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钛靶材:未来科技领域的关键赋能元素

发布日期:2024-03-05 作者:admin 点击:

钛靶材是使用高纯度钛金属(如TA1、TA2或更高级别的纯钛,以及钛合金如TC4/Ti6Al4V等)制成的专用材料,主要用于物理气相沉积(PVD)工艺中的溅射镀膜。在半导体工业、微电子领域、平面显示器制造以及其他需要薄膜涂层的行业中有重要应用。

机械性能

钛靶材的机械性能主要取决于其纯度和合金成分。对于纯钛(如TA1、TA2)靶材,它们具有以下典型的机械性能特点:

强度:纯钛具有中等强度,相比于许多其他金属,其单位重量下的强度较高,即比强度大。

韧性:纯钛拥有良好的韧性,能够在承受冲击或振动时不轻易断裂。

耐疲劳性:钛有出色的耐疲劳性能,在反复加载条件下不易产生裂纹。

塑性:纯钛表现出良好的延展性和成形性,易于通过冷热加工进行成形。

抗腐蚀性:钛在多种环境中显示出卓越的耐腐蚀性能,特别适用于海洋环境和化工行业。

而对于钛合金靶材,例如TC4/Ti6Al4V,其机械性能会进一步增强:

高强度:Ti6Al4V合金具有很高的屈服强度和抗拉强度。

耐热性:这类合金由于添加了铝和钒,提高了高温下的强度和稳定性。

硬度:相对于纯钛,钛合金的硬度更高,耐磨性能更好。

总之,无论是纯钛还是钛合金靶材,其机械性能都是设计和选择材料时的重要考虑因素,确保在溅射镀膜工艺过程中能稳定工作,并最终生成满足特定应用需求的高质量薄膜。

钛靶材的制备技术

钛靶材的制备技术通常涉及多个步骤,包括粉末冶金、机械加工以及热处理等过程。以下是钛靶材及钛铝合金靶材主要制备技术的深度解析:

粉末冶金法

热压烧结法:

先将高纯度的钛粉或钛合金粉末与可能需要的其他合金元素粉末进行混合均匀。

将混合粉末装入模具中,在真空条件下施加高温和高压进行烧结,使粉末颗粒间发生固态扩散结合形成致密块体材料。

热压烧结过程中通过控制温度、压力和保温时间来优化靶材的微观结构和性能。

热等静压烧结法(HIP):

类似于热压烧结,但在 HIP 过程中,粉末预制件是在高温下同时受到各个方向均衡的压力作用,从而获得极高密度且无宏观缺陷的产品。

通过HIP工艺,可以有效消除孔隙,提高靶材的致密度和机械强度,并确保成分均匀性。

强电流加热法:

学者余鹏提出的这种方法利用大电流通过钛粉和铝粉混合物产生的焦耳热效应实现快速加热和反应合成。在电流的作用下,粉末颗粒迅速升温并相互熔融或扩散,同时配合外部压力,形成高质量的钛铝合金靶材。

其他制备技术:

铸造成型:

对于一些适合铸造的钛合金,可以通过真空感应熔炼(VIM)、电渣重熔(ESR)等方法得到纯净的合金熔液,然后浇注到模具中冷却凝固成靶坯。

锻造与轧制:

成型后的靶坯可通过锻造、等温轧制等方式进一步细化晶粒组织,提高其机械性能和溅射效率。

机加工与表面处理:

初步成型的靶材经过精密切割、磨削等机械加工过程达到所需的尺寸和形状要求。

表面处理包括抛光、清洗等,以确保靶材在溅射镀膜时能提供高质量的薄膜沉积效果。

结合应用专利技术:

江丰电子申请的钛铝合金靶材制备专利,运用了等温轧制方法,能够有效地改善靶材内部的晶粒组织,保证靶材性能的一致性和稳定性,适用于大规模批量生产。

总之,钛靶材的制备是一个精密复杂的过程,需要对原材料选择、混粉工艺、成型工艺、热处理工艺等多方面进行严格控制,以满足不同领域如半导体、显示器、太阳能电池等行业对高品质溅射靶材的需求。

钛靶材的具体用途

超大规模集成电路芯片制造:作为集成电路前道工艺的关键材料,钛靶材通过磁控溅射技术被用来沉积高质量的钛薄膜,这些薄膜在芯片制造中用作种子层、扩散阻挡层或者互联结构的一部分。

平面显示器:在液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)等显示面板生产过程中,钛靶材用于制备透明导电氧化物薄膜和其他功能性薄膜。

存储技术:应用于硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)的磁性存储介质的制造。

功能薄膜:除了电子行业外,钛靶材还可用于制备具有装饰、耐磨、导电、保护、磁性等各种特性的薄膜,广泛应用于光学、航空航天、汽车制造、生物医疗等领域,例如制作外科手术器械、人体植入物、高性能汽车部件等。

由于溅射靶材对纯度和微观结构有非常高的要求,因此高纯钛靶材的研发与生产不仅涉及复杂的提炼和提纯工艺,还包括精密成型技术和严格的质量控制体系,以确保满足现代高科技产业对薄膜性能的苛刻需求。尽管中国拥有丰富的钛资源和较大的产能,但在高端靶材市场和技术方面仍面临提升国际竞争力的挑战。


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