鉬鈦合金靶材及其生產方法

鉬鈦合金靶材及其生產方法
【專利摘要】本發明屬于材料加工【技術領域】，具體涉及一種鉬鈦合金靶材及其生產方法。鉬鈦合金靶材的相對密度為99-100％，純度為99.9-99.999％，氧含量為1-2000ppm，平均粒徑為1-100微米。本發明通過多階段的脫氣工藝，靶材的氧含量更低；通過多氣孔的設置，靶材內部脫氣更加均勻；通過改進的熱等靜壓工藝，靶材的密度更高。
【專利說明】鉬鈦合金靶材及其生產方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料加工【技術領域】，具體涉及一種鉬鈦合金靶材及其生產方法。

【背景技術】
[0002] TFT-IXD即薄膜場效應晶體管液晶顯示器。所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的 每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。從而可以做到高速度、高亮度、高 對比度顯示屏幕信息。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 向硅中擴散，為了防止這點產生，有采用TaN、TiN等材料形成反擴散阻擋層，鉬鈦薄膜具有 較為優良的防擴散阻擋能力，在TFT-LCD制造過程中得到廣泛應用。鉬鈦合金的制造一般 采用冷等靜壓配合熱等靜壓的方式，該方法較燒結法生產的合金靶材有致密度高、品質穩 定容易獲得單相材料的優勢，得到了廣泛應用。
[0003] 中國發明專利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粉內加溶劑和粘結劑磨制成漿料；2)用噴霧機對漿料噴霧 造粒，進口溫度為250-300°C，噴頭轉速為8000-12000rpm，得到Mo-Ti復合粉，壓制成尺寸 規整的坯料；3)將多個坯料裝入包套內，向相鄰坯料間內填充入50-250 ym的Mo-Ti復合 粉形成均勻的復合粉層，復合粉層厚度為〇. 5-1_，保證任意一側包套內壁與相鄰坯料外壁 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，處理條件為750-900°C、 120-160MPa，保溫保壓時間為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 的陰極材料。
[0004] 中國發明專利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，濺射過程中的微粒排放減少。本發明還提供了制備所述靶的方法，將靶接合起來制造大 面積濺射靶的方法，以及由所述靶制造的膜。
[0005] 中國發明專利201210497167. 4 -種鉬鈦合金靶材的制備方法。本發明包括如下 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 金粉末冷壓得預成形坯；（3)將步驟（2)所得預成形坯進行真空熱壓成形，冷卻并切割后即 得鉬鈦合金靶材。本發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；本發明的方法無污染、不產生任何廢料、廢酸等污染物。


【發明內容】

[0006] 本發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；本發明同時提供了鉬鈦合金靶材的生產方法，科學合理、簡單易行。
[0007] 本發明所述的鉬鈦合金靶材的相對密度為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] 本發明所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，步驟如下：
[0009] (1)選擇鉬和鈦作為粉體原料，將粉體原料通過V型混料機初步混合，然后再將混 合后的粉體置于高能球磨機中球磨；
[0010] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理；
[0011] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留氣孔；
[0012] (4)將鋼包套進行一階段脫氣、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內進行熱等靜壓燒結；
[0014] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0015] (7)測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕 性測試。
[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中所述的混合時間為10-30分鐘。
[0019] 步驟（1)中所述的球磨過程中選用的球為高致密氧化鋯球，保證環境壓力為 l-50atm，球磨時間為1-24小時，保護氣氛為純度為99. 999%的氬氣。
[0020] 步驟（2)中所述的冷等靜壓處理壓力為20-200MPa，壓制時間為10-60分鐘。
[0021] 步驟（3)中所述的氣孔的個數為1-50個。
[0022] 步驟（4)中所述的一階段脫氣溫度為100-300°C，脫氣時間為2-12小時，包套內 的壓力為I. OX 1(Γ2-5. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為500-1000°C，氫還原時間為4-48小 時，包套內的氫氣壓力為I. OX IO4-I. OX IO5Pa ;三階段脫氣溫度為600-1000°C，脫氣時間 為4-48小時，包套內的壓力為I. 0 X 1(Γ2-5· 0 X l(T2Pa。
[0023] 步驟（5)中所述的熱等靜壓燒結溫度為900-1400度，燒結時間為1-12小時，燒結 壓力為 100_170Mpa。
[0024] 所述的密度測量方法為排水法固體密度測量儀。
[0025] 所述的純度測量方法為ICP-MS。
[0026] 所述的氧含量測量方法為氮氧分析儀。
[0027] 所述的金相與晶粒尺寸的測量方法為金相顯微鏡。
[0028] 所述的耐濕性測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。
[0029] 本發明采用氫化脫氫脫氣配合熱等靜壓的方式生產。
[0030] 本發明主要的改進在于原料的篩選區間更加集中，并且通過高能球磨的方式進行 機械合金化處理。并且對粉體也進行了氫化脫氫的脫氣處理，熱等靜壓工藝也進行了精細 化處理。
[0031] 本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：
[0032] (1)通過多階段的脫氣工藝，靶材的氧含量更低；
[0033] (2)通過多氣孔的設置，靶材內部脫氣更加均勻；
[0034] (3)通過改進的熱等靜壓工藝，靶材的密度更高。

【具體實施方式】
[0035] 以下結合實施例對本發明做進一步描述。
[0036] 實施例1
[0037] (1)選擇原料，對鉬粉與鈦粉通過V型混料機初步混合，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中球磨；
[0038] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 80MPa，壓制時間為30分鐘；
[0039] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留28個氣孔；
[0040] (4)將鋼包套進行一階段脫氣溫度為200°C，脫氣時間為12小時，包套內的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時間為48小時，包套內的氫氣壓力為 I. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為600°C，脫氣時間為48小時，包套內的壓力為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內進行熱等靜壓燒結熱等靜壓燒結參數為， 溫度1200度，燒結壓力為170MPa，溫度均勻化時間為1小時，燒結時間為4小時；
[0042] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0043] (7)測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕 性測試。檢測結果見表1。
[0044] 實施例2
[0045] (1)選擇原料，對鉬粉與鈦粉通過V型混料機初步混合，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中球磨；
[0046] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 lOOMPa，壓制時間為20分鐘；
[0047] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留24個氣孔；
[0048] (4)將鋼包套進行一階段脫氣溫度為300°C，脫氣時間為8小時，包套內的壓力 為5. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為650°C，氫還原時間為24小時，包套內的氫氣壓力為 5. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為700°C，脫氣時間為24小時，包套內的壓力為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內進行熱等靜壓燒結熱等靜壓燒結參數為， 溫度1250度，燒結壓力為150MPa，溫度均勻化時間為2小時，燒結時間為3小時；
[0050] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0051] (7)測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕 性測試。檢測結果見表1。
[0052] 實施例3
[0053] (1)選擇原料，對鉬粉與鈦粉通過V型混料機初步混合，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中球磨；
[0054] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 llOMPa，壓制時間為30分鐘；
[0055] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留50個氣孔；
[0056] (4)將鋼包套進行一階段脫氣溫度為300°C，脫氣時間為12小時，包套內的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時間為48小時，包套內的氫氣壓力為 I. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為800°C，脫氣時間為48小時，包套內的壓力為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內進行熱等靜壓燒結熱等靜壓燒結參數為， 溫度1150度，燒結壓力為170MPa，溫度均勻化時間為1小時，燒結時間為5小時；
[0058] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0059] (7)測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕 性測試。檢測結果見表1。
[0060] 實施例4
[0061] (1)選擇原料，對鉬粉與鈦粉通過V型混料機初步混合，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中球磨；
[0062] (2)將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理，冷等靜壓處理壓力為 80MPa，壓制時間為30分鐘；
[0063] (3)將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留30個氣孔；
[0064] (4)將鋼包套進行一階段脫氣溫度為KKTC，脫氣時間為12小時，包套內的壓力 為I. OX KT2Pa ;二階段氫還原溫度為700°C，氫還原時間為12小時，包套內的氫氣壓力為 5. OX IO4Pa ;三階段脫氣溫度為650°C，脫氣時間為24小時，包套內的壓力為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內進行熱等靜壓燒結熱等靜壓燒結參數為， 溫度1250度，燒結壓力為170MPa，溫度均勻化時間為1小時，燒結時間為3小時；
[0066] (6)將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀；
[0067] (7)測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕 性測試。檢測結果見表1。
[0068] 表1實施例1-4檢測結果
[0069]

【權利要求】
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. -種權利要求1所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟如下： (1) 選擇鉬和鈦作為粉體原料，將粉體原料通過V型混料機初步混合，然后再將混合后 的粉體置于高能球磨機中球磨； (2) 將球磨好的原料粉體裝入膠皮套中進行冷等靜壓處理； (3) 將壓制好的粉體裝入鋼包套中，鋼包套預留氣孔； (4) 將鋼包套進行一階段脫氣、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內進行熱等靜壓燒結； (6) 將包套去除，將合金錠切成指定靶材形狀； (7) 測量靶材的密度、純度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控濺射成薄膜進行耐濕性測 試。
3. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，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. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，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. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（1)中所述的混 合時間為10-30分鐘。
6. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（1)中所述的球 磨過程中選用的球為高致密氧化鋯球，保證環境壓力為l-50atm，球磨時間為1-24小時，保 護氣氛為純度為99. 999 %的氬氣。
7. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（2)中所述的冷 等靜壓處理壓力為20-200MPa，壓制時間為10-60分鐘。
8. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（3)中所述的氣 孔的個數為1-50個。
9. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（4)中 所述的一階段脫氣溫度為100-300 °C，脫氣時間為2-12小時，包套內的壓力為 1. 0 X 10_2-5. 0 X 10_2Pa ;二階段氫還原溫度為500-1000°C，氫還原時間為4-48小時，包套內 的氫氣壓力為1. 〇X 104-1. OX 105Pa ;三階段脫氣溫度為600-1000°C，脫氣時間為4-48小 時，包套內的壓力為1. 〇Xl(T2-5. 0Xl(T2Pa。
10. 根據權利要求2所述的鉬鈦合金靶材的生產方法，其特征在于步驟（5)中所述的熱 等靜壓燒結溫度為900-1400度，燒結時間為1-12小時，燒結壓力為100-170Mpa。
【文檔編號】C22C14/00GK104480446SQ201410843186
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】宋愛謀, 鐘小亮 申請人:山東昊軒電子陶瓷材料有限公司