[发明专利]一种10B富集的ZrB2溅射靶材的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种¹⁰B富集的ZrB₂溅射靶材的制备方法及应用，属于溅射靶材制备及应用领域。该方法包括以下步骤：采用碳热还原反应制备¹⁰B富集的ZrB₂粉体，将该ZrB₂粉体装入高强石墨模具中，再惰性气氛保护下热压烧结，得到ZrB₂靶材，该靶材用于直流磁控溅射制备¹⁰B富集的ZrB₂薄膜。本发明提供的制备方法工艺过程简单，成本低，易于实现产业化生产，热压烧结过程无须添加烧结助剂，得到的ZrB₂溅射靶材纯度高、相结构单一、致密度高、导电性好，适于直流磁控溅射制备ZrB₂薄膜。

技术领域

本发明属于溅射靶材制备及应用领域，具体涉及一种¹⁰B富集的ZrB₂溅射靶材的制备方法及应用。

背景技术

ZrB₂材料由于具有高熔点、高硬度、良好的导电性、耐高温氧化等特点在高温结构陶瓷上有广泛的应用，其薄膜在航空航天、太阳能、核能等领域也有突出的应用，当ZrB₂中的B以¹⁰B富集的形式存在时，具有优异的中子吸收性能，使得ZrB₂薄膜在核反应堆中得到应用。

ZrB₂的薄膜一般都利用直流磁控溅射来制备的，直流磁控溅射是将ZrB₂靶材作为阴极、基体作为阳极，通过离子束轰击靶材表面，使得靶材表面以原子团、簇的形式沉积到基体的表面，形成ZrB₂薄膜。

ZrB₂靶材的制备主要包括原料制备和靶材烧结成型，原料制备的方法有多种，包括直接合成法、碳热还原法、金属热还原法、高温自蔓延合成法、电化学合成法、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、PVD、CVD等。在各种ZrB₂粉体的制备方法中，碳热还原法和高温自蔓延合成法是最常用的两种方法，也是操作简单易行的两种方法。但高温自蔓延法采用单质Zr和B为原料，原料成本高，特别是¹⁰B富集的B粉原料难以获得，且制备的ZrB₂粉体纯度低，在要求ZrB₂高纯化的应用领域制约了应用。靶材烧结成型方法主要有无压烧结、热压烧结和热等静压烧结等，无压烧结需要添加烧结助剂，易在最终产品中引入杂质，降低了靶材的化学纯度；热等静压烧结由于设备昂贵，操作成本高；而热压烧结工艺灵活，操作简单而易于实现。

发明内容

本发明针对现有ZrB₂靶材制备技术的不足，提供了一种¹⁰B富集的ZrB₂靶材的制备方法及应用，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制备¹⁰B富集的ZrB₂粉体；

(2)将¹⁰B富集的ZrB₂粉体装入高强石墨模具中；

(3)在惰性气氛保护下高温热压烧结；

(4)热压烧结的ZrB₂陶瓷坯体进行加工后处理，得到¹⁰B富集的ZrB₂溅射靶材。