[发明专利]一种靶材制备装置及其靶材加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及靶材制备技术领域，特别涉及一种靶材制备装置及其靶材加工方法，可用于粉末烧结制备大尺寸、高密度、高熔点、组元熔点差别较大的合金靶材。

背景技术

溅射法是制备薄膜比较高效的方法，但所用靶材的成分配比、微观组织结构及均匀性、纯度、密度、及靶材尺寸等对最后形成的薄膜的性能及镀膜效率有非常重要的影响。所以，具有严格的成分配比、细腻的组织结构、高纯度、高密度、大尺寸的靶材是现代高端的光、电器件制造业，如显示器及太阳能薄膜电池等行业的基本要求。这也给传统的靶材生产制备技术和设备提出了更高的要求。当前，制取靶材常用的方法是粉末烧结，包括热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、电流烧结、放电等离子烧结等。

公开号为CN1352375A，申请号为00131150.6的中国发明专利“电阻加热式超高温真空烧结炉”中公开了电阻加热装置利用电源两极通过炉外大电流母线及金属水冷电极进入烧结路，再经由碳-石墨材料制成的过渡电极连接于发热体板架上，构成完整的回路系统，电阻加热装置中发热体板架采用一侧上下发热体串联，两侧并联的电路结构，此结构设计可承受两千度以上的高温并安稳工作，但利用电阻间接加热，势必造成热量在传导过程中的大量损失。同时由于热量是依靠热传导从外部传入到样品内部，造成样品中存在温度梯度，在烧结大尺寸靶材时容易导致靶材中心部分与外沿部分组织结构的不均匀。另外这一设备也无法解决熔点差别大的组元之间的烧结。

公开号为US005234487A的美国专利公开了通过热等静压法制备W/Ti靶材料，其含有15％以下的富Ti固溶相，并且其材料致密度达到了95％，但其致密度很难再提高，并且所使用200～1000MPa的超大压力，对设备要求高，同时烧结时间需要2小时，制备周期长，容易导致晶粒组织的长大。另外这一方法也无法解决熔点差别大的组元之间的烧结。

公开号为CN1302707A，申请号为01107084.6的中国发明专利“等离子体活化烧结材料新工艺”，公开了等离子体活化烧结材料新工艺；公开号为CN1676251A，申请号为200510052092.9的中国发明专利申请公开了一种纳米氧化铝等离子体烧结的方法。以上两种方法都是采用在加压的同时，施加脉冲电压产生等离子体，对颗粒表面进行活化，再恒压通直流电，把材料加热到所需温度的方法进行烧结，由于烧结时间短，抑制了晶粒长大和颗粒表面的活化，使烧结材料的性能得到本质上的提高。但是由于产生的等离子体随着粉末的成分、电学性能、力学性能、粉末形状及尺寸等的不同而不同，导致不同成分粉末的电阻发热效率不同，最终导致组织结构和成分的不均匀，因此等离子烧结方法一般只适合单一组元粉末或具有相同合金成分粉末的烧结；而且也不适合大尺寸样品的烧结。如果延长烧结时间，则容易导致晶粒长大；同时在烧结大尺寸靶材时，由于大的横切面，所需电流大，对电源设备和电网功率要求高，另外这一方法也无法解决熔点差别大的组元之间的烧结。

公开号为US005896553A的美国专利申请公开了用热压法通过控制其温度、压力及时间参数来制备单一相，其靶的相对密度达到95％以上，但其烧结温度达到1600℃～1650℃高温，时间也需要3小时，能耗很大，同时长时间的高温烧结也使得晶粒组织容易长大，另外这一方法也无法解决熔点差别大的组元之间的烧结。

公开号为CN1911599A，申请号为200510017879.1的中国发明专利公开了金属结合剂超硬材料砂轮离心热压烧结方法及装置，利用在加热条件下，模具高速回转，模具内的混合料在自身和离心介质离心力的作用下实现热压烧结，加热装置采用感应加热或电阻加热，该专利利用离心力实现径向均匀热压烧结，提高了高厚度金属结合剂超硬材料砂轮轴向密度的均匀性，实现了外圆轴向复杂型面金属结合剂超硬材料砂轮的热压烧结，但仅利用电阻加热，就存在加热时间长，成本较高的问题，仅利用电流加热，就存在垂直于径向方向，受热不均匀的问题。这一方法也只适用具有轴向对称形状的部件烧结。同时该方法没有解决熔点差别大的组元之间的烧结问题。