权利要求
1.一种合金靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供靶材合金粉;
将所述靶材合金粉等静压成型处理，形成素坯;
将储氢材料围在所述素坯的四周，然后进行第一烧结处理，得到合金靶材;
其中，所述储氢材料包括缓释壳体和填充在所述缓释壳体内的储氢合金粉，所述储氢合金粉用于提供释氢作用，所述缓释壳体设有孔隙，用于控制所述储氢合金粉的释氢速率。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将储氢材料围在所述素坯的四周的步骤还包括：将所述储氢材料和吸附剂薄片围在所述素坯的四周;
其中，所述吸附剂薄片与所述素坯的间距≥0.1cm，所述储氢材料与所述素坯的间距≥0.1cm。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述吸附剂薄片的厚度为0.05~0.5cm;
和/或，所述吸附剂薄片选自锆基合金或钛基合金。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锆基合金包括质量比为(70~90)∶(10~30)的Zr和M1，所述M1选自Ti、V、Al、Fe、Co、La、Ce、Pr、Nd、Y中的一种或多种;
或，所述钛基合金包括质量比为(60~90)∶(10~40)的Ti和M2，所述M2选自Zr、Mo、Ni、V、Al、Fe、Mn中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一种：
所述缓释壳体的厚度为0.01~0.2cm;
所述孔隙的孔径为0.3~35μm;
所述缓释壳体的孔隙率为0.8~8%;
所述缓释壳体的材料选自钼、钨、铌、钽中的一种或多种;
所述储氢合金粉的粒径为100~500μm;
所述储氢合金粉选自钛基储氢合金粉、锆基储氢合金粉、钒基储氢合金粉中的任意一种。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钛基储氢合金粉包括Ti和M3，所述M3选自Fe、Mn、Cr、Zr、V中的一种或多种;
和/或，所述锆基储氢合金粉包括Zr和M4，所述M4选自V、Cr、Mn、Ni、Fe、Ti中的一种或多种;
和/或，所述钒基储氢合金粉包括V和M5，所述M5选自Ti、Zr、Cr、Fe、Mn、Ni中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述缓释壳体的步骤包括：
将缓释材料粉、造孔剂、粘结剂和乙醇混合，得到浆料;
将所述浆料注浆成型，得到坯体;
将所述坯体进行预烧处理和第二烧结处理，得到缓释壳体。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一种：
所述造孔剂选自淀粉、尿素、碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种;
所述造孔剂的添加量为所述缓释材料粉质量的1~10%;
所述造孔剂的粒径为0.5~50μm;
所述预烧处理的温度为300~600℃，时间为1~4h;
所述第二烧结处理的温度为1500~2400℃，时间为4~24h。
9.如权利要求1~8任一项所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一种：
所述第一烧结处理的真空度为10-2~10-3Pa，温度为500~1400℃，时间为4~24h;
所述靶材合金粉的纯度≥99.99%，粒径为10~50μm;
所述靶材合金粉包括碲化
锌合金粉、
铝钪合金粉、
铜镓合金粉、钼铌合金粉、钼钨合金粉、
钕铁硼合金粉中的任意一种。
说明书
技术领域
[0001]本申请属于靶材制备技术领域，尤其涉及一种合金靶材的制备方法。
背景技术
[0002]合金靶材作为真空镀膜技术的核心材料，其纯度、致密度和成分均匀性等会直接影响薄膜性能，进一步影响终端产品的质量。常见的合金靶材的制备方法主要包括熔铸法和
粉末冶金法。熔铸法是将一定配比的金属原料经真空熔炼形成合金熔夜，然后浇注至模具中成型，再通过机械加工或后续变形处理形成合金靶材。然而熔液在浇铸过程中容易产生气泡，而且对于熔点和密度差异较大的多元金属组分，还容易发生偏析，从而影响合金靶材的致密度、成分和组织均匀性。粉末冶金法是将一定配比的金属粉原料经压制成型和高温烧结形成靶坯，再机械加工形成合金靶材。然而在粉末处理和烧结过程中容易引入氧、氮等杂质，从而影响合金靶材成分的纯度。纯度不足已成为国产合金靶材在先进半导体、显示面板等核心产业应用的关键瓶颈，导致国内超高纯合金靶材在高端应用领域高度依赖进口。
[0003]因此，现有的合金靶材的制备方法难以兼顾超高纯度、高致密度、成分和组织均匀性的难题。
发明内容
[0004]本申请的目的在于提供一种合金靶材的制备方法，旨在解决现有的合金靶材的制备方法难以兼顾超高纯度、高致密度、成分和组织均匀性的技术问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]本申请提供一种合金靶材的制备方法，包括以下步骤：
[0007]提供靶材合金粉;
[0008]将靶材合金粉等静压成型，形成素坯;
[0009]将吸附剂薄片和/或储氢材料围在素坯的四周，然后进行第一烧结处理，得到合金靶材。
[0010]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
[0011]本申请提供的合金靶材的制备方法，采用吸附剂薄片和/或储氢材料辅助烧结，吸附剂薄片能够吸收烧结环境中的O2、N2、CO2等杂质，有效促进烧结体气孔内气体快速排出，促使物质迁移收缩，从而大幅降低气孔和缺陷，提高合金靶材的纯度、致密度、成分和组织均匀性，解决了传统烧结因气孔内气体无法及时扩散形成残留气孔而阻碍烧结体收缩的问题。储氢材料在烧结过程中释放氢气消耗烧结环境中的O2，有效抑制氧杂质，同时还能将烧结体的金属氧化物还原生成水蒸气排出，从而大幅降低合金靶材的氧含量，提高合金靶材纯度，解决了常规烧结炉无法直接通氢烧结的问题。此外，该制备方法对烧结设备无特殊要求，成本低，适合大规模工业化生产。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是本申请实施例提供的合金靶材的制备方法的流程图;
[0014]图2是本申请实施例提供的合金靶材的制备方法采用的储氢材料的截面图。
[0015]其中，图中各附图标记：
[0016]1—缓释壳体，2—储氢合金粉。
具体实施方式
[0017]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0018]在靶材烧结过程中，若要通入氢气，对设备有特殊要求。常规真空烧结炉一般无法直接用于通氢烧结，必须使用专用氢气烧结炉，且该炉至少需满足：(1)防爆密封：炉体必须采用全密封设计，以防氢气泄漏引发爆炸;(2)配备高精度气氛控制系统和多重安全系统：需通入高纯氢气，要确保通氢前炉内空气完全排空，同时配置氮气置换通道、高精度流量控制系统、安全监测系统如安装泄露报警系统，能够联动自动切断气源和电源，还要安装水冷保护系统，以防密封圈高温失效;(3)发热元件需耐氢脆特性：常规电阻丝易被氢气脆化，需采用钼、钨等耐氢材料。可见，能满足通氢要求的烧结炉内部构造极为复杂，不仅成本高昂，并且维护频次高、操作复杂，需专人负责维护;此外，其易燃易爆风险较高。因此，本申请采用储氢材料辅助烧结，能够安全、便捷地提供可控的还原环境，且不会向靶材引入杂质，显著改善合金靶材的氧含量和致密度等性能。解决了常规真空烧结炉无法通氢烧结的问题，避免了使用专用氢气烧结炉存在成本高、维护难、危险高等弊端，还解决了氢气烧结炉无法适用于中、低附加值靶材制备的问题。
[0019]本申请实施例提供一种合金靶材的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0020]S01：提供靶材合金粉;
[0021]S02：将所述靶材合金粉等静压成型处理，形成素坯;
[0022]S03：将吸附剂薄片和/或储氢材料围在所述素坯的四周，然后进行第一烧结处理，得到合金靶材。
[0023]本申请实施例提供的合金靶材的制备方法，采用吸附剂薄片和/或储氢材料辅助烧结，吸附剂薄片能够吸收烧结环境中的O2、N2、CO2等杂质，有效促进烧结体气孔内气体快速排出，促使物质迁移收缩，从而大幅降低气孔和缺陷，提高合金靶材的纯度、致密度、成分和组织均匀性，解决了传统烧结因气孔内气体无法及时扩散形成残留气孔而阻碍烧结体收缩的问题。储氢材料在烧结过程中释放氢气消耗烧结环境中的O2，有效抑制氧杂质，同时还能将烧结体的金属氧化物还原生成水蒸气排出，从而大幅降低合金靶材的氧含量，提高合金靶材纯度，解决了常规烧结炉无法直接通氢烧结的问题。此外，该制备方法对烧结设备无特殊要求，成本低，适合大规模工业化生产。
[0024]上述步骤S01，在实施例中，靶材合金粉包括碲化
锌合金粉、铝钪合金粉、铜镓合金粉、钼铌合金粉、钼钨合金粉、钕铁硼合金粉中的任意一种。本实施例的这些靶材合金粉可以通过市购获得，当然也可以按照本领域文献或书籍所描述的技术、条件等进行制备获得，要求靶材合金粉的纯度≥99.99%，粒径为10~50μm。
[0025]上述步骤S02，在实施例中，将靶材合金粉等静压成型的步骤包括：将靶材合金粉填充到模具中，然后在200~300MPa的压力下进行冷等静压成型处理，保压0.5~2h。
[0026]上述步骤S03，在实施例中，吸附剂薄片与素坯的间距≥0.1cm，或储氢材料与素坯的间距≥0.1cm。该间距范围既能保证坯体周围的氧、氮等杂质快速被吸附剂薄片吸附，或者被储氢材料释放的氢气快速消耗，又能避免与素坯接触，以防造成烧结体黏连及新杂质引入。
[0027]在实施例中，吸附剂薄片的厚度为0.05~0.5cm。
[0028]在实施例中，吸附剂薄片选自锆基合金或钛基合金。
[0029]在实施例中，锆基合金包括质量比为(70~90)∶(10~30)的Zr和M1，M1选自Ti、V、Al、Fe、Co、La、Ce、Pr、Nd、Y中的一种或多种组合。这些成分的锆基合金对O、N、H、C等有高化学亲和势，在500~1400℃下仍能持续吸收，能够大幅降低靶材的氧含量、氮含量等。并且多元素固溶成合金能提高抗氧化皮膜稳定性，避免钝化失效，有效延长锆基合金吸附使用寿命。
[0030]在实施例中，钛基合金包括质量比为(60~90)∶(10~40)的Ti和M2，M2选自Zr、Mo、Ni、V、Al、Fe、Mn中的一种或多种组合。这些成分的钛基合金对O、N、H、C等有高化学亲和势，在500~1400℃下仍能持续吸收，能够大幅降低靶材的氧含量、氮含量等。并且多元素固溶成合金能提高抗氧化皮膜稳定性，避免钝化失效，有效延长钛基合金吸附使用寿命。
[0031]在实施例中，如图2所示，储氢材料包括缓释壳体1和填充在缓释壳体1内的储氢合金粉2，储氢合金粉2用于提供释氢作用，缓释壳体1设有孔隙，用于控制储氢合金粉2的释氢速率。
[0032]在实施例中，制备缓释壳体的步骤包括：将缓释材料粉、造孔剂、粘结剂和乙醇混合，得到浆料;将浆料注浆成型，得到坯体;将坯体进行预烧处理和第二烧结处理，得到缓释壳体。
[0033]在实施例中，造孔剂选自淀粉、尿素、碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
[0034]在实施例中，造孔剂的添加量为缓释材料粉质量的1~10%，造孔剂的粒径为0.5~50μm。通过造孔剂的添加量和粒径控制，有效控制缓释壳体的孔径和孔隙率范围，从而保证缓释壳体能够精确控制氢气释放速率。
[0035]在实施例中，预烧处理的温度为300~600℃，时间为1~4h;第二烧结处理的温度为1500~2400℃，时间为4~24h。通过预烧脱去造孔剂形成孔隙，然后通过烧结提高缓释壳体的密度、强度，并形成目标粒径的孔隙。
[0036]在实施例中，缓释壳体的厚度为0.01~0.2cm，孔隙的孔径为0.3~35μm，本实施例缓释壳体的厚度和孔径范围，能保证机械强度足够承受装炉搬运，同时保证高温下煅烧孔隙结构不坍塌，保持缓释效果。
[0037]在实施例中，孔隙率为0.8~8%，本实施例的孔隙率范围，能够精确控制氢气释放速率，形成弱还原烧结环境，能够消耗烧结环境中的氧和将烧结体的金属氧化物还原形成水蒸气排出，有效抑制合金靶材氧化，并且不引起氢脆或鼓包，从而大幅降低合金靶材的氧含量。
[0038]在实施例中，缓释壳体的材料选自钼、钨、铌、钽中的一种或多种。这些金属不与氢反应，不会引发氢脆，可以反复使用。同时这些金属熔点、比热容和热导率高，具有单位体积蓄热量大、快速均温等，能够有效抑制炉温波动，提高炉膛温度均匀性，从而进一步改善靶材晶粒均匀性。
[0039]在实施例中，储氢合金粉的粒径为100~500μm，该粒径范围既能保证填充密度又避免堵塞缓释壳体孔隙。
[0040]在实施例中，储氢合金粉选自钛基储氢合金粉、锆基储氢合金粉、钒基储氢合金粉中的任意一种。
[0041]在实施例中，钛基储氢合金粉包括Ti和M3，M3选自Fe、Mn、Cr、Zr、V中的一种或多种组合;例如，钛基储氢合金粉可以为TiFe、Ti0.8Zr0.2Mn2-xCrx(x=0.2、0.4、0.6、0.8和1.0)、Ti0.9Zr0.2Mn1.8V0.2、Ti0.9ZrxMn1.8-yCryV0.2(x=0.1、0.15和0.2;y=0.2和0.4)等。
[0042]在实施例中，锆基储氢合金粉包括Zr和M4，M4选自V、Cr、Mn、Ni、Fe、Ti中的一种或多种组合;例如，锆基储氢合金粉可以为ZrV2、ZrCr2、ZrMn2、Zr0.8Ti0.2Mn0.44Cr0.11V0.44Ni1.32等。
[0043]在实施例中，钒基储氢合金粉包括V和M5，M5选自Ti、Zr、Cr、Fe、Mn、Ni中的一种或多种组合;例如，钒基储氢合金粉可以为V0.3Ti0.35Cr0.25Fe0.1、V0.7Zr0.1Ni0.2等。
[0044]在实施例中，将上述储氢合金粉注入缓释壳体前，还包括预处理、活化和吸氢处理的步骤。具体地，预处理的步骤可以包括：将储氢合金粉置于吸氢反应釜中，抽真空至0.1Pa以下后，升温至100~150℃以去除表面吸附的H2O、CO2、O2等杂质。活化处理的步骤可以包括：将吸氢反应釜抽真空至10-2Pa以下后，开始升温至200~400℃，然后通入纯度为99.99%的氢气，使吸氢反应釜的压力为1~5MPa，进行保温保压0.5~2h;接着升温至400℃~600℃，并减压释放氢气;重复进行2~5次吸氢-放氢过程，从而打破储氢合金表面的钝化层，提高吸放氢能力。吸氢处理的步骤可以包括：将吸氢反应釜抽真空至10-2Pa以下后，升温至50~100℃，然后通入纯度为99.99%的氢气，使吸氢反应釜的压力为1~5MPa，保压0.5~2h后关闭阀门停止吸氢。当然，预处理、活化和吸氢处理的步骤也可以根据储氢合金粉的实际材质，按照本领域文献或书籍所描述的技术、条件等进行预处理、活化和吸氢处理。
[0045]在实施例中，第一烧结处理的真空度为10-2~10-3Pa，温度为500~1400℃，时间为4~24h。
[0046]本申请实施例采用吸附剂薄片和储氢材料辅助烧结，有效提高合金靶材的纯度、致密度、成分和组织均匀性等性能，并且储氢材料还可以重复使用，当储氢材料的储氢合金粉的氢释放完后，可将储氢合金粉取出重新吸氢，再注入缓释壳体内，因此实现循环利用，降低成本。
[0047]下面结合具体实施例进行说明。
[0048]实施例1
[0049]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，包括以下步骤：
[0050]S11：购置纯度≥99.99%，粒径为10~50μm的碲化
锌粉;
[0051]S12：成型处理：将碲化锌粉填充到模具中，在250MPa的压力下进行冷等静压成型处理，保压1h，形成素坯;
[0052]S13：制备储氢材料：
[0053]将钼粉(粒度为2~15μm)、淀粉(粒度为5~30μm)、聚乙烯醇和乙醇球磨混合，得到浆料;将浆料装入真空罐，真空脱泡后，以1MPa的压力将浆料注入到密封好的石墨模腔中，直到模具中不再有水滴出，打开模具，取出已固化的坯体，在常温下静置24h，得到坯体;将坯体放置于真空烧结炉中，开启抽真空至5×10-2Pa以下，然后升温至400℃进行预烧处理2h，接着从400℃升温至2100℃进行第二烧结处理18h，得到缓释壳体;其中，淀粉的添加量为钼粉质量的5%，聚乙烯醇的添加量为钼粉质量的0.5%;
[0054]将购置的钛铁合金粉置于吸氢反应釜中，抽真空至0.1Pa以下，升温至130℃保温1h;将吸氢反应釜抽真空至10-2Pa以下，开始升温至300℃，然后通入氢气(纯度为99.99%)，使吸氢反应釜的压力为2MPa，进行保温保压1h;接着升温至500，并减压释放氢气;重复进行3次吸氢-放氢过程;将吸氢反应釜抽真空至10-2Pa以下后，升温至75℃，然后通入氢气(纯度为99.99%)，使吸氢反应釜的压力为3MPa，保压1h后关闭阀门停止吸氢，得到已充氢的钛铁储氢合金粉;
[0055]将钛铁储氢合金粉注入缓释壳体内，然后焊接密封缓释壳体，得到储氢材料;
[0056]经检测缓释壳体的孔隙率为3.5%，孔径为4.1~25μm;
[0057]S14：将素坯置于真空烧结炉中，将吸附剂薄片和储氢材料围在素坯的四周，开启抽真空至5×10-2Pa以下，然后升温至950℃，保温12h，得到碲化锌靶材;其中，吸附剂薄片的厚度为0.2cm，材料为Zr、Co、Ce质量比为75∶23∶2的锆基合金，吸附剂薄片与素坯的间距为0.2cm，储氢材料与素坯的间距为0.5cm。
[0058]实施例2
[0059]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：只采用吸附剂薄片围在素坯的四周。也即是不含步骤S13;步骤S14，是将素坯置于真空烧结炉中，将吸附剂薄片围在素坯的四周，开启抽真空至5×10-2Pa以下，然后升温至950℃，保温12h，得到碲化锌靶材;其中，吸附剂薄片的厚度为0.2cm，材料为Zr、Co、Ce质量比为75∶23∶2的锆基合金，吸附剂薄片与素坯的间距为0.2cm。
[0060]实施例3
[0061]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：只采用储氢材料围在素坯的四周。也即是步骤S14，是将素坯置于真空烧结炉中，将储氢材料围在素坯的四周，开启抽真空至5×10-2Pa以下，然后升温至950℃，保温12h，得到碲化锌靶材;其中，储氢材料与素坯的间距为0.5cm。
[0062]实施例4
[0063]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：
[0064]步骤S11，是将“碲化锌粉”替换成“铝钪合金粉”。
[0065]实施例5
[0066]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：
[0067]步骤S11，是将“碲化锌粉”替换成“铜镓合金粉”。
[0068]实施例6
[0069]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：
[0070]步骤S11，是将“碲化锌粉”替换成“
镍钒合金粉”。
[0071]实施例7
[0072]本实施例提供一种碲化锌靶材的制备方法，与实施例1的区别是：
[0073]步骤S13，是将“钛铁合金粉”替换成“ZrV2合金粉”，将“钛铁储氢合金粉”替换成“ZrV2储氢合金粉”。
[0074]对比例1
[0075]本对比例提供一种碲化锌靶材的制备方法，包括以下步骤：
[0076]S1：购置纯度≥99.99%，粒径为10~50μm的碲化锌粉;
[0077]S2：成型处理：将碲化锌粉填充到模具中，在250MPa的压力下进行冷等静压成型处理，保压1h，形成素坯;
[0078]S3：烧结处理：将素坯置于真空烧结炉中，开启抽真空至5×10-2Pa以下，然后升温至950℃，保温12h，得到碲化锌靶材。
[0079]相关性能测试分析：
[0080]1、利用氧氮分析仪分别测试实施例1~7和对比例1制得的各靶材中的O和N含量，其中碲化锌粉中的O含量<24ppm，N含量<12ppm;铝钪合金粉中的O含量<26ppm，N含量<11ppm;铜镓合金粉中的O含量<25ppm，N含量<10ppm;镍钒合金粉中的O含量<27ppm，N含量<13ppm。
[0081]3、将实施例1~7和对比例1制得的靶材塑封后，分别利用阿基米德测试密度法测试各靶材的实际密度，以理论密度为基准，通过相对密度=实际密度/理论密度×100%，计算得到相对密度;
[0082]测试结果如下表1所示：
[0083]表1
[0084]
[0085]从表1可以看出，实施例1~7制得的靶材的致密度显著高于对比例1，且实施例1~7制得的靶材的O、N和总杂质含量均显著低于对比例1，说明本申请实施例采用吸附剂薄片和/或储氢材料辅助烧结，吸附剂薄片可以吸收烧结环境中的O2、N2、CO2等杂质，促进烧结体气孔内气体快速排出，促使物质迁移收缩，从而大幅降低气孔和缺陷，提高合金靶材的致密度和纯度。储氢材料在烧结过程中释放氢气消耗烧结环境中的O2，有效抑制氧杂质，同时还能将烧结体的金属氧化物还原生成水蒸气排出，从而降低合金靶材的氧含量。
[0086]实施例1制得的靶材的致密度显著高于实施例2~3，且实施例1制得的靶材的O、N和总杂质含量均显著低于实施例2~3，说明本申请实施例同时采用吸附剂薄片和储氢材料辅助烧结，吸附剂薄片通过吸附烧结体和烧结环境中的O2、N2、CO2等杂质，同时储氢材料消耗烧结环境中的O2，抑制氧杂质，并将金属氧化物还原生成水蒸气排出，降低合金靶材的氧含量，因此二者协同作用下，能进一步提高靶材的纯度和致密度。
[0087]以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
说明书附图(2)
声明：
“合金靶材的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：深圳众诚达应用材料股份有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
