[发明专利]一种碳和碳化硅陶瓷溅射靶材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳和碳化硅陶瓷溅射靶材及其制备方法。所述制备方法包括：(1)将碳粉、碳化硅粉和粘结剂按照比例混合，并进行筛分处理；(2)将步骤(1)筛分后的混合粉末装入模具并用工具夯实；(3)对步骤(2)夯实后的模具在1850‑2200℃进行热压烧结处理，得到碳和碳化硅陶瓷溅射靶坯；(4)将步骤(3)得到的碳和碳化硅陶瓷溅射靶坯进行机加工，得到碳和碳化硅陶瓷溅射靶材。所述制备方法不仅工艺流程简单、生产周期短，还可使制备得到的碳和碳化硅陶瓷溅射靶材的致密度≥98％、纯度≥3N、吸水率＜0.1％、电阻率＜0.15Ω·m，满足了碳和碳化硅陶瓷溅射靶材对致密度和成型性的要求，为后续溅射使用提供更优良的性能保障。

技术领域

本发明涉及靶材及靶材制备领域，具体地说，涉及一种碳和碳化硅陶瓷溅射靶材及其制备方法。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)指的是，在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使材料源蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，然后通过电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上形成某种特殊功能的薄膜。PVD技术半导体芯片制造业、太阳能行业、LCD制造业等多种行业的核心技术，主要方法有真空蒸镀、电弧等离子体镀、离子镀膜、分子束外延和溅射镀膜等。

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。

溅射靶材一般通过粉末冶金烧结成型工艺获得，因为该工艺制备的溅射靶材具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。其中，热压烧结(Hot Pressed，HP)是指将干燥粉料充填入模型内，然后置于真空热压炉中，在真空或者惰性条件下，从单轴方向边加压边加热，使粉末压坯产生塑性变形，压坯原子获得扩散激活能，加速晶界迁移速率，从而获得高性能溅射靶材。

溅射靶材根据成分不同可以分为三类，分别是金属溅射靶材、合金溅射靶材、陶瓷化合物溅射靶材。其中，C-SiC陶瓷溅射靶材作为一种重要的陶瓷化合物溅射靶材，主要用于真空磁控溅射镀膜或真空多弧离子镀膜，受到国内外学者的广泛研究。因为C-SiC陶瓷溅射靶材具有轻质、高模、高热导率、低热膨胀系数、高温抗氧化等优异性能，是很好的高温结构材料，不仅具有碳化硅的抗氧化性、高硬度、耐化学腐蚀性，还具有石墨材料的导电热性、良好的自润滑性及抗热震性，广泛用于化工、冶金、宇航和核工业领域。C-SiC陶瓷溅射靶材一般可用无压烧结或热等静压方法制作。但是，由于C-SiC陶瓷溅射靶材制备过程中具有成型性差、难致密等特点，一般采用先成型再加入烧结助剂来致密化烧结的方法。可是，上述制备方法不仅面临着工序复杂、生产周期长的问题，还面临着产品密度低、吸水率高、纯度低等问题，非常不利于工业化生产。

目前，现有技术公开了一些C-SiC陶瓷溅射靶材的制备方法。例如CN101365661公开了一种制造含碳碳化硅陶瓷的方法。所述方法首先将碳化硅、碳原料和烧结助剂混合后煅烧得到混合物X，然后依次进行粉碎、造粒、成型、脱脂和烧成，制备得到作为试验片的烧结体。虽然所述方法得到的烧结体可以将相对密度超过90％，个别甚至达到99％，但是所述方法不仅工序复杂，生产周期长，还因为引入了无机烧结助剂和各种有机溶剂，并且没有考虑真空度影响问题，使产品面临着严重的纯度问题。

CN103833363A公开了一种碳化硅石墨复合材料及其制备方法。所述制备方法首先将原料石墨粉末、碳化硅粉末和烧结助剂在有机介质中经球磨得到浆料，再依次经过干燥、破碎、过筛、模压成型，成型后的素坯经脱胶处理后热压烧结，其中热压烧结为控温控压两段保压烧结，热压烧结后随炉冷却即可得到碳化硅石墨复合材料。所述制备方法虽然在热压烧结的关键区段进行升温、保温控制，同时考虑到了惰性气体保护和真空度的问题，抑制和消除了烧结过程中的裂纹、变形等缺陷，但是仍然具有工序复杂、生产周期长的缺点。