一种CrW合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CrW合金靶材及其制备方法，具体通过优化粉末粒度和成型工艺制备了W原子比最高达到50％的CrW合金靶材。本发明专利技术CrW合金靶材组织均匀，无偏析、无团聚等，致密度99％以上。另外，本发明专利技术还通过在靶材底部焊接一层容易机加工的材料，从而解决靶材较脆、较硬不易加工至复杂形状靶材这一难题，使得该靶材得到更广泛的应用。材得到更广泛的应用。材得到更广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种CrW合金靶材及其制备方法


[0001]本专利技术属于硬质涂层
，具体涉及一种CrW合金靶材及其制备方法。

技术介绍

[0002]CrW靶材的应用领域越来越广泛，现有靶材制备工艺主要有两种，一种是通过热压烧结制备，长时间的高温高压下铬钨发生合金化反应，制得的靶材较硬较脆，不利于后序机加工；另外一种是高能球磨制得预合金粉，经脱气热等静压处理制得靶材，该工序繁琐，高能球磨成本较高，不利于工业化生产。
[0003]另外，CrW靶材随着W元素比例的增加，材质变得越硬、越脆，加工产品的形状受到限制，机加工难度及成本大大增加。目前通过热压及高能球磨工艺制备的CrW靶材，其W元素比例一般小于20％原子比，如授权号为CN105345007B的专利技术专利获得的铬钨合金靶材，其中原子百分比铬80～99％，钨1～20％。但是20％原子比W元素的CrW靶材已不能满足广泛应用的需要。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术目的是提供一种CrW合金靶材及其制备方法。本专利技术通过优化粉末粒度和成型工艺制备了W原子比最高达到50％的CrW合金靶材。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种CrW合金靶材的制备方法，具体包括以下步骤：
[0006]S1.将Cr粉以及W粉按既定比例混合均匀，其中，所述既定比例中的W元素原子比例为5～50％，Cr粉粒度小于30μm；
[0007]S2.将混合后的粉末装入包套模具中进行脱气处理；
[0008]S3.将脱气处理后的包套进行热等静压成型处理；
[0009]S4.将热等静压成型处理后的坯料去除包套，然后将其切割成相应尺寸大小的靶片，将靶片两端面进行磨加工处理；
[0010]S5.对磨加工处理后的靶片两端面进行喷砂处理；
[0011]S6.将喷砂处理后的靶片两端面进行电镀处理；
[0012]S7.将电镀处理后的靶片与相同大小的合金背板叠放在一起装入包套模具中进行脱气处理；
[0013]S8.将脱气处理后的包套进行扩散焊接处理；
[0014]S9.将扩散焊接处理后的靶片去除包套，然后加工至所需形状的靶材，即得带背板的CrW合金靶材。
[0015]本专利技术采用上述技术方案，在混料时采用简单的三维混料机混料，过程简单，易操作，避免使用复杂的高能球磨设备，使得混料工序比较繁琐，成本相对较高；且混料时控制Cr粉粒度小于30μm，使得Cr粉以及W粉混料时，Cr粉粒度越小，且Cr粉粒度与W粉粒度越接近，W元素在Cr基体中分散越均匀，避免了高含量W在Cr基体中分散不易均匀、局部团聚不易致密，最终使得W原子比可高达50％，且靶材致密度良好。通过对靶材的两端面，也就是靶材
的正反面进行两面电镀，使得工人操作时不用区分两面，可任意面摆放，防止出错。最后，通过在靶材底部焊接一层容易机加工的材料，从而解决靶材较脆、较硬不易加工至复杂形状靶材这一难题，使得该靶材得到更广泛的应用。热等静压与扩散焊接相结合将背板和靶材连接，与背板直接与靶材粉末进行一次热等静压结合处理相比，降低加工难度，使之结合得以实现。因为直接将靶材粉末和背板一次热等静压很难实现结合，粉末装在包套里面经热等静压变成致密靶材的过程外形收缩非常大，根据粉末粒度组成不同甚至最高达到40％的收缩，而背板是密实的材料，在热等静压的过程中不会收缩的，另外二者的热等静压工艺也不同，扩散焊接所需温度不能太高，必需低于背板(比如Cu)的熔点，而CrW第一次热等静压的温度达到1300℃，远远超过铜背板的熔点，所以不能一次热等静压实现。
[0016]进一步地，在步骤S1中，所述W粉的粒度为10
‑
30μm。
[0017]进一步地，在步骤S1中，所述既定比例中的W元素原子比例为20～50％。
[0018]进一步地，在步骤S2中，所述脱气处理时的脱气保温温度为350～500℃(如350℃、400℃、450℃、500℃)。
[0019]进一步地，在步骤S2中，所述脱气处理时的脱气真空度为1*10
‑3～9*10
‑3Pa(如1*10
‑3Pa、2*10
‑3Pa、3*10
‑3Pa、4*10
‑3Pa、5*10
‑3Pa、6*10
‑3Pa、7*10
‑3Pa、8*10
‑3Pa、9*10
‑3Pa)。
[0020]进一步地，在步骤S3中，所述热等静压成型处理时的处理温度为1200℃～1400℃(如1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃)，优选1300℃。
[0021]进一步地，在步骤S3中，所述热等静压成型处理时的压力为100～150MPa(如100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa)，优选130MPa。
[0022]进一步地，在步骤S3中，所述热等静压成型处理时的保温保压时间为1～4h(如1h、2h、3h、4h)。
[0023]进一步地，在步骤S4中，所述切割是利用中走丝线切割机进行。
[0024]进一步地，在步骤S4中，所述磨加工处理后、所述靶片两端面的平面度小于0.05mm(如0.01mm，0.02mm，0.03mm，0.04mm)。通过磨加工处理，将线切割的痕接磨平，确保靶片两端面是平整的。
[0025]进一步地，在步骤S5中，所述喷砂处理后、所述靶片两端面的粗糙度不小于Ra3.6(如Ra3.6，Ra3.7，Ra3.8，Ra3.9，Ra4.0)。通过喷砂处理，提高粗糙度，进而提高焊接结合力，因为磨平面后表面光滑，粗糙度较低，镀层结合力较差，故通过喷砂粗化。
[0026]进一步地，在步骤S6中，所述电镀处理为电镀镍层处理，镀层厚度约为0.1
‑
0.3mm(如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm)。电镀镍层化学稳定性高，其与CrW靶材基体结合力强，镍镀层与铜背板无限固溶，互相扩散，容易形成较好的焊接界面，同时镍的热膨胀系数介于两种焊接材料的中间，可以有效减小焊接应力，从而使焊接界面更加优良，焊合率更高。
[0027]进一步地，在步骤S7中，所述合金背板的材质可以是Cu、Mo及其合金。Cu的导热导电性能比较好，对于靶材来说是优选的背板材料；Mo的热膨胀系数小，强度相对更高，也是优选背板材料；CuMo二者可以做成合金，通过调控其比例，可以设计制作出综合性能好的材料作为背板。
[0028]进一步地，在步骤S7中，所述脱气处理时的脱气保温温度为300
‑
400℃(如300℃、350℃、400℃)。
[0029]进一步地，在步骤S7中，所述脱气处理时的脱气真空度不大于2*10
‑2Pa(如2*10
‑2Pa、1*10
‑2Pa、9*10
‑3Pa、8*10
‑3Pa、7*10
‑3Pa、6*10
‑3Pa、5*10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CrW合金靶材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.将Cr粉以及W粉按既定比例混合均匀，其中，所述既定比例中的W元素原子比例为5～50％，Cr粉粒度小于30μm；S2.将混合后的粉末装入包套模具中进行脱气处理；S3.将脱气处理后的包套进行热等静压成型处理；S4.将热等静压成型处理后的坯料去除包套，然后将其切割成相应尺寸大小的靶片，将靶片两端面进行磨加工处理；S5.对磨加工处理后的靶片两端面进行喷砂处理；S6.将喷砂处理后的靶片两端面进行电镀处理；S7.将电镀处理后的靶片与相同大小的合金背板叠放在一起装入包套模具中进行脱气处理；S8.将脱气处理后的包套进行扩散焊接处理；S9.将扩散焊接处理后的靶片去除包套，然后加工至所需形状的靶材，即得带背板的CrW合金靶材。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述W粉的粒度为10
‑
30μm。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述既定比例中的W元素原子比例为20～50％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述热等静压成型处...

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