[发明专利]一种Al-Sc-X多元合金靶材及其制备方法

说明书

本发明属于合金靶材及粉末冶金材料加工技术领域，具体提供了一种Al‑Sc‑X多元合金靶材，所述Al‑Sc‑X合金靶材由以下重量百分比计的组分组成：50％～98％Al，1％～48％Sc，1％～49％X，其中所述X为Si、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Y、Nb、Mo、Ta、W和Ag中的一种或多种，该合金靶材可以拓展铝钪合金靶材应用范围。本发明进一步提供了一种Al‑Sc‑X多元合金靶材的制备方法，该方法采用粉末冶金热压烧结制备合金靶材，解决了与Al的熔点相差较大的金属与Al难以实现冶金结合的问题，且Sc和X不易发生氧化反应，该方法制备流程短，技术参数控制准确，适合批量生产。

技术领域

本发明涉及合金靶材及粉末冶金材料加工技术领域，具体涉及一种Al-Sc-X多元合金靶材及其制备方法。

背景技术

真空溅射镀膜技术是针对金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种材料表面处理和表面改性的一种重要技术，通过在各种材料表面的真空溅射镀膜，可以调整和改善各种材料的表面物理、化学特性，从而提高材料在特定应用场景下的服役性能。目前，真空溅射镀膜技术已经在电子半导体材料、医学材料、建筑用材、工模具材料等众多领域获得广泛应用。

真空溅射镀膜进行材料表面改性处理的关键应用技术之一，是将固态靶材中的元素在电离作用下直接升华，获得在真空环境下的元素离子态，从而沉积在需要进行表面处理的零件表层，实现其表层的性能改进。在此过程中，真空溅射镀膜技术需要使用的重要耗材是靶材，只有性能满足镀膜技术要求的靶材，才能激发出合适的元素离子，获得真空溅射镀膜膜层。

在不同应用领域，真空溅射镀膜会应用到不同种类的靶材。例如在电子半导体行业，会用到高纯度的金属铝靶材、金属钼靶材或者硅铝合金靶材来制备膜层；在低辐射建筑玻璃上，会用到金属硅、金属银靶材或者铟锡合金靶材；在液晶显示屏上会用到氧化锡铟陶瓷靶材；在医学材料、工具模具上会用到金属钛、钛合金、氧化钛等靶材。因此，不同种类的靶材有其专用的真空溅射镀膜应用领域，为不同的材料提供不同的表面膜层特性。因此，开发不同种类的靶材并将其应用到该靶材适合的领域里，是目前从事新材料研发和表面处理新技术应用的重要研究方向。

铝钪合金靶材可以在集成电路配线材料上使用，可以减少使用高纯铝靶材在高温溅镀制造过程中的断线现象，将配线的耐热温度提高到500℃，还可以有效地防止与铝原子流出、断线有关的电子迁移，适用于大规模集成电路制造工艺。

铝钪合金靶材的制备有明显的工艺难度，这是因为铝的熔点是660℃，钪的熔点是1541℃，相差很大，而且钪在高温下极易氧化，很难制备含钪量高的铝钪合金靶材。专利CN201110288762.2和专利CN200410046915.2利用铝热还原法制备铝钪中间合金，但是无法做成靶材。专利CN201510185516.2是制备铝钪旋转靶材，采用电弧喷涂方法在不锈钢管基体上，喷涂铝钪粉末制成旋转靶材，铝钪合金靶材在不锈钢管上的厚度为3～15mm，致密度97％。专利CN201811144477是通过冷坩埚悬浮熔炼结合变频电磁搅拌制备铝钪合金靶坯，铝、钪元素的质量百分数之和＞99.95％，铝钪合金靶坯中二次析出相体积百分数为5～25％。专利CN201711310758是将钪金属和铝金属按配比投入真空熔炼炉中，抽真空至真空度为0.1-1.0Pa；然后充入惰性保护气体进行熔炼。专利CN201810344642.1和专利CN201610677045采用粉末热压烧结制备技术制备了不同钪含量的二元铝钪合金靶材。

上述针对铝钪合金靶材生产采用的铝热还原法、真空熔炼法、粉末喷涂法、热压烧结法，可以获得不同成分的二元铝钪合金，但当需要制备三元甚至三元以上的合金时，这些方法都有其局限性，而在铝钪基合金中，添加更多的合金组元获得多元合金靶材，是拓展铝钪合金应用范围，获得其他特性膜层的关键。因此，如何设计三元及以上的铝钪基合金靶材并制备成靶材在现有技术中少有涉及。

发明内容