钼靶材生产工艺(以高纯度平面靶为例)
时间:2025-08-19
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钼靶材的核心要求是高纯度、高致密度、均匀晶粒结构,工艺步骤如下:
原料提纯与粉末制备
采用电子级钼粉(纯度99.995%以上,粒度3-5μm),通过氢还原法进一步去除氧、碳等杂质(氧含量≤50ppm,碳≤10ppm)。
粉末筛分后进行气流分级,确保粒度分布均匀(D50=4-6μm),避免大颗粒导致烧结致密化困难。
成形与烧结
冷等静压(CIP):将钼粉装入模具,在200-300MPa压力下压制为靶材素坯(尺寸略大于成品,密度达理论密度的65%-75%)。
真空烧结:在10⁻⁴Pa真空或纯氢气氛中,升温至2000-2200℃,保温4-6小时,通过固态扩散使粉末颗粒结合,致密度提升至≥98%。若需更高密度(≥99.5%),可采用热等静压(HIP):在1800-2000℃、150-200MPa氩气压力下处理,消除内部孔隙。
塑性加工与晶粒细化
对烧结坯进行锻造或轧制:加热至1100-1300℃,通过多道次锻造(变形量50%-70%)或轧制,破碎粗晶粒(从100-200μm细化至20-50μm),提高靶材力学性能和溅射均匀性。
中间退火:每道次加工后在1000-1200℃氢气中退火,消除加工硬化,避免开裂。
精密机加工
采用金刚石刀具进行铣削、磨削,加工成平面靶(常见尺寸如300mm×100mm×5mm)或圆柱靶,保证平面度(≤0.01mm/m)、平行度(≤0.02mm),满足溅射设备装配要求。
表面处理:通过电解抛光去除加工痕迹,表面粗糙度Ra≤0.05μm,确保溅射时粒子发射均匀。
绑定与检测
为提高散热性,将钼靶与铜背靶通过扩散焊接(400-500℃,压力50-100MPa)或低温焊料(如铟基合金)绑定,界面热阻≤5×10⁻⁴K・m²/W。
质量检测:采用X射线荧光光谱(纯度)、超声探伤(内部缺陷)、电子探针(成分均匀性),确保无夹杂、气孔等缺陷。