[发明专利]一种旋转钛靶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种旋转钛靶及其制备方法。本发明的旋转钛靶的制备方法工艺简单，操作方便，合金成分范围宽，适合大规模工业生产，所制得的靶材纯度≥99.95％，相对密度≥95％，尺寸不受限制，厚度可达到3～12mm，长度可达到4000mm，氧含量≤1200ppm，晶粒尺寸小，成分稳定。

技术领域

本发明涉及溅射靶材技术领域，具体涉及一种旋转钛靶及其制备方法。

背景技术

钛具有密度低、耐腐蚀性好、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性，被广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。目前钛靶主要有平面靶、多弧圆柱靶、一体管靶等。钛靶的生产方式多为熔炼，采用喷涂工艺的较少。

冷喷涂是基于空气动力学原理的一种喷涂技术，是利用高压气体通过缩放管产生超高音速气流，将粉末从轴向送入其中，经加速后撞击基体，产生塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。这种喷涂方式基本不发生组织结构的变化，因此，涂层致密度高，晶粒尺寸小，应力小(表现为残余压应力)，可制备厚涂层；但钛的塑性变形差，如何冷喷涂形成一定厚度的涂层亟需解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种旋转钛靶及其制备方法，该方法工艺简单、操作方便，所制得的靶材纯度高，尺寸不受限制，氧含量低，晶粒尺寸小。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种旋转钛靶的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备平均粒径D50为30-80um的钛粉：当钛粉的粒径小时，比表面积会变大，分子的相互摩擦会增多，导致粉末极易团聚，不利于连续化生产，影响生产效率；也会使得喷涂产品密度降低，表观不良；粉末太细还不利于后续的回收，因此，选择D50粒径为30-80μm，尤其是D50＝30-60μm的钛粉；

(2)对靶材基管进行表面处理；

(3)冷喷涂：将表面处理后的靶材基管安装在传动设备上，使靶材基管绕其中心轴转动，喷枪沿靶材基管的水平方向相对往返移动，启动冷却装置后，将钛粉通过喷枪冷喷涂到靶材基管表面，沉积形成涂层，得到靶材。

本发明采用冷喷涂工艺制备旋转钛靶材，工艺简单，操作方便，通过优选钛粉的粒径，制备得到的靶材的涂层致密度高，晶粒尺寸小，氧含量低，不发生组织结构的变化，成分稳定。

优选地，所述步骤(1)中，钛粉的纯度≥99.95％，钛的塑性主要依赖于其纯度，钛的纯度越高，塑性越大，越有利于喷涂，粉末利用率较高。

优选地，所述步骤(2)中，靶材基管为不锈钢钢管或钛管，优选为304无磁不锈钢管，成本较低。

优选地，所述步骤(2)中，表面处理包括喷砂处理和打底处理。

优选地，喷砂处理所用的磨料为白刚玉、钢丝切丸或铸钢砂，优选为铸钢砂。

优选地，打底处理的方式为电弧喷涂、火焰喷涂或等离子喷涂，打底处理所用的原料选自丝材或粉末，其中，丝材选自铜铝丝、铜镍丝、镍铝丝、蒙乃尔丝中的至少一种；粉末选自镍包铝复合粉、铝包镍复合粉中的至少一种。

优选地，打底处理的方式为电弧喷涂，优选为铜镍丝电弧喷涂。使用铜镍丝电弧喷涂，成本相对低；打底后表面活化性能高，与后续涂层结合强度高；环境污染小。

优选地，打底处理后靶材基管的表面粗糙度Ra为220-400μm，优选为260-350μm。粗糙度大时，粉末粒子与打底处理后的基管粘接强度更好，但粗糙度太大时，整个打底层更显的凹凸不平，反而会降低结合强度。

优选地，所述步骤(3)中，靶材基管的转速为120-200r/min，优选为150-180r/min。转速快，有利于降低靶材内应力；但靶材基管转速太快对设备要求高，也不利于长期稳定生产。