專(zhuān)利名稱(chēng)：可延展的金屬間濺射靶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)元素混合和熱等靜壓制來(lái)制造可延展的金屬間濺射靶的方法。
背景技術(shù)：
陰極濺射法廣泛用于材料薄膜沉積到目標(biāo)襯底上。典型的濺射系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電子或離子束的等離子體源、包括待霧化的材料的靶、和將濺射材料沉積其上的襯底。該方法基本包括用電子或離子束以某一角度轟擊靶材料，這引起靶材料被濺射或從靶上侵蝕掉。被濺射的靶材料作為薄膜或?qū)映练e在襯底上。
用于濺射法的靶材料已從純金屬發(fā)展到甚至更復(fù)雜的合金。濺射工業(yè)上通常使用復(fù)合的3-6種元素的化合物和極其脆的金屬間合金如NiAl、NiAl、RuAl、CoAl、TiAl和NiNb。合金加成劑如Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、Ti2O3等常常加入到B2(即NiAl、CoAl、RuAl.....)和其它金屬間合金來(lái)改變性質(zhì)如沉積膜的粒度或表面能。
大多數(shù)金屬間合金內(nèi)在為硬且脆的，其中一些合金的熱導(dǎo)性比金屬低。因此，這些金屬間合金一旦固結(jié)為固體形式就會(huì)在陰極濺射中引起與加工為靶的性質(zhì)和使用延展性相關(guān)的令人沮喪的挑戰(zhàn)。這些材料典型地在加工過(guò)程中具有非常有限的抗機(jī)械沖擊性能，和在濺射過(guò)程中具有非常有限的耐熱沖擊性。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及制造具有金屬間化學(xué)計(jì)量的濺射靶的新方法，該方法給它們提供了足夠的延展性用于加工和濺射。該方法使用規(guī)定種類(lèi)的元素混合，它們?cè)诟邏合聵?gòu)成金屬間合金和低溫?zé)岬褥o壓制(HIP)固結(jié)，以防止和控制靶材料內(nèi)金屬間相的形成。靶不包含標(biāo)稱(chēng)金屬間相，這一事實(shí)在本申請(qǐng)中不是問(wèn)題，因?yàn)殛帢O濺射是一種原子間的沉積方法，其中不同的原子種類(lèi)在襯底上再組合以形成平衡和所需的金屬間相。本發(fā)明的另一目的是減少靶材料的成本，因?yàn)樵贖IP固結(jié)之前制備金屬間粉末不是必需的步驟。典型地，使用燒結(jié)或氣體霧化方法來(lái)制備合金粉末，這些方法往往具有非常高的相關(guān)批處理費(fèi)用。本發(fā)明的這些和其他目的將從下面的詳細(xì)描述中變得顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在參照附圖，其中

圖1為本文描述的本發(fā)明的工藝流程圖；和圖2a至2h顯示了表中所列合金中的一些的微結(jié)構(gòu)。
發(fā)明詳述圖1顯示了用于制備本發(fā)明的靶的工藝流程圖。第一步驟是在10中選擇原材料粉末如Al、Ti、Ru、Ni、Nb等。這里必須指出，所涉及的粉末中的至少一種必須是非常細(xì)的粉末，如400目，這是由于致密化的要求。例如，在所有X-Al-Y中Al粉末的平均粒度為30微米，其中X可以由元素如Ru、Ti、Co和Ni表示，Y可以由元素如Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、Ti2O3表示。具體的合金組合物是那些典型地與晶體結(jié)構(gòu)如B2、Ll2、DO19、Ll0等相關(guān)的。理論上，粉末越細(xì)，其加工性越好，但是超細(xì)Al粉末由于其爆炸性是非常難以處理的。因此，對(duì)于所有含Al的材料，典型地選擇平均粒度為30微米的Al粉末。對(duì)于NiNb中的Ni粉末也是這樣考慮的。
在20中的混合對(duì)于整個(gè)過(guò)程也是非常重要的，因?yàn)樽罱K產(chǎn)品的均勻性取決于這個(gè)步驟。在實(shí)施時(shí)，可以使用不同的混合方法來(lái)達(dá)到所需的均勻性，如V形混合、管狀混合、球磨機(jī)混合和/或磨碎機(jī)混合(濕或干)，所有這些都是本領(lǐng)域熟知的。
然后如果必要，在30中壓緊混合粉末，接著在HIP壓制之前在40中進(jìn)行裝罐。
在步驟40中，在混合過(guò)程之后，在HIP處理之前將粉末裝罐。例如，用粉末填充容器，加熱下排空，以保證除去存在的任何水分或夾帶的氣體，然后密封。盡管容器的幾何形狀不受任何方式的限制，但是容器可具有關(guān)于最終材料構(gòu)型的近終形幾何形狀。
如上所述，在50中低溫/高壓的熱等靜壓制(HIP)是本方法的必需部分。低溫減低了在元素粒子之間的脆化金屬間反應(yīng)區(qū)域的形成，高溫保證了粉末復(fù)合物的完全致密化。如本文所述，使用200-1000℃的溫度和5-60ksi的壓力進(jìn)行等靜壓制。在指定溫度和壓力下的保持時(shí)間為0.5-12小時(shí)。在HIP固結(jié)后，在60中使用各種技術(shù)加工固體坯料至最終所需的尺寸，所述技術(shù)包括EDM線、鋸、噴水管、車(chē)床、磨床等，所有這些都是本領(lǐng)域熟知的。值得注意的是，其他粉末固結(jié)技術(shù)如熱壓制和冷壓制也可以獨(dú)立使用或與HIP壓制聯(lián)合使用，這取決于所需的結(jié)果。在加工后，在70中清洗產(chǎn)品并進(jìn)行最終檢查。
下表描述了一些使用本文描述的發(fā)明制備的合金。圖2a-2h描繪了與這些合金相關(guān)的微結(jié)構(gòu)，并顯示了在單個(gè)元素相之間的最小化金屬間反應(yīng)區(qū)域。
表所研究合金的總結(jié)
在該表和圖2a-2f中，圖2a-2b描繪了Al-Ni-B合金的總圖和詳圖；圖2c-2d描繪了Ni-Nb合金的總圖和詳圖；圖2e-2f描繪了Ru-Al合金的總圖和詳圖；圖2g描繪了Co-Al合金的微結(jié)構(gòu)圖，圖2h描繪了Ti-Al合金的微結(jié)構(gòu)圖。
盡管已參照幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但預(yù)計(jì)在閱讀本文包含的詳細(xì)描述后，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種改變和修改是顯而易見(jiàn)的。因此打算將下面的權(quán)利要求書(shū)理解為包括所有這些改變和修改，它們都落在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造具有金屬間化學(xué)組成的可延展的濺射靶的方法，該方法包括如下步驟選擇粗的元素或合金粉末，混合，裝罐，在低溫和高壓下熱等靜壓制，形成坯料，和加工該坯料以形成靶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所選粉末或合金中的至少一種具有至少小至400目的粒度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇粉末以形成式X-Al-Y的合金，其中Al為鋁，X為Ru、Ti、Co或Ni，Y為Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、或TlO3。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所得合金將具有選自B2、Ll2、DO19或Ll0的晶體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所有粉末的平均粒度為約30微米。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熱等靜壓制的參數(shù)包括200-1000℃的溫度、5-60ksi的壓力和0.5-12小時(shí)的時(shí)段。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中靶包含RuAl。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中靶包含CoAl。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中靶包含TiAl。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中靶包含Al-30％Ni-10％Cr。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中靶包含NiAl和/或NiNb。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造具有金屬間化學(xué)組成的濺射靶，這使得它們可充分延展以進(jìn)行加工和濺射。靶通過(guò)元素或合金粉末制造，其中至少一種具有非常細(xì)的粒度，例如400目。元素或合金粉末被混合、裝罐、在低溫和高壓下進(jìn)行熱等靜壓制、形成坯料、和被加工形成靶。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1685078SQ03813211
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者邁克爾·桑德林, 貝恩德·孔克爾, 張文軍 申請(qǐng)人:黑羅伊斯有限公司