[发明专利]一种铝钪合金靶材的制备方法

说明书

本发明揭示了一种铝钪合金靶材的制备方法，包括以下步骤：将铝原料和钪原料通过冷坩埚悬浮熔炼，得到铝钪合金熔体；将铝钪合金熔体浇铸到模具上冷却成型，得到铝钪合金铸锭；将铝钪合金铸锭置于真空坩埚炉内，升温使铸锭熔融成为铝钪合金液；将铝钪合金液进行雾化后得到铝钪合金粉末；将铝钪合金粉末进行烧结后得到铝钪合金靶坯；将铝钪合金靶坯进行机加工得到铝钪合金靶材。本发明提供的一种铝钪合金靶材的制备方法，根据铝和钪的金属熔点相差悬殊特点，将铝原料分批次加入钪原料中进行熔炼，可以使合金靶材熔炼至完全合金化，而且采用熔化雾化的方式，制备出产品纯度高的铝钪合金粉，解决了现有技术制备铝钪合金靶材会造成合金分相的技术问题。

技术领域

本发明涉及高性能铝钪合金靶材技术领域，尤其涉及一种铝钪合金靶材的制备方法。

背景技术

钪对合金靶材具有良好的合金化作用，在铝中只要加入千分之几的钪就会生成弥散分布的Al₃Sc相，极大地细化铝合金的组织，从而提高其强度，铝钪合金靶材具有很好的耐腐蚀性、优异的抗辐射能力、较低的电阻率、有效降低短路情形、热稳定性较好、薄膜热处理前后凸起物少以及综合性能不随热处理温度变化而剧烈变化等优点，能够满足基板电极层、大规模集成电路配线材料镀膜及使用的要求，在诸多场合中需要溅射形成铝钪合金，例如，集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统(MEMS)的制备过程中。

铝钪合金靶材的制备方法一般有两种，一种是直接浇铸成型再进行热加工的工艺制备得到，另外一种是通过粉末冶金的工艺制备得到。虽然直接浇铸成型再进行热加工的工艺制备得到的铝钪合金靶材具有易成型、纯度高、组分均匀性好、气体含量低等优点，但是研究表明，当钪（Sc）含量大于25at%时，几乎不存在单质铝相，导致合金的脆性加大，因此采用直接浇铸成型再进行热加工的工艺仅限于Sc含量在25at%以下和小尺寸钪含量高于25at%AlSc靶材制备。对于Sc含量更高或尺寸更大的靶坯浇铸，由于基体里面大量的脆性粒子Al₃Sc和Al₂Sc，在冷却或加工时很容易造成靶坯的开裂，从而只能选择通过粉末冶金的工艺制备。

现有技术中，公开了通过粉末冶金的工艺制备铝钪合金靶材的方法，直接将铝和钪进行熔炼，难以熔炼至完全合金化，难以制备出产品纯度高的铝钪合金粉，这是由于铝和钪金属的熔点相差悬殊，容易造成成分偏析，后续再进行制粉得到的合金粉体成分易偏离理论配比，另一方面，在高温液态下铝原料液和钪金属都特别活泼，几乎与所有的金属、氧化物、石墨坩埚发生部分反应造成物料的污染和制粉过程失败，增加靶材制备成本。

目前铝钪合金靶材的制备技术都存在一定的技术缺陷，要想获得工艺简单、生产周期短、生产成本低、产品纯度高、杂质含量低、更符合客户需求的铝钪合金靶材，必须结合上述工艺的优点，攻克技术难题。

针对现有技术的不足之处，本发明提出一种铝钪合金靶材的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种铝钪合金靶材的制备方法。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供了一种铝钪合金靶材的制备方法，包括以下步骤：熔炼，将铝原料和钪原料通过冷坩埚悬浮熔炼，得到铝钪合金熔体；浇铸，将所述铝钪合金熔体浇铸到模具上冷却成型，得到铝钪合金铸锭；熔化，将所述铝钪合金铸锭置于真空坩埚炉内，升温使铸锭熔融成为铝钪合金液；雾化，将所述铝钪合金液进行雾化后得到铝钪合金粉末；烧结，将所述铝钪合金粉末进行烧结后得到铝钪合金靶坯；机加工，将所述铝钪合金靶坯进行机加工得到铝钪合金靶材。

作为本发明的进一步改进，所述步骤熔将铝原料和钪原料通过冷坩埚悬浮熔炼，得到铝钪合金熔体具体为：以钪原料和铝原料作为反应原料，首先将钪原料通过冷坩埚悬浮进行熔炼，得到钪熔体，再将铝原料分批次添加到钪熔体中熔炼，得到铝钪合金熔体。