[发明专利]一种低富钛相钨钛合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于难熔金属靶材的制备技术领域，具体涉及一种低富钛相钨钛合金的制备方法。

背景技术

钨钛合金薄膜因其优良的高温稳定性成为铜布线优选的扩散阻挡层。目前制约WTi合金薄膜性能的主要因素是粒子污染(可用薄膜粒子数即单位面积薄膜上的颗粒个数来衡量)。学术界虽然对造成薄膜粒子污染的原因还存在争议，但普遍认为薄膜粒子污染情况与WTi合金靶材的特性密切相关，其中富钛相含量是考察靶材性能的一个重要参数，其含量越少，薄膜粒子污染越少。这主要是因为富钛相较脆，在溅射过程中容易碎裂而以小颗粒的形式沉积在薄膜上造成的。因此制备低富钛相的WTi合金靶材成为靶材研究者追求的目标。

在已有报导的粉末冶金成型的钨钛合金中，其组织中几乎都同时含有富钛相β1(Ti,W)和富钨相β2(W,Ti)相，这和WTi相图不一致。分析认为是因钨钛之间的互扩散没有达到热力学平衡。基于这种分析，研究者也曾尝试延长保温时间和提高温度，加快钨钛互扩散过程使其尽量达到热力学平衡，这虽然在一定程度上可以减少富钛相β1(Ti,W)相，但是调控效果有限。而且，单纯提高烧结温度和延长烧结时间，会引起晶粒的急剧长大，以牺牲合金的其它组织特性为代价，不是可取的途径。这就需要进一步研究富钛相β1(Ti,W)相产生的机理及控制方法。

仔细分析已有的研究结果可以发现：有一个关键的热动力学问题被忽略，即由钨钛合金二元相图可知，温度740-1250℃之间，钨钛合金可以由单一的β相分解为β1(Ti,W)相和β2(W,Ti)相。因为目前报导的钨钛合金烧结后都是随炉冷却，产生富钛相β1(Ti,W)相的原因之一可能是在随后的缓冷过程中分解所致。因此如何控制冷却的动力学条件避免这种分解成为控制富钛相β1(Ti,W)相的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低富钛相钨钛合金的制备方法，解决现有方法制备的钨钛合金中富钛相含量偏高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种低富钛相钨钛合金的制备方法，将球磨钨粉和少量未球磨的钨粉混合得到混合钨粉，然后与氢化钛粉末混匀压制成生坯，将生坯用高温防氧化涂料进行包覆，最后在气氛保护下烧结后快速冷却，得到低富钛相含量的钨钛合金。

本发明的特点还在于，

球磨钨粉和未球磨的钨粉的质量比为9.0～9.2：1。

混合钨粉与氢化钛粉的质量比为9.0～9.2：1。

生坯用高温防氧化涂料包覆的具体操作过程为：将压制好的生坯用玻璃-陶瓷类耐高温防氧化涂料的水溶液进行浸渍涂刷，将涂覆有涂料的生坯取出，放在通风干燥处晾干。

玻璃-陶瓷类耐高温防氧化涂料的水溶液中玻璃-陶瓷类耐高温防氧化涂料的体积浓度为80～85％。

烧结是将涂覆有高温防氧化涂料的钨钛生坯，放入气氛烧结炉内进行烧结，对炉体预抽真空30min，之后通入氩气待气体稳定后开始加热，加热速度为10℃/min，升温到450℃时保温30min，继续加热升温到预设温度1500～1550℃，保温2.0～2.5h。

快速冷却是将烧结后的钨钛合金放入冷却介质中快速冷却，冷却介质为空气、淬火油或50℃水浴。

本发明的有益效果是，本发明低富钛相钨钛合金的制备方法，通过烧结后的快速冷却避免慢速冷却过程中单一的β相分解为富钛相，从而提供一种低富钛相晶粒细小的钨钛合金的制备方法。通过分析发现，本发明方法制备的合金晶粒尺寸为0.67μm，富钛相所占比例仅为9.7％，组织均匀，其纳米硬度和弹性模量比传统的炉冷合金分别提高了41.5％～76.2％和34.0％～35.4％，同时致密度也有所提高，均大于95％，为低富钛相的钨钛合金的制备提供了一种新方法。

附图说明

图1是本发明低富钛相钨钛合金的制备方法得到的钨钛合金的组织金相图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种低富钛相钨钛合金的制备方法，将球磨钨粉和少量未球磨的钨粉混合得到混合钨粉，然后与氢化钛粉末混匀压制成生坯，将生坯用高温防氧化涂料进行包覆，最后在气氛保护下烧结后快速冷却，得到低富钛相含量的钨钛合金。

具体按照以下步骤实施：