[发明专利]一种钌及钌合金靶材的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及靶材制备领域，尤其是钌及钌合金靶材的加工方法。

背景技术

钌及钌合金薄膜作为一种功能膜在磁记录存储和半导体等行业具有广泛的应用。比如，在机械硬盘驱动器中，当前主流的记录方式是垂直磁记录技术。该技术所应用的数据存储介质是一种多层膜结构，而钌及钌合金薄膜是该结构中一种很重要的中间层。此外，钌薄膜还被用于铁电随机存储中电容器的电极层和半导体集成电路设备中的铜基后端金属化系统中的粘合/种子层。

这些钌及钌合金薄膜通常采用磁控溅射的方法通过相应成分的钌及钌合金靶材溅射沉积而成。钌作为一种密排六方结构的金属，由于具有硬度高和质脆的特点，采用熔炼和塑性加工的方法来制备钌靶材是几乎不可能的。因此，钌及钌合金靶材通常采用加压烧结的粉末冶金法，包括真空热压烧结、热等静压和放电等离子体烧结等方法来制备。比如,日本专利特开2008-78487公开了一种真空热压烧结制备钌靶的方法；日本专利特开2007-113032公开了一种放电加压烧结制备钌靶的方法；美国专利US20090010792A1公开了一种钌和钌合金靶材的制备方法；日本专利特开2009-13471公开了一种热压+热等静压制备钌靶材的方法；中国公开号为CN102485378的发明专利公开了一种通过直接加热并加压烧结制备钌靶的方法。虽然上述专利中制备钌靶的方法不同，且所得的钌靶密度均可达98%以上，但是关于如何通过所获得的钌及钌合金坯料来加工钌靶的公开信息却非常少。比如美国发明专利US2007116592A1介绍了一种制备具有低氧含量的钌和钌合金靶材的方法，通过粉末混合、冷压或冷等静压、通氢还原、包套、热等静压、机加工等工艺可以制备具有低氧含量的钌或钌合金靶材，但是该专利没有给出机加工的具体方法和工艺。美国专利US20090010792A1公开了一种Ru-Ta合金靶材及其制备方法。经混粉、冷等静压、热等静压制备的钌坯，通过电火花切割并通过数控磨床进行磨削加工，所得靶材可以获得32微英寸或更好的表面粗糙度，但是该发明专利没有给出具体的研磨工艺。但是，由于钌及钌合金靶材的硬度高和质脆的特性，必须采用合适的加工方法才能将粉末冶金法制备的钌靶坯料加工成用户能够使用的靶材成品。

车削加工和磨削加工是靶材表面加工过程当中常见的加工方法，其中经车削加工后的靶材，其表面粗糙度可达到Ra 1.0μm，而经磨削加工的材料表面粗糙度更是能达到0.3μm。在车削加工时，材料本身的硬度、车刀的硬度以及车削时的转速、每次车削的进刀量等共同决定了车削的效果。由于钌本身的硬度高、质脆，且钌及钌靶材要求晶粒细小，需要选用硬度较高的车刀来进行车削。

钌坯料加工过程中，存在的问题包括：

（1）钌及钌合金靶材在车削加工过程当中与刀具的相互作用力较大，容易发生掉块、崩角现象。

（2）钌及钌合金靶材在磨削加工过程中与刀具或砂轮的相互作用会产生应力，当产生的应力较大的时候会产生微裂纹。

因此，如何将钌及钌合金靶材坯料加工成成品靶材是钌及钌合金靶材制备过程中必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钌及钌合金靶材的机加工方法，所述的钌及钌合金靶材具有较好的表面光洁度，无崩角、掉块和微裂纹。

本发明提供以下的技术方案：

一种钌及钌合金靶材的机加工方法，包括：

1）提供钌及钌合金靶材坯料，所提供的钌及钌合金靶材坯料是通过真空热压烧结、热等静压烧结、放电等离子体烧结或直热加压烧结制备而成。

2）先采用车床对靶材表面进行车削，所选用的车刀为硬质合金刀具或立方氮化硼刀具；车削刀具的参数为：刀具前角的范围为0-10 ^o，后角的范围为0-8 ^o，主偏角范围为45-95 ^o，刀尖修圆半径为0.2-1.2mm；车削时靶坯的转速为50-200转/分钟；车削时每次进刀量为0.1-0.5mm。

3）对车削后的钌及钌合金靶材进行磨削，所选用的砂轮为氧化铝或金刚石或立方氮化硼砂轮；砂轮的线速度为20-45米/秒；磨削时每次进给量为0.005-0.02mm；磨削时采用乳化液对靶材进行冷却。

4）对磨削后的钌及钌合金靶材进行超声清洗。

应用本发明中提供的方法，可以避免在钌及钌合金靶材加工过程中的崩边、掉块及微裂纹等现象的产生，所得靶材表面粗糙度能达到溅射的要求，同时本方法具有较高的加工速度，有助于提高效率，且简单可行，具有较好的可操作性。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。