[发明专利]一种钛硅合金靶材的制造方法

说明书

技术领域

 本发明涉及冶金领域，具体地说是一种钛硅合金靶材的制造方法。

背景技术

物理气相沉积（PVD)技术是在真空条件下，将固体材料气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有蒸镀、溅射镀、离子镀。化学气相沉积（CVD）作为一类镀膜工艺也有广大应用，但总体来说PVD与CVD比较具有工艺温度低、生产周期短、无污染，并且PVD镀膜层表面有较好金属光泽、膜层厚度薄、硬度高、化学性能稳定、摩擦系数小等诸多优点，其逐渐在机械、电子、半导体、光学、航空、交通等领域中普及。

随着硬质镀膜材料的发展，从最初的TiN、TiC（HV 2300，应用温度500~600℃）演变为TiCN、TiAlN（HV3000，应用温度800℃），如何提高膜层的耐磨性能和应用温度成为主要研究方向。在TiSi靶材溅射时通入氮气形成的TiSiN硬质镀层，其显微硬度达到HV3673，使用温度为1100℃，膜层的抗机械磨损、抗磨料磨损性能和应用温度相对TiCN和TiAlN等有较大提高，为汽车、航空、航天、重机等行业提供了更加优良的高温耐磨抗氧化膜材料。

磁控溅射制备TiSiN硬质膜层的关键技术之一，是提供高品质钛硅靶材。钛硅合金属于金属间化合物，现有熔炼方法制备的钛硅靶材存在着合金脆性以及成分偏析等缺点，硅添加量一般不超过重量的15%，大于15%硅添加量铸锭容易产生开裂，小于15%硅添加量容易产生成分偏析以及脆性裂纹，同时合金延性差也导致不易冷热加工，所以钛硅合金靶材难以采用熔铸方法制备。热等静压方法由于高昂的制造成本及其包套选材困难等缺点，也限制其在制备钛硅靶材方面的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种通过真空热压烧结法制备硅钛合金靶材的方法，该方法制造出的靶材具有宽成分配比、成分均匀、无偏析、晶粒细小、高成品率和低成本的特点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种钛硅合金靶材的制造方法，包括以下步骤：

1）将硅粉、钛粉置于混粉罐进行机械混合，得到混合粉末，混料时间为1-16小时；

2）称取步骤1）中所得到的混合粉末，装入石墨模具中，然后将石墨模具放入热压炉中，关闭炉门，先在室温条件进行预压，预压压力在5-20MPa；

3）然后真空系统对炉内抽真空，当炉内真空度达到1x10-2Pa时，铜感应线圈通电加热模具、混合粉末和压头到465℃-765℃，保温1-5小时，排除粉末内本身带入的气体，减少成型胚料中的气孔缺陷；而后利用真空感应和电阻的双重加热使温度迅速升温至800-1300℃，升温速率50-100℃/min，当达到烧结温度时上下压头开始加压，压力控制在10-80MPa，保温2-6小时，然后停止加热，卸去压力；

4）待冷却脱模后，对成型的钛硅靶坯进行机械和电加工，加工完毕后进行清洗、烘干、包装工序，得到最终所需钛硅靶材。

所述步骤1）中硅粉和钛粉的重量百分比为硅粉：钛粉=1%-50%：50%-99%。

所述步骤1）中钛粉颗粒度为40-83μm，硅粉颗粒度为30-100μm。

所述步骤1）中钛粉纯度在99.9%以上、硅粉纯度在99.9%以上。

上述方法能加工出硅含量为1%-50%之间钛硅靶材，密实度达到99%以上，成分均匀无偏析现象。

有益效果：本发明提供的钛硅合金靶材的制造方法，具有宽成分配比、成分均匀、无偏析、晶粒细小、高成品率和低成本的优势，弥补了熔铸和热等静压方法制备钛硅靶材的不足，是最适宜的钛硅靶材制造方法。

附图说明

    图1为本发明真空热压法腔室示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。