專利名稱：一種大型高致密鉻靶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種鉻靶的制造方法。
背景技術(shù)：
金屬鉻(Cr)是稍帶藍(lán)色的銀白色金屬。鉻在大氣中有強(qiáng)烈的鈍化能力，能長(zhǎng)久保持光澤，鉻對(duì)多種酸及強(qiáng)堿有很好的耐腐蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性好。鉻還有高硬度、高電阻率等特點(diǎn)。由于鉻的多種特性，采用各種表面技術(shù)制備的鉻及其合金或化合物膜層在表面工程中得以廣泛應(yīng)用，例如機(jī)械功能膜層、微電子薄膜、電磁功能薄膜、光學(xué)薄膜、裝飾功能膜層等等。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，在微電子半導(dǎo)體集成電路、大型幕墻玻璃和汽車后視鏡等技術(shù)領(lǐng)域，需要使用性能各異、要求不同的高純鉻濺射靶材。
濺射鍍膜是利用濺射現(xiàn)象來達(dá)到制取各種薄膜的目的，即在真空室中利用荷能離子轟擊靶材表面，使被轟擊出的粒子在基體上沉積形成薄膜。由于磁控濺射鍍膜具有附著性好膜質(zhì)較致密、節(jié)水節(jié)電、無三廢處理等優(yōu)點(diǎn)，使得它具有著很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。目前廣泛采用的鉻靶生產(chǎn)方法主要為熱等靜壓法，經(jīng)過氫氣還原，脫氣處理，在大于lOOMPa，1200°C以上的環(huán)境下燒結(jié)成型。制成高密度鉻靶。發(fā)明專利CN1074843A《磁控濺射鉻靶的制造方法》中提供了了ー種磁控濺射鉻靶的制造方法。該方法以電解鉻粉為原料，通過氫氣還原后，粉碎，裝套除氣，然后進(jìn)入熱等靜壓機(jī)中成型，隨后進(jìn)行機(jī)加工制成成品。氫氣還原溫度為1200°C 1500°C，還原時(shí)間4 10小時(shí)；熱等靜壓成型溫度1200 1400°C，壓カ大于lOOMPa，時(shí)間I 5小時(shí)。采用該方法所制得的鉻靶，鉻的純度可達(dá)99. 9%，密度大于7. 15g/cm3，相對(duì)密度為99. 8% 100%。該方法エ藝過程復(fù)雜，成品率難以控制，且成本太高。熱壓法是ー種較新穎的鉻靶生產(chǎn)方法，制造的鉻靶材能達(dá)到的相對(duì)密度大于98%，エ藝過程相對(duì)簡(jiǎn)單且制造成本較低。但對(duì)于大型高致密鉻靶的制備，目前尚缺乏成熟穩(wěn)定的制備エ藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供ー種操作簡(jiǎn)單、低成本的大型高致密鉻靶的生產(chǎn)エ藝，通過設(shè)計(jì)篩選成熟的エ藝步驟和エ藝參數(shù)，達(dá)到低成本制得大型高致密鉻靶的目的。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，其特征在于包括如下依次進(jìn)行的七個(gè)步驟
I、真空脫氣采用-200目、純度為99.95%、氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料，首先加壓5MPa，然后在真空度保持為5. 0X10_3Pa的環(huán)境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小時(shí)，然后充入氬氣；
II、階段性升溫加壓加壓至lOMPa，然后以200°C/h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時(shí)；然后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時(shí)；自1100°C開始，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa ；III、保壓爐冷保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐自然冷卻；
IV、熱鍛鍛造溫度為90(Tl200°C，變形率為O.1%/分 20%/分；
V、退火在300°C 700°C溫度下保溫3 5小時(shí)進(jìn)行去應(yīng)カ退火；
VI、熱軋針對(duì)靶材的形狀不同，選擇單向式或者交叉式或者旋轉(zhuǎn)式的熱扎方式，軋制的道次變形率為2°/Γ20% ；
νπ、機(jī)加工。下面結(jié)合熱壓法的作用機(jī)理說明本方明的有益效果
熱壓法的作用機(jī)理如下
鉻粉燒結(jié)屬單元系燒結(jié)，燒結(jié)機(jī)制以擴(kuò)散為主。當(dāng)溫度低于400°C，應(yīng)カ回復(fù)，吸附的氣體和水分揮發(fā)，壓塊尺寸基本保持不變；隨爐溫度升高，由于靶坯中的氣體放出，導(dǎo)致真空度降低，當(dāng)升溫至400 800°C時(shí)，開始出現(xiàn)再結(jié)晶，顆粒內(nèi)變形開始恢復(fù)，形成新的晶粒，顆粒界面因擴(kuò)散逐漸粘結(jié)，坯體強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)真空度升至10-2Pa時(shí)，為了避免鉻的氧化，通入惰性氣體(如氬氣)。繼續(xù)升溫至1100 1200°C，降低升溫速度，升溫時(shí)間控制在l-2h，使粉末顆粒粘結(jié)和流動(dòng)充分進(jìn)行，孔隙尺寸和數(shù)量均不斷減少，燒結(jié)體收縮，密度有很大提高，強(qiáng)度有一定増加。隨爐溫的升高，靶材的密度和強(qiáng)度都有不同程度的提高，燒結(jié)溫度控制在1300 1350°C，升溫時(shí)間為I 2h，此時(shí)保溫O. 5 I. 5h。燒結(jié)過程中加熱速度不能太快，因?yàn)槲綒怏w排除不徹底將影響鉻靶收縮，進(jìn)而影響靶環(huán)的燒結(jié)密度和氧含量，同時(shí)壓制時(shí)產(chǎn)生高的內(nèi)應(yīng)カ在燒結(jié)過程中會(huì)由于加熱速度太快而造成鉻靶變形或裂紋出現(xiàn)。高溫?zé)Y(jié)階段的溫度和時(shí)間是影響粉末產(chǎn)品燒結(jié)性能的主要因素。在燒結(jié)過程中，實(shí)現(xiàn)純鉻粉靶的燒結(jié)溫度，通常在1250 1450°C之間。此時(shí)氣氛露點(diǎn)只在-20 0°C之間，相應(yīng)的殘壓僅為133. 3Pa以上即可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，不發(fā)生氧化。實(shí)踐證明，在1250 1450°C燒結(jié)階段，若無惰性氣體保護(hù)，而僅在真空條件下燒結(jié)，有氧化現(xiàn)象發(fā)生，鉻的蒸發(fā)現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。為了減少在高溫、負(fù)壓下鉻的蒸發(fā)損失，在高溫?zé)Y(jié)階段 必須通入惰性氣體(氬氣)加以保護(hù)。真空度對(duì)靶坯的燒結(jié)密度有一定的影響，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)由于真空度偏低，導(dǎo)致燒結(jié)密度下降5%左右。熱鍛和熱軋是在高于坯料金屬的再結(jié)晶溫度上加工，可以破壞鉻靶的內(nèi)部組織，細(xì)化靶材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使靶材組織密實(shí)，力學(xué)性能得到改善。這種改善主要體現(xiàn)在沿鍛造或軋制方向上，從而使靶材在一定程度上不再是各向同性體，燒結(jié)時(shí)形成的氣孔、裂紋和疏松，也可在高溫和壓力作用下被焊合。不均勻冷卻和受カ造成的殘余應(yīng)カ，一般通過去應(yīng)力退火消除。本發(fā)明的有益效果
I、本發(fā)明使用的原料鉻粉具有低的氧含量，且純度為99. 95%，生產(chǎn)過程嚴(yán)格控制雜質(zhì)的引入，簡(jiǎn)化工藝過程，操作方法規(guī)范化。2、本發(fā)明在生產(chǎn)過程中在高溫高真空的條件下，充分去除了殘留在粉末中的氣體，避免燒結(jié)過程中的雜質(zhì)引入。3、本發(fā)明采用多階段升溫升壓的方式，結(jié)合材料本身的性質(zhì)，不同階段采用不同的升溫速率，減少生產(chǎn)時(shí)間，不同溫度使用不同的壓力，逐級(jí)讓鉻粉末致密化。4、降溫階段較好避免降溫過程可能造成的應(yīng)カ釋放，長(zhǎng)時(shí)間的隨爐冷有利于減小或消除靶材內(nèi)部粉末間的應(yīng)力，以防止靶材的開裂，提高靶材強(qiáng)度和致密性。
5、通過熱鍛，將靶材進(jìn)ー步致密，大晶粒得到破碎，増加了靶材的強(qiáng)度。6、退火處理后，靶材基本消除了由于熱壓和熱鍛造成的內(nèi)應(yīng)力，能有效的防止靶材開裂。7、為了讓靶材得到要求的尺寸，對(duì)熱壓后的進(jìn)行熱軋成型，能夠讓靶材更加致密。該方法大大降低了大型高致密鉻靶的生產(chǎn)成本，且制得的靶材具有成分與密度均勻、晶粒大小小于100微米、純度大于99. 9%、相對(duì)密度大于99%、氧含量小于IOOOppm的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)ー步說明本發(fā)明。具體實(shí)施例I :
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，包括如下步驟
I、真空脫氣
采用-200目，純度為99. 95%，氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料。首先加壓5MPa，以保證抽真空過程中粉末不會(huì)大量溢出，在真空度保持為10_3Pa的環(huán)境下，充入氬氣，以300°C /h的升溫速率升至800°C。II、階段升溫升壓
為保證高溫?zé)Y(jié)過程中，鉻材料的流動(dòng)與粘接有序階段性進(jìn)行，熱壓過程采用多階段升溫加壓的方式完成燒結(jié)。加壓至lOMPa，然后以200°C /h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時(shí)，保證模具腔體溫度分布均勻。最后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時(shí)，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa。III、保壓爐冷
保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐冷。IV、熱鍛
為了保證靶材內(nèi)部晶粒均勻且晶粒細(xì)小，密度分布均勻，對(duì)熱壓后的靶材進(jìn)行熱鍛，鍛造溫度為1200°C，變形率為1%/分。V、退火
為了消除熱鍛過程中靶材內(nèi)部的殘余應(yīng)力，在300°C 700°C下保溫3 5小時(shí)進(jìn)行去應(yīng)カ退火。VI、熱軋
針對(duì)靶材的形狀不同，使用旋轉(zhuǎn)式的熱扎方式，軋制的道次變形率為10%。VII、機(jī)加工
所生產(chǎn)的鉻靶的產(chǎn)品性能如表I所示
表I熱壓法生產(chǎn)的鉻靶性能
品名I相対密度I純度 I晶粒大小I三點(diǎn)彎ft強(qiáng)度I晶粒分布I氧含量 絡(luò)革巴]99. 1% [99. 85% 0、于 IOOum lll9MPa[均勻 ]1020ppm
具體實(shí)施例2
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，包括如下步驟
I、真空脫氣
采用-200目，純度為99. 95%，氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料。首先加壓5MPa，以保證抽真空過程中粉末不會(huì)大量溢出，在真空度保持為10_3Pa的環(huán)境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小吋，以降低粉末中分子態(tài)的氣體。II、階段升溫升壓
加壓至lOMPa，然后以200°C /h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時(shí)，保證模具腔體溫度分布均勻。最后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時(shí)，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa。III、保壓爐冷
保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐冷。IV、熱鍛
為了保證靶材內(nèi)部晶粒均勻且晶粒細(xì)小，密度分布均勻，對(duì)熱壓后的靶材進(jìn)行熱鍛，鍛造溫度為1200°c，變形率為1%/分。V、退火
為了消除熱鍛過程中靶材內(nèi)部的殘余應(yīng)力，在300°C 700°C下保溫3 5小時(shí)進(jìn)行去應(yīng)カ退火。VI、熱軋
針對(duì)靶材的形狀不同，使用旋轉(zhuǎn)式的熱扎方式，軋制的道次變形率為6%。VII、機(jī)加工
所生產(chǎn)的鉻靶的產(chǎn)品性能如表2所示
表2熱壓法生產(chǎn)的鉻靶性能
權(quán)利要求
1. 一種大型高致密鉻靶的制造方法，其特征在于包括如下依次進(jìn)行的七個(gè)步驟 I、真空脫氣采用-200目、純度為99.95%、氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料，首先加壓5MPa，然后在真空度保持為5. 0X10_3Pa的環(huán)境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小時(shí)，然后充入氬氣； II、階段性升溫加壓加壓至lOMPa，然后以200°C/h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時(shí)；然后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時(shí)；自1100°C開始，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓力為20MPa ； III、保壓爐冷保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐自然冷卻； IV、熱鍛鍛造溫度為90(Tl200°C，變形率為0.1%/分 20%/分； V、退火在300°C 700°C溫度下保溫3 5小時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火； VI、熱軋針對(duì)靶材的形狀不同，選擇單向式或者交叉式或者旋轉(zhuǎn)式的熱扎方式，軋制的道次變形率為29^20% ； vn、機(jī)加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高致密鉻靶的熱壓方法，該方法包括依次進(jìn)行的抽真空、分階段升溫升壓、保壓爐冷、熱鍛、退火、熱軋、機(jī)加工，七個(gè)步驟。通過設(shè)計(jì)合理的工藝步驟，篩選穩(wěn)定的工藝參數(shù)，達(dá)到了低成本制得大型高致密鉻靶的目的。
文檔編號(hào)C23C14/34GK102677005SQ201210156200
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者王廣欣, 豆帆, 鐘小亮 申請(qǐng)人:煙臺(tái)希爾德新材料有限公司