплывают на поверхность расплава, если их плотность ниже плотности никеля. Далее перекрывается вакуумный затвор и происходит аргона комнатной температуры, что обеспечивает высокую скорость кристаллизации металла.After this, we melt the targets as follows - 300 grams of powder are poured into a tantalum crucible and loaded into a vacuum furnace, after which the metal is melted at a temperature of 1480 ± 10 ° C and kept in liquid (molten) form at this temperature in a high vacuum for 15 minutes, which allows nickel to melt, and more refractory metal impurities either settle to the bottom if their density is greater than the density of nickel, or float to the surface of the melt if their density is lower than the density of nickel. Next, the vacuum seal is closed and argon is released at room temperature, which ensures a high rate of crystallization of the metal.
Результатами химического анализа, проведенного методом масс-спектрометрии высокого разрешения с тлеющим разрядом установлено, что чистота никеля составила 4N: 99,99223 % (по массе) – рассчитано как разница суммы концентраций примесей от 100 %.The results of a chemical analysis carried out by high-resolution mass spectrometry with a glow discharge revealed that the purity of nickel was 4N: 99.99223% (by weight) - calculated as the difference in the sum of impurity concentrations from 100%.
Так же был проведен химический анализ высокочистого никеля марки Н0 ГОСТ 849-2018. A chemical analysis of high-purity nickel grade N0 GOST 849-2018 was also carried out.
Сравнение полученного порошка с известным показало, что полученный слиток высокочистого никеля соответствует требованиям к химическому составу никеля марки Н0 по ГОСТ 849-2018.A comparison of the resulting powder with the known one showed that the resulting high-purity nickel ingot meets the requirements for the chemical composition of N0 grade nickel according to GOST 849-2018.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить высокочистый никель высокого качества за счет обезуглероживания двухступенчатой термической обработкой с последующим вакуумным переплавом.Thus, the proposed method makes it possible to obtain high-purity, high-quality nickel through decarburization by two-stage heat treatment followed by vacuum remelting.
Благодаря тому, что способ получения высокочистого никеля для распыляемых мишеней, заключающийся в получении карбонильным методом никелевого порошка с содержанием примеси углерода до 0,28 мас. % и железа до 0,01 мас. %, полученный никелевый порошок подвергают вакуумному обезуглероживанию двухступенчатой термической обработкой в высоком вакууме, первая ступень которой заключается в нагреве никелевого порошка до температуры 650-750 °С с выдержкой в течение 2 ч, вторая ступень термической обработки заключается в нагреве от температуры первой ступени термической обработки до температуры 1350-1400 °С с выдержкой в течение 5 ч, затем полученный никелевый порошок с содержанием никеля до 99,99 мас. % остывает вместе с печью до комнатной температуры, после чего его извлекают из печи для хранения в таре с защитной атмосферой аргона при избыточном давлении 0,5 атм., после чего осуществляют плавку мишеней из полученного никелевого порошка в вакуумной печи, достигается получение высокочистого никеля в виде ультрадисперсного порошка высокого качества и с минимальным содержанием примесей и максимальным содержанием чистого никеля 99,99 %.Due to the fact that the method of producing high-purity nickel for sputtering targets, which consists in producing nickel powder with a carbon impurity content of up to 0.28 wt. using the carbonyl method. % and iron up to 0.01 wt. %, the resulting nickel powder is subjected to vacuum decarburization by two-stage heat treatment in a high vacuum, the first stage of which consists of heating the nickel powder to a temperature of 650-750 ° C with holding for 2 hours, the second stage of heat treatment consists of heating from the temperature of the first stage of heat treatment to a temperature of 1350-1400 °C with exposure for 5 hours, then the resulting nickel powder with a nickel content of up to 99.99 wt. % cools down with the furnace to room temperature, after which it is removed from the furnace for storage in a container with a protective atmosphere of argon at an excess pressure of 0.5 atm., after which targets are melted from the resulting nickel powder in a vacuum furnace, obtaining high-purity nickel in in the form of ultrafine powder of high quality and with a minimum content of impurities and a maximum content of pure nickel of 99.99%.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819192C1 true RU2819192C1 (en) | 2024-05-15 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1381036A (en) * | 1971-09-14 | 1975-01-22 | Nickel Le | Method for producing high-purity nickel powder with predetermined physical characteristics |
| RU2161549C1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-01-10 | ОАО "Институт Гипроникель" | Method of producing nickel carbonyl powders with chain structure and bulk density of less than 1 |
| RU2287023C1 (en) * | 2005-05-05 | 2006-11-10 | Вадим Георгиевич Глебовский | Method of electron-beam zone melting of metal and device for realization of this method |
| RU2377330C1 (en) * | 2008-07-14 | 2009-12-27 | Вадим Георгиевич Глебовский | Method to produce high-purity nickel for dispersed targets and device to this end |
| RU2446219C1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) | Method for obtaining high-purity nickel for sputtering targets |
| CN103334017A (en) * | 2013-07-01 | 2013-10-02 | 贵研铂业股份有限公司 | Method for preparing high-purity nickel powder from waste high-temperature alloy |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1381036A (en) * | 1971-09-14 | 1975-01-22 | Nickel Le | Method for producing high-purity nickel powder with predetermined physical characteristics |
| RU2161549C1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-01-10 | ОАО "Институт Гипроникель" | Method of producing nickel carbonyl powders with chain structure and bulk density of less than 1 |
| RU2287023C1 (en) * | 2005-05-05 | 2006-11-10 | Вадим Георгиевич Глебовский | Method of electron-beam zone melting of metal and device for realization of this method |
| RU2377330C1 (en) * | 2008-07-14 | 2009-12-27 | Вадим Георгиевич Глебовский | Method to produce high-purity nickel for dispersed targets and device to this end |
| RU2446219C1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) | Method for obtaining high-purity nickel for sputtering targets |
| CN103334017A (en) * | 2013-07-01 | 2013-10-02 | 贵研铂业股份有限公司 | Method for preparing high-purity nickel powder from waste high-temperature alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5224534A (en) | Method of producing refractory metal or alloy materials | |
| JP2001020065A (en) | Target for sputtering, its production and high melting point metal powder material | |
| WO2013031381A1 (en) | Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME | |
| JP2002516918A (en) | Tantalum sputtering target and manufacturing method | |
| CN111893325B (en) | High-purity tantalum ingot and preparation method thereof | |
| EP2772327B1 (en) | High-purity titanium ingots, manufacturing method therefor, and titanium sputtering target | |
| JP5960282B2 (en) | Cu-Ga alloy sputtering target and method for producing the same | |
| US10494698B1 (en) | Methods for making zirconium based alloys and bulk metallic glasses | |
| US6454994B1 (en) | Solids comprising tantalum, strontium and silicon | |
| RU2819192C1 (en) | Method of producing high-purity nickel for sputtered targets | |
| US8454920B2 (en) | Silicon purification method | |
| JP2001335854A (en) | Apparatus and method for refining high purity metal | |
| JP5750393B2 (en) | Cu-Ga alloy sputtering target and method for producing the same | |
| WO2007061012A1 (en) | Metal, process for producing metal, metal producing apparatus and use thereof | |
| JPH107491A (en) | High-purity single crystal copper and its production and production unit therefor | |
| RU2228382C2 (en) | Tantalum-silicon alloy, products containing it, and a method for preparing alloys | |
| RU2370558C1 (en) | Method of production of high purity cobalt for sputtering targets | |
| JP3735060B2 (en) | Method for producing low-oxygen titanium material | |
| CN110923476A (en) | Method for producing high-purity metal vanadium ingot by three-step method | |
| RU2493281C1 (en) | Method for obtaining of nanosized powders of aluminium-silicon alloys | |
| RU2161207C1 (en) | Method of high-purity niobium production | |
| RU2362651C1 (en) | Method for production of ingots and cast articles out of intermetallic alloys | |
| JP4209964B2 (en) | Method for melting and casting metal vanadium and / or metal vanadium alloy | |
| JPS63179027A (en) | Smelting method | |
| JP2012012657A (en) | METHOD OF MANUFACTURING Si-BASED MATERIAL |