專利名稱：A1基合金濺射靶材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成品率優(yōu)異的Al基合金濺射靶材的制造方法，以及以該方法制造的 Al基合金濺射靶材。
背景技術(shù)：
Al基合金濺射靶材主要由熔解法、噴射成形法、粉末法等制造。熔解法是由模具使熔融金屬成形的方法，能夠制造各種組成的合金濺射靶材。但 是，在合金添加量多時(shí)，熔解法中會(huì)有粗大金屬間化合物結(jié)晶出來(lái)，其成為起點(diǎn)，在鑄造或 塑性加工中產(chǎn)生裂紋。另外，使用如h等這樣與Al相比熔點(diǎn)、密度高的高熔點(diǎn)、高密度的 元素作為合金元素時(shí)，會(huì)產(chǎn)生凝固偏析。因此，若以熔解法制造含有Ta等的Al基合金濺射 靶材，則成品率降低。噴射成形法是利用氣體使熔融金屬(熔湯)霧化，使急冷至半凝固狀態(tài)的粒子堆 積，形成規(guī)定形狀的預(yù)成形坯的方法。但是，在含有Ta這樣熔點(diǎn)高的高熔點(diǎn)元素的Al基合 金中，隨著溫度降低，在熔湯注口內(nèi)會(huì)產(chǎn)生堵塞。另外Al-Ta合金等因?yàn)槿蹨鸵旱螠囟?高，所以大量含有液相的粒子在堆積時(shí)飛散。其結(jié)果是成品率降低。將單質(zhì)金屬粉末彼此混合的粉末法，多被用于制造以熔解法進(jìn)行制造有困難的組 成的Al基合金。但是，稀土類元素單質(zhì)的金屬粉末容易氧化，因此粉末法難以適用于含有 稀土類元素的Al基合金濺射靶材的制造。另一方面，在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有一種組合熔解法和粉末法來(lái)制 造濺射靶材的方法。其中在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的方法是，首先(1)通過(guò)惰性氣體霧化法 制造Ge-Te合金粉末和Sb-Te合金粉末，其次( 將上述兩種合金粉末混合、燒結(jié)，制造 Ge-Sb-Te系濺射靶材。另外在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的方法是，將通過(guò)急冷凝固法制造的固體 合金粉末和Pt單質(zhì)的金屬粉末混合，經(jīng)HIP (熱等靜壓Hot Isostatic Pressing)處理使 該混合粉末致密化，從而制造濺射靶材。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3703648號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2006-144124號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠以高成品率制造含有稀土類元素、和熔點(diǎn)比Al 高的高熔點(diǎn)元素的Al基合金濺射靶材的方法。本發(fā)明的要旨如下所示。[1] 一種含有稀土類元素、和熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素X的Al基合金濺射靶材的 方法，其中，包括如下工序準(zhǔn)備由霧化法制造的含有稀土類元素(以下簡(jiǎn)稱為“REM”)的Al基合金的第一粉 末的工序；將上述第一粉末和含有一種以上的上述高熔點(diǎn)元素X的第二粉末進(jìn)行混合的工序；以及使上述第一粉末和上述第二粉末的混合粉末致密化的工序，在上述混合工序中，上述第一粉末的最大粒徑(a)為10 200 μ m,上述第二粉末 的最大粒徑(b)為10 150 μ m,上述第一粉末的最大粒徑(a)和上述第二粉末的最大粒徑 (b)的比(a)/(b)為 0.5 5。還有，上述第二粉末優(yōu)選由一種以上的上述高熔點(diǎn)元素X構(gòu)成。[2]根據(jù)[1]所述的制造方法，上述稀土類元素是Nd和Y之中的至少一種。[3]根據(jù)[1]或[2]所述的制造方法，上述高熔點(diǎn)元素X是從Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、 Cr、Mo、W和Ni之中選出的至少一種元素。[4]根據(jù)[1] [3]中任一項(xiàng)所述的制造方法，是制造含有上述稀土類元素為 1. 0 10原子％、含有上述高熔點(diǎn)元素X為0. 5 5原子％的Al基合金濺射靶材的方法。[5] 一種由[1] W]中任一項(xiàng)所述的制造方法制造的Al基合金濺靶材。根據(jù)本發(fā)明，將通過(guò)霧化法制造的Al-REM系A(chǔ)l基合金(以下簡(jiǎn)稱為“A1-REM合 金”。)的第一粉末，和由熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素(以下有用X代表的情況。)構(gòu)成的第 二粉末加以混合時(shí)，通過(guò)適當(dāng)控制它們的最大粒徑和比，能夠高成品率地制造Al-REM-X系 Al基合金(以下簡(jiǎn)稱為“A1-REM-X合金”。)的濺射靶材。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人為了提供一種不會(huì)產(chǎn)生偏析而能夠高成品率地制造含有易氧化的稀土 類元素(REM)和熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素⑴的Al-REM-X合金濺射靶材的方法，反復(fù)進(jìn) 行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合Al-REM合金的第一粉末和高熔點(diǎn)元素X的第二粉末時(shí)，若 適當(dāng)?shù)乜刂粕鲜龅谝环勰┑淖畲罅?a)和上述第二粉末的最大粒徑(b)，以及它們的比 ((a)/(b))，便能夠達(dá)成預(yù)期的目的，從而完成了本發(fā)明。詳細(xì)地說(shuō)，如果采用本發(fā)明的方 法，則在粉末的混合時(shí)、混合粉末的搬運(yùn)時(shí)以及致密化處理時(shí)(特別是HIP處理的壓縮填充 時(shí))的振動(dòng)偏析、滾動(dòng)偏析得到防止，可知濺射靶材的成品率提高。本發(fā)明的制造方法包括如下工序(1)準(zhǔn)備由霧化法制造的Al-REM合金的第一粉末的工序；(2)將上述第一粉末和由熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素X構(gòu)成的第二粉末進(jìn)行混合的 工序；以及(3)使上述第一粉末和上述第二粉末的混合粉末致密化的工序。另外也可以根據(jù) 需要，對(duì)由上述工程C3)得到的致密體實(shí)施塑性加工(鍛造、軋制、擠壓加工等)、車床加工、 銑削加工等。以下，按順序?qū)ι鲜龉ば颌?(3)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[工序⑴]在工序(1)中，是準(zhǔn)備由霧化法制造的Al-REM合金的第一粉末。在本發(fā)明的制造 方法中，不是使用REM單質(zhì)的金屬粉末，而是使用Al-REM合金粉末(第一粉末)，因此能夠 防止REM的氧化。對(duì)用于制造第一粉末的霧化法沒(méi)有特別限定，能夠使用Al合金領(lǐng)域中公知的霧 化法(例如氣霧化法、水霧化法、離心力霧化法等)。根據(jù)霧化法，具有容易控制所制造的粉末的粒度分布等優(yōu)點(diǎn)。[工序O)]接著，對(duì)于最富本發(fā)明的方法的特征的工序(2)進(jìn)行說(shuō)明。在工序O)中，混合上述的AL-REM合金粉末(第一粉末)和由熔點(diǎn)比Al高的高 熔點(diǎn)元素(X)所構(gòu)成的第二粉末。如此通過(guò)在制造了 Al-REM合金粉末之后再添加高熔點(diǎn) 元素(X)，能夠高成品率地制造Al-REM-X合金濺射靶材。上述高熔點(diǎn)元素X是熔點(diǎn)比Al高的元素，具體可以列舉Ti、&、Hf、V、Nb、Ta、Cr、 Mo、W的第4 6族元素和Ni。這些高熔點(diǎn)元素可以只含有一種，也可以含有兩種以上。雖 然稍后才進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但含有這些元素和稀土類元素的Al基合金濺射靶材，特別適用于 光信息記錄介質(zhì)的Al基合金反射膜等的制造，而已知上述的高熔點(diǎn)元素有助于Al基合金 的熱傳導(dǎo)率的降低、耐腐蝕性的提高等。即，由本發(fā)明的方法得到的Al基合金濺射靶材的 合金組成及其含量，根據(jù)使用該濺射靶材而得到的Al合金膜的用途、特性等的關(guān)系而適宜 決定。詳情后述。由上述高熔點(diǎn)元素構(gòu)成的第二粉末，無(wú)論是只有一種高熔點(diǎn)元素的單質(zhì)金屬粉 末，還是含有兩種以上的高熔點(diǎn)元素的合金粉末都可以。另外，也可以并用組成不同的兩種 以上的第二粉末。在本發(fā)明的制造方法中，對(duì)第二粉末的制造方法沒(méi)有特別限定，可以通過(guò)機(jī)械粉 碎法、化學(xué)反應(yīng)法、電解析出法、霧化法之中的任意一種方法進(jìn)行制造。例如第二粉末能夠 以如下方式制造熔煉高熔點(diǎn)元素X的單質(zhì)金屬，用鑄模凝固后，進(jìn)行機(jī)械性的粉碎。本發(fā)明中具有的重大特征在是，在上述工序O)的混合工序中，適當(dāng)控制第一粉 末的最大粒徑(a)和第二粉末的最大粒徑(b)、以及它們的比(a)/(b)。具體來(lái)說(shuō)，是使第 一粉末的最大粒徑(a)為10 200 μ m，上述第二粉末的最大粒徑(b)為10 150 μ m，第 一粉末的最大粒徑(a)和第二粉末的最大粒徑(b)的比(a)/(b)為0. 5 5而進(jìn)行混合。 如后述的實(shí)施例所示，通過(guò)適當(dāng)控制最大粒徑及其比，粉末的混合時(shí)、混合粉末的搬運(yùn)時(shí)以 及工序(3)中的致密化處理時(shí)(特別是HIP處理的壓縮填充時(shí))的振動(dòng)偏析、滾動(dòng)偏析得 到防止，因此濺射靶材的成品率提高。在此，所謂粉末的最大粒徑，是指基于光衍射、散射的Fraimhofer法測(cè)量粉末的 粒度分布，在明確粒徑與頻度的關(guān)系時(shí)，大粒徑側(cè)的頻度削除3.0%以下時(shí)的粒徑的最大 值。在本實(shí)施例中，粒徑分布和最大粒徑利用激光衍射、散射式的粒度分析儀“日機(jī)裝(株) MICROTRAC HRA(MODEL :9320-X100) ”進(jìn)行測(cè)量。首先，第一粉末(A1-REM合金粉末)的最大粒徑(a)為10 μ m以上(優(yōu)選為50 μ m 以上)、200 μ m以下(優(yōu)選為150 μ m以下)。若第一粉末的最大粒徑(a)超過(guò)200 μ m,則第二粉末容易在第一粉末間移動(dòng)，混合時(shí)、搬運(yùn)時(shí)、致密化處理時(shí)容易發(fā)生偏析。還有，第一 粉末的最大粒徑的下限設(shè)定在可實(shí)用的范圍內(nèi)。另外，第二粉末(其他元素X的金屬或合金粉末)的最大粒徑(b)為10 μ m以上 (優(yōu)選為30μπι以上)、150μπι以下(優(yōu)選為IOOym以下，更優(yōu)選為45μπι以下)。若第二 粉末的最大粒徑(b)超過(guò)150μπι，則工序O)中的混合度降低，容易發(fā)生偏析。還有，第二 粉末的最大粒徑的下限設(shè)定在可實(shí)用的范圍內(nèi)。此外，第一粉末和第二粉末的最大粒徑的比(a)/(b)為0.5以上(優(yōu)選為0.7以上，更優(yōu)選為2以上)、5以下(優(yōu)選為4. 5以下、更優(yōu)選為2以下)。若第一粉末和第二粉 末的最大粒徑的比(a)/(b)超過(guò)5，則第二粉末容易在第一粉末間移動(dòng)，混合時(shí)、搬運(yùn)時(shí)、致 密化處理時(shí)容易發(fā)生偏析。另一方面，若第一粉末和第二粉末的最大粒徑的比(a)/(b)低 于0. 5，則特別是使用密度大的X元素所構(gòu)成的第二粉末時(shí)，粉末難以移動(dòng)，工序(2)中的混 合度降低，容易發(fā)生偏析。上述的第一粉末的最大粒徑(a)、第二粉末的最大粒徑(b)和第一粉末與第二粉 末的最大粒徑的比(a) / (b)，能夠通過(guò)對(duì)由霧化法等制造的第一粉末和第二粉末，在例如工 序( 之前進(jìn)行例如分級(jí)(篩分)等而控制在上述范圍。對(duì)混合上述的第一粉末和第二粉末的工序的混合手段沒(méi)有特別限定，能夠使用周 知的方法，例如V型混合機(jī)等。[工序(3)]以工序( 使經(jīng)上述工序( 得到的混合粉末致密化，由此能夠制造Al基合金濺 射靶材(致密體)。還有，也可以根據(jù)需要，對(duì)由工序(3)得到的致密體實(shí)施進(jìn)一步的加工 (例如塑性加工、車床加工、銑削加工等)，進(jìn)一步賦予形狀。對(duì)混合粉末的致密化手段沒(méi)有特別限定，但優(yōu)選能夠得到均一的致密體的HIP處 理。HIP處理優(yōu)選在例如80MPa以上、更優(yōu)選85MPa以上的壓力下，以400 600°C，更優(yōu)選 以500 570°C的溫度進(jìn)行。HIP處理的時(shí)間優(yōu)選為大致1 10小時(shí)、更優(yōu)選為1. 5 5 小時(shí)的范圍內(nèi)。還有，也能夠使用HIP處理以外的致密化手段，例如也可以通過(guò)擠壓加工，連同塑 性加工一起進(jìn)行混合粉末的致密化。根據(jù)需要進(jìn)行的上述的塑性加工、車床加工、銑削加工等沒(méi)有特別限定，能夠采用 眾所周知的手段。本發(fā)明的方法，適用于Al_{稀土類元素(REM)}_{熔點(diǎn)比Al高的元素(X)}合金 濺射靶材的制造。在此，REM中可列舉鑭系元素(從La至Lu的15種元素)和& (鈧)和 Y(釔)。優(yōu)選為Nd和/或Y。高熔點(diǎn)元素X如上述。根據(jù)本發(fā)明的方法得到的濺射靶材，特別適用于光信息記錄用Al基合金反射膜 的制造。上述反射膜例如在日本特開(kāi)2005-158236號(hào)公報(bào)中有詳細(xì)記述。上述公報(bào)中詳細(xì) 記載的是，含有REM(優(yōu)選為Nd和/或Y)為1.0 10.0原子％，和從11、&、!^、￥、恥、1^、 Cr、Mo、W和Ni之中選出的至少一種為0. 5 5原子％的Al基合金反射膜，具有低熱傳導(dǎo) 率、低熔融溫度、高耐腐蝕性和高反射率這樣優(yōu)異的特性，適用于以激光等進(jìn)行標(biāo)記的光信 息記錄介質(zhì)，這樣的Al基合金反射膜能夠使用同一組成的濺射靶材來(lái)形成。關(guān)于上述公報(bào)所記述的反射膜，更詳細(xì)的說(shuō)明如下。首先，通過(guò)使Al基合金含有 REM，從而能夠大大降低其熱傳導(dǎo)率。REM之中，Nd和Y的熱傳導(dǎo)率降低效果也很明顯。REM 量的優(yōu)選范圍是1.0原子％以上、10原子％以下，更優(yōu)選為2.0原子％以上、7原子％以下。在Al-REM合金中，還含有Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Ni之中的至少一種， 由此耐腐蝕性提高。另外，該第4 6族元素和Ni能夠降低Al基合金的熱傳導(dǎo)率。這些 元素之中，Ti、Hf、Ta和Cr的耐腐蝕性改善效果也很明顯。它們優(yōu)選的含量為0. 5原子％ 以上、5原子％以下，更優(yōu)選為1. 0原子以上、3. 0原子％以下。因此，將根據(jù)本發(fā)明的方法得到的濺射靶材用于上述反射膜的成膜時(shí)，按照使之與上述反射膜的組成相同的方式，使該濺射靶材成為含有如下組成的Al基合金即可即含 有REM(優(yōu)選Nd和/或Y)為1.0 10原子％ (更優(yōu)選為2.0原子％以上、7原子％以下)； 從Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Ni構(gòu)成的組(從耐腐蝕性改善效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 由Ti、Hf、Ta和Cr構(gòu)成的組)中選出的至少一種高熔點(diǎn)元素為0. 5 5原子％ (更優(yōu)選為 1.0原子％以上、3.0原子％以下)。當(dāng)制造上述組成的濺射靶材時(shí)，在上述工序(1)中，使用含有REM為1. 0 10原 子％左右的Al-REM合金的第一粉末，在上述工序O)中，使用上述高熔點(diǎn)元素X為0.5 5. 0原子％的量的第二粉末即可。還有，上述列舉的由本發(fā)明的方法得到的濺射靶材的組成是優(yōu)選的方式，而沒(méi)有 限定于此的意圖。本發(fā)明公開(kāi)一種方法，能夠高成品率地制造含有稀土類元素(REM)和熔 點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素(X)的Al-REM-X合金濺射靶材，其組成、含量根據(jù)使用該濺射靶材 所得到的反射膜等的用途、特性來(lái)適當(dāng)決定。因此，制造與上述公報(bào)所述的組成不同的反射 膜時(shí)，使濺射靶材的組成與該不同的反射膜的組成對(duì)應(yīng)即可，這樣的濺射靶也包含在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。實(shí)施例以下，列舉實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受以下實(shí)施例的限制，只要在 能夠符合上述、下述的宗旨的范圍內(nèi)當(dāng)然可以適當(dāng)加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的 技術(shù)范圍內(nèi)。實(shí)施例1以各種方法制造A1-6原子％ Nd-I原子％ Ta合金濺射靶材，評(píng)價(jià)成品率。首先，以氮?dú)忪F化法制造A1-6原子％ Nd合金粉末(第一粉末)。在該第一粉末 中以Ta為1原子％的量添加第二粉末，以V型混合機(jī)進(jìn)行混合。還有第一粉末的最大粒徑 (a)和第二粉末的最大粒徑(b)如下述表1所示，最大粒徑以篩子進(jìn)行調(diào)節(jié)。還有，最大粒 徑的測(cè)量以前述的方法測(cè)量。
其次，將該混合粉末填充到壓縮管中，進(jìn)行脫氣、封入。其后，以最高溫度550°C、保 持2小時(shí)、壓力85MPa的條件進(jìn)行HIP處理，制造A1-6原子％ Nd-I原子％ Ta合金濺射靶 材。為了進(jìn)行比較，使用以下所述的熔解法和噴射成形法，制造A1-6原子％ Nd-I原 子％Ta合金濺射靶材。熔解法如以下方式進(jìn)行。使用真空感應(yīng)熔爐，使用氧化鋁、尖晶石等的耐 火物坩堝，在熔解溫度1350°C、惰性氣體(Ar)氣氛下進(jìn)行熔解，在銅鑄?；蜩F鑄模 (210mmX210mmX高50mm)中進(jìn)行鑄造。在切掉了所得到的鑄塊的底部(5 IOmm)后，切 斷成厚度IOmm(制品厚度5mm+5mm)，通過(guò)車床加工制作A1-6原子％ Nd-I原子％ Ta合金濺 射靶。噴射成形法以如下方式進(jìn)行。使用噴射成形裝置(住友重機(jī)械工業(yè)(株)制)， 以出湯溫度1300°C、熔湯注口內(nèi)徑Φ 5. 5mm的條件，通過(guò)氮?dú)忪F化制作液滴，使之堆積在收 集器上。將所得到的預(yù)成形坯放入壓縮管中進(jìn)行脫氣、封入后，以溫度550°C、壓力85MPa、 保持時(shí)間2小時(shí)的條件實(shí)施HIP處理。對(duì)所得到的致密體實(shí)施鍛造、軋制后，切斷成厚度 IOmm (制品厚度5mm+5mm)，通過(guò)車床加工制作了 A1-6原子％ Nd-I原子％ Ta合金濺射靶材。
如此得到的濺射靶材的制品成品率，以制品重量/熔解重量來(lái)評(píng)價(jià)。將這些結(jié)果顯示在表1中。遵循一般基準(zhǔn)，成品率在40%以上的評(píng)價(jià)為合格(A)， 低于40%的評(píng)價(jià)為不合格(B)。還有，在成品率損失中，除了因偏析而產(chǎn)生的損失以外，還 包括因塑性加工時(shí)、機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的損失。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種Al基合金濺射靶材的制造方法，所述Al基合金濺射靶材含有稀土類元素、和熔 點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素X，其特征在于，包括如下工序準(zhǔn)備由霧化法制造的含有稀土類元素的Al基合金的第一粉末的工序、 將所述第一粉末和含有一種以上的所述高熔點(diǎn)元素X的第二粉末進(jìn)行混合的工序、以及使所述第一粉末和所述第二粉末的混合粉末致密化的工序，在所述混合工序中，所述第一粉末的最大粒徑a為10 200 μ m，所述第二粉末的最大 粒徑b為10 150 μ m,所述第一粉末的最大粒徑a和所述第二粉末的最大粒徑b的比a/b 為0. 5 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述稀土類元素是Nd和Y之中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述高熔點(diǎn)元素X是從Ti、Zr、Hf、V、Nb、 Ta、Cr、Mo、W和Ni構(gòu)成的組中選出的至少一種元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，制造含有所述稀土類元素為1.0 10原 子％、含有所述高熔點(diǎn)元素X為0. 5 5原子％的Al基合金濺射靶材的方法。
5.一種由權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的制造方法制造的Al基合金濺靶材。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠以高成品率制造含有稀土類元素、和熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素的Al基合金濺射靶材的方法。本發(fā)明涉及Al基合金濺射靶材的制造方法，包括如下工序準(zhǔn)備由霧化法制造的含有稀土類元素的Al基合金的第一粉末的工序、將第一粉末和含有一種以上的熔點(diǎn)比Al高的高熔點(diǎn)元素X的第二粉末進(jìn)行混合的工序、和使第一粉末和第二粉末的混合粉末致密化的工序，在所述混合工序中，第一粉末的最大粒徑(a)為10～200μm，所述第二粉末的最大粒徑(b)為10～150μm，所述第一粉末的最大粒徑(a)和所述第二粉末的最大粒徑(b)的比(a)/(b)為0.5～5。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102057074SQ200980121618
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者中井淳一, 巖崎祐紀(jì), 得平雅也, 松崎均, 田內(nèi)裕基, 高木勝壽 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所, 株式會(huì)社鋼臂功科研