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靶材生产制备的常见方法

作者:祁哲 2021-11-26

靶材主要由靶坯、背板等部分组成:其中,靶坯是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源,即高速离子束流轰击的目标材料,属于溅射靶材的核心部分,在溅射镀膜过程中,靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上,制成电子薄膜;由于高纯度金属强度较低,而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程,机台内部为高电压、高真空环境。因此,超高纯金属的溅射靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行接合,背板主要起到固定溅射靶材的作用,需要具备良好的导电、导热性能。

材料纯化是靶材产业链的首要环节,针对铜、镍、银、钛等金属常采用电解精炼提纯(化学提纯法),其原理是在电解过程中,利用杂质金属和主金属在阴极上析出电位差异从而达到提纯目的。针对金、银、铜、铝等金属及其合金往往采用真空感应熔炼制备(物理提纯法),其原理是在真空条件下降低气体分子在金属中溶解度从而实现提纯。

除了纯化技术外,制备技术同样是核心关键。靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能、需求进行特有的工艺设计,然后再进行反复的塑性变形、热处理等,过程中需要精确地控制晶粒、晶向等关键指标,再经过焊接、机械加工、清洗干燥、真空包装等工序。目前制备靶材的方法主要有铸造法和粉末冶金法。对于难熔金属,也可采用熔炼法。

铸造法(真空感应熔炼/真空电子轰击熔炼/真空电弧) : 合金原料通过熔炼、浇注、模具、铸锭、机械加工靶材