Материал мишени из сплава титана и ниобия
Материал мишени из сплава титана и ниобия, способ его получения и применение, при этом способ получения материала мишени из сплава титана и ниобия включает следующие этапы: (1) смешивание порошков титана и ниобия для получения смешанного порошка; (2) полученный на этапе (1) смешанный порошок подвергается последовательной обработке прессованием, вакуумным горячим прессованием и механической обработке для получения материала мишени из сплава титана и ниобия; вакуумное горячее прессование и спекание на этапе (2) включает в себя последовательную обработку: первое сжатие, первый нагрев, первое выдерживание тепла и обработку давлением, второй нагрев, второе выдерживание тепла и обработку давлением и второе сжатие. Данное изобретение разделяет процесс вакуумного горячего прессования и спекания на многоступенчатые этапы сжатия, нагрева, выдерживания тепла и обработки давлением, в результате чего получается материал мишени из сплава титана и ниобия с высокой плотностью и чистотой, а также превосходной внутренней структурой, который может соответствовать высоким требованиям к характеристикам материала мишени для магнетронного распыления.
Высокоплотный мишень из диоксида титана и способ его получения, изготовленная из следующих сырьевых материалов в массовых процентах: порошок диоксида титана 97,5–99,5%; активатор – порошок ниобия 0,5–2,5%. Этот мишень из диоксида титана изготавливается методом смешивания – спекания при атмосферном давлении – вакуумного горячего прессования. Из-за процесса спекания мишень более склонна к нарушению требуемого эффекта уплотнения в процессе производства, что приводит к микроскопическим дефектам, таким как пористость и неоднородность состава заготовки. Плотность сплава-мишени нуждается в дальнейшем улучшении.
Низкотемпературный, высокопрочный, усталостно-стойкий титано-алюминиево-ниобиевый сплав состоит из следующих массовых процентов: Al 2,0–3,5%, Nb 12–16%, остальное – Ti и неизбежные примеси. В патенте CN 103692109A описана специальная сварочная проволока для низкотемпературного высокопрочного титано-алюминиево-ниобиевого сплава, состоящая из следующих массовых долей: Al 1,5%–1,8%, Nb 10%–11,5%, Fe≤0,10%, Si≤0,05%, C≤0,08%, N≤0,04%, H≤0,006%, O≤0,12%, остальное – Ti. Указанные сплавы, полученные с использованием технологии вакуумной плавки, не соответствуют требованиям контроля размера зерен микроструктуры в мишенях для магнетронного распыления из алюминиево-титаново-ниобиевого сплава. Это также легко приводит к внутренней неоднородности состава, и данный процесс не может быть использован для изготовления мишеней для магнетронного распыления из титано-ниобиевого сплава.
Мишень для магнетронного распыления из сплава титана и ниобия, метод ее изготовления и области применения включают вакуумное горячее прессование и спекание смеси, полученной путем шарового измельчения порошков титана и ниобия. Путем контроля различных параметров процесса в ходе вакуумного горячего прессования и спекания можно получить мишень для магнетронного распыления из сплава титана и ниобия с высокой плотностью, высокой чистотой и превосходной внутренней микроструктурой. Учитывая значительные различия в температуре плавления и плотности титана и ниобия, метод изготовления включает вакуумное горячее прессование и спекание смеси, полученной путем шарового измельчения порошков титана и ниобия. Процесс вакуумного горячего прессования и спекания разделен на многоступенчатые этапы: нагнетание давления, нагрев и выдержка под давлением. В сочетании с контролем различных параметров процесса, полученная мишень для магнетронного распыления из сплава титана и ниобия обладает высокой плотностью и чистотой, а также превосходной внутренней микроструктурой, отвечая высоким требованиям к характеристикам мишеней для магнетронного распыления.
Процесс вакуумного горячего прессования и спекания включает следующие последовательные этапы: первая обработка давлением 5-20 т в течение 2-10 мин, затем откачка до уровня вакуума <100 Па, затем нагрев со скоростью 5-10 ℃/мин до 1000-1100 ℃ (давление >50 т во время первой обработки нагревом), затем снижение давления; первая выдержка и обработка давлением 1000-1100 ℃ и 48-50 т в течение 60-90 мин, затем нагрев со скоростью 1-5 ℃/мин до 1300-1500 ℃, и вторая выдержка и обработка давлением 1300-1500 ℃ и 48-50 т в течение ≥1 ч; Вторая обработка под давлением 290-310 т в течение 2,9-3,1 ч, за которой следует подача аргона в печь при давлении от -0,06 до -0,08 МПа, охлаждение печи до <200℃, а затем естественное охлаждение до комнатной температуры.
Во-вторых, данное изобретение предлагает мишень для магнетронного распыления из сплава титана и ниобия, которая изготавливается способом, описанным в первом аспекте.
Предложенный способ изготовления включает вакуумное горячее прессование и спекание смеси, полученной путем шарового измельчения порошков титана и ниобия. Процесс вакуумного горячего прессования и спекания разделен на несколько этапов: создание давления, нагрев и выдержка при высокой температуре. Путем контроля различных параметров процесса полученная мишень для магнетронного распыления из сплава титана и ниобия обладает высокой плотностью, чистотой ≥99,9% и превосходной внутренней структурой, отвечая высоким требованиям к характеристикам мишеней для магнетронного распыления.