[发明专利]铝钽旋转靶材及可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及靶材及其制备技术，尤其是一种可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，以及采用该方法制备的铝钽旋转靶材。

背景技术

旋转靶材主要是用于平面显示器、大规模集成电路等领域，对靶材的纯度和密度具有极高的要求。现有技术使用真空熔炼空心靶管，然后拼接绑定的方法制备大尺寸旋转靶材，靶材的拼接绑定需要消耗大量的铟，铟的价格昂贵，大幅度增加了靶材的成本。另一方面，绑定的靶材节与节之前存在间隙，间隙的存在易引起靶材电弧放电，降低薄膜质量，影响溅射速率和工作效率，提高镀膜成本。

同时，现有的合金靶材存在不少问题，随着平面显示器、大规模集成电路不断的更新换代，对靶材质量的要求越来越高，迫切需要寻找一种新工艺制备满足要求的高端铝钽旋转靶材。

发明内容

发明目的：提供一种铝钽旋转靶材，并进一步提供一种可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种铝钽旋转靶材，所述靶材的纯度为不小于99.99％，相对密度不小于97％，厚度为3～15mm，含氧量小于200ppm，铝元素的含量为90～99％wt，钽元素的含量为1～10％wt。

一种可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，包括如下步骤：

步骤1.对不锈钢基体进行超声清洗、喷砂处理，使基体达到合适的粗糙度；

步骤2.在惰性气体保护氛围中，使用等离子喷涂方法喷涂合金过渡涂层；

步骤3.以纯度不低于99.99％铝钽粉末为原料，将粉末球磨处理3～8h，过筛得到铝钽喷涂粉末；

步骤4.冷喷涂铝钽粉，喷涂腔体内先抽真空再通入循环惰性气体，气体流量为200～1500SCCH。

优选的，在步骤1中，采用粒度为18～30目的钢砂进行喷砂处理。在步骤2中，合金过渡涂层的厚度为0.1～0.3mm。在步骤2和步骤4中，所述惰性气体为氩气或氮气。在步骤3中，过筛得到的铝钽喷涂粉末纯度不低于99.99％，粒度为150～1000目。在步骤4中，冷喷涂铝钽粉，喷涂腔体内先抽真空再通入循环惰性气体，基体以60～150r/min的速度围绕中心轴旋转，喷枪的移动速度为500～1500mm/min，工作气体温度为300～900℃，喷涂距离为40～60mm，喷涂角度为75～90°，工作气体压力为2～5Mpa。

一种可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，喷涂腔体内先抽真空再通入循环惰性气体，气体流量为200～1500SCCH。

优选的实施例中，喷涂粉末前，使用真空机组对喷涂腔体抽取真空，真空度达到预定值时，停止抽取真空，向喷涂腔体内部通入循环惰性气体，使腔体内部充满惰性气体，避免氧气和氮气存在造成低熔点活性金属靶材的氧化和氮化，惰性气体通过惰性气体回收系统回收再利用，降低生产成本；

喷涂粉末时，控制基体管以一定的转速绕中心轴旋转，冷喷枪以一定的速度在喷涂区域内往复移动，粉末通过冷喷枪高速溅射到基体表面沉积形成涂层；

基体管内部始终通入恒温循环冷却水冷却靶材，控制靶材表面温度，防止靶材开裂；

冷喷枪在移动的同时，除尘系统也与之同步移动以收集未沉积的粉末，防止未沉积粉末掺入到靶材中，保证靶材密度和纯度。

有益效果：

(1)旋转靶材大尺寸一体化，无需拼接绑定，降低靶材成本；

(2)靶材纯度高，靶材喷涂时始终处于氩气保护的氛围中，降低了氧含量和其它杂质的混入；

(3)靶材密度高，冷喷涂时，颗粒速度可达到800m/s左右，颗粒高速撞击基体充分变形形成涂层，涂层组织致密；

(4)靶材成分均匀，冷喷涂过程中，温度低于材料熔点，颗粒处于未融化状态，可以避免快速凝固造成的偏析。

具体实施方式

本发明可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法基本过程如下：

步骤1.严格挑选不锈钢基体管，超声清洗处理基体，烘干后对基体进行喷砂处理，使基体达到合适的粗糙度，喷砂使用的是钢砂，粒度为18～30目。

步骤2.在惰性气体保护氛围中，使用等离子喷涂方法在预处理后的基体上喷涂150～300目镍铝粉末，制备厚度为0.1～0.3mm的合金过渡层。喷涂参数为：电流350～450A，电压45～55V，送粉气流量200～350L/h，送粉量40～60g/min，主气流量1300～2400L/h，主气压力0.4～0.8Mpa，次气压力0.2～0.4Mpa，喷涂距离100～200mm。