TW201631170A

TW201631170A - 鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法

Info

Publication number: TW201631170A
Application number: TW105103474A
Authority: TW
Inventors: Koichi Sakamaki; Jun Fukuoka; Kazuya Saitoh
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-09-01
Also published as: JPWO2016129449A1; SG11201706280XA; TWI561638B; MY180072A; CN107208259A; CN107208259B; WO2016129449A1; JP6312009B2

Abstract

本發明提供一種可抑制於濺鍍時產生的微細顆粒產生的鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法。鉻-鈦合金濺鍍靶材的原子比的組成式是以Cr100-X -TiX 、40≦X≦60表示，剩餘部分包含不可避免的雜質，所述雜質中含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn。以及鉻-鈦合金濺鍍靶材的製造方法是將含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Ti粉末，與含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Cr粉末混合，並進行加壓燒結。

Description

鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法

本發明是有關於一種鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法，所述鉻-鈦合金濺鍍靶材是用於形成被用作磁性記錄媒體的基底層的Cr-Ti合金層。

由於硬碟驅動器（hard disk driver）的小型化及大容量化，而正在積極地進行磁性記錄媒體的高密度化的研究，近年來，作為可實現高記錄密度化的方式，垂直磁性記錄方式已被實用化且成為主流。另外，為了實現進一步的高記錄密度，正在進行圖案化媒體（patterned media）、熱輔助記錄方式等新記錄方式的開發。

所謂垂直磁性記錄方式，是以易磁化軸相對於媒體面垂直地配向的方式形成垂直磁性記錄媒體的磁性膜而成，是即便提高記錄密度，位元（bit）內的反磁場亦小、記錄再生特性的降低亦少的適於高記錄密度化的方式。垂直磁性記錄媒體通常為於包含玻璃或鋁的基板上具有基底層/軟磁性襯底層/籽晶層/Ru中間層/CoPtCr-SiO₂ 磁性層/保護層的多層結構。於所述基底層的一部分形成有Cr-Ti層。

垂直磁性記錄媒體的多層結構是藉由使用磁控濺鍍（magnetron sputtering）法的成膜而形成。所謂磁控濺鍍法，是指於被稱為濺鍍靶材的母材的背面配置永久磁石，使磁通洩露至靶材的表面，於洩露磁通區域中聚集輝光放電電漿，從而可進行高速成膜的方法。磁性記錄媒體是使用依各層而分別具備獨立的成膜室的濺鍍裝置所製造。

濺鍍靶材是經調整為所需薄膜組成的板材，通常是藉由熔解鑄造法或粉末燒結法而製造。用於形成所述Cr-Ti層的鉻-鈦合金濺鍍靶材是藉由粉末燒結法而製造。然而，鉻-鈦合金濺鍍靶材於燒結時容易形成濺鍍率低於純Cr相或純Ti相的金屬間化合物相（TiCr₂ 相）。該TiCr₂ 相會產生被稱為顆粒（particle）的塊狀異物，因該顆粒附著於所成膜的記錄媒體上而導致產品良率降低。因此，正嘗試改良鉻-鈦合金濺鍍靶材的組織。例如已提出：於含有40原子%～60原子%的Ti的鉻-鈦合金濺鍍靶材中，藉由將粉末燒結時形成的TiCr₂ 相控制為微量，可減少濺鍍時產生的顆粒。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2011-252227號公報

[發明所欲解決之課題] 所述專利文獻1中揭示的鉻-鈦合金濺鍍靶材於減少由TiCr₂ 相所引起的粗大顆粒的產生方面有效。然而，伴隨著如今的磁性記錄媒體的高記錄密度化，以前不影響記錄媒體的品質的微細顆粒成為使產品良率降低的一個原因。本發明者對專利文獻1中記載的鉻-鈦合金濺鍍靶材進行濺鍍，結果確認到自濺鍍靶材產生多數的微細顆粒。而且，確認到以下現象作為其主要原因：於濺鍍靶材的濺鍍面上，局部產生被稱為結節（nodule）的長徑為0.1 μm以上且小於5.0 μm的微小突起物。本發明的目的在於解決所述課題，提供一種於濺鍍時可抑制微細顆粒產生的鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法。 [解決課題之手段]

本發明者關於原子比的組成式是由Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示且剩餘部分包含不可避免的雜質的鉻-鈦合金濺鍍靶材，對濺鍍時的顆粒產生的原因進行了各種調查，結果確認到，作為所含有的雜質的鎂（Mg）、鋁（Al）、矽（Si）、錳（Mn）、鎳（Ni）、銅（Cu）及錫（Sn）為結節產生的起點。而且發現，藉由設定為將該些雜質控制於特定範圍內的高純度的鉻-鈦合金濺鍍靶材，可抑制結節的產生，以及可使用減少了所述元素的Ti粉末及Cr粉末來製造鉻-鈦合金濺鍍靶材，從而達成了本發明。本發明藉由抑制該結節的產生，可於濺鍍時抑制微細顆粒的產生。

即，本發明是一種鉻-鈦合金濺鍍靶材，其原子比的組成式是以Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示，剩餘部分包含不可避免的雜質，所述雜質中含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn。另外，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材較佳為Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦1質量ppm、Sn≦5質量ppm。

另外，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材可藉由以下方式而獲得：將含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Ti粉末，與含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Cr粉末混合，並進行加壓燒結。所述Ti粉末較佳為Mg≦1質量ppm、Al≦2質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦2質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦10質量ppm、Sn≦2質量ppm。另外，所述Cr粉末較佳為Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦1質量ppm、Sn≦10質量ppm。 [發明的效果]

本發明可實現提供一種於濺鍍時可抑制微細顆粒的產生的鉻-鈦合金濺鍍靶材及其製造方法，而成為製造磁性記錄媒體的有用技術。

本發明的重要特徵在於以下方面：為了抑制濺鍍時成為顆粒起點的結節的產生，作為原子比的組成式是以Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示且剩餘部分包含不可避免的雜質的鉻-鈦合金濺鍍靶材的雜質，將Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn控制於特定範圍內。藉由抑制該結節的產生，可於濺鍍時抑制微細顆粒的產生。而且，本發明為了製造該鉻-鈦合金濺鍍靶材，於以下方面具有特徵：將所述各雜質經控制於特定範圍內的Ti粉末與Cr粉末混合，並進行加壓燒結。

對於本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材而言，原子比的組成式是以Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示，剩餘部分包含不可避免的雜質。將所述Ti的含量規定為以下範圍：於使用Cr-Ti合金作為磁性記錄媒體的基底層或籽晶層的一部分時，薄膜的密接性高，可形成結晶性良好的薄膜，且可製造具有高的記錄再生特性的磁性記錄媒體。

關於本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材，就將作為成為結節起點的雜質的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn控制為極微量的觀點而言，將該些雜質的合計含量規定為1質量ppm以上且50質量ppm以下。另外，雜質的合計含量較佳為設定為1質量ppm以上且17質量ppm以下，更佳為1質量ppm以上且13質量ppm以下。所述雜質中，Ni尤其於Ti的精煉過程中形成濺鍍率小的Ni-Ti化合物，故於濺鍍時容易成為異常放電的起點，導致結節產生。因此，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材中，較佳為設定為Ni≦10質量ppm。

另外，所述雜質中，Mg、Al、Si及Mn與氧的親和性高，若大量含有於原料粉末的Ti粉末或Cr粉末中，則於該原料粉末的保管或製造步驟中容易形成氧化物。該些氧化物以化學方式穩定地結合，濺鍍率小於周圍的金屬組織，容易成為結節的起點。因此，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材中，較佳為設定為Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm。

另外，作為雜質的Cu及Sn分別於濺鍍中的濺鍍靶材的表面溫度為500℃以下形成液相，容易成為結節的起點。因此，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材中，較佳為設定為Cu≦1質量ppm、Sn≦5質量ppm。另外，即便就將Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn控制為極微量的觀點而言，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材亦不可避免地含有該些雜質，其下限合計為1質量ppm以上。另外，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材較佳為將Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn以外的除了氣體成分之外的不可避免的金屬雜質設定為合計100質量ppm以下。

所述本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材可藉由以下方式獲得：將含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的作為雜質的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn的Ti粉末及Cr粉末混合，並進行加壓燒結。用作原料粉末的Ti粉末通常是經由利用氯法所製造的海綿Ti而製造，故容易含有Mg、Al、Si等雜質。因此，本發明中所用的Ti粉末較佳為使用Ti原料鑄塊作為原料，所述Ti原料鑄塊是將所述海綿Ti加壓成型為坯塊（briquette）狀而製作成型體，進而藉由真空電弧（vacuum arc）熔解等將該成型體二次精煉而成。而且，較佳為自該經二次精煉的Ti原料鑄塊採取切削屑，暫且氫化並加以粉碎後，實施脫氫處理而獲得Ti粉末。藉此，將所得的Ti粉末控制為Mg≦1質量ppm、Al≦2質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦2質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦10質量ppm、Sn≦2質量ppm。另外，於不使用耐火物的非接觸型的惰性氣體霧化法中，應用所述經二次精煉的Ti原料鑄塊進行製造，由此亦可將Ti粉末的雜質量控制於所述範圍內。另外，本發明中所用的Ti粉末為了抑制先前以來成為問題的粗大顆粒的產生，更佳為將作為雜質而含有的Fe控制於100質量ppm以下，將氧控制於900質量ppm以下。另外，Ti粉末較佳為100目以下且325目以上的粒徑。藉此，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材可減少成為粗大顆粒的一個原因的TiCr₂ 相。

關於Cr粉末，於藉由通常的鋁熱製法所製造的情形時，難以控制Al、Si等的雜質量，難以設定於所述範圍內。因此，本發明中用作原料粉末的Cr粉末較佳為於氫氣環境中對高純度電解Cr粉碎粉末進行還原熱處理。藉此，將所得的Cr粉末控制於Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦1質量ppm、Sn≦10質量ppm。另外，藉由使用32目以下的Cr粉末，可於本發明的濺鍍靶材的組織中抑制粗大的純Cr相的殘存。另外，藉由使用325目以上的粒徑的Cr粉末，可抑制比表面積的增大，抑制成為粗大顆粒的一個原因的形成於與Ti的粒界上的TiCr₂ 相。因此，本發明中所用的Cr粉末較佳為設定為32目以下且325目以上的粒徑。藉此，本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材可減少TiCr₂ 相，抑制粗大顆粒的產生。

本發明的加壓燒結可應用熱等靜水壓加壓法、熱壓法、通電燒結法等。尤佳為將燒結溫度設定為750℃以上且900℃以下，由此可獲得充分抑制TiCr₂ 相的形成的燒結體。此時，藉由將加壓壓力設定為20 MPa以上，不會損及燒結密度，可實現良好的燒結。 [實施例]

首先，以100目的篩將於氫氣環境下實施了還原處理的Cr粉末篩選分級而準備Cr粉末。另一方面，自將海綿Ti真空二次精煉而成的Ti原料鑄塊採取切削屑，暫且氫化並加以粉碎後，實施脫氫處理而製造Ti粉末，以100目的篩將該Ti粉末篩選分級，而準備本發明例1中所用的Ti粉末。另外，將所述Ti原料鑄塊熔解，藉由不使用耐火物的非接觸型的惰性氣體霧化法而製造Ti粉末，以100目的篩將該Ti粉末篩選分級，而準備本發明例2中所用的Ti粉末。將所述準備的各粉末以原子比成為Cr₅₅ -Ti₄₅ 的方式混合，填充至軟鐵製的膠囊中，脫氣密封後，以溫度850℃、保持壓力120 MPa、保持時間1小時的條件藉由熱等靜水壓加壓進行加壓燒結，製造燒結體。將所得的燒結體機械加工成直徑180 mm、厚度10 mm，製作鉻-鈦合金濺鍍靶材。

準備如下鉻-鈦合金濺鍍靶材作為比較例1：將市售的純度為99.9質量%的Ti粉末與所述Cr粉末以原子比成為Cr₅₅ -Ti₄₅ 的方式混合，以與所述相同的燒結條件進行加壓燒結而成的鉻-鈦合金濺鍍靶材。另外，準備如下鉻-鈦合金濺鍍靶材作為比較例2：將海綿Ti暫且氫化並加以粉碎後，實施脫氫處理而製造Ti粉末，將該Ti粉末與所述Cr粉末以原子比成為Cr₅₀ -Ti₅₀ 的方式混合，以與所述相同的燒結條件進行加壓燒結而成的鉻-鈦合金濺鍍靶材。

對於所述準備的各粉末及所製作的各鉻-鈦合金濺鍍靶材，藉由輝光放電質量分析法來分析Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn的含量。另外，對於所述各鉻-鈦合金濺鍍靶材，藉由水中置換法測定密度，使用理論密度算出相對密度。將各粉末的雜質分析值示於表1中，將各鉻-鈦合金濺鍍靶材的雜質分析值及相對密度的值示於表2中。

將所述製作的各鉻-鈦合金濺鍍靶材配置於佳能-安內華（Canon-Anelva）股份有限公司製造的直流（Direct Current，DC）磁控濺鍍裝置（型式：C3010）的腔室內，將腔室內減壓直至達到1×10^-6 Pa以下後，以氬氣壓0.3 Pa、投入功率1500 W的條件進行5小時濺鍍。繼而，對於各鉻-鈦合金濺鍍靶材的濺鍍面，使用日立高新技術（Hitachi High-technologies）公司製造的掃描式電子顯微鏡（型式：S-3600N），對以600倍的倍率觀察的157 μm×209 μm的視場中確認到的長徑為5.0 μm以上的結節數、及長徑為0.1 μm以上且小於5.0 μm的結節數進行測定。將測定結果示於表2中。

[表1]

[表2]

於圖1及圖2中示出本發明例1及本發明例2的鉻-鈦合金濺鍍靶材的濺鍍後的濺鍍面的二次電子像，於圖3及圖4中示出比較例1及比較例2的鉻-鈦合金濺鍍靶材的濺鍍後的濺鍍面的二次電子像。比較例1及比較例2於濺鍍面上分別檢測到9個及8個長徑為5.0 μm以上的結節，且分別確認到明顯多的24個、47個長徑為0.1 μm以上且小於5.0 μm的結節數。另一方面，本發明例1及本發明例2的長徑為5.0 μm以上的結節分別為0個，長徑為0.1 μm以上且小於5.0 μm的結節數亦分別為0個，結節的產生大幅度地減少，可確認本發明的有效性。根據本發明的鉻-鈦合金濺鍍靶材，於使用其進行濺鍍時，可抑制微細顆粒的產生。

無

圖1為本發明例1的鉻-鈦合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡的二次電子像。圖2為本發明例2的鉻-鈦合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡的二次電子像。圖3為比較例1的鉻-鈦合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡的二次電子像。圖4為比較例2的鉻-鈦合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡的二次電子像。

Claims

一種鉻-鈦合金濺鍍靶材，其特徵在於：原子比的組成式是以Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示，剩餘部分包含不可避免的雜質，所述雜質中含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn。
如申請專利範圍第1項所述的鉻-鈦合金濺鍍靶材，其中Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦1質量ppm、Sn≦5質量ppm。
一種鉻-鈦合金濺鍍靶材的製造方法，其特徵在於：將含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Ti粉末，與含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn作為雜質的Cr粉末混合，並進行加壓燒結，藉此獲得鉻-鈦合金濺鍍靶材，所述鉻-鈦合金濺鍍靶材的原子比的組成式是以Cr_100-X -Ti_X 、40≦X≦60表示，剩餘部分包含不可避免的雜質，所述雜質中含有合計為1質量ppm以上且50質量ppm以下的Mg、Al、Si、Mn、Ni、Cu及Sn。
如申請專利範圍第3項所述的鉻-鈦合金濺鍍靶材的製造方法，其中所述Ti粉末為Mg≦1質量ppm、Al≦2質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦2質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦10質量ppm、Sn≦2質量ppm。
如申請專利範圍第4項所述的鉻-鈦合金濺鍍靶材的製造方法，其中所述Cr粉末為Mg≦1質量ppm、Al≦10質量ppm、Si≦10質量ppm、Mn≦1質量ppm、Ni≦10質量ppm、Cu≦1質量ppm、Sn≦10質量ppm。