一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于冶金材料技術領域，具體涉及一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括制粉、成型、真空燒結和機械加工步驟，所述制粉包括以下步驟：將鉬粉和鈮粉按照重量比為6?10:1的比例裝入球磨機中，然后加入過程控制劑和氧化鋯磨球，在氬氣保護下進行球磨，過篩，分離得到鉬鈮合金復合粉末；所述過程控制劑和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01?0.05倍、5?20倍；所述的過程控制劑為硬脂酸鋅、棕櫚酸、硬脂酸乙酯、聚乙烯醇和硬脂酸中的一種或幾種。本發明所得鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞，平均晶粒尺寸為40?65μm，其密度≥9.85g/cm3，性能優異，可廣泛的應用于平面顯示器等領域。
【專利說明】
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝
技術領域
[0001]本發明屬于冶金材料技術領域，具體涉及一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝。
【背景技術】
[0002]鉬的高熔點、高電導率、較低的比阻抗、較好的耐腐蝕性以及良好的環保性能，因此，鉬濺射靶材是一種具有高附加值的特征電子材料，在電子行業中鉬濺射靶材主要用于平面顯示器、薄膜太陽能電池的電極和配線材料以及半導體的阻擋層材料。
[0003]隨著電子行業綜合性能和使用環境要求的提高，未來對于電子行業用濺射靶材的要求也會越來越高。目前，Fro用主導靶材還是高純鉬靶，與純鉬靶材相比，在鉬中添加一定比例的Nb、Na等兀素可使液晶顯不的像素有所提尚，使顯屏尚清晰度、尚?目息容量、尚分辨能力的顯示屏得到突破性進展。目前，已有關于鉬鈮濺射靶材研究的相關報道，主要的制備方法有三種:一、熱等靜壓燒結法，通過熱等靜壓燒結設備將混合后的原料粉燒結成所需鉬鈮靶材，該工藝設備投資較大，且生產效率較低。二、中頻氫氣燒結法，此方法是借鑒于純鉬靶材的制備方法，然而金屬鈮會大量吸氫導致燒結坯密度低且容易開裂，并且影響后續熱加工。三、真空燒結法，該方法通過真空燒結設備進行燒結成型，避免了金屬鈮的吸氫，靶材的致密度也較高。
[0004]中國專利CN105154740A提供了一種機械合金化鈮鉬靶材的制備方法，該方法為:它先將鈮粉末、鉬粉末、氧化鋯磨球和乙醇置于行星式球磨機中球磨后，過篩分離其中的氧化鋯磨球，靜置，得到沉淀液，再去除沉淀液上層的乙醇后，經干燥得到機械合金化鈮鉬粉末，之后，先依次將機械合金化鈮鉬粉末置于多1MPa下靜壓、^ 200MPa下靜壓，得到待燒坯，再將待燒坯置于<50Pa下升溫至彡800°C后，于彡2100°C下燒結，制得由鈮表面包覆鉬的片狀晶粒組成的、密度多9.82g/cm3的機械合金化鈮鉬靶材。該方法在行星式球磨機中加入乙醇進行濕法球磨，球磨時間為25?30h，且球磨之后需靜置20?24h，步驟復雜，生產效率較低，而且金屬粉末容易粘球和粘罐，晶粒組織不清晰。
[0005]中國專利CN102560383B提供了一種鉬鈮合金板靶材加工工藝，按照如下步驟實施:(I)混合:將定量鉬粉與鈮粉各分為至少三小份，然后每小份鉬粉與鈮粉再分別混合成小份混合粉，每小份混合粉經過多次混合和過篩后，多個小份混合粉再合成為混合合金粉；然后再將混合合金粉至少分三組分別混料最后合成一起，再混料成為成分均勻的合金粉；
(2)成型:經過等靜壓壓成合金坯，進入高溫中頻爐在氫氣保護下燒結，燒結溫度分三個溫區；0-800°C、800-1600°C、1600-2000°C并且每個溫度區至少燒結3小時，最終燒成合金坯狀；(3)鍛造和乳制:再經過1200-1400°C高溫鍛造制密后進入高溫爐1500-1600°C的加熱溫度進行乳制成備料規格的板材；(4)精加工:經切割、精磨、機加成為鉬鈮合金板靶材成品。該方法采用V型混料機對原料鉬粉進行簡單的混合，鈮粉在鉬粉中的均勻性較低。燒結過程采用中頻氫氣燒結，金屬鈮會大量吸氫脆化，導致鍛造和乳制過程中板坯開裂，靶材成材率極低。
【發明內容】
[0006]為克服上述缺陷，本發明的目的在于提供一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，成本低，生產效率高，所得鉬鈮合金濺射靶材性能優異。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括制粉、成型、真空燒結和機械加工步驟，所述制粉包括以下步驟:將鉬粉和鈮粉按照重量比為6-10:1的比例裝入球磨機中，然后加入過程控制劑和氧化鋯磨球，在氬氣保護下進行球磨，過篩，分離得到鉬鈮合金復合粉末;所述過程控制劑和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01-0.05倍、5-20倍;所述的過程控制劑為硬脂酸鋅、棕櫚酸、硬脂酸乙酯、聚乙烯醇和硬脂酸中的一種或幾種。
[0008]優選地，所述的球磨時間為60-150min，球磨轉速為600-1200r/min。
[0009]優選地，所述的鉬鈮合金復合粉末的粒徑為5-10μπι。
[0010]優選地，所述的氧化錯磨球的粒徑為1-3mm。
[0011]優選地，所述的成型為鉬鈮合金復合粉末進行冷等靜壓成型，得到壓制毛坯;所述的冷等靜壓的壓力為150-250MPa，保壓時間為5-10min。
[0012]優選地，所述的真空燒結為將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，得到靶材毛坯;所述的真空燒結溫度為1800-2200°C，燒結時間5-10h。
[0013]優選地，所述的鉬鈮合金復合粉末成型之前還包括抽真空步驟。
[0014]本發明的積極有益效果:
I.本發明在球磨過程中，鉬粉和鈮粉金屬粉末在氧化鋯磨球的撞擊下隨著時間的延長會依次出現冷焊-破碎-冷焊現象，如果對球磨過程不進行必要的控制很難得到所需的粉末產物。
[0015]本發明在球磨機中加入了過程控制劑，在氬氣保護下進行球磨，過程控制劑在球磨過程中能夠包覆在金屬粉末表面，在金屬粉末之間形成一層潤滑薄膜，降低了粉末的表面能，較少了粉末間的冷焊，從而避免了粉末的粘球和粘罐，而且還加快了破碎的時間，球磨時間大大縮短。
[0016]隨著球磨時間的延長粉末發生加工硬化并在磨球的作用下發生破碎露出新鮮金屬表面，由于過程控制劑的存在能迅速在新鮮金屬表面形成新的潤滑薄膜從而阻止破碎后的粉末發生焊合，從而細化粉末，得到的鉬鈮合金復合粉末粒徑小，這為后續燒結實現其固態反應和物相轉變提供了有利條件。
[0017]因此，本發明采用過程控制劑干式球磨相對于乙醇濕法球磨球磨時間短，鉬粉和鈮粉分散均勻，而且避免了粉末的粘球和粘罐，操作方便。
[0018]2.本發明在氧化鋯磨球高速運動和過程控制劑共同作用下，鈮元素分布更均勻，最終得到的鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞，平均晶粒尺寸40_65μπι，其密度多9.85g/cm3，性能優異，可廣泛的應用于平面顯示器等領域。
[0019]3.本發明鉬鈮合金復合粉末成型之前還包括抽真空步驟，減少了氧化，本發明鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝簡單，過程控制劑用量少，易于去除，本發明步驟少，效率高，易于產業化生產。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例2鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖；
圖2為本發明實施例3鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖；
圖3為本發明實施例4鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖；
圖4為本發明實施例5鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖；
圖5為本發明實施例6鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖；
圖6為本發明實施例7鉬鈮合金濺射靶材的微觀組織圖。
【具體實施方式】
[0021]
下面結合一些【具體實施方式】，對本發明進一步說明。
[0022]實施例1
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為多99.95%，粒徑分別為20μπι和35μπι)按照重量比為6:1的比例裝入球磨機中，然后加入棕櫚酸和氧化鋯磨球(粒徑2mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為80min，球磨轉速為1000r/min，過篩，分離得到粒徑為9μηι鉬銀合金復合粉末；
所述棕櫚酸和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.02倍、8倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為200MPa，保壓時間為5m i η，得到壓制毛還；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為18000C，燒結時間10 h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞，平均晶粒尺寸50μπι，密度9.85g/cm3。
[0023]實施例2
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為彡99.95%，粒徑分別為15μπι和30μπι)按照重量比為7:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸鋅和氧化鋯磨球(粒徑3mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為60min，球磨轉速為1200r/min，過篩，分離得到粒徑為1ym鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸鋅和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01倍、5倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為150MPa，保壓時間為1min，得到壓制毛還；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為2000°C，燒結時間5h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖1)，平均晶粒尺寸55μπι，密度9.86g/cm3。
[0024]實施例3
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟: (1)將鉬粉和鈮粉(純度均為多99.95%，粒徑分別為25μπι和40μπι)按照重量比為8:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸和氧化鋯磨球(粒徑1mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為lOOmin，球磨轉速為1000r/min，過篩，分離得到粒徑為6μηι鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸、氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.03倍、10倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末抽真空處理，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為180MPa，保壓時間為7min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為20000C，燒結時間8h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖2)，平均晶粒尺寸45μπι，密度9.87g/cm3。
[0025]實施例4
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為多99.95%，粒徑分別為25μπι和40μπι)按照重量比為8.5:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸、棕櫚酸和氧化鋯磨球(粒徑2mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為I 1min，球磨轉速為1000r/min，過篩，分離得到粒徑為8μηι鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸、棕櫚酸、氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.025倍、0.025倍、13倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末抽真空處理，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為200MPa，保壓時間為6min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為20000C，燒結時間6h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖3)，平均晶粒尺寸50μπι，密度9.85g/cm3。
[0026]實施例5
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為彡99.95%，粒徑分別為15μπι和30μπι)按照重量比為9:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸、棕櫚酸和氧化鋯磨球(粒徑3mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為120min，球磨轉速為1000r/min，過篩，分離得到粒徑為5μηι鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸、棕櫚酸和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01倍、0.01倍、15倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末抽真空處理，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為220MPa，保壓時間為8min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為21000C，燒結時間6h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖4)，平均晶粒尺寸40μπι，密度9.87g/cm3。
[0027]實施例6
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為彡99.95%，粒徑分別為15μπι和30μπι)按照重量比為9:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸、棕櫚酸和氧化鋯磨球(粒徑3mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為120min，球磨轉速為1000r/min，過篩，分離得到粒徑為5μηι鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸、棕櫚酸和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01倍、0.01倍、15倍；
(2)將鉬鈮合金復合粉末置于真空爐中升溫至400°C熱處理30min，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為220MPa，保壓時間為8min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為21000C，燒結時間6h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖5)，平均晶粒尺寸40μπι，密度9.89g/cm3。
[0028]本發明步驟(2)鉬鈮合金復合粉末冷等靜壓之前還置于真空爐中熱處理，過程控制劑的去除徹底，有利于后續冷等靜壓壓制成型。
[0029]實施例7
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為多99.95%，粒徑分別為20μπι和50μπι)按照重量比為9.5:1的比例裝入球磨機中，然后加入聚乙烯醇和氧化鋯磨球(粒徑2.5mm)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為90min，球磨轉速為1100r/min，過篩，分離得到粒徑為ΙΟμπι鉬銀合金復合粉末；
所述聚乙烯醇、氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.04倍、18倍；
(2)將鉬鈮合金復合粉末抽真空處理，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為160MPa，保壓時間為6min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為19000C，燒結時間9h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞(參見圖6)，平均晶粒尺寸50μπι，密度9.86g/cm3。
[0030]實施例8
一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括以下步驟:
(1)將鉬粉和鈮粉(純度均為彡99.95%，粒徑分別為25μπι和40μπι)按照重量比為10:1的比例裝入球磨機中，然后加入硬脂酸乙酯和氧化鋯磨球(粒徑1.5_)，在氬氣保護下進行球磨，所述的球磨時間為150min，球磨轉速為800r/min，過篩，分離得到粒徑為8μηι鉬銀合金復合粉末；
所述硬脂酸乙酯、氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.05、20倍；
(2)將步驟(I)鉬鈮合金復合粉末抽真空處理，接著進行冷等靜壓成型，冷等靜壓的壓力為250MPa，保壓時間為6min，得到壓制毛坯；
(3)將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，燒結溫度為2200°C，燒結時間5h，得到靶材毛坯；
(4)將靶材毛坯經過機械加工得到產品鉬鈮合金濺射靶材，鉬鈮合金濺射靶材為單一物相組織，組織均勻無孔洞，平均晶粒尺寸65μπι，密度9.86g/cm3。
【主權項】
1.一種鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，包括制粉、成型、真空燒結和機械加工步驟，其特征在于，所述制粉包括以下步驟:將鉬粉和鈮粉按照重量比為6-10:1的比例裝入球磨機中，然后加入過程控制劑和氧化鋯磨球，在氬氣保護下進行球磨，過篩，分離得到鉬鈮合金復合粉末;所述過程控制劑和氧化鋯磨球的重量分別為鉬粉和鈮粉總重量的0.01-0.05倍、5-20倍;所述的過程控制劑為硬脂酸鋅、棕櫚酸、硬脂酸乙酯、聚乙烯醇和硬脂酸中的一種或幾種。2.根據權利要求1所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的球磨時間為60-150min，球磨轉速為600-1200r/min。3.根據權利要求1所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的鉬鈮合金復合粉末的粒徑為5-1 Oym。4.根據權利要求1所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的氧化鋯磨球的粒徑為1-3mm。5.根據權利要求1-4任一項所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的成型為鉬鈮合金復合粉末進行冷等靜壓成型，得到壓制毛坯；所述的冷等靜壓的壓力為150-250MPa，保壓時間為 5-10min。6.根據權利要求1-4任一項所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的真空燒結為將壓制毛坯在真空燒結爐中進行燒結成型，得到靶材毛坯;所述的真空燒結溫度為1800-2200°C，燒結時間5-1 Oh。7.根據權利要求1所述的鉬鈮合金濺射靶材的制備工藝，其特征在于，所述的成型之前還包括對鉬鈮合金復合粉末抽真空步驟。
【文檔編號】C23C14/34GK105887027SQ201610306488
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】孫虎民, 趙文普, 陳亞光, 高建杰
【申請人】洛陽高新四豐電子材料有限公司