[发明专利]一种铝钪合金靶材及其制备方法与应用

说明书

一种铝钪合金靶材及其制备方法与应用，将金属铝和金属钪进行合金化，得到铝钪母合金；采用甩带快淬法将所述铝钪母合金制成铝钪合金薄带；对所述铝钪合金薄带进行破碎制粉、筛分，得到铝钪合金粉末；对含有所述铝钪合金粉末的原料进行热压烧结、加工，得到铝钪合金靶材。该方法得到的铝钪合金靶材致密度高、成分均匀，晶粒细化、达到微晶级(尺寸＜10μm)，氧质量百分比含量控制在0.05％以内，整个制备工艺操作简单、易产业化、成本低。

技术领域

本发明涉及合金靶材技术领域，特别涉及一种铝钪合金靶材制备方法与应用。

背景技术

铝钪氮薄膜比传统纯氮化铝薄膜拥有更高的机电耦合系数，且随着钪含量的增加，铝钪氮薄膜的压电性随之增强。当钪含量达到57wt.％时，铝钪氮薄膜的压电性提升了400％，已被广泛应用于MEMS传感器、驱动器、麦克风和能量采集器、BAW滤波器等电子器件中以实现其更大的工作带宽。铝钪合金靶材作为制备铝钪氮薄膜的关键核心材料，对其纯度要求日益严苛与多样化，需求量也与日俱增。

电子信息领域对溅射靶材的技术要求高，对铝钪合金靶材的金属材料纯度、内部微观结构和成分偏析等方面都设定了极其苛刻的标准。金属钪的熔点1539℃，相较于铝655℃，高出884℃，且钪的化学性质活泼，高温下易氧化，对生产设备要求高；此外，根据钪-铝合金相图可知，钪在铝中溶解度不高，能与铝形成多种中间化合物，即使进入到铝基体中的少量钪，也会富集在铝基体的晶界，造成成分偏析，同时凝固过程中铝基及其化合物相的冷却速度差异大、且固液凝固收缩比大，直接熔铸产生大量缩孔，钪含量偏析明显，难于获得满足获得高致密度的铝钪合金靶材。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种铝钪合金靶材及其制备方法与应用，通过甩带快淬法获得低氧含、细晶、成分均匀铝钪合金薄带，通过制粉、热压烧结得到不同钪含量铝钪合金靶材。该方法制备得到的铝钪合金靶材致密度高、氧含量低、成分均匀，晶粒细化、达到微晶级(尺寸＜10μm)，整个制备工艺操作简单、易产业化、成本低。

(二)技术方案

为解决上述问题，本申请的第一方面提供一种铝钪合金靶材的制备方法，包括：

步骤1：将金属铝和金属钪进行合金化，得到铝钪母合金；

步骤2：采用甩带快淬法将所述铝钪母合金制成铝钪合金薄带；

步骤3：对所述铝钪合金薄带进行破碎制粉、筛分，得到铝钪合金粉末；

步骤4：对含有所述铝钪合金粉末的原料进行热压烧结、加工，得到铝钪合金靶材。

优选地，步骤1所述的铝钪母合金中金属钪的质量百分比为35～78％。

该配方铝钪合金易形成脆性薄带，且有利用破碎获得粒度范围200～400目的铝钪合金粉末。

具体地，步骤1所述的将金属铝和金属钪进行合金化，具体包括：

将金属钪和金属铝在非活性性气氛下升温至铝钪合金熔点以上100～200℃，保温10～30min，浇铸在水冷模具内进行冷却至室温。其中，所述非活性气氛可选自氩气、氮气、惰性气体，优选氩气；所述模具优选铜模。

在一可选实施例中，铝钪母合金中金属钪的质量百分比含量为35～78％时，将金属钪和金属铝在非活性性气氛下升温至1200～1500℃，保温10-30min进行合金化。

通过金属钪和金属铝进行预合金化，避免不均匀合金中出现低熔点铝相，造成无法形成薄带的问题，且提高合金粉末成分均匀性。

具体地，步骤2所述的甩带快淬法的具体条件包括：