一种复合靶材及其制造方法技术

本申请涉及靶材制备的技术领域，具体公开了一种复合靶材及其制造方法，一种复合靶材的制造方法，所述复合靶材包括基体靶层和复合层，复合靶材包括以下制备步骤：S1：制备基体靶层粉末和复合层粉末；S2：基体靶层粉末和复合层粉末分层填充到模具中，在真空条件下进行热压烧结处理，经冷却后，脱模得到烧结致密的圧坯；S3：将致密化压坯通过轧制变形，得到大尺寸板坯；S4、将步骤S3得到轧制板坯进行机加工，得到符合尺寸和表面质量的复合靶材。一种复合靶材，所述复合靶材的复合层热导率不小于150W/（m.K），抗拉强度不小于90MPa，断后伸长率不小于2%。本申请具有提高靶材与复合层结合紧密性的效果。的效果。的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种复合靶材及其制造方法


[0001]本申请涉及靶材制备的
，尤其是涉及一种复合靶材及其制造方法。

技术介绍

[0002]目前随着加工业的飞速发展，对模具、刀具、刃具等的综合性能提出了越来越高的要 求，要求以上工具有更高的硬度、耐磨性、耐热性和足够的韧性及强度。近年来，在模具、 刀具等的涂层中添加掺杂元素以提高涂层的硬度、耐氧化温度以及润滑性能，降低涂层内应 力，成为当前刀具涂层研发的主要方向之一。而靶材作为涂层技术中的材料源，直接决定涂 层种类和性能，因此对靶材性能有更高要求，如要求靶材纯度高，致密度高，组织均匀无偏 析，热导率高、电阻率低，与基材的热膨胀系数差值小，借以减小热应力的影响等等。
[0003]在靶材中添加多组元合金来提高热导率、电阻率及力学性能等的技术壁垒很高。尤其 当在TiAl、CrAl基靶材中添加导热性能较差的B、C、Si及相应金属化合物时，随着掺杂元 素含量的增加，合金靶材的导热性能急剧下降，材料本征脆性显著增加。这不仅会降低涂层 的沉积效率，出现更多的涂层表面大颗粒，影响涂层质量及使用寿命；同时靶材脆性增加使 得靶材在较高功率或功率密度溅射时，装卡部位容易断裂失效。
[0004]所以当脆性材料作为靶材时，通常给其配备与靶材结合、并具有一定强度的背板，背 板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。通常，靶 材(即基体靶层)与背板(即复合层)的焊接(即绑定)通常是使用基于铟或锡等低熔点焊 料来进行结合，但是通过低熔焊料绑定的靶材，使用温度不能太高，只能在约5w/cm2‑
10w/cm2功率密度下使用，沉积效率较低，在高功率密度溅射时，靶材与背板易分开。另外一种靶材 与背板连接方法是通过热等静压扩散焊技术，将固体背板与靶材固体或粉末混合物通过热均 压(HIP)，紧密结合在一起，但是，在靶材与背板之间存在清晰的界面，当靶材受到机械应 力时，可导致沿着边界处失效。即靶材组件中靶材与背板之间的结合度较差，易导致靶材在 受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时 还可能会对溅射基台造成损伤。
[0005]因此选择一种有效的方式，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用 靶材的需要，十分必要。

技术实现思路

[0006]为了提高靶材与复合层结合的紧密性，本申请提供一种复合靶材及其制造方法。
[0007]第一方面，本申请提供一种复合靶材的制造方法，采用如下的技术方案：1.一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述复合靶材包括基体靶层和复合层，复合靶材 包括以下制备步骤：S1：制备基体靶层粉末和复合层粉末；S2：基体靶层粉末和复合层粉末分层填充到模具中，在真空条件下进行热压烧结处理，经冷 却后，脱模得到烧结致密的圧坯；
S3：将致密化压坯通过轧制变形，得到大尺寸板坯；S4、将步骤S3得到轧制板坯进行机加工，得到符合尺寸和表面质量的复合靶材。
[0008]通过采用上述技术方案，通过该制备步骤，得到的复合靶材的基体靶层和复合层之间 形成良好的冶金结合，界面附近无界线和孔洞出现，结合区处有跨界面生长的晶粒,基体靶层 和复合层结合更加紧密，复合靶材具有热导率高、综合力学性能好、规格尺寸大等特点，可 显著提升多元合金靶材在高功率密度溅射时的使用可靠性和镀膜性能。
[0009]优选的，所述基体靶层为铝基合金；复合层为铝基合金，且复合层中Al含量为40
‑
96at％。
[0010]进一步优选的，所述基体靶层中铝的含量为20
‑
90at％。
[0011]进一步优选的，所述基体靶层具体可以为铝基二元合金、铝基三元合金，甚至更多元 合金。
[0012]进一步优选的，所述基体靶层可以为：AlTiX(X＝B、C、Si、Cr、W、Mo、Ta、Nb、V、Zr、Fe、Ni、Cu、稀土等元素中至少一种 元素)，含量范围：Al＝20～90at％，Ti＝9～80at％，X＝1～60at％。
[0013]AlCrX(X＝B、C、Si、Ti、W、Mo、Ta、Nb、V、Zr、Fe、Ni、Cu、稀土等元素中至 少一种元素)，含量范围：Al＝20～90at％，Cr＝9～80at％，X＝1～60at％。
[0014]优选的，所述复合层可以为铝基二元合金、铝基三元合金，甚至更多元合金。
[0015]优选的，所述复合层包括Al、以及C、Si、Ti、Cr中的任意一种或多种。
[0016]进一步优选的，Al含量为40
‑
96at％，C、Si、Ti、Cr中的任意一种的含量为4
‑
60at％。
[0017]通过采用上述技术方案，通过对基体靶层粉末和复合层粉末材质的选择，复合靶材的 基体靶层和复合层之间结合的紧密性进一步提高。
[0018]其中，步骤S1中，基体靶层粉末和复合层粉末的制备，可以采用本领域常规的方法， 即采用本领域常规方法将原料制成合金粉末。
[0019]比如，可以采用雾化制粉方法制备基体靶层粉末和复合层粉末。
[0020]或者，可以采用元素粉混合法，在混料机中直接将基体靶层粉末或复合层粉末进行混 合。不同的基体靶层粉末或复合层粉末的任何粒度均可以，但不同基体靶层粉末或复合层粉 末的常用粒度不同，比如，Al粉：可以为
‑
325目、
‑
200目、
‑
150目，优选为
‑
325目；Ti粉： 可以为
‑
150目、
‑
200目、
‑
325目、
‑
400目；Cr粉：可以为
‑
200目、
‑
300目、
‑
325目；Si、 Cu、Fe、Ni：优选为
‑
200目；Nb、V、Ta、稀土优选为
‑
300目；或者W、Mo、B、C为5
‑
6 μm。
[0021]采用元素粉混合法时，更优选的，在真空(真空度＜10Pa)或惰性气体(比如氮气、 氦气等)保护条件下在V型或三维混料机中混合，混合时间3
‑
10h。
[0022]优选的，所述步骤S2中，先将基体靶层粉末或者复合层粉末装粉后，预压至表面平 整，再装入另一层粉末，刮平后再进行热压烧结处理。
[0023]优选的，所述预压条件为：15
‑
40MPa压力下，保压0.5
‑
2min。
[0024]优选的，所述基体靶层粉末或者复合层粉末预压后的相对密度为60％
‑
75％。
[0025]进一步优选的，所述基体靶层粉末或者复合层粉末预压后的相对密度为60％
‑
70％。
[0026]经过预压得到的压坯的尺寸为L(170
‑
270)*W(150
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述复合靶材包括基体靶层和复合层，复合靶材包括以下制备步骤：S1：制备基体靶层粉末和复合层粉末；S2：基体靶层粉末和复合层粉末分层填充到模具中，在真空条件下进行热压烧结处理，经冷却后，脱模得到烧结致密的圧坯；S3：将致密化压坯通过轧制变形，得到大尺寸板坯；S4、将步骤S3得到轧制板坯进行机加工，得到符合尺寸和表面质量的复合靶材。2.根据权利要求1所述的一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述基体靶层为铝基合金；复合层为铝基合金，且复合层中Al含量为40
‑
96at%。3.根据权利要求1所述的一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述复合层中包括Al、以及C、Si、Ti、Cr中的任意一种或多种，Al含量为40
‑
96at%，C、Si、Ti、Cr中的任意一种或多种的含量为4
‑
60at%。4.根据权利要求1所述的一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，先将基体靶层粉末或者复合层粉末装粉后，预压至表面平整，再装入另一层粉末，刮平后再进行热压烧结处理。5.根据权利要求4所述的一种复合靶材的制造方法，其特征在于：所述预压条件为：15
‑
40MPa压力下，保压0.5
‑
2min。6.根据权利要求5所述的一种复合靶材的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤戈，张欠男，魏铁峰，岳万祥，张学华，繆磊，
申请(专利权)人：涿州安泰六九新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：