專利名稱：一種大型高致密鉻靶的制造方法
技術領域：
本發明屬于新材料技術領域，具體涉及ー種鉻靶的制造方法。
背景技術：
金屬鉻(Cr)是稍帶藍色的銀白色金屬。鉻在大氣中有強烈的鈍化能力，能長久保持光澤，鉻對多種酸及強堿有很好的耐腐蝕性，化學穩定性好。鉻還有高硬度、高電阻率等特點。由于鉻的多種特性，采用各種表面技術制備的鉻及其合金或化合物膜層在表面工程中得以廣泛應用，例如機械功能膜層、微電子薄膜、電磁功能薄膜、光學薄膜、裝飾功能膜層等等。隨著高新技術的發展，在微電子半導體集成電路、大型幕墻玻璃和汽車后視鏡等技術領域，需要使用性能各異、要求不同的高純鉻濺射靶材。
濺射鍍膜是利用濺射現象來達到制取各種薄膜的目的，即在真空室中利用荷能離子轟擊靶材表面，使被轟擊出的粒子在基體上沉積形成薄膜。由于磁控濺射鍍膜具有附著性好膜質較致密、節水節電、無三廢處理等優點，使得它具有著很大的應用優勢。目前廣泛采用的鉻靶生產方法主要為熱等靜壓法，經過氫氣還原，脫氣處理，在大于lOOMPa，1200°C以上的環境下燒結成型。制成高密度鉻靶。發明專利CN1074843A《磁控濺射鉻靶的制造方法》中提供了了ー種磁控濺射鉻靶的制造方法。該方法以電解鉻粉為原料，通過氫氣還原后，粉碎，裝套除氣，然后進入熱等靜壓機中成型，隨后進行機加工制成成品。氫氣還原溫度為1200°C 1500°C，還原時間4 10小時；熱等靜壓成型溫度1200 1400°C，壓カ大于lOOMPa，時間I 5小時。采用該方法所制得的鉻靶，鉻的純度可達99. 9%，密度大于7. 15g/cm3，相對密度為99. 8% 100%。該方法エ藝過程復雜，成品率難以控制，且成本太高。熱壓法是ー種較新穎的鉻靶生產方法，制造的鉻靶材能達到的相對密度大于98%，エ藝過程相對簡單且制造成本較低。但對于大型高致密鉻靶的制備，目前尚缺乏成熟穩定的制備エ藝。

發明內容
本發明g在提供ー種操作簡單、低成本的大型高致密鉻靶的生產エ藝，通過設計篩選成熟的エ藝步驟和エ藝參數，達到低成本制得大型高致密鉻靶的目的。為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，其特征在于包括如下依次進行的七個步驟
I、真空脫氣采用-200目、純度為99.95%、氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料，首先加壓5MPa，然后在真空度保持為5. 0X10_3Pa的環境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小時，然后充入氬氣；
II、階段性升溫加壓加壓至lOMPa，然后以200°C/h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時；然后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時；自1100°C開始，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa ；III、保壓爐冷保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐自然冷卻；
IV、熱鍛鍛造溫度為90(Tl200°C，變形率為O.1%/分 20%/分；
V、退火在300°C 700°C溫度下保溫3 5小時進行去應カ退火；
VI、熱軋針對靶材的形狀不同，選擇單向式或者交叉式或者旋轉式的熱扎方式，軋制的道次變形率為2°/Γ20% ；
νπ、機加工。下面結合熱壓法的作用機理說明本方明的有益效果
熱壓法的作用機理如下
鉻粉燒結屬單元系燒結，燒結機制以擴散為主。當溫度低于400°C，應カ回復，吸附的氣體和水分揮發，壓塊尺寸基本保持不變；隨爐溫度升高，由于靶坯中的氣體放出，導致真空度降低，當升溫至400 800°C時，開始出現再結晶，顆粒內變形開始恢復，形成新的晶粒，顆粒界面因擴散逐漸粘結，坯體強度逐漸提高。當真空度升至10-2Pa時，為了避免鉻的氧化，通入惰性氣體(如氬氣)。繼續升溫至1100 1200°C，降低升溫速度，升溫時間控制在l-2h，使粉末顆粒粘結和流動充分進行，孔隙尺寸和數量均不斷減少，燒結體收縮，密度有很大提高，強度有一定増加。隨爐溫的升高，靶材的密度和強度都有不同程度的提高，燒結溫度控制在1300 1350°C，升溫時間為I 2h，此時保溫O. 5 I. 5h。燒結過程中加熱速度不能太快，因為吸附氣體排除不徹底將影響鉻靶收縮，進而影響靶環的燒結密度和氧含量，同時壓制時產生高的內應カ在燒結過程中會由于加熱速度太快而造成鉻靶變形或裂紋出現。高溫燒結階段的溫度和時間是影響粉末產品燒結性能的主要因素。在燒結過程中，實現純鉻粉靶的燒結溫度，通常在1250 1450°C之間。此時氣氛露點只在-20 0°C之間，相應的殘壓僅為133. 3Pa以上即可實現燒結，不發生氧化。實踐證明，在1250 1450°C燒結階段，若無惰性氣體保護，而僅在真空條件下燒結，有氧化現象發生，鉻的蒸發現象也比較嚴重。為了減少在高溫、負壓下鉻的蒸發損失，在高溫燒結階段 必須通入惰性氣體(氬氣)加以保護。真空度對靶坯的燒結密度有一定的影響，在實踐中發現由于真空度偏低，導致燒結密度下降5%左右。熱鍛和熱軋是在高于坯料金屬的再結晶溫度上加工，可以破壞鉻靶的內部組織，細化靶材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使靶材組織密實，力學性能得到改善。這種改善主要體現在沿鍛造或軋制方向上，從而使靶材在一定程度上不再是各向同性體，燒結時形成的氣孔、裂紋和疏松，也可在高溫和壓力作用下被焊合。不均勻冷卻和受カ造成的殘余應カ，一般通過去應力退火消除。本發明的有益效果
I、本發明使用的原料鉻粉具有低的氧含量，且純度為99. 95%，生產過程嚴格控制雜質的引入，簡化工藝過程，操作方法規范化。2、本發明在生產過程中在高溫高真空的條件下，充分去除了殘留在粉末中的氣體，避免燒結過程中的雜質引入。3、本發明采用多階段升溫升壓的方式，結合材料本身的性質，不同階段采用不同的升溫速率，減少生產時間，不同溫度使用不同的壓力，逐級讓鉻粉末致密化。4、降溫階段較好避免降溫過程可能造成的應カ釋放，長時間的隨爐冷有利于減小或消除靶材內部粉末間的應力，以防止靶材的開裂，提高靶材強度和致密性。
5、通過熱鍛，將靶材進ー步致密，大晶粒得到破碎，増加了靶材的強度。6、退火處理后，靶材基本消除了由于熱壓和熱鍛造成的內應力，能有效的防止靶材開裂。7、為了讓靶材得到要求的尺寸，對熱壓后的進行熱軋成型，能夠讓靶材更加致密。該方法大大降低了大型高致密鉻靶的生產成本，且制得的靶材具有成分與密度均勻、晶粒大小小于100微米、純度大于99. 9%、相對密度大于99%、氧含量小于IOOOppm的優點。
具體實施例方式為了更好地理解和實施本發明，下面結合具體實施例進ー步說明本發明。具體實施例I :
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，包括如下步驟
I、真空脫氣
采用-200目，純度為99. 95%，氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料。首先加壓5MPa，以保證抽真空過程中粉末不會大量溢出，在真空度保持為10_3Pa的環境下，充入氬氣，以300°C /h的升溫速率升至800°C。II、階段升溫升壓
為保證高溫燒結過程中，鉻材料的流動與粘接有序階段性進行，熱壓過程采用多階段升溫加壓的方式完成燒結。加壓至lOMPa，然后以200°C /h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時，保證模具腔體溫度分布均勻。最后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa。III、保壓爐冷
保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐冷。IV、熱鍛
為了保證靶材內部晶粒均勻且晶粒細小，密度分布均勻，對熱壓后的靶材進行熱鍛，鍛造溫度為1200°C，變形率為1%/分。V、退火
為了消除熱鍛過程中靶材內部的殘余應力，在300°C 700°C下保溫3 5小時進行去應カ退火。VI、熱軋
針對靶材的形狀不同，使用旋轉式的熱扎方式，軋制的道次變形率為10%。VII、機加工
所生產的鉻靶的產品性能如表I所示
表I熱壓法生產的鉻靶性能
品名I相対密度I純度 I晶粒大小I三點彎ft強度I晶粒分布I氧含量 絡革巴]99. 1% [99. 85% 0、于 IOOum lll9MPa[均勻 ]1020ppm
具體實施例2
ー種大型高致密鉻靶的制造方法，包括如下步驟
I、真空脫氣
采用-200目，純度為99. 95%，氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料。首先加壓5MPa，以保證抽真空過程中粉末不會大量溢出，在真空度保持為10_3Pa的環境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小吋，以降低粉末中分子態的氣體。II、階段升溫升壓
加壓至lOMPa，然后以200°C /h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時，保證模具腔體溫度分布均勻。最后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓カ為20MPa。III、保壓爐冷
保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐冷。IV、熱鍛
為了保證靶材內部晶粒均勻且晶粒細小，密度分布均勻，對熱壓后的靶材進行熱鍛，鍛造溫度為1200°c，變形率為1%/分。V、退火
為了消除熱鍛過程中靶材內部的殘余應力，在300°C 700°C下保溫3 5小時進行去應カ退火。VI、熱軋
針對靶材的形狀不同，使用旋轉式的熱扎方式，軋制的道次變形率為6%。VII、機加工
所生產的鉻靶的產品性能如表2所示
表2熱壓法生產的鉻靶性能
權利要求
1. 一種大型高致密鉻靶的制造方法，其特征在于包括如下依次進行的七個步驟 I、真空脫氣采用-200目、純度為99.95%、氧含量小于IOOOppm的鉻粉為原料，首先加壓5MPa，然后在真空度保持為5. 0X10_3Pa的環境下，以300°C /h的加熱速度加熱至800°C，保溫I小時，然后充入氬氣； II、階段性升溫加壓加壓至lOMPa，然后以200°C/h的加熱速度加熱至1100°C，保溫I小時；然后以100°C /h的加熱速度加熱至1400°C，保溫I小時；自1100°C開始，在溫度上升的過程中每50°C增加2MPa壓力，最終壓力為20MPa ； III、保壓爐冷保持20MPa的壓力，停止加熱，靶材隨爐自然冷卻； IV、熱鍛鍛造溫度為90(Tl200°C，變形率為0.1%/分 20%/分； V、退火在300°C 700°C溫度下保溫3 5小時進行去應力退火； VI、熱軋針對靶材的形狀不同，選擇單向式或者交叉式或者旋轉式的熱扎方式，軋制的道次變形率為29^20% ； vn、機加工。
全文摘要
本發明涉及一種高致密鉻靶的熱壓方法，該方法包括依次進行的抽真空、分階段升溫升壓、保壓爐冷、熱鍛、退火、熱軋、機加工，七個步驟。通過設計合理的工藝步驟，篩選穩定的工藝參數，達到了低成本制得大型高致密鉻靶的目的。
文檔編號C23C14/34GK102677005SQ201210156200
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者王廣欣, 豆帆, 鐘小亮 申請人:煙臺希爾德新材料有限公司