鉬鈦合金靶材及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉬鈦合金靶材及其生產(chǎn)方法。鉬鈦合金靶材的相對(duì)密度為99-100％，純度為99.9-99.999％，氧含量為1-2000ppm，平均粒徑為1-100微米。本發(fā)明通過(guò)多階段的脫氣工藝，靶材的氧含量更低；通過(guò)多氣孔的設(shè)置，靶材內(nèi)部脫氣更加均勻；通過(guò)改進(jìn)的熱等靜壓工藝，靶材的密度更高。
【專利說(shuō)明】鉬鈦合金靶材及其生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉬鈦合金靶材及其生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] TFT-IXD即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶顯示器。所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的 每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)。從而可以做到高速度、高亮度、高 對(duì)比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器。由于集成電路制造銅制程工藝中，銅 向硅中擴(kuò)散，為了防止這點(diǎn)產(chǎn)生，有采用TaN、TiN等材料形成反擴(kuò)散阻擋層，鉬鈦薄膜具有 較為優(yōu)良的防擴(kuò)散阻擋能力，在TFT-LCD制造過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。鉬鈦合金的制造一般 采用冷等靜壓配合熱等靜壓的方式，該方法較燒結(jié)法生產(chǎn)的合金靶材有致密度高、品質(zhì)穩(wěn) 定容易獲得單相材料的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利201310744517. 7提供了一種高密度、大尺寸、高均勻性鉬鈦合金靶 材的制備方法，1)向Mo粉與Ti粉內(nèi)加溶劑和粘結(jié)劑磨制成漿料；2)用噴霧機(jī)對(duì)漿料噴霧 造粒，進(jìn)口溫度為250-300°C，噴頭轉(zhuǎn)速為8000-12000rpm，得到Mo-Ti復(fù)合粉，壓制成尺寸 規(guī)整的坯料；3)將多個(gè)坯料裝入包套內(nèi)，向相鄰坯料間內(nèi)填充入50-250 ym的Mo-Ti復(fù)合 粉形成均勻的復(fù)合粉層，復(fù)合粉層厚度為〇. 5-1_，保證任意一側(cè)包套內(nèi)壁與相鄰坯料外壁 間的間隙小于或等于〇. 5mm ;4)將包套焊接、脫氣后熱等靜壓處理，處理?xiàng)l件為750-900°C、 120-160MPa，保溫保壓時(shí)間為4-6h，去除包套即可。該方法制作的靶材可用作濺射沉積技術(shù) 的陰極材料。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利200680038682. 9提供了鉬鈦濺射靶。一方面，所述靶基本上不含 B (TI，MO)合金相。另一方面，所述靶基本上由單相B (TI，MO)合金組成。在這兩種情況 下，濺射過(guò)程中的微粒排放減少。本發(fā)明還提供了制備所述靶的方法，將靶接合起來(lái)制造大 面積濺射靶的方法，以及由所述靶制造的膜。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利201210497167. 4 -種鉬鈦合金靶材的制備方法。本發(fā)明包括如下 步驟：（1)將鉬粉、鈦粉和成形劑充分混合，得到鉬鈦合金粉末；（2)將步驟（1)所得鉬鈦合 金粉末冷壓得預(yù)成形坯；（3)將步驟（2)所得預(yù)成形坯進(jìn)行真空熱壓成形，冷卻并切割后即 得鉬鈦合金靶材。本發(fā)明采用粉末冶金方法，成本低，成品率高，有效降低了鉬鈦合金靶材 的成本；本發(fā)明的方法無(wú)污染、不產(chǎn)生任何廢料、廢酸等污染物。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種鉬鈦合金靶材，具有高純度、高致密、成分分布均勻的特 點(diǎn)；本發(fā)明同時(shí)提供了鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行。
[0007] 本發(fā)明所述的鉬鈦合金靶材的相對(duì)密度為99-100%，純度為99. 9-99. 999%，氧 含量為l-2000ppm，平均粒徑為1-100微米。
[0008] 本發(fā)明所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，步驟如下：
[0009] (1)選擇鉬和鈦?zhàn)鳛榉垠w原料，將粉體原料通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，然后再將混 合后的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨；
[0010] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理；
[0011] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留氣孔；
[0012] (4)將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣、二階段氫還原與三階段脫氣處理，然后將所有氣孔 封死；
[0013] (5)將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)；
[0014] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0015] (7)測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕 性測(cè)試。
[0016] 步驟（1)中所述的原料的最大粒徑為1-100微米，純度為99. 9% -99. 999%，氧含 量為 l_2000ppm。
[0017] 步驟（1)中所述的鉬的原子百分比為5-95%，余量為鈦。
[0018] 步驟⑴中所述的混合時(shí)間為10-30分鐘。
[0019] 步驟（1)中所述的球磨過(guò)程中選用的球?yàn)楦咧旅苎趸喦?，保證環(huán)境壓力為 l-50atm，球磨時(shí)間為1-24小時(shí)，保護(hù)氣氛為純度為99. 999%的氬氣。
[0020] 步驟（2)中所述的冷等靜壓處理壓力為20-200MPa，壓制時(shí)間為10-60分鐘。
[0021] 步驟（3)中所述的氣孔的個(gè)數(shù)為1-50個(gè)。
[0022] 步驟（4)中所述的一階段脫氣溫度為100-300°C，脫氣時(shí)間為2-12小時(shí)，包套內(nèi) 的壓力為I. OX 1(Γ2-5. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為500-1000°C，氫還原時(shí)間為4-48小 時(shí)，包套內(nèi)的氫氣壓力為I. OX IO4-I. OX IO5Pa ;三階段脫氣溫度為600-1000°C，脫氣時(shí)間 為4-48小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為I. 0 X 1(Γ2-5· 0 X l(T2Pa。
[0023] 步驟（5)中所述的熱等靜壓燒結(jié)溫度為900-1400度，燒結(jié)時(shí)間為1-12小時(shí)，燒結(jié) 壓力為 100_170Mpa。
[0024] 所述的密度測(cè)量方法為排水法固體密度測(cè)量?jī)x。
[0025] 所述的純度測(cè)量方法為ICP-MS。
[0026] 所述的氧含量測(cè)量方法為氮氧分析儀。
[0027] 所述的金相與晶粒尺寸的測(cè)量方法為金相顯微鏡。
[0028] 所述的耐濕性測(cè)量方法為將薄膜置于溫度為60度，10%的氯化鈉鹽水中120小 時(shí)。
[0029] 本發(fā)明采用氫化脫氫脫氣配合熱等靜壓的方式生產(chǎn)。
[0030] 本發(fā)明主要的改進(jìn)在于原料的篩選區(qū)間更加集中，并且通過(guò)高能球磨的方式進(jìn)行 機(jī)械合金化處理。并且對(duì)粉體也進(jìn)行了氫化脫氫的脫氣處理，熱等靜壓工藝也進(jìn)行了精細(xì) 化處理。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0032] (1)通過(guò)多階段的脫氣工藝，靶材的氧含量更低；
[0033] (2)通過(guò)多氣孔的設(shè)置，靶材內(nèi)部脫氣更加均勻；
[0034] (3)通過(guò)改進(jìn)的熱等靜壓工藝，靶材的密度更高。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] (1)選擇原料，對(duì)鉬粉與鈦粉通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，鉬粉的純度為99. 98 %，平 均粒徑為12微米，鈦粉的純度為99. 99%，平均粒徑為18微米，原子比為Mo:Ti = 90:10， 然后再將混合后的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨；
[0038] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 80MPa，壓制時(shí)間為30分鐘；
[0039] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留28個(gè)氣孔；
[0040] (4)將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣溫度為200°C，脫氣時(shí)間為12小時(shí)，包套內(nèi)的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時(shí)間為48小時(shí)，包套內(nèi)的氫氣壓力為 I. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為600°C，脫氣時(shí)間為48小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為I. OX 10_2Pa， 然后將所有氣孔封死；
[0041] (5)將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)參數(shù)為， 溫度1200度，燒結(jié)壓力為170MPa，溫度均勻化時(shí)間為1小時(shí)，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)；
[0042] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0043] (7)測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕 性測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0044] 實(shí)施例2
[0045] (1)選擇原料，對(duì)鉬粉與鈦粉通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，鉬粉的純度為99. 97%，平 均粒徑為10微米，鈦粉的純度為99. 95%，平均粒徑為25微米，原子比為Mo:Ti = 80:20， 然后再將混合后的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨；
[0046] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 lOOMPa，壓制時(shí)間為20分鐘；
[0047] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留24個(gè)氣孔；
[0048] (4)將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣溫度為300°C，脫氣時(shí)間為8小時(shí)，包套內(nèi)的壓力 為5. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為650°C，氫還原時(shí)間為24小時(shí)，包套內(nèi)的氫氣壓力為 5. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為700°C，脫氣時(shí)間為24小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為5. OX 10_2Pa， 然后將所有氣孔封死；
[0049] (5)將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)參數(shù)為， 溫度1250度，燒結(jié)壓力為150MPa，溫度均勻化時(shí)間為2小時(shí)，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)；
[0050] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0051] (7)測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕 性測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0052] 實(shí)施例3
[0053] (1)選擇原料，對(duì)鉬粉與鈦粉通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，鉬粉的純度為99. 98%，平 均粒徑為15微米，鈦粉的純度為99. 95%，平均粒徑為21微米，原子比為M〇:Ti = 5:95,然 后再將混合后的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨；
[0054] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 llOMPa，壓制時(shí)間為30分鐘；
[0055] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留50個(gè)氣孔；
[0056] (4)將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣溫度為300°C，脫氣時(shí)間為12小時(shí)，包套內(nèi)的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時(shí)間為48小時(shí)，包套內(nèi)的氫氣壓力為 I. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為800°C，脫氣時(shí)間為48小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為I. OX 10_2Pa， 然后將所有氣孔封死；
[0057] (5)將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)參數(shù)為， 溫度1150度，燒結(jié)壓力為170MPa，溫度均勻化時(shí)間為1小時(shí)，燒結(jié)時(shí)間為5小時(shí)；
[0058] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0059] (7)測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕 性測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0060] 實(shí)施例4
[0061] (1)選擇原料，對(duì)鉬粉與鈦粉通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，鉬粉的純度為99. 97%，平 均粒徑為11微米，鈦粉的純度為99. 95%，平均粒徑為20微米，原子比為Mo:Ti = 95:5,然 后再將混合后的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨；
[0062] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 80MPa，壓制時(shí)間為30分鐘；
[0063] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留30個(gè)氣孔；
[0064] (4)將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣溫度為KKTC，脫氣時(shí)間為12小時(shí)，包套內(nèi)的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時(shí)間為12小時(shí)，包套內(nèi)的氫氣壓力為 5. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為650°C，脫氣時(shí)間為24小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為5. OX 10_2Pa， 然后將所有氣孔封死；
[0065] (5)將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)參數(shù)為， 溫度1250度，燒結(jié)壓力為170MPa，溫度均勻化時(shí)間為1小時(shí)，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)；
[0066] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0067] (7)測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕 性測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0068] 表1實(shí)施例1-4檢測(cè)結(jié)果
[0069]

【權(quán)利要求】
1. 一種鉬鈦合金靶材，其特征在于所述的鉬鈦合金靶材的相對(duì)密度為99-100%，純度 為99. 9-99. 999%，氧含量為l-2000ppm，平均粒徑為1-100微米。
2. -種權(quán)利要求1所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下： (1) 選擇鉬和鈦?zhàn)鳛榉垠w原料，將粉體原料通過(guò)V型混料機(jī)初步混合，然后再將混合后 的粉體置于高能球磨機(jī)中球磨； (2) 將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進(jìn)行冷等靜壓處理； (3) 將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預(yù)留氣孔； (4) 將鋼包套進(jìn)行一階段脫氣、二階段氫還原與三階段脫氣處理，然后將所有氣孔封 死； (5) 將制造好的包套置于熱等靜壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)； (6) 將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀； (7) 測(cè)量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進(jìn)行耐濕性測(cè) 試。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（1)中所述的原 料的最大粒徑為1-100微米，純度為99. 9 % -99. 999 %，氧含量為l-2000ppm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（1)中所述的鉬 的原子百分比為5-95%，余量為鈦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（1)中所述的混 合時(shí)間為10-30分鐘。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（1)中所述的球 磨過(guò)程中選用的球?yàn)楦咧旅苎趸喦?，保證環(huán)境壓力為l-50atm，球磨時(shí)間為1-24小時(shí)，保 護(hù)氣氛為純度為99. 999 %的氬氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（2)中所述的冷 等靜壓處理壓力為20-200MPa，壓制時(shí)間為10-60分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（3)中所述的氣 孔的個(gè)數(shù)為1-50個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（4)中 所述的一階段脫氣溫度為100-300 °C，脫氣時(shí)間為2-12小時(shí)，包套內(nèi)的壓力為 1. 0 X 10_2-5. 0 X 10_2Pa ;二階段氫還原溫度為500-1000°C，氫還原時(shí)間為4-48小時(shí)，包套內(nèi) 的氫氣壓力為1. 〇X 104-1. OX 105Pa ;三階段脫氣溫度為600-1000°C，脫氣時(shí)間為4-48小 時(shí)，包套內(nèi)的壓力為1. 〇Xl(T2-5. 0Xl(T2Pa。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟（5)中所述的熱 等靜壓燒結(jié)溫度為900-1400度，燒結(jié)時(shí)間為1-12小時(shí)，燒結(jié)壓力為100-170Mpa。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK104480446SQ201410843186
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】宋愛(ài)謀, 鐘小亮 申請(qǐng)人:山東昊軒電子陶瓷材料有限公司