1308598 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種纟金滅鑛乾材之製作方去 是指-種應用於薄膜濺鑛製程中之含貴金屬機錢㈣ 作方法 特別的製
【先前技術】 硬碟為現代用來儲存大量資料的主要元件，而資料主 要是存放在硬碟碟片上的磁性薄膜記錄層，主要成分β人 有離)貴金屬的始(co)基合金材料。而此磁性薄膜 係以缝（Sputtering)製程方式披覆於硬碟碟^，因此需 要濺鍍用的合金靶材。 而此濺鍍製程是指使用電漿對濺鍍用合金靶材進行離 子轟擊，利用離子轟_的動量轉移’冑合金靶材表面上的 原子以氣體分子形式撞擊出|，在經過附著、吸附、表面 遷移、成核等過程後，在硬碟碟片上成長形成磁性薄膜記 錄層。 由於硬碟技術領域涵蓋電子、半導體、雷射光學、精 岔機械、咼等物理化學等尖端科技，因此對於濺鍍用合金 乾材的要求也相對較高’無法以傳統的大氣熔鑄製程來進 行靶材的鑄造。此外，由於硬碟記錄層用靶材内含的鉑（pt) 貝金屬含量時常高達30wt%以上，因此，如何選用適當製 % ’藉以提高靶胚的得料率來避免鉑（pt)貴金屬之浪費，便 成為從事含貴金屬靶材製造商相當關切的議題，也是競爭 力所在之處。 1308598 美國專利第6,797,137號專利案所揭露之技術手段，即 是先以真空熔煉喷粉設備製作出成本較便宜的鈷鉻硼 (CoCrB)母合金，之後再以球磨方式將母合金之粉體與鉑 (Pt)貴金屬之粉體充分混合，最後再施以熱均壓（Hot Isostatic Pressure, HIP)製程便可製作出高純度的钻鉻顧删 (CoCrPtB)靶材，此靶材便可用於硬碟磁性記錄層的薄膜濺 鍍製程，然而所採用的球磨方式卻容易產生粉體混合不均 而造成靶材成分不均的情形，進而降低後續濺鍍的品質。
另外，中華民國專利第1226907號「濺鍍靶材的製作方 法」發明專利案則揭露出，利用真空感應熔煉（Vacuum Induction Melting, VIM)製程及真空電弧精鍊（Vacuum Arc Remelting，VAR)製程，則可製備出高純度含鈷鉻（CoCr)合金 靶材。該專利的特點是以真空感應熔煉（VIM)的鑄錠當作負 電極，搭配正電極的銅坩堝，來進行真空電弧精鍊（VAR)， 以得到高品質的鑄胚。然而，VIM鑄錠高達40%以上的冒 口縮孔缺陷必須先切除後才能當作VAR的電極，因此整體 的得料率勢必低於60%。除此之外，上述兩項專利所採用 的真空喷粉設備、熱均壓設備、真空感應熔煉設備、以及 真空電弧精鍊設備，其設備與製造成本都相當昂貴，無形 中也增加把材的製作成本。 因此，如何提高合金靶材的成分均勻細緻程度以及得 料率，進而有效降低生產成本，提高市場競爭力，便成為 濺鍍用合金靶材製造商所亟欲努力研究的方向。 【發明内容】 , 1308598 因此，本發明之目的，即在提供_種含貴金屬賤 材之製作方法，具有得料高之優點， 又 不僅具有高純度，並且組織細緻成分均勻所產出的崎材 於是，本發明含貴金屬濺餘材之製作方法，包人— 二備：驟、-表面處理步驟、一熔鑄步驟、—熱機步：， 及一退火步驟。 純产準備—由具磁性之金“素所製成的高 材’及1純度貴金屬錠，該表面處理步驟則是將 該基材與貴金屬錠進行去除表面氧化物與油污之作業，該 是取50wt%以下的貴金屬錠，配合平衡量 屬再將真空熔煉所得之合金炼湯濟入-金 =轉=中 冷卻該金屬鑄模，以使合金料凝固成型 為一鱗胚，在合金溶湯洗入該金屬鑄模之同時，同步以電 狐加熱方式使位於該金屬鑄模内之合金炼湯表面維持高溫 炫融狀，直至潘人# 4士杰 堯入過程結束，然後進行該熱機步驟，以將 該鑄胚予以進行塑性變形作業，再進行該退火步驟，將該 鑄胚予以進行退火作举， 以 濺鑛製程使用。 讀传"金屬之減鑛乾材，供 本發明之功效在於，當合金溶湯於該金屬鑄模中凝固 成型之同時，同步利用電弧加熱使合金溶湯表面維持高溫 溶融狀而不會同時凝固，直至合金炫湯洗入過程結束後才 會結束電弧加熱’藉此使得合金炼湯之整體表面可以同時 V Ρ而不會由外緣逐漸向中央冷卻，有效消除該禱胚的冒 孔縮孔缺陷，提高最後產品的得料率；再者，該鑄胚藉由 1308598 急速冷卻的方式，更可避免㈣點的晶出物大量 改善鑄胚的熱延性，最後再配合進行該熱機、退火步 即可獲得組織細緻成分均勻的濺鍍靶材。 ， 【實施方式】 、有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效 以下配口參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中 楚的呈現。 砑了〉月
參閱圖i，本發明含貴金屬濺_材之製作方法！的較 佳實施例’包含一準備步驟u、一表面處理步驟Η、一熔 鑄步驟13、-熱機步驟14、—退火步驟15，及—車製步驟 16° *該準備步驟η係準備—由具磁性之金屬元素所製成的 Π».屯度基材、一咼純度鉻金屬錠，及一高純度貴金屬錠， 且該基材、鉻金歧、貴金屬鍵三者之純度皆高達99 95 wt %以上。 在本實施财，該準備㈣u所準備之基材是敍㈣ 金屬錠，當然也可以是鐵⑽金屬鍵，或是 或是鐵U三種金屬元素其中至少任兩種所混合的合 金錠。至於該貴金屬錠之成分則Μ⑼金屬元素，當然也 ° '是le(Pd)、金（Au)、銀、姥（Rh)、鉉⑻、釘（Ru)、 等其他種類貴金屬元素’或是其中至少任兩種金屬元 . 〇之〇金，上述金屬元素皆為其所屬技術領域中具 有通常知識者容易聯想替代者，所以不應肩限於本實施例 ,1308598 該表面處理步驟12是將該鈷金屬錠、鉻金屬錠，與貴 f屬錠三者置於酸性溶液中，以超音波震動方式去除表面 氧化物與n然後再置於去離子水中，同樣以超音波震 動方式去除殘留在表面的酸性溶液，然後再予以烘乾。 在本實施例中，酸性溶液是採用體積濃度95%以上的 靖酸溶液，當然也可以採„酸、鹽酸、氫氟酸，或王水 專其他種類的酸性彡容)¾ ? feb 'οΓ J/c Ά X A J-
f /合/夜皆可作為去除表面氧化物與油污 之用途，所以不應以本實施例之說明為限。 3是將該鈷金屬錠、鉻金屬錠，及貴金屬 錠，以45wt%〜60wt%的鈷、5糾％〜27糾％的鉻、 W45㈣的貴金屬，並添加〇切。的爾，將其進 订真空溶煉以得到合金料’再將合金熔料人—附有冷 Γ盾環水路的金屬禱模（一般是採用高熱傳導率的純銅铸模） 並且藉由冷部水於冷卻循環水路不斷流動，藉以冷卻 SSI莫二合金炫湯凝固成型為-缚胚，在合金炼 U^ 冑模之同時’同步以電弧加熱方式使位於該 =拉内之合㈣湯表面維持高溫㈣狀，直至 程結束。 然後進行該熱機步驟14,以將兮鏟味； 以將該鑄胚予以進行塑性變 【作業（-般即為熱鍛造或熱乾 退火步驟15，將祕^ )成預疋城，再進行該 屬之濺铲靶材二行退火作業，以獲得含貴金 屬之濺鍍靶材’其中，該熱機步驟14之工 鑄胚的熔點溫度0.75~0 85 _ ^ ^ ^ 1 L之間，該退火步驟1 5 少 溫度是低於該熱機步驟14 作/皿度100C〜30(rc之間，退 !3〇8598
火時間是介於1〜2小時之間。 最後再進行該車製步驟 獲得之濺鍍靶材，經過切片 製程使用。 16，將該退火步驟15結束後所 、車除表面氧化層後，供濺鍍
合金成八“：、 所述之各項步驟，依據不同的 》’、且’以及熱機步驟14、退火步驟15之不同工作 二件’所獲#的兩種實施方法，藉以清楚地述明本發明含 貝金屬機錄乾材之製作方法1，以及本製作方法i所能達成 之功效。 【實施方法1】 、本實施方法以⑽以CoCrPt)合金濺錄材的製作為例 ’首先於該準備步驟11巾，準備純度高達99 95 wt %以上 的始金屬錠 '鉻金屬鍵，錢金屬錠，接著進行該表面處 理步驟12,將上述三個種類的金屬錠置於體積濃度％%以 上的硝酸溶液中，以超音波震動方式去除表面氧化物與油 污，然後再置於去離子水中，同樣以超音波震動方式去除 殘留在表面的硝酸溶液，然後再予以烘乾。 接著進行該熔鑄步驟13，將該鈷金屬錠、鉻金屬錠， 及翻金屬錠，以50wt%的鈷、8wt%的鉻，及42wt%的麵之 重量組成比例’進行配料秤重，並將秤好的金屬原料置於 真空溶練爐中，以真空感應溶煉（Vacuum Induction Melting) 方式得到合金熔湯，再將合金炼湯洗入倒入附有循環水路 且高熱傳導率的純銅鑄模中進行冷卻，以急速凝固成型為 一鑄胚，在合金熔湯澆入鑄模之同時，同步以電弧加熱方 10 1308598 式使位於禱模内之合金炫、、县矣& & 入過程結束。^金“表面維持高溫㈣狀，直至淹 二後進行該熱機步驟14’於該鑄胚的熔點溫度〇.85倍 作業形成rc)進行熱锻造’以將該鑄胚予以進行塑性變形 以低於=狀，接著再進行該退火㈣15,將該鑄胚 =锻造溫度赋之退火溫度(亦即·C)，於大氣 八2小時的退火處理’以獲得晶粒細緻、組織成 分均勻的濺鍍靶材。 又 獲再進行該車製步驟16’將該退火步驟15結束後所 :之__ ’經過W、車除表面些微的氧化層後， 即可供濺鍍製程使用。 藉由上述製程所製成的濺鍍乾材，其得料率約94%， 2顯微組織則如圖2所示，由圖中可以發現濺錄材的 、，且織相當細緻均句，且呈現等軸晶型態，晶粒尺寸小於⑽ // m。 【實施方法2】 本實施方法以始鉻翻綳（c〇CrPtB)合金滅㈣材的製作 為例，首先於該準備步驟11中，準備純度高達99.95 wt% 以上的#金屬鍵、鉻金屬鼓’與始金屬鍵，接著進行該表 面處理步冑12，將上述三個種類的金屬銳置於體積濃度 95%以上的鹽酸溶液中，以超音波震動方式去除表面氧化物 與油污’然後再置於去離子水中，同樣以超音波震動方式 去除殘留在表面的鹽酸溶液，然後再予以烘乾。 " 接者進行該熔鑄步驟13,將該鈷金屬錠、鉻金屬錠， 11 1308598 及鉑金屬錠，以54wt%的鈷、14wt%的鉻，及31wt%的鉑之 重置組成比例進行原料秤重，並添加lwt%的硼，置於真空 熔煉爐中，將其進行真空電弧熔煉（Vacuum Arc MeUing)方 式得到合金熔湯，再將合金熔湯洗入附有循環水路且高熱 傳導率的純銅鑄模中進行冷々，以使合金熔湯急速凝固成 型為一鑄胚，在合金熔湯澆入鑄模之同時，同步以電弧加
熱方式使位於鑷模内之合金熔湯表面維持高溫熔融狀，直 至澆入過程結束。 然後進行該熱機步驟14，於該鑄胚的熔點溫度〇 75倍 下（即為1100°C)進行熱軋延，以將該鑄胚予以進行塑性變形 作業形成預定形狀，接著再進行該退火㈣15，將該禱胚 =低於熱軋延溫度10(TC之退火溫度（亦即1〇〇〇t)，於氬氣 氣氛下畴1小時的退火處理，以獲得晶粒細緻、組織成 分均勻的濺鍍靶材。 最後再進行該車製㈣16，將該退火㈣15結束後所 獲得之濺錄材，經過切片、車除表面些微的氧化層後， 即可供濺鍍製程使用。 藉由上述製程所製成的機鑛Μ，其得料率約92%， 且其顯微組織則如目3所示’由圖中可以發現_材的 組織相當細緻均勻，晶粒尺寸約為8〇#瓜。 材之^上述兩種實施方法可知，本發明含貴金屬賤㈣ 材之製作方法1具有以下所述之優點： (1)得料率較高，降低濺鍍靶材的生產成本： 於該熔鑄步驟13中，杏人厶卜、0 田口金熔笏於該金屬鑄模 12 1308598 中冷卻凝固成型之同時，同步利用電弧加熱使合金 熔所表面維持高溫熔融狀而不會同時凝固，直至合 金熔湯澆入過程結束後才會結束電弧加熱，藉此使 得合金熔湯之整體表面可以同時冷卻而不會由外緣 逐漸向中央冷卻’有效消除該鑄胚的冒孔縮孔缺陷 ，反觀s知製作方法所製成之合金鑄錠還須進行一 道去除冒孔縮孔缺陷的過程，所以得料率較低，相 較之下’本發明製作方法丨所製成最後濺餘材產 品的得料率高達90%以上，可有效地降低減鑛無材 之生產成本，而且藉由該鑄胚急速凝固成型，更可 以避免低熔點的晶出物大量析出，進而改善該鑄胚 的熱延性。 (2)純度高，組織細緻成分均勻： 本發明製作方法！因為在真空環境中使用高純 度金屬錠進行熔煉，所以能夠避免雜f侵入而維持 尚純度，並且再依序經由該熔鑄步驟13、熱機步驟 14及退火步驟15’即可獲得晶粒細緻、組織成分均 句的材’不會產生如同f知乾材製作方法採 用球磨混合製程’因為粉體混合㈣而造絲材成 /刀不均的問題；因此，使用本發明製作方 成的減鑛乾材，具有純度高，組織細緻成分均句等 後續濺鑛製程而言’能夠維持相當良好 的濺鍍。〇質，適合高科技產業運用。 卸納上述’本發明含貴金屬濺鍍靶材之製作方法1，藉 13
* Ι3Ό8598 由合金炼湯之整體表面是 ^ 疋主現问時冷卻的狀態，而不會由 外緣逐漸向中央冷卻，因 1 匕了以有效消除該鑄胚的冒孔縮
缺陷，提高減鑛無材產品的彳I 厘幻件枓率，降低濺鍍靶材的生 成本；至於該鑄胚藉由急逮冷凝而成型，更可避免低溶 點的晶出物大量的析出’進而改善鑄胚的熱延性；此外， 使用向純度的金屬錠進行該溶鑄步驟13、熱機步驟14、退 火步驟15所製成的滅鍍靶材’更具有純度高、組織成分細 緻均勻等優點，有利於提高後續濺鍍製程時的品質，所以 確實能夠達到本發明之目的。 a惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明中請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一流程圖，說明本發明含貴金屬濺鍍靶材之製 作方法的較佳實施例； 圖2是一顯微組織圖，說明實施方法】利用5〇糾％鈷、 8wt%鉻，及42wt%鉑之重量組成比例所製成的濺鍍靶材， 其晶粒尺寸小於150"m;及 圖3是一顯微組織圖，說明實施方法2利用54糾％姑、 14wt%鉻、31wt%鉑，及iwt%綳之重量組成比例所製成的 ’賤錢把材’其晶粒尺寸約為80/zm。 14 -1308598 【主要元件符號說明】 1 含貴金屬濺鍍靶 13 熔鑄步驟 材之製作方法 14 熱機步驟 11 準備步驟 15 退火步驟 12 表面處理步驟 16 車製步驟 15