[发明专利]一种三元共晶靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元共晶靶材及其制备方法，包括A组分、B组分和C组分粉末，A组分含量为30～50mol％，B组分含量为10～50mol％，C组分含量为20～40mol％，所述A组分为B₄C粉末，B组分为TiB₂、ZrB₂、HfB₂、TaB₂或NbB₂粉末，C组分为SiC粉末。本发明制备的共晶靶材具有更高的致密度，含有更多的元素种类，相分散更均匀，单个靶材就可以引入四种元素，能够减少多元涂层制备时所需工作靶位的数量，降低了镀膜的功耗以及镀膜装备的成本；本发明三元共晶靶材具有良好的导电导热性，可作为常用物理气相沉积技术的靶材使用；同时，靶材自身已具有高硬度、高韧性，使用本发明制备的靶材进行涂层制备时，无需额外加入氮气、乙炔等反应气体，即可使制备的涂层具备与靶材相同的优异性能。

技术领域

本发明涉及涂层制备中所需的靶材技术领域，特别是一种三元共晶靶材及其制备方法。

背景技术

由于科学技术的发展，为提升工件整体性能以满足使用需求，采用物理气相沉积技术在基体表面镀覆一层保护涂层材料的技术手段已得到广泛应用。保护涂层由最初的仅含有两种元素的材料转变为含有四种以及四种以上元素的材料。B、C、Si、Y等元素引入涂层中可以有效提升涂层的硬度、耐磨性和抗氧化性等各方面性能。靶材是磁控溅射镀膜技术以及电弧离子镀膜技术制备涂层的原料。由于导电性差、脆性等各种因素，B、C、Si、B₄C、SiC等材料通常难以作为上述两种涂层技术的靶材。传统固相烧结法制备的多组分靶材，致密性低，相分散不均匀，不利于涂层的制备。同时，固相烧结法烧结高熔点物质时，所需烧结温度高，对生产设备要求高，制备周期长。

综上所述，提出一种物理气相沉积用三元共晶靶材及其制备方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三元共晶靶材及其制备方法。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种三元共晶靶材，包括A组分、B组分和C组分粉末，A组分含量为30～50mol％，B组分含量为10～50mol％，C组分含量为20～40mol％，三种组分含量之和为100％，所述A组分为B₄C粉末，B组分为TiB₂、ZrB₂、HfB₂、TaB₂或NbB₂粉末，C组分为SiC粉末。

一种三元共晶靶材的制备方法，包括以下步骤：

1)称取A组分、B组分和C组分粉末，初始A组分含量为30～50mol％，B组分含量为10～50mol％，C组分含量为20～40mol％，三种组分含量之和为100％，该配比范围内的粉末组合经熔炼后的各相分散均匀；

2)通过球磨机将三种组分粉末均匀混合后压制成块状；

3)将成型的块体转移至电弧熔炼炉中，关闭腔体抽真空，运行电弧熔炼炉使原料快速熔化，熔炼一段时间后，熔体随铜板迅速冷却，翻转试样重复熔化冷却步骤3～5次，即得到组分均匀的三元共晶靶材；

其中，所述A组分为B₄C粉末，B组分为TiB₂、ZrB₂、HfB₂、TaB₂或NbB₂粉末，C组分为SiC粉末。

作为本发明的进一步改进，所述A组分、B组分和C组分粉末原料纯度高于99.9wt.％以上，粒径为0.1～10μm。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，球磨机的球磨混料工艺采用聚乙烯球磨罐、氧化锆球磨介质，球磨时间为1～2h。