[发明专利]一种用于物理气相沉积的钛铝靶材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于物理气相沉积的钛铝靶材及其制备方法，该制备方法包括：提供钛粉和铝粉；将所述钛粉和铝粉混合均匀；将混合均匀的粉末装填进入包套；对装满粉末的包套进行除气；将除气完成的包套进行热等静压处理，在高温高压下，粉末在包套内部致密并形成锭坯；将锭坯进行机械加工制成钛铝靶材。制备得到的钛铝靶材有以下优点：(1)靶材材质和密度分布均匀，且致密度高、无气孔；(2)由于没有脆性金属间化合物的生成，靶材机加工性能良好，可实现复杂形状靶材的加工；(3)本发明所提供的钛铝靶材制备方法，可实现熔炼法无法实现的高铝含量的钛铝靶材的生产；(4)相对于热压方法和熔炼方法，可实现大尺寸钛铝靶材的生产。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种用于物理气相沉积的钛铝靶材及其制备方法。

背景技术

伴随着物理气相沉积技术的发展与成熟，薄膜及涂层在现代工业中的应用越来越广泛。钛铝靶材通过物理气相沉积技术在工件表面制备氮化物硬质涂层，这种硬质涂层具有高硬度、化学性质稳定、耐高温等特点，从而起到耐磨、防腐、抗氧化等目的，尤其在模具、工具、机械等领域具有广泛的应用。另外，随着现代装饰行业的迅速发展，对装饰材料的颜色及耐磨防腐的要求也越来越高，利用物理气相沉积技术，选用不同原子配比的钛铝靶材，通调整溅射工艺(包括气氛、偏压、温度等阐述)可在工件表面制备出黄色、黑色、玫瑰色等不同颜色的涂层，用于满足对装饰色彩的要求；同时，这种涂层又具有耐磨防腐的功效。

目前钛铝靶材的制作方法主要有粉末冶金和真空熔炼两种方法。中国发明专利ZL200910043144.4公开了一种钛铝合金靶材快速热压烧结成型工艺，中国发明专利ZL201711034130.7公开了一种钛铝合金靶材的制备方法，以上专利均属于采用热压工艺(粉末冶金法)制备钛铝靶材。该方法通过高温下压头施加的压力将材料密实而形成靶材。采用热压工艺存在如下问题：(1)有时需要加入成型剂，这些成型剂很难在后续脱剂工艺中完全去除，这将会引起靶材的污染，最终影响涂层质量。(2)上述专利均选用较高温度进行热压，导致在靶材内部生成硬且脆的金属间化合物，给后续的机械加工带来很多麻烦，甚至会在加工中崩裂，无法生产带有孔和螺纹等复杂形状的靶材。(3)生产厚度大于30毫米以上的靶材时容易引起靶材沿厚度方向密度的差异，当溅射工艺参数确定后，这种密度的差异将引起涂层厚度的变化，最终导致涂层性能的变化。

中国发明专利ZL 201310088019.1公开了一种钛铝合金靶材的生产方法，该方法是采用热等静压工艺(粉末冶金法)制备钛铝靶材，该方法具体工艺为：首先将钛粉铝粉混合，然后对混合均匀的粉末进行冷等静压形成冷压坯料，并通过自蔓延反应将冷压坯料制备成泡沫状钛铝合金，再将泡沫钛铝合金粉碎成一定粒度的粉末，将粉末装入包套，对装满粉末的包套除气并封焊，对封焊完成的包套进行热等静压处理而制备成靶材锭坯，机加工制成靶材。

用冷等静压或其它预压方式确实可以提高包套的装填密度，但是同时带来了其它不良影响：一、增加了生产工序，增加生产成本；二、采用冷等静压需要用到液体介质，这将增加材料被污染的机会；三、采用模压时，较大高度的坯料无法实现，而且容易造成靠近压头的位置粉末致密度大，而远离压头的位置粉末致密度小，热等静压后造成坯料两头尺寸大，而中间尺寸小。

发明内容

鉴于目前钛铝靶材制备中存在的技术问题，本发明提供了一种用于物理气相沉积的钛铝靶材及其制备方法，通过本方法制备的钛铝靶材有以下优点：

(1)靶材材质和密度分布均匀，且致密度高、无气孔；

(2)由于没有脆性金属间化合物的生成，靶材机加工性能良好，可实现复杂形状靶材的加工；

(3)本发明所提供的钛铝靶材制造方法，可实现熔炼法无法实现的高铝含量的钛铝靶材的生产；

(4)相对于热压方法和熔炼方法，可实现大尺寸钛铝靶材(长度达2000毫米)的生产；

(5)无需经过冷等静压或其它预压方式，使材料更加纯净，坯料更加均匀，节约成本。