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钛铝合金溅射镀膜靶材制备技术及研究进展

溅射靶材 2020-06-03 10:23

  溅射合金靶材需要满足纯度、致密度、晶粒度、表面光洁度等要求。其中纯度、致密度及晶粒度与靶材制备工艺直接相关。

  金属合金制备通常采用的普通熔炼法。但钛铝合金的制备不适于采用该方法,主要原因如下:

  (1)钛铝合金熔炼过程易形成多种金属间化合物,如Ti3A1、TiAl、TiAl2、TiAl3等,这些金属间化合物的存在导致钛铝合金的加工脆性,特别是当合金中铝含量超过50%(原子比),该问题尤为明显;

  (2)熔炼工艺制备钛铝合金靶材,浇注过程中易产生气泡、疏松和偏析,造成合金中成分与组织不均匀,导致靶材品质不稳定。

  根据国内外有关钛铝合金靶材的生产工艺研究报道,目前钛铝合金溅射靶材的主要制备技术有:强电流加热法、热等静压烧结法、热压烧结法。

  强电流加热法:采用可获得大电流的装置,利用大电流使钛粉和铝粉发热,施以压力,使铝和钛自身反应形成钛铝合金靶材。

  热等静压烧结法:该法将钛粉和铝粉进行混料,然后经过装粉和冷等静压预压制、脱气工艺后再进行热等静压压制成型,最后进行烧结和加工得到钛铝合金靶材。

  热压烧结法:该工艺使钛铝粉体在热和力的共同作用下烧结成型,利用Ti—Al混合物中铝的熔点低,将钛粉粘结在一起,形成合金溅射靶材。

  热压烧结是钛铝合金溅射靶材最有潜力的制备技术。该技术工艺效率高,适合产业化生产。而用该技术制备钛铝合金靶材需反复试验,选择合适的脱模剂,提高成品率及模具的利用率,同时,需优化烧结热压工艺条件(烧结温度、升温速率、热压压力),提高生产效率,从而降低成本。

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  我公司生产靶材的工艺:通过金属熔炼,粉末冶金,非金属粉末方法运用真空熔炼,普通热压,冷压烧结等方法成型,通过锻造,热轧或冷轧,再经过热处理消除型材应力并使之均质化或通过高温烧结增加其致密性,然后再对处理过的型材进行车,铣,刨,磨等机加工过程,再清洗,烘干,完成最终产品。有时根据需要对某些靶材地面金属化后进行与无氧铜背板的绑定。最后经过超声波或者X光等检测,包装,出厂。

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  钛铝合金溅射镀膜靶材的研究进展

  陈 希,黄 蓉,邬 晔

  摘 要:综述了钛铝合金靶材的制备技术及存在的问题。热等静压烧结法,成本较高,不适合广泛

  推广。热压烧结法工艺效率高,制备的靶材致密度好,成本较低,适合产业化生产。

  关键词:钛铝合金;溅射靶材;制备方法

  中图分类号:TG146.23 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2012)01-0051-03

  随着人们环保意识的增强,材料的表面镀膜技 他类型的镀膜设备在适当工艺条件下溅射沉积在基术由传统的电镀及化学镀技术逐渐过渡到真空溅射 板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材广泛应镀膜技术。

  真空磁控溅射镀膜技术已经在五金装饰 用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、镀层、表面保护镀层、电子产品镀层、电磁屏蔽镀膜 平面显示、太阳能电池等众多领域,不同领域需要的以及汽车和建筑玻璃镀膜领域得到了广泛的应 靶材各不相同。

  按照生产方法溅射靶材可分为粉末用中。因此,该领域对相关镀膜靶材的需求也显得 靶、熔炼靶和喷涂靶;按照形状可分为平面靶材和管极为迫切。 状靶材,平面靶材又可分为矩形靶和圆弧靶;根据成钛铝合金是一种真空镀膜用合金溅射靶材,在 分可分为纯金属靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化该合金中通过调配钛与铝的含量可以获得不同特性 物靶材等多个品种的钛铝合金靶材。

  钛铝金属间化合物属于硬脆材 1.2 溅射镀膜原理料,具有很好的耐磨性,在普通刀具表面覆着一层钛 用加速的离子轰击固体表面,离子和固体表面铝金属间化合物,可以有效延长刀具的使用时间[2]。

  原子交换动量,使固体表面的原子离开固体并沉积如配合氮气放电起弧实施溅射,可以获得高硬度低 在基底表面,该过程即为溅射镀膜。图1为溅射镀摩擦系数表面膜,特别适合各种刀具、模具和其它易 膜过程示意图[4]。用靶材溅射沉积的薄膜致密度损件的表面涂层,因此在机械加工行业具有较好的 高,与基体之间附着性好。

  因此,溅射沉积已成为一应用前景。 种广泛应用的薄膜制备技术。

  钛铝合金靶材的制备较困难。根据钛铝合金相图,钛和铝之间可以形成多种金属间化合物13],导致 阳极钛铝合金存在加工脆性,特别是当合金中铝含量超氩气 过50%(原子比)时,合金的抗氧化性骤然降低,氧化 Ar+ Ar+严重。

  同时,合金化过程中的放热膨胀,极易产生气 AV真空泵 体 泡、缩孔和缩松,导致合金的孔隙率高,无法满足靶材致密度的要求。

  靶材阴极 1 溅射镀膜工艺1.1 溅射靶材

图1 溅射镀膜示意图

  图1 溅射镀膜示意图

  溅射靶材是指通过磁控溅射、多弧离子镀或其

  2 钛铝合金溅射靶制备技术

  作者简介:陈希(1984一),女,工程师,主要从事轻合金材料研究。

  他类型的镀膜设备在适当工艺条件下溅射沉积在基 板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材广泛应 用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、 平面显示、太阳能电池等众多领域,不同领域需要的 靶材各不相同。按照生产方法溅射靶材可分为粉末 靶、熔炼靶和喷涂靶;按照形状可分为平面靶材和管 状靶材,平面靶材又可分为矩形靶和圆弧靶;根据成 分可分为纯金属靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化 物靶材等多个品种。

  1.2溅射镀膜原理 用加速的离子轰击固体表面,离子和固体表面 原子交换动量,使固体表面的原子离开固体并沉积 在基底表面,该过程即为溅射镀膜。

  图1为溅射镀 膜过程示意图_4 J。

  用靶材溅射沉积的薄膜致密度 高,与基体之间附着性好。因此,溅射沉积已成为一 种广泛应用的薄膜制备技术。

  图1 溅射镀膜示意图 2钛铝合金溅射靶制备技术致密度、晶粒度、

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