本發明屬于靶材領域，具體涉及一種高致密度鈦基合金旋轉靶材及其制備方法。

背景技術：

1、鈦及其合金靶材被廣泛應用在液晶顯示材料、太陽能電池、磁性材料等領域中，作為基礎材料，發揮著關鍵的作用。

2、鈦基合金靶材主要以鈦(ti)為基體，其中包含的ti原子的含量一般高于約50at％。鈦基合金靶材可通過摻加一些具有特殊功能的合金元素(例如鎢(w)、鉬(mo)、鉭(ta)和/或鉻(cr)等難熔金屬元素)制備得來。

3、對于鈦基合金平面靶材(圓形或方形)，一般可首先通過熱等靜壓、熱壓、熱擠壓等特殊的粉末冶金工藝制得錠坯，然后通過機加工制得所述靶材。

4、對于鈦基合金管狀旋轉靶材，目前主要以等離子噴涂的方法進行制備，即將一定合金比例和粒度的鈦粉、合金粉通過配比混合，制得混合粉，然后再通過等離子噴涂制備具有一定尺寸的旋轉靶材，該種工藝制備的靶材具有如下缺點：1、制備的靶材合金比例偏差較大；2、靶材制備過程中材料利用率較低；3、靶材相對密度較低。

5、因此，現有技術中對于如何在較高材料利用率的情況下制備高致密度的鈦基合金旋轉靶材仍有強烈需求。

技術實現思路

1、發明目的

2、鑒于上述背景技術部分中所描述的現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高致密度鈦基合金旋轉靶材及其制備方法。

3、技術方案

4、為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

5、方案1：一種結合于鈦基背管外側面的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述鈦基合金旋轉靶材包含以下物質或由以下物質組成：

6、基于所述鈦基合金旋轉靶材原子總量計：

7、約>50at％至約99at％的金屬鈦，和

8、約1at％至約<50at％的難熔元素，其中所述難熔元素單質的熔點高于金屬鈦的熔點。

9、方案2：根據上述方案1所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述難熔元素包含難熔金屬元素。

10、方案3：根據上述方案2所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述難熔金屬元素包含鎢、鉬、鉭、釩、鈮和鉻中的一種或多種。

11、方案4：根據上述方案1至3中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述鈦基背管包含基于該鈦基背管原子總量計大于約50at％，優選大于約80at％的金屬鈦。

12、方案5：根據上述方案1至4中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述鈦基背管的材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

13、方案6：根據上述方案1至5中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述鈦基合金旋轉靶材的靶材相對密度為大于約99％。

14、方案7：根據上述方案1至5中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其中所述鈦基合金旋轉靶材的材料利用率為大于約50％。

15、方案8：制備根據上述方案1至7中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材的方法，其中該方法包括以下步驟：

16、步驟1：提供包含粒度在約>50至約150μm范圍內的鈦金屬粉和粒度在約5至約50μm范圍內的難熔元素粉的混合粉末，其中基于所述混合粉末的原子總量計，所述鈦金屬粉的比例為約>50at％至約99

17、at％，所述難熔元素粉的比例為約1at％至約<50at％；

18、步驟2：將所述混合粉末裝入包套模具中，所述包套模具包含外包套和鈦基內襯管，

19、步驟3：對所述包套模具中的混合粉末依次進行脫氣處理和熱等靜壓處理，從而得到以所述鈦基內襯管為背管的鈦基合金管靶錠坯；

20、和

21、步驟4：將得自步驟3的鈦基合金管靶錠坯進行機加工以去除所述外包套，從而獲得所述結合于鈦基背管的高致密度鈦基合金旋轉靶材。

22、方案9：根據上述方案8所述的制備方法，其中所述鈦基內襯管包含基于該鈦基背管原子總量計大于約50at％，優選大于約80at％的金屬鈦。

23、方案10：根據上述方案8或9所述的制備方法，其中所述鈦基內襯管的材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

24、方案11：根據上述方案8至10中任一項所述的制備方法，其中所述脫氣處理包括將所述混合粉末在約≤2×10-3pa的壓力和約300至約500℃的溫度下脫氣至少約4小時。

25、方案11：根據上述方案8至11中任一項所述的制備方法，其中所述熱等靜壓處理包括在約90至約150mpa的壓力和約>850至約1000℃的溫度下熱等靜壓約1至約5小時。

26、方案12：根據上述方案8至11中任一項所述的制備方法，其中所述難熔元素粉包含難熔金屬元素粉末。

27、方案13：根據上述方案8至12中任一項所述的制備方法，其中所述難熔元素粉包含鎢、鉬、鉭、釩、鈮、鉻粉末及由這些難熔金屬元素中的一種或多種組成的合金粉末中的一種或多種。

28、方案14：根據上述方案8至13中任一項所述的制備方法，其中所述外包套包含基于該鈦基背管原子總量計大于約50at％，優選大于約80at％的金屬鈦。

29、方案15：根據上述方案8至14中任一項所述的制備方法，其中所述外包套的材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

30、方案16：根據上述方案8至15中任一項所述的制備方法，其中在所述步驟2中裝入包套模具中的混合粉末的裝粉相對密度在約40至約70％范圍內。

31、技術效果

32、本發明的高致密度鈦基合金旋轉靶材具有相對較高的密度和較高的材料利用率，且鈦基背管與所述鈦基合金旋轉靶材結合良好。

33、具體而言，本發明通過選用純ti或ti合金的包套及內襯管，利用約>850至約1000℃的熱等靜壓(hip)工藝，采用粒度為約>50至約150μm的ti粉原材料，制備出相對密度較高，材料利用率較高，襯管與ti基體結合良好的鈦基合金旋轉靶材。

34、另外，現有技術中常用的冷模壓→冷等靜壓→熱等靜壓→機加工成型工藝過程比較長，又比較復雜，工藝成本會很高。與現有技術的工藝過程相比，本發明通過優化粉末粒度，采用優選的包套和內襯管設計方式，直接實現了裝粉及脫氣后僅通過熱等靜壓即可成型。因此，本發明相對于現有技術更有優勢，無需打底，可直接裝粉應用，整體上工藝更加簡單、高效。

技術特征：

1.一種結合于鈦基背管外側面的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其特征在于，所述鈦基合金旋轉靶材包含以下物質或由以下物質組成：

2.根據權利要求1所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其特征在于，所述難熔元素包含難熔金屬元素鎢、鉬、鉭、釩、鈮和鉻中的一種或多種。

3.根據權利要求1或2所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其特征在于，所述鈦基背管的材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

4.根據權利要求1或2所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材，其特征在于，

5.制備根據權利要求1至4中任一項所述的高致密度鈦基合金旋轉靶材的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鈦基內襯管的材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

7.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，

8.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述難熔元素粉包含難熔金屬元素鎢、鉬、鉭、釩、鈮、鉻粉末及由這些難熔金屬元素中的一種或多種組成的合金粉末中的一種或多種。

9.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述外包套材質選自ta1、ta2或tc4鈦合金。

10.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟2中裝入包套模具中的混合粉末的裝粉相對密度在40至70％范圍內。

技術總結
本發明屬于靶材領域，具體涉及一種高致密度鈦基合金旋轉靶材及其制備方法。本發明的高致密度鈦基合金旋轉靶材結合于鈦基背管外側面，該高致密度鈦基合金旋轉靶材包含基于該鈦基合金旋轉靶材原子總量計大于約50at％至約99at％的金屬鈦，和約1at％至小于約50at％的難熔元素，其中所述難熔元素單質的熔點高于金屬鈦單質的熔點。本發明的高致密度鈦基合金旋轉靶材具有較高的靶材相對密度和較高的材料利用率，且鈦基背管與所述鈦基合金旋轉靶材結合良好。

技術研發人員：張鳳戈,岳萬祥,魏鐵峰,張欠男,孟曉亭,繆磊,高眾
受保護的技術使用者：蘇州六九新材料科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24