[发明专利]二硼化钛靶子

说明书

技术领域

本发明涉及用于物理气相沉积的二硼化钛靶子，所述靶子包括一种或多种金属的片段，所述金属选自由以下物质组成的群组：铁、镍、钴以及铬；并且所述靶子还包括碳。

背景技术

PVD(物理气相沉积)法是涂布方法，其中涂层的产生方法如下：物理方式、从靶子蒸发出涂层形成粒子、蒸汽浓缩以及在待涂布的衬底上形成涂层。

与CVD(化学气相沉积)法相比，PVD法的涂布温度较低并且处理成本一般也较低，鉴于这一事实，PVD法也越来越多地被用来生产机器切割工具或焊接部件上的硬质材料涂层。

在各种PVD法中，更确切来说是通过阴极溅射法达成了实务方面的特定意义，其中，通过离子轰击使靶子原子化并且转换为气相，或者通过ARC-PVD法来将其原子化并且转换为气相，其中由蒸汽源提供的原子和离子通过弧载(arc load)形式的放电过程转换成气相。

本文件的靶子始终是待蒸发的材料的来源，并且接着会被直接或经由阴极托台安装到涂层单元中，这具体取决于PVD法的性质。对于ARC-PVD法，具体来说，通过在靶子的背面向靶子提供冷却板来改善温度分布的做法十分常见，此板与靶子形状配合地进行接触，同时具有有效的热导率；或者此板借助于合适的结合法通过熔融方式与靶子接合。

ARC-PVD法相比阴极溅射法的优点在于，电离速率可以更高而且沉积速率也可以更高。

结果，该方法更加经济，过程控制得到了改善，同时，由于能量生长条件提高的原因，使得可以对涂层结构产生正面影响。

常用的二硼化钛涂层，鉴于它们的硬度比较高以及特别是优良的耐磨性，作为与非铁金属接触的硬质材料涂层，但是通过ARC-PVD法进行生产难度很大。二硼化钛的防热冲击性低。因为在ARC-PVD法中的光弧意味着对靶子进行的蒸发操作只在很狭窄的空间和时间带内进行，所以二硼化钛的这些性质导致热应力很大，因此，靶子可能过早遭到损坏。

参考文献《用于电弧-物理气相沉积的陶瓷阴极：形成和涂覆》(Ceramic cathodes for arc-physical vapour deposition：development and application)，O·诺泰克(O.Knotek)、F·莱夫勒(F.)，表面与涂布技术49(Surface and coating technology49)(1991)，第263页到第267页，描述了如何通过对纯的二硼化钛粉末进行HIP(热等静压)来生产二硼化钛ARC靶子，其中粉末中加入了重量比小于1％的铝和镍等各类金属添加剂以及硼和碳等非金属添加剂；以及如何使用这些ARC蒸发源来生产二硼化钛涂层。

实验结论表明，具体来说，为了可以通过ARC-PVD法来生产涂层，HIP(热等静压)法的应用对于二硼化钛靶子的生产十分重要。

然而，以此方式生产的二硼化钛靶子仍不具有必需的防热冲击性，而这一性质是让ARC-PVD涂布法在实务中顺利实施所必须的。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供一种二硼化钛靶子，其在使用过程中也不会在ARC涂布法的实务方面出现问题。

根据本发明，这个目标的实现在于，二硼化钛粒子的平均粒度介于1μm与20μm之间，碳含量介于重量比为0.1％到5％的范围内，铁、镍、钴和/或铬的总含量介于500μg/g到3000μg/g的范围内，并且碳以自由形态分布在二硼化钛粒子的粒子边界，使得各个碳颗粒之间的平均距离小于20μm；并且在于，孔隙率为体积比小于5％。

此处重要的是，所述金属成分中至少一种存在于所述的范围内，当然，进一步地，如铜或铝等低熔点金属成分也可以存在，但是这类金属始终无法通过自身获得所需的效果。

二硼化钛粒子的平均粒度通过激光衍射法来确定。

具体来说，此处的优点是，如果碳含量的范围是重量比从0.5％到3％，那么铁这种金属成分所占比例为从1000μg/g到2000μg/g，并且TiB₂粒子的平均粒度介于2μm与10μm之间。

已发现，根据本发明，碳分布以及处于所述范围内的金属添加物分布是完全均匀的，利用这一优势生产出来的二硼化钛靶子可以在即使是使用ARC-PVD法的情况下进行蒸发而不会出现问题、不会产生使靶子发生局部或完全碎裂的热应力。