钛铝合金溅射镀膜靶材的研究进展

物靶 材等 多个 品种 。 １２ 溅射 镀膜 原理 ．
钛铝合金是一种 真空镀膜用合 金溅射靶材 ， 在 该 合金 中通 过调 配钛 与铝 的含量 可 以获 得 不 同特性
的钛 铝 合 金 靶 材 。钛 铝 金 属 间 化 合 物 属 于 硬 脆 材 料， 具有 很好 的耐 磨性 ， 普通 刀 具表 面覆 着 一层 钛 在 铝金 属 间化合 物 ， 以有效 延 长刀 具 的 使用 时 间 ［ 可 。 如 配合 氮 气 放 电起 弧 实 施溅 射 ， 以 获得 高硬 度 低 可 摩擦 系数 表 面膜 ， 特别适 合 各种 刀 具 、 具 和其 它 易 模 损件 的表 面 涂 层 ， 因此 在 机 械 加工 行 业 具 有 较 好 的
密度 高 、 寸 规 格 范 围广 。但 该 法 需 要 用 到 关 键 的 尺
压制烧结设备——热等静压烧结炉 ， 该设备价格 昂 贵， 导致制备得到的靶材产 品， 成本较高 ， 以进行 难 工业 化推 广 。
２ ３ 热 压烧 结法 ．
Ｔ Ａ 、 ｉ１ＴＡ２ＴＡ ， １ＴＡ 、 ｉ１ ｉ１等 这些金属间化合物的存 、
法 的关键 。 ２ ２ 热 等静压 烧结 法 ．
该法制备得到的合金靶材致密度高 （ ５ ， ≥９ ％） 晶粒尺寸 细小 （ ０ ｍ）成 分 均匀 。用该 工艺 可 ≤１０ ， 制备 出不同成分 的钛铝合金靶材。钛铝合金靶材成 分 范 围为 ： 含量 ２ ％ ～７ ％（ 钛 ５ ５ 原子 比）其余 为铝含 ，
自身反应形成钛铝合金靶材 。 Ｊ
该法 制 备 得 到 的钛 铝 合 金 靶 材 产 品 的致 密 度 ＞９ ％ ， ９ 晶粒尺 寸 ≤１０ ｍ， 度 ＞９ ％ 。钛 铝合 金 ０ 纯 ９
图 ２ 热压 烧结 示意 图
１ 一上压头 ； ２一下压头； ３一热压模 ； ４一上模垫 ； 一靶材 ； ５ ６。 因此 ， 射 沉积 已成 为一 溅 种 广泛 应用 的薄 膜制备 技术 。
钛铝合金靶材的制备较 困难。根据钛铝合金相 图 ， 和铝 之 间可 以形成 多 种金 属 间化 合 物 ＿ ， 致 钛 ３导 Ｊ 钛铝合金存在加工脆性 ， 特别是 当合金 中铝含量超
用于装饰 、 工模具 、 玻璃 、 电子器件 、 半导体、 磁记录 、
平 面显 示 、 阳能 电池 等众 多领 域 ， 同领 域 需要 的 太 不 靶 材各 不相 同 。按照生 产方 法溅 射 靶 材可 分 为粉 末 靶、 熔炼 靶和 喷涂 靶 ； 照形 状 可分 为平 面 靶材 和 管 按 状靶 材 ， 面靶材 又可 分为矩 形 靶 和 圆弧靶 ； 平 根据 成 分可 分为 纯金 属靶 材 、 合金 靶 材 、 氧化 物 靶 材 、 化 硅
在 导 致钛 铝 合 金 的加 工 脆 性 ， 特别 是 当合 金 中铝 含
量超过 ５ ％（ 子 比） 该 问题 尤 为 明显 ； ２ 熔 炼工 ０ 原 ， （）
学者 余琨 等发 明了一 种钛 铝合 金 靶 材快 速 热压 烧 结成 型工 艺 。该 工艺使 钛铝 粉体 在 热 和力 的 共 同
用率。
热压压力 ）提高生产效率 ， ， 从而降低成本。随着溅 射镀 膜 的快速 增长 ， 在 国内逐 步普 及 的趋 势 ， 年 及 每
溅射 镀 膜 用 靶 材 的市 场 需 求 量 也 在 迅 速 增 大 。因 此， 对钛 铝合 金靶材 制备 技术 的研究 ， 有 现实 意 义 具 和极 大 的应用 前景 。
孔、 无疏松 和偏析 、 成分均匀 、 晶粒细小等特点。制 备得到的钛铝合金靶材产 品的致密度 ≥９ ％， 度 ９ 纯
＞９ ％ ， 粒 尺 寸 ≤ １０ ｍ， 大 规 格 尺 寸 可 到 ９ 晶 ０ 最
材制备过程都要消耗一套模具 ， 使靶 材生产成本 增 加 。因而需 选择 合 适 的脱 模 剂 ， 提 高 成 品率 及 模 来
以及 汽 车 和 建 筑 玻 璃 镀 膜 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 … 。因此 ， 领 域 对 相 关 镀 膜 靶 材 的需 求 也 显 得 该
极 为迫 切 。
他类 型 的镀 膜设 备在适 当工艺 条 件下 溅 射沉 积 在基 板 上形 成各 种功 能薄膜 的溅射 源 。溅 射靶 材 广 泛应
量 。该工 艺流 程 短 、 本 低 、 膜 效 果 好 ， 满 足 大 成 镀 能 规 模产业 化要 求 。
该工 艺 的特点是 在真 空或保 护 气 氛 中通 过 刚性
模具来传递压力 ， 使材料 在热和力的共 同作用下烧 结成型 ， 将冷压成型 ＋ 烧结两步合并为一个步骤 ， 可
大 大提 高工 艺效率 。
金 靶材 ８。
该工艺对设备的要求较高 ， 关键设备是热压烧
结 炉 。制 备 的靶材 以 圆形 合金 靶 材 为主 ， 径 ≤１０ 直 ０
ｍｌ 此外 ， ｉ ｌ 。 该工艺在制备铝含量高的钛铝合金靶 材
时 ， 在脱模 困难 ， 存 模具使 用 寿命 低 的 问题 。每 块 靶
该法制备 的钛铝合金靶材具有致密度高 、 无气
生产 。而用 该 技 术 制备 钛 铝 合 金 靶 材 需 反 复 试 验 ， 选 择合 适 的脱 模 剂 ， 高成 品率 及 模具 的利用 率 ， 提 同 时， 需优 化烧 结热 压工 艺条 件 （ 结 温 度 、 烧 升温 速 率 、
铝逐步熔化 ， 能将钛原子粘接在一起 ， 最后形成合金
脱模困难 ， 模具使用寿命低 的问题。每块靶材制备
过程都要 消耗一套模具 ， 使靶材生产 成本增加 。钛
合金溅射靶材的主要方法 。该法制备 的靶材产品致
第 １ 期
陈 希 ， ： 铝合 金 溅射镀 膜靶 材 的研 究进展 等 钛
５ ３
铝合 金烧 结过 程 中 ， 钛属 于 高熔 点 的 硬质 相 ， 属 于 铝 粘 接相 。高铝 型钛 铝合 金粉 末 烧结 过 程 中低 熔 点 的
靶 材 。然 而铝 液 与 石 墨 模 具 的润 湿 角 是 钝 角 ， 含 铝 量 越 多 的 钛 铝 合 金 ， 压 烧 结 冷 却 后 脱 模 越 困难 。 热 因此 ， 铝 型 钛 铝 合 金靶 材 的热 压 烧 结 制 备 工 艺 中 高 需 要 选 择合 适 的脱 模 剂 ， 提 高 成 品率 及 模 具 的利 来
作用 下烧 结 成 型 ， 用 Ｔ —Ａ 混 合 物 中 铝 的 熔 点 利 ｉ １ 低， 将钛粉粘结在一起 ， 形成合金溅射靶材＿ 。热压 ９ ｊ 烧 结示 意 图如 图 ２所示 。
艺制备钛 铝合 金靶 材 ， 注过 程 中易 产 生气 泡 、 浇 疏松
和偏析 ， 造成合金中成分与组织不均匀 ， 导致靶材品 质不稳 定 ６。
参考 文 献 ：
［ ］ 金永 中， １ 刘东亮 ， 陈建 ． 溅射 靶材的制备 及应用研究 ［ ］ 四Ｊ Ｊ．
理 工 学 院学 报 ，０ ５ １ （ ） ２ ２ ０ ，８ ３ ：２—２ ４．
此外 ， 压 烧 结 过 程 中 的烧 结 温 度 、 温 速 率 、 热 升 热压压 力 对 产 品 最 终 的组 织 和 性 能 都 有 很 大 的影
应 用前 景 。
用加速 的 离 子轰 击 固体 表 面 ， 子 和 固体表 面 离 原 子 交 换 动 量 ， 固体表 面 的原 子 离开 固体 并沉 积 使 在基底 表 面 ， 过 程 即 为溅 射 镀 膜 。 图 １为溅 射 镀 该
膜过 程 示 意 图＿ 。 用 靶 材 溅 射 沉 积 的薄 膜 致 密 度 ４ Ｊ
具 的利 用率 。
目 ， 前 热压烧结是钛铝合金溅射靶材最有潜 力 的制备技术。该技术工艺效率高， 适合产业化生产 。 然而用热压烧结方式制备钛铝合金溅射靶材 ， 存在
１ ０ ｍ ０ｍ 。钛铝合金靶材成分范围为： ０ 钛含量 ２ ％ ０
一
８ ％（ ０ 原子比）其余为铝含量。 ， 热等静压制备法是 目前制备镀膜产业所需钛铝
第２ ８卷第 １期
２１ ０ ２年 ２月
ＨＵＮＡＮ ＮＯＮＦ ＲＲＯＵＳ ＭＥＴＡＬＳ Ｅ
湖 南有 色金 属
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钛 铝 合 金 溅 射 镀膜 靶材 的研 究进 展
陈 希， 黄 蓉 ， 晔 邬
（ 湖南稀 土金属 材料研 究院 ， 南 长沙 湖 摘 ４０２ ） １ １ ６
靶材成分范围为 ： 钛含量 ５ ～ ５ 原子 比）其余 ％ ７ ％（ ， 为 铝含量 。该法 成本 低 、 品致 密 度高 ， 全 能满 足 产 完
大 规模产 业化 生产 的要求 。 该 制备 法 中需 要 有 可 获 得 大 电 流 的装 置 ， 置 装 中的正 负 电极需 要有 导 电 、 压功 效 ， 传 应具 备 良好 的 导 电性 、 强韧性 及抗 高温 软化 性 等 。因此 ， 否具 备 能 符 合 工 艺要 求 、 能稳 定 的大 电 流装 置 是该 制 备 方 性
响Ｌ 。 中烧结温度太高 ， ｌ 。其 。 将导致 固相烧结 到液相
学者 张凤戈 等发 明 了一 种钛 铝 合 金靶 材 的粉 末 冶金 制备 方 法 。该 法 将 钛 粉 和铝 粉 进 行 混 料 ， 后 然 经 过 装粉 和 冷 等静 压 预 压 制 、 脱气 工 艺 后 再进 行 热 等 静 压压 制 成 型 ， 后进 行 烧 结 和加 工 得 到钛 铝 合 最
根 据 国 内外有 关钛铝 合金 靶 材 的生 产工 艺 研究
报道 ， 目前钛铝合金溅射靶材 的主要制备技术有 ： 强
电流 加热 法 、 热等 静压烧 结法 、 热压 烧结法 。
２ １ 强 电流加 热法 ．
学者余 鹏发 明 了一 种通 过大 强度 电流 生产 钛 铝 合金 靶材 的 方 法 。该 法 采用 可 获 得 大 电流 的 装 置 ， 利用 大 电流使钛 粉 和铝粉发 热 ， 以压 力 ， 施 使铝 和 钛
要： 综述 了钛铝合金靶材 的制备技术及存 在的 问题 。热等静 压烧结 法 ， 成本 较高 ， 不适合广 泛