[发明专利]一种钛硅合金靶材及其制造方法

说明书

本发明公开了一种钛硅合金靶材及制造方法，属于合金靶材制备领域。该方法包括：合金粉末制备步骤，将钛源和硅源混料制成合金粉末；冷等静压步骤，对所述合金粉末进行冷等静压处理，得到压坯；脱气步骤，对所述压坯进行脱气处理；热等静压步骤，对所述脱气处理后的压坯进行热等静压处理，得到钛硅合金靶材。钛硅合金靶材具有致密度高、合金化程度高，无气孔和偏析，组织均匀，晶粒细小等优点，相对密度超过99％，平均晶粒尺寸不大于100μm。

技术领域

本发明属于粉末冶金材料及其制造技术领域，特别涉及一种钛硅合金靶材及制造方法。

背景技术

随着硬质镀膜材料的发展，从最初的TiN、TiC演变为TiCN、TiAlN，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，形成非晶Si3N4包裹TiN的特殊纳米复合结构，显著提高了涂层的硬度和抗氧化性能。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、工模具等行业提供了更加优良的高温耐磨抗氧化膜材料。高速、干式切削成为未来刀具发展的主要方向，作为新一代刀具涂层材料而备受关注，刀具镀膜用靶材的需求量日益扩大。

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。热压工艺生产靶材生产难以实现大尺寸化，同时热压靶材内部密度分布不均匀。热等静压法工艺生产靶材，容易获得均匀的微观组织结构，靶材密度均匀，能够满足大尺寸靶材的生产，可制得性能优异的合金溅射靶材。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种钛硅合金靶材及制造方法，该靶材具有良好的致密性，合金化程度高，无气孔、无疏松和偏析，成分均匀，晶粒细小，规格尺寸大的特点，其形成的涂层硬度及抗氧化性高，满足连续切削和难加工材料加工方面的使用要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钛硅合金靶材的制备方法，包括：

合金粉末制备步骤，将钛源和硅源混料制成合金粉末；

冷等静压步骤，对所述合金粉末进行冷等静压处理，得到压坯；

脱气步骤，对所述压坯进行脱气处理；

热等静压步骤，对所述脱气处理后的压坯进行热等静压处理，得到钛硅合金靶材。

上述钛硅合金靶材的制备方法，作为一种优选实施方式，还包括后处理步骤，对所述钛硅合金靶材进行机加工，清洗后得到所需要的成品合金靶材。

在上述制备方法中，合金粉末制备步骤中，可采用本领域常规的方法，即采用常规钛源比如钛粉和常规硅源比如硅粉混料制成合金粉末；但作为一种优选方式，所述硅源是TiSi₂粉末，所述钛源是钛粉，相比较而言，采用钛粉+硅粉作为原料，二者合金化程度低，溅射镀膜容易产生剥落、液滴缺陷；而采用本发明优选的钛粉+TiSi₂粉末制备靶材，得到的靶材合金化程度高，无纯硅相，有效控制薄膜缺陷，提高溅射薄膜质量；更优选地，制备所述合金粉末所用的原料钛粉的纯度为99.6wt％以上(比如99.7wt％、99.8％、99.9％)、硅粉或TiSi₂粉末的纯度为99.6wt％以上(比如99.7wt％、99.8％、99.9％)。进一步优选地，所述钛粉的平均粒度为20-150μm(比如25μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、130μm、145μm)，所述TiSi₂粉的平均粒度为20-150μm(比如25μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、130μm、145μm)。