一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法
【專利摘要】一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，包括：按比例將氮化鈦粉和金屬鋁粉混合制粉；將混合均勻的復(fù)合粉末過篩，然后加入到配套模具中，并平鋪均勻；將模具置于熱壓燒結(jié)爐中，采用惰性氣體，溫度為650-1000攝氏度，壓力40-50Mpa范圍進(jìn)行燒結(jié)；保溫保壓2-3小時停止加熱，冷卻至80攝氏度出爐；對燒結(jié)好后的復(fù)合靶材按照圖紙進(jìn)行加工處理，即可得到成品。本發(fā)明的方法改善制粉、成型和燒結(jié)工藝及氮化鈦、金屬鋁的復(fù)合化，從而研制出性能更加優(yōu)良的氮化鈦鋁復(fù)合靶材。
【專利說明】一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于鍍膜靶材的制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，材料的表面鍍膜技術(shù)有傳統(tǒng)的電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)逐漸過渡到真空濺射鍍膜技術(shù)。真空磁控濺射鍍膜技術(shù)已經(jīng)在五金裝飾鍍層，表面保護(hù)鍍層、電子產(chǎn)品鍍層、電磁屏蔽鍍膜以及汽車和建筑玻璃鍍膜領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，因此，該領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)鍍膜靶材的需求也顯得極為迫切。
[0003]鈦鋁合金是一種真空鍍膜用合金濺射靶材，在該合金中通過調(diào)配鈦與鋁的含量可以獲得不同特性的鈦鋁合金靶材。氮化鈦鋁金屬間化合物屬于硬脆性材料，具有很好的耐磨性，其涂層具有導(dǎo)電性。在普通工具表面附著一層氮化鈦鋁薄膜，可以有效延長工具的使用時間。如配合氮?dú)獾确烹娖鸹?shí)施反應(yīng)濺射可以獲得高硬度，低摩擦系數(shù)表面膜，特別適合各種刀具、模具和其它易損件的表面涂層，也可用于建筑玻璃鍍膜，而利用其優(yōu)良的導(dǎo)電性能可用于電子光學(xué)方面，因此具有較好的應(yīng)用前景。但目前氮化鈦鋁薄膜(TiAl) N只采用鈦鋁合金靶材，鈦鋁合金靶材的制備主要是采用粉末冶金方法將金屬鈦粉和金屬鋁粉研磨后機(jī)械混料，然后經(jīng)過裝粉和冷等靜壓預(yù)壓制、脫氣工藝后在進(jìn)行熱等靜壓成型，最后進(jìn)行燒結(jié)過程和加工得到鈦鋁合金靶材。然而根據(jù)鈦鋁合金相圖，鈦和鋁之間可以形成多種金屬間化合物，導(dǎo)致鈦鋁合金存在加工脆性，特別是當(dāng)合金中鋁的含量超過50% (原子比)時，合金的抗氧化性驟然降低，氧化嚴(yán)重。同時，合金化過程中的放熱膨脹，極易產(chǎn)生氣泡、縮孔，導(dǎo)致合金的孔隙率高，無法滿足靶材密度的要求。且通過此種方法燒結(jié)得到的鈦鋁合金靶材不僅工藝繁瑣、生產(chǎn)效率低、靶材脆性大易開裂、成品率低、成本高、制備的靶材致密度也較低，特別是合金中鋁的含量高于50%時會產(chǎn)生上述中的問題，不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此此種方法不適合廣泛推廣，特別是制造高鋁含量的合金鈦鋁靶材時。
[0004]有鑒于此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷深入研究，遂有本案產(chǎn)生。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，該方法改善制粉、成型和燒結(jié)工藝及氮化鈦、金屬鋁的復(fù)合化，從而研制出更加優(yōu)良的氮化鈦鋁復(fù)合靶材。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，包括如下步驟:
[0008]第一步驟:按比例將氮化鈦粉和金屬鋁粉混合制粉；
[0009]第二步驟: 將混合均勻的復(fù)合粉末過篩，然后加入到配套模具中，并平鋪均勻；
[0010]第三步驟:將模具置于熱壓燒結(jié)爐中，采用惰性氣體，溫度為650-1000攝氏度，壓力40-50Mpa范圍進(jìn)行燒結(jié)；[0011]第四步驟:保溫保壓2-3小時停止加熱，冷卻至80攝氏度出爐；
[0012]第五步驟:對燒結(jié)好后的復(fù)合靶材按照圖紙進(jìn)行加工處理，即可得到成品。
[0013]進(jìn)一步地，所述第一步驟中采用霧化方法制得符合所需成份配比的氮化鈦、金屬鋁混合粉。
[0014]進(jìn)一步地，所述第一步驟中利用純度為99.5-99.9%，粒度為I~10 μ m的氮化鈦粉和鋁粉，按所需比例在球磨混料機(jī)中混合3 — 5個小時，直至均勻。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明所采用的加工方法，不僅適用于Al與TiN復(fù)合靶材且同樣適用于Al與TiO2陶瓷復(fù)合靶材。靶材中最終成分為金屬鋁(Al)和氮化鈦(TiN)，與反應(yīng)濺射后沉積的膜層(TiAl)N元素一致，并未引入雜質(zhì)，不會對最終鍍膜使用產(chǎn)生不良影響。與現(xiàn)有的熔鑄或粉末冶金法得到的鈦鋁合金靶材相比，不僅可簡單制得高鋁配比靶材，并且具有致密性好，具有一定韌性，不易開裂、工藝簡單、成分均勻、晶粒細(xì)小，規(guī)格尺寸大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明理論上可以按所需成分Ti/Al制成任意的原子配比，不僅解決了鈦鋁合金靶材中高鋁含量時合金化所帶來的一系列不良影響，而且靈活性強(qiáng)，實(shí)用效果好。本發(fā)明制造的鈦鋁金屬陶瓷復(fù)合靶材在反應(yīng)濺射時無需精確控制氧氣或氮?dú)獾耐ㄈ肓?，避免了中間價態(tài)金屬離子的形成所造成導(dǎo)電的不穩(wěn)定性，適用于各種工模具所需的硬質(zhì)涂層。本發(fā)明通過改變原料類型，采用金屬基陶瓷復(fù)合粉末混合制備以克服現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中高鋁含量合金靶材生產(chǎn)中的脆性問題。
【【具體實(shí)施方式】】
[0016]實(shí)施例1:
[0017]Ti/Al的原子比為(70:30) at%的復(fù)合靶材的制作:`[0018]將4941.4克重量的氮化鈦(TiN)和922.2克重量的鋁(Al)采用霧化方法制粉。把混合均勻的粉末干燥后裝入配套的模具中，先用手將粉末平鋪均勻后送入熱壓燒結(jié)爐中，在650攝氏度，壓力40-50Mpa，且采用惰性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。保溫3個小時后冷卻，至80攝氏度后打開爐門，待到冷卻至室溫后按圖紙加工，即可得到所需復(fù)合靶材。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]Ti/Al的原子比為(50:50) at%的復(fù)合靶材的制作:
[0021]將3626.9克重量的氮化鈦(TiN)和1579.5克重量的鋁(Al)放入球磨機(jī)中混合備料。把混合均勻的粉末干燥后裝入配套的模具中，先用手將粉末平鋪均勻后送入熱壓燒結(jié)爐中，在1000攝氏度，壓力40-50Mpa，采用惰性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。保溫2個小時后冷卻，至80攝氏度后打開爐門，待到冷卻至室溫后按圖紙加工，即可得到所需復(fù)合靶材。
[0022]實(shí)施例3:
[0023]Ti/Al的原子比為(30:70) at%的復(fù)合靶材的制作
[0024]將2237.9克重量的氮化鈦粉(TiN)和2274.0克重量的鋁(Al)放入球磨機(jī)中混合備料。把混合均勻的粉末干燥后裝入配套的模具中，先用手將粉末平鋪均勻后送入熱壓燒結(jié)爐中，在650-1000攝氏度，壓力40-50Mpa，采用惰性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。保溫2個小時后冷卻，至80攝氏度后打開爐門，待到冷卻至室溫后按圖紙加工，即可得到所需復(fù)合靶材。
[0025]采用六弧多弧離子鍍膜機(jī)，使用7:3、1:1和3:1三種Ti/AL原子比的鈦鋁復(fù)合靶
材。試樣編號分別為:30A1，50A1和70A1?；w材料為W18Cr4V鋼圓盤(φ45 mm x 8 mm),經(jīng)熱處理后，硬度為64HRC，在人900 V的偏壓下，用Ti離子轟擊加熱至300°C，用熱電偶測溫，在人500 V和A400 V下鍍底層各lrnin，再用人00 V正式鍍膜?；‰娏?0A，氣體流量70~90ml/min。鍍膜結(jié)束后用顯微硬度計(jì)測定維氏硬度，載荷選用25g。用涂層附著力劃痕試驗(yàn)機(jī)，測定薄膜與基體結(jié)合力。采用球盤試驗(yàn)機(jī)測定薄膜的摩擦學(xué)性能，上試樣為GCrl5鋼和陶瓷球，下試樣為(TiAl)N薄膜，經(jīng)檢測，各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求。請參閱表1至表3所示。
[0026]表1顯微硬度和劃痕測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步驟:按比例將氮化鈦粉和金屬鋁粉混合制粉； 第二步驟:將混合均勻的復(fù)合粉末過篩，然后加入到配套模具中，并平鋪均勻； 第三步驟:將模具置于熱壓燒結(jié)爐中，采用惰性氣體，溫度為650-1000攝氏度，壓力40-50Mpa范圍進(jìn)行燒結(jié)； 第四步驟:保溫保壓2-3小時停止加熱，冷卻至80攝氏度出爐； 第五步驟:對燒結(jié)好后的復(fù)合靶材按照圖紙進(jìn)行加工處理，即可得到成品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，其特征在于:所述第一步驟中采用機(jī)械混合方法制得符合所需成份配比的氮化鈦、鋁混合粉。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制造高鋁鈦金屬陶瓷復(fù)合靶材的方法，其特征在于:所述第一步驟中利用純度為99.5-99.9%，粒度為I?10 μ m的氮化鈦粉和金屬鋁粉，按所需比例在球磨混料機(jī)中混合3 - 5個小時，直至均勻。
【文檔編號】C22C29/16GK103846438SQ201410057277
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】陳欽忠, 張科, 陳寶忠 申請人:福州阿石創(chuàng)光電子材料有限公司