[发明专利]一种二元共晶靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二元共晶靶材及其制备方法，包括A组分与B组分，所述A组分可为SiC或B₄C，B组分可为TiB₂、ZrB₂、HfB₂、TaB₂或NbB₂，初始A组分含量为30mol％～90mol％，余量为B组分。相较于固相烧结制备的多组分靶材，本发明制备的共晶靶材更加致密，元素种类更多，相分散更均匀，制备过程更简单，制备效率更高；相较于B、C、Si、SiC、B₄C等材料，本发明具有良好的导电导热性，使用时不会因导电性和导热性差影响沉积；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，无需氮气、乙炔等反应气体，可使制备的涂层具备靶材相同的优异性能。本发明既可作为单独的多组分靶材使用，也可作为单质金属靶的掺杂靶材进行使用。

技术领域

本发明涉及涂层制备中所需的靶材制备领域，特别是一种二元共晶靶材及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，涂层材料面临着越来越恶劣的应用环境，涂层由最初的仅含有两种元素的MeN、MeC(Me＝Ti、Cr等)材料转变为含有四种以及四种以上元素的MeAlSiN、MeSiCN、MeSiBCN(Me＝Ti、Cr、Ta、Zr等)材料，以应对各种恶劣的工作环境。物理气相沉积技术是工业化大批量制备涂层的常用技术之一。其中，电弧离子镀膜以及磁控溅射镀膜是应用最广泛的物理气相沉积技术。两种技术均是通过对靶材施加电能使靶材原子以物理的方式脱离靶材并沉积在基体上，所以用于上述两种沉积技术的靶材需要具有一定的导电性。由于导电性差、脆性、弱层间结合力等各种因素，B、C、Si、B₄C、SiC等材料难以作为常规技术的靶材。采用传统固相烧结法制备的多组分靶材，存在致密性低、相分散不均匀等问题。固相烧结法烧结高熔点物质时，所需烧结温度高，制备周期长。

综上所述，开发一种电弧离子镀膜以及磁控溅射镀膜用二元共晶靶材的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二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。

一种二元共晶靶材，包括A组分与B组分，所述A组分可为SiC或B₄C，B组分可为TiB₂、ZrB₂、HfB₂、TaB₂或NbB₂，初始A组分含量为30mol％～90mol％，余量为B组分。

一种二元共晶靶材的制备方法，具体步骤为：

1)粉末称量：称取A组分与B组分粉末，初始A组分含量为30mol％～90mol％，余量为B组分；

2)粉末的混合与干燥：加入氧化锆球磨介质和适量的无水乙醇进行湿法混合，对装好原料的球磨罐进行抽真空和冲入惰性气体的洗气处理，排除罐内氧气，将内部环境为惰性气体的球磨罐安装进球磨机中进行混合，将混合均匀的原料转移至干燥箱干燥；

3)粉末熔炼：将干燥后的原料取出真空干燥箱，将原料装入不锈钢模具中并施加压力使粉末成型；将成型的块体放入电弧熔炼炉中，关闭腔体抽真空，反复洗气后冲入适量惰性气体，随后启动电弧熔炼炉放电使粉末快速熔化，然后熔体随铜板迅速冷却，重复翻转试样再次熔化并冷却3～5次，即得到组分均匀的共晶靶材。

作为本发明的进一步改进，在步骤1)中，所述A组分与B组分粉末原料纯度高于99.9wt.％，粒径为0.1～10μm。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，所述干燥箱温度保持在75～95℃，干燥时间为6～12h。

作为本发明的进一步改进，在步骤3)中，所述熔炼时惰性气体压力控制在50～60kPa，电弧熔炼电流为50～250A，熔炼时间为15～60s。