本發(fā)明涉及一種熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，屬材料表面與界面領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

與一般的工業(yè)純鈦相比，超高純鈦價(jià)格昂貴，因此其主要應(yīng)用于一些特殊行業(yè)和高端領(lǐng)域。包括電子工業(yè)、原子能工業(yè)以及一般工業(yè)的濺射鍍膜用的高純鈦靶材。用于高真空及超高真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料和吸氣材料，用于醫(yī)療的生物替代材料等。高純鈦靶材廣泛用于制造大規(guī)模集成電路的晶體管柵極材料、布線材料以及擴(kuò)散阻擋層材料，原子能工業(yè)中的氚鈦靶以及一般工業(yè)的磁控濺射陰極靶等。

熔鹽電解法制備超高純鈦是目前制備高純鈦過程中最關(guān)鍵的一道工藝，它是利用鈦的鹵化物的電化學(xué)特征電解獲得。該方法采用海綿鈦?zhàn)鳛榭扇荜枠O，含有鈦離子的熔鹽作為電解介質(zhì)，通過控制電解電壓或電流密度在陰極得到超高純鈦。電解過程中，可溶陽極在電流作用下以ti³⁺、ti²⁺離子形式溶出進(jìn)人熔融電解質(zhì)中，溶出電位比鈦高的雜質(zhì)留在陽極上或沉淀在電解液中，溶出電位比鈦低的雜質(zhì)則同鈦一起溶入電解液中，但不參加陰極反應(yīng)，ti³⁺、ti²⁺則在陰極上經(jīng)過ti³⁺→ti²⁺→ti或ti²⁺→ti的反應(yīng)過程析出，在陰極得到多孔鈦。

本發(fā)明的發(fā)明人在此基礎(chǔ)上欲提供一種新的熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，用于制備超高純鈦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供了一種熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，使得在熔鹽電解條件下，控制陰極沉積物的結(jié)構(gòu)和和沉積電位成為可能，通過控制一定的電解條件，在適當(dāng)?shù)碾娢幌?，制備出靶材濺射用超高純鈦。

本發(fā)明熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，其特征在于：重量配比為：naf15-25份，kf20-25份，na2tif630-40份，k2tif640-55份。上述電解介質(zhì)添加劑可以拉開不同金屬之間的沉積電位和盡可能地減少濃差極化，即拉大相似沉積電位之間金屬的沉積電位差，使得雜質(zhì)金屬原子不具備沉積的條件而留在熔鹽中，只有鈦離子在陰極沉積，從而達(dá)到提純鈦的目的。

進(jìn)一步的，為了提純鈦本發(fā)明電解介質(zhì)添加劑，還可以添加kcn和kbr進(jìn)一步的拉開不同金屬之間的沉積電位和盡可能地減少濃差極化，該電解介質(zhì)添加劑的重量配比為：naf15-25份，kf20-25份，na2tif630-40份，k2tif640-55份，kcn0.01-0.02份，kbr1-2份。

本發(fā)明電解介質(zhì)添加劑的添加量按照熔鹽主鹽nacl-kcl的量計(jì)算，按重量配比計(jì)，每1000份熔鹽主鹽nacl-kcl，添加naf15-25份，kf20-25份，na2tif630-40份，k2tif640-55份。或是按重量配比計(jì)，每1000份熔鹽主鹽nacl-kcl，添加naf15-25份，kf20-25份，na2tif630-40份，k2tif640-55份，kcn0.01-0.02份，kbr1-2份。

本發(fā)明電解介質(zhì)添加劑的使用方法為，將熔鹽主鹽nacl-kcl與添加劑按照添加量的重量配比混合即可。

本發(fā)明添加劑使得在熔鹽電解的條件下，控制陰極沉積物的結(jié)構(gòu)和沉積電位，成為可能，在陰極電沉積出的鈦，由于都是在無氧的條件下，因此降低了氧污染的可能性，具有很低的氧含量；而且由于熔鹽電解法不是依賴于大型的設(shè)備，因此成本上具有很大的優(yōu)勢。在熔鹽電解的條件下，要想制備出超高純鈦，必須嚴(yán)格控制好熔鹽中鈦離子的均勻分布，以保證鈦顆粒的電沉積電位和電沉積速度的穩(wěn)定，這是極其困難的，因?yàn)樵陔娊怏w系中，濃差極化是具有不可消除性的。要想控制熔鹽電沉積電位和電沉積速度，必須盡量地拉開不同金屬之間的沉積電位和盡可能地減少濃差極化，即通過引入添加劑來拉大相似沉積電位之間金屬的沉積電位差，使得雜質(zhì)金屬原子不具備沉積的條件而留在熔鹽中，只有鈦離子在陰極沉積，從而達(dá)到提純鈦的目的。

在超高純鈦的制備過程中，鈦?zhàn)钊菀咨煞蹱?，但由于粉狀物質(zhì)擁有很大的比表面積，因此極易被氧污染影響產(chǎn)品純度，要想最大限度的減少氧污染的可能性，必須使陰極沉積的鈦成塊狀，即達(dá)到非常致密的狀態(tài)，以減少氧污染的概率。在熔鹽電解鈦的過程中，極易產(chǎn)生粉狀的物質(zhì)，就是因?yàn)樵谌埯}體系中，鈦離子的沉積電位太接近于鈦沉積的平衡電位，鈦粉沒有后續(xù)生長的動力，因此容易產(chǎn)生粉狀。因此，要想使得陰極沉積出致密的鈦塊結(jié)構(gòu)，必須使得鈦離子的沉積電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦沉積的平衡電位，給生成的鈦粉顆粒以足夠多的后續(xù)生長能力，使其能夠持續(xù)的生長，最終成為致密的塊狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明添加劑就是通過各個組分的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)熔鹽體系中鈦離子的沉積電位和其平衡電位之間的關(guān)系，使得鈦離子的沉積電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦沉積的平衡電位形成致密的塊狀結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到電沉積出超高純鈦目的。

采用本發(fā)明電解介質(zhì)添加劑可以采用熔鹽電沉積得到靶材濺射用超高純鈦，該超高純鈦的純度在99.999％以上，氧含量低于100ppm，可以用于目前的半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，如3d打印用球形鈦粉，高純鈦靶、蒸發(fā)鍍膜(高純鈦粒)、航空航天等。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，說明但不限制本發(fā)明。

實(shí)施例一

添加劑：15gnaf，20gkf，30gna2tif6，40gk2tif6

熔鹽主鹽nacl-kcl：1000g

按照上述重量比例混合均勻即可。

實(shí)施例二

添加劑：25gnaf，25gkf，40gna2tif6，55gk2tif6

熔鹽主鹽nacl-kcl：1000g

按照上述重量比例混合均勻即可。

實(shí)施例三

添加劑：15gnaf，20gkf，30gna2tif6，40gk2tif6，0.01gkcn，1gkbr

熔鹽主鹽nacl-kcl：1000g

按照上述重量比例混合均勻即可。

實(shí)施例四

添加劑：25gnaf，25gkf，40gna2tif6，55gk2tif6，0.02gkcn，2gkbr

熔鹽主鹽nacl-kcl：1000g

按照上述重量比例混合均勻即可。

通過采用上述添加劑，按照電沉積超高純鈦的方法進(jìn)行熔鹽電解，得到的超高純鈦的純度均在99.999％以上，氧含量低于100ppm。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，屬材料表面與界面領(lǐng)域。本發(fā)明的目的就是提供了一種熔鹽電解法制備靶材濺射用超高純鈦的電解介質(zhì)添加劑，使得在熔鹽電解條件下，控制陰極沉積物的結(jié)構(gòu)和和沉積電位成為可能，通過控制一定的電解條件，在適當(dāng)?shù)碾娢幌?，制備出靶材濺射用超高純鈦。本發(fā)明電解介質(zhì)添加劑，重量配比為：NaF?15?25份，KF?20?25份，Na2TiF630?40份，K2TiF640?55份。還可以添加KCN和KBr進(jìn)一步的拉開不同金屬之間的沉積電位和盡可能地減少濃差極化。制備所得超高純鈦的純度在99.999％以上，氧含量低于100ppm，可以用于目前的半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，如3D打印用球形鈦粉，高純鈦靶、蒸發(fā)鍍膜(高純鈦粒)、航空航天等。

技術(shù)研發(fā)人員：范亞卓;穆天柱;苗慶東;謝波;鄧斌;趙三超;彭衛(wèi)星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：攀鋼集團(tuán)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.02
技術(shù)公布日：2017.09.05