[发明专利]钼管靶材的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于难熔金属变形加工领域，特别涉及一种钼管靶材的制造方法，其特别适于磁控溅射用。

背景技术

各种类型的溅射薄膜材料无论在半导体集成电路、光碟、平面显示器以及一般的玻璃表面涂层方面都有十分广泛的应用。因此，对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料的需求量也逐年增多，因此需要不断提高溅射靶材的性能，以获得更优的溅射薄膜材料。

对于光伏产业而言，镀膜玻璃离不开金属靶材，溅射靶材的使用量及成本占行业中相当大的比重。光伏技术分为两类：一种是结晶硅（市场份额75%），另一种则是薄膜（占25%）。全球光伏产业对金属钼的使用量约为6%，包括钼粉、钼化工产品以及各类钼制品。钼制品主要用于溅射靶材FPD和溅射靶材PV。钼通常用在薄膜CIGS太阳能电池中作为背触材料，薄膜CdTe太阳能电池中作为金属堆叠层。随着薄膜太阳能技术的不断发展，钼靶的市场需求量日益扩大。在靶材使用过程中管状靶的利用率远高于平面靶，是其的2倍多，且使用时间长，换靶周期长，大大缩短了靶材调整工艺的时间。钼靶中的杂质和缺陷直接影响薄膜的质量，尤其是薄膜的导电性能。而钼的熔点是2617℃，体心立方结构，高温下强度高，变形抗力大，变形过程中容易开裂。所以开发纯度高、低气体含量、大尺寸的钼管靶材十分迫切。

目前，制造钼管靶材的方法有两种，粉末烧结法和变形法：

（1）粉末烧结法：目前粉末烧结法有两种，一种是采用一定粒度的钼粉，经混粉，装粉，冷等静压成型，烧结，再经机械加工制成成品。该方法的优点是工艺流程短，易于控制；该方法的缺点是产品密度低，孔隙率高，成品长度短（仅能做到2米以内）。另外一种是如公开号CN101642813A的专利申请中所采用的方法：采用一定粒度的钼粉，加入水基结合剂，混合均匀后，离心成型，脱胶，预烧结，烧结，再经机械加工成成品。该方法工艺流程长，产品密度更低，烧结过程中椭圆度和平直度不宜控制，由于加入了水基结合剂，气体（C、N、O）含量偏高，纯度亦会降低，不适合生产钼管靶。

（2）变形法：如公开号CN101259584A中所采用的方法：采用粉末烧结法制成钼管坯，经锻造，挤压，热处理，机械加工成成品。该方法的优点是可生产出大尺寸的钼管靶，密度达到9.9～10.2g/cm³。该方法的缺点是工艺流程长，锻造时会有材料损耗，锻造后挤压前仍然需要机械加工，材料利用率低；由于钼是体心立方结构，塑性较差，锻造时容易开裂；另外锻造工序也限制了钼挤压坯的尺寸。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钼管靶材的制造方法，该方法工艺简单，生产成本低，靶材纯度高，密度高，氧含量低，成品尺寸大，其靶材特别适合于磁控溅射用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钼管靶材的制造方法，该方法以钼粉为原料，依次包括钼锭的制备步骤、一次机械加工步骤、挤压步骤、热处理步骤以及二次机械加工成成品步骤，其中：

在所述一次机械加工步骤中，按挤压要求将所述钼锭加工成具有规定内孔和外圆的圆柱形锭坯；

在所述挤压步骤中，将一次机械加工后的锭坯在900～1600℃条件下保温0.5～2h后进行挤压成型，变形量不小于70%；

在所述热处理步骤中，将挤压成型后的钼荒管在真空、惰性或氢气气氛下，在1250～1450℃保温0.5～4小时，然后随炉冷却。

为了更加详细的对上述方法进行说明，上述方法可以示例性地描述为：

在所述挤压步骤中，将一次机械加工后的锭坯在900℃、950℃、980℃、1100℃、1160℃、1200℃、1300℃、1400℃、1550℃或1580℃条件下保温1h、1.2h、1.5h或1.8h后进行挤压成型，变形量72%、75%、80%、85%或90%；

在所述热处理步骤中，将挤压成型后的钼荒管在真空、惰性或氢气气氛下，在1260℃、1290℃、1360℃、1410℃或1440℃保温0.6h、1h、2h、3h或4h，然后随炉冷却。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述一次机械加工步骤中，所述锭坯的长度不大于1000mm，示例性地，长度可以是900mm、800mm或700mm。

在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述挤压步骤中，将一次机械加工后的锭坯在1550℃-1600℃条件下保温1～2h后进行挤压成型，所述变形量为70%-90%，在上述优选温度范围内进行挤压更利于锭坯的变形；在上述变形量范围内，靶材晶粒度可以保证不大于50μm。