一種高純、高致密、大尺寸鉬鈦合金濺射靶材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高純、高致密、大尺寸鉬鈦合金濺射靶材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TFT-LCDCThin Film Transistor-Liquid Crystal Display)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶顯示器具有體積小、重量輕、低輻射線、低耗電量、全彩化等優(yōu)點(diǎn)，是目前平板顯示器領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品。
[0003]近年來，TFT的布線膜由Al變?yōu)殡娮韪偷腃u，而主布線膜的Cu在與非晶質(zhì)Si直接接觸時(shí)會(huì)因TFT制造中的加熱工序而發(fā)生熱擴(kuò)散，導(dǎo)致TFT的特性變差。Mo金屬膜具有耐熱性、耐腐蝕性、低膜阻抗等優(yōu)點(diǎn)，可以在Cu和Si之間做成隔膜作為覆膜的層疊布線膜。此外，隨著平板顯示器的大型化和高清化發(fā)展，對(duì)于形成層疊布線膜的Mo薄膜的需求也不斷在提尚。
[0004]與純金屬M(fèi)o相比，在金屬M(fèi)o中加入一定量的Ti元素可以改善Mo金屬薄膜的耐蝕性、耐熱性、與基板密合性。因此，鉬鈦合金靶材是具有潛力的一種薄膜布線用濺射靶材。
[0005]中國發(fā)明專利201410843186.7鉬鈦合金靶材及其生產(chǎn)方法。該發(fā)明包括如下步驟:(I)選擇鉬和鈦?zhàn)鳛榉垠w原料，將粉體原料通過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。該發(fā)明采用高能球磨的方法混料，有污染原料粉末的風(fēng)險(xiǎn)且鋼包套除氣的步驟繁瑣。此外，熱等靜壓法制備鉬鈦合金靶材的成本較高，并且產(chǎn)品的規(guī)格尺寸受到熱等靜壓機(jī)設(shè)備的限制，無法滿足高世代(G8.5、G10.5)平面顯示器用濺射靶材的規(guī)格要求。
[0006]中國發(fā)明專利201410837219.7—種鉬鈦合金濺射靶材板的制備方法，該發(fā)明包括如下步驟I，將鉬粉和鈦粉裝進(jìn)三維混料機(jī)中，充入氬氣，使兩種粉末在氬氣氣氛中充分混合，得到鉬鈦合金粉末;步驟2，將步驟I得到的鉬鈦合金粉末放入模具中冷等靜壓得到預(yù)成形坯;步驟3，將步驟2得到的預(yù)成形坯抽真空后在氦氣氣氛下燒結(jié)，得到燒結(jié)毛坯;步驟4，將步驟3得到的燒結(jié)毛坯經(jīng)過機(jī)加工后得到鉬鈦合金濺射靶材板。該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過機(jī)加工之后直接成為成品，沒有后續(xù)的熱乳和熱處理工序，因此制備的產(chǎn)品致密度不太理想。此外，產(chǎn)品的規(guī)格尺寸同樣受到燒結(jié)設(shè)備的限制，無法制備大規(guī)格平面顯示器用濺射靶材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高純、高致密、大尺寸鉬鈦合金濺射靶材的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中鉬鈦靶材生產(chǎn)成本高，制備的靶材產(chǎn)品致密度較低，產(chǎn)品規(guī)格受到燒結(jié)和熱等靜壓設(shè)備限制。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高純、高致密、大尺寸鉬鈦合金濺射靶材的制備方法，包括如下步驟:
(1)混料:選擇鉬和氫化鈦?zhàn)鳛榉垠w原料，兩種粉體在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行混合得到合金粉末；
(2)壓制成型:將混合好的粉體原料裝入膠套模具中進(jìn)行冷等靜壓處理，得到壓制毛坯；
(3)燒結(jié):將壓制毛坯在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行第一階段脫氫燒結(jié)和第二階段致密化燒結(jié)，最終得到燒結(jié)毛坯；
(4)乳制:將燒結(jié)毛坯在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行加熱，隨后進(jìn)行乳制加工得到一定規(guī)格的靶材毛坯；
(5)退火:將靶材毛坯在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火處理；
(6)機(jī)械加工:將退火之后的靶材毛坯進(jìn)行機(jī)械加工得到鉬鈦合金濺射靶材產(chǎn)品。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟(I)中鉬的平均粒徑為10?14μηι，純度? 99.99%;所述氫化鈦的平均粒徑為20?25μπι，純度2 99.9%ο
[0010]優(yōu)選的，所述步驟(I)合金粉末中鉬和鈦原子比為4?9:1。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(I)混料是指將鉬和氫化鈦按比例混合，在行星高能球磨機(jī)中球磨，球磨時(shí)在氬氣保護(hù)中進(jìn)行，球料比為1.5?2:1，球磨時(shí)間為24?36h，然后在氬氣保護(hù)下在三維混料機(jī)中混合均勻。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(2)中冷等靜壓處理的壓制壓力為100?200MPa，壓制時(shí)間為4?10分鐘。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟(3)第一階段脫氫燒結(jié)溫度為1000°C，真空度為I X 10—3Pa,燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí);第二階段致密化燒結(jié)溫度為1650°C，燒結(jié)氣氛為氬氣，燒結(jié)時(shí)間為9小時(shí)。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟(4)乳制溫度為1000?1300°C，乳制采用2?6次加熱，每次加熱后乳制二道次的工藝，乳制總變形率為40?75%。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟(5)退火溫度為900?1100°C，退火時(shí)間為I?4小時(shí)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
I)本發(fā)明采用氫化鈦(TiH2)作為鈦元素的來源，經(jīng)過在真空氣氛下的脫氫燒結(jié)處理實(shí)現(xiàn)鉬、鈦元素原子級(jí)別的結(jié)合，TiH2粉末顆粒經(jīng)過脫氫后形成的活性較高的新鮮Ti原子，使Ti向Mo基體擴(kuò)散的速度顯著增加，致密化效果更強(qiáng)。TiH2粉末脫氫之后的氫原子能夠有效的還原原料粉體中存在的少量氧化物雜質(zhì)，極大降低氧含量及其他金屬雜質(zhì)，同時(shí)提高了鉬鈦合金靶材的致密度，降低了鉬鈦合金靶材的晶粒尺寸。
[0017]2)本發(fā)明通過混料工藝保證粉體的均勻性，制備的鉬鈦合金靶材為單相組織且不存在金屬的偏析。
[0018]3)本發(fā)明在燒結(jié)成型后，對(duì)其進(jìn)行多道次乳制、退火等工藝處理，不僅改善了燒結(jié)后板坯的不良外形，使之具有較好的表面粗糙度和直線度，同時(shí)細(xì)化了晶粒，使得鉬鈦合金靶材具備了更高的強(qiáng)度及致密度。該工藝制備的鉬鈦合金靶材尺寸規(guī)格不受燒結(jié)和熱等靜壓設(shè)備的限制，通過多道次乳制能夠得到各種大規(guī)格尺寸的鉬鈦合金濺射靶材。
[0019]4)本發(fā)明制造工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，投入成本較低，制備出的靶材致密性較好，相對(duì)密度達(dá)到99%以上，同時(shí)本方法使得靶材組織均勻、晶粒細(xì)化，使用該產(chǎn)品在鍍膜時(shí)，薄膜的均勻性和薄膜質(zhì)量大大提高，滿足了 TFT-LCD所需要的鉬鈦合金薄膜布線用濺射靶材的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]實(shí)施例1
一種高純、高致密、大尺寸鉬鈦合金濺射靶材的制備方法，包括如下步驟:
(1)混料:選擇鉬和氫化鈦?zhàn)鳛榉垠w原料，將鉬和氫化鈦按比例混合，在行星高能球磨機(jī)中球磨，球磨時(shí)在氬氣保護(hù)中進(jìn)行，球料比為1.5:1，球磨時(shí)間為24h，然后再在三維混料機(jī)中氬氣保護(hù)的條件下混合均勻，其中，合金粉末中鉬和鈦原子比為9:1;
(2)壓制成型:將混合好的粉體原料裝入膠套模具中進(jìn)行冷等靜壓處理，冷等靜壓壓制壓力為200MPa，壓制時(shí)間為1分鐘，得到壓制毛坯；
(3)燒結(jié):將壓制毛坯在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行第一階段脫氫燒結(jié)和第二階段致密化燒結(jié)，第一階段脫氫燒結(jié)溫度為1000°C，真空度為I X 10—3Pa,燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)，第二階段致密化燒結(jié)溫度為1650°C，燒結(jié)氣氛為氬氣，燒結(jié)時(shí)間為9小時(shí)，最終得到燒結(jié)毛坯；
(4)乳制:將燒結(jié)毛坯在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行加熱，乳制溫度為1300°C，乳制采用4次加熱，每次加熱后乳制二道次的工藝，乳制選交叉乳制，即某一個(gè)道次或幾個(gè)道次乳制的乳制方向與其它道次的乳制方向相互垂直，乳制總變形率為55%，隨后進(jìn)行乳制加工得到一定規(guī)格的靶材毛坯；
(5)退火:將靶材毛坯在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為11000C，退火時(shí)間為4小時(shí)；
(6)機(jī)械加工:將退火之后的靶材毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，包括車外圓、車內(nèi)圓、磨外圓，并使表面光潔度達(dá)到Ra <0.8ym,得到鉬鈦合金濺射靶材產(chǎn)品。
[0022]其中，步驟(I)所述原料的原料鉬粉平均粒徑為10?14μπι，純度之99.99%;所述氫化鈦的平均粒徑為20?25μπι，純度2 99.9%ο