一种细晶钨钛合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于难熔合金靶材制备技术领域，具体涉及一种细晶钨钛合金的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 作为铜布线扩散阻挡层的溅射靶材的WTi合金对于其内部组织的晶粒尺寸都有 严格要求，对同一成分的靶材，晶粒越细小、均匀，溅射速率越快，溅射淀积薄膜的厚度均匀 性越好。已有研宄表明：晶粒粒度越小，其制备的薄膜性能也越好。因此控制WTi合金靶材 的晶粒尺寸是获得优良薄膜的关键因素之一。
[0003] 影响WTi合金靶材晶粒尺寸的因素有靶材的制备方法及其工艺参数。目前为了获 得晶粒细小的WTi合金靶材，通常采用SPS、微波烧结、热等静压等烧结方法。上述各种烧结 方式，烧结温度均在1300°c以上，较高的烧结温度使得晶粒易于长大。而热等静压烧结温度 虽低，但其所用设备昂贵，对设备及操作人员要求均较高。这些都限制了 WTi合金晶粒的细 化及该合金的产品化。同时已有研宄表明该合金烧结温度越低，制备的合金中含有富钛相 含量越少，用其镀膜后产生的粒子数越少。因此降低WTi合金的烧结温度是制备细晶钨钛 合金的关键因素。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种细晶钨钛合金的制备方法，制备得到的钨钛合金的粉末 结合较好且晶粒细小、致密度高、组织均匀且富钛相少。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种细晶钨钛合金的制备方法，将钨粉高能球磨后 加入氢化钛粉末混合均匀，然后压制成生坯，经过真空低温烧结后热挤压淬火，即得到细晶 鹤钛合金。
[0006] 本发明的特点还在于，
[0007] 钨粉高能球磨的具体过程为：将粒径为6?8μπι的钨粉放入球磨罐中，并加入 5 %的酒精作为分散剂，按球料比为10?20 :1加入WC磨球，然后对球磨罐预抽真空后冲入 氩气，将密封好的球磨罐放入行星式高能球磨机中进行球磨，转速为400r/min，球磨时间为 6 ?15h〇
[0008] 压制是将钨粉和氢化钛的混合粉末在TM-106油压压床压力机上以40t的压力压 制成生坯。
[0009] 真空低温烧结是将生坯放入真空烧结炉中，抽真空至KT3Pa后进行加热，以10°C / s的升温速度升温到500?600°C保温1?2h，随炉冷却，得到WTi合金的烧结体。
[0010] 热挤压淬火是将WTi合金的烧结体放入不锈钢包套内，然后对包套抽真空、焊合， 将WTi合金的烧结体连同包套，在气氛保护炉中、900?1000°C保温1?2h，同时将挤压模 具预热，然后取出在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为16,挤压速率为 3mm/min，将挤压后的WTi合金连同包套取出淬火。
[0011] 本发明的有益效果是，
[0012] 1.本发明细晶钨钛合金的制备方法，通过对钨粉进行高能球磨，增加 W中的缺陷 和细化其晶粒，增加了钛向钨中的快速扩散通道，促进了钛向钨中的扩散，减小了生成富钛 相的动力学条件，同时钨粉球磨后有利于合金的烧结。
[0013] 2.为了防止高温烧结下晶粒长大，本发明通过真空低温烧结来制备合金，烧结过 程中11!1 2在450°C开始分解出活性较高的Ti原子和球磨制备的活性较高的W原子互扩散 充分，即使是低温烧结制备的合金，其粉末结合较好且晶粒细小。
[0014] 3.为了避免因烧结温度较低制备的合金致密度较小的弊端，本发明采用对烧结后 合金热挤压的方法，一方面提高致密度，另一方面细化晶粒；挤压时用包套包裹合金的方式 来降低合金氧化的可能并利于包套材料延展性好的特点减小挤压时合金的断裂和因合金 的高温氧化污染，而在挤压完后采用快速淬火，是利用较大的过冷度细化晶粒。
[0015] 4.本发明细晶WTi合金的制备方法得到的钨钛合金不仅晶粒细小、致密度高、组 织均匀且富钛相少，从而获得具有良好阻挡效果的薄膜。
【附图说明】
[0016] 图1是传统制备方法和本发明方法制备得到的钨钛合金的组织形貌图。
[0017] 图中，a.传统制备方法，b.本发明方法。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0019] 本发明细晶钨钛合金的制备方法，将钨粉高能球磨后加入氢化钛粉末混合均匀， 然后压制成生坯，经过真空低温烧结后热挤压淬火，即得到细晶钨钛合金。
[0020] 具体按照以下步骤实施：
[0021] 步骤1，将粒径为6?8 μπι的钨粉放入球磨罐中，并加入5%的酒精作为分散剂， 按球料比为10?20 :1加入WC磨球，然后对球磨罐预抽真空后冲入氩气，将密封好的球磨 罐放入行星式高能球磨机中进行球磨，转速为400r/min，球磨时间为6?15h ;
[0022] 步骤2,将球磨后的钨粉和氢化钛粉末在V型混料机上混料，然后将混合粉末在 TM-106油压压床压力机上以40t的压力压制成生坯；
[0023] 步骤3,将步骤2压制成的生坯放入真空烧结炉中，抽真空至KT3Pa后进行加热，以 10°C /s的升温速度升温到500?600°C保温1?2h，随炉冷却，得到WTi合金的烧结体；
[0024] 步骤4,将步骤3得到的WTi合金的烧结体放入不锈钢包套内，然后对包套抽真空、 焊合，将WTi合金的烧结体连同包套，在气氛保护炉中、900?1000°C保温1?2h，同时将挤 压模具预热，然后取出在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为16,挤压速 率为3mm/min，将挤压后的WTi合金连同包套取出淬火，即得。
[0025] 本发明细晶钨钛合金的制备方法，将W粉进行高能球磨，增加 W中缺陷和细化其晶 粒，且球磨效果（用晶粒尺寸、显微应变和位错密度数值表征）高温下存在（见表1，900°C 时的晶粒尺寸、显微应变和位错密度和25°C的均在一个数量级，且远小于未球磨所对应的 数值），有利于高温烧结时钛向钨中的扩散，减少合金中的富钛相且细化了合金的晶粒，也 降低了合金的烧结温度，同时为了制备晶粒细小的合金，取消了传统方法中的高温烧结，将 烧结温度选择在500?600°C。并对烧结体进行挤压变形后淬火，一是由于挤压提高了合金 的致密度，二是挤压使得晶体中粗大的晶粒碎化，三是为了预防挤压后冷却过程中晶粒的 长大。与常规过程相比，本发明降低了烧结温度，增大了合金挤压后的冷却速度，细化了晶 粒并减少合金组织中的富钛相。
[0026] 表I W粉球磨前后不同温度的晶粒尺寸、显微应变及位错密度数值
[0027]
【主权项】
1. 一种细晶钨钛合金的制备方法，其特征在于，将钨粉高能球磨后加入氢化钛粉末混 合均匀，然后压制成生坯，经过真空低温烧结后热挤压淬火，即得到细晶钨钛合金。
2. 根据权利要求1所述的细晶钨钛合金的制备方法，其特征在于，钨粉高能球磨的具 体过程为：将粒径为6?8 y m的钨粉放入球磨罐中，并加入5%的酒精作为分散剂，按球料 比为10?20 :1加入WC磨球，然后对球磨罐预抽真空后冲入氩气，将密封好的球磨罐放入 行星式高能球磨机中进行球磨，转速为400r/min，球磨时间为6?15h。
3. 根据权利要求1所述的细晶钨钛合金的制备方法，其特征在于，压制是将钨粉和氢 化钛的混合粉末在TM-106油压压床压力机上以40t的压力压制成生坯。
4. 根据权利要求1所述的细晶钨钛合金的制备方法，其特征在于，真空低温烧结是将 生坯放入真空烧结炉中，抽真空至l(T3Pa后进行加热，以10°C /s的升温速度升温到500? 600°C保温1?2h，随炉冷却，得到WTi合金的烧结体。
5. 根据权利要去4所述的细晶钨钛合金的制备方法，其特征在于，热挤压淬火是将WTi 合金的烧结体放入不锈钢包套内，然后对包套抽真空、焊合，将WTi合金的烧结体连同包 套，在气氛保护炉中、900?1000°C保温1?2h，同时将挤压模具预热，然后取出在四柱三梁 液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为16,挤压速率为3mm/min，将挤压后的WTi合金 连同包套取出淬火。
【专利摘要】本发明公开了一种细晶钨钛合金的制备方法，将钨粉高能球磨后加入氢化钛粉末混合均匀，然后压制成生坯，经过真空低温烧结后热挤压淬火，即得。本发明方法避免高温烧结导致球磨效应损失、晶粒长大的弊端，获得的钨钛合金晶粒细小、致密度高且富钛相细小均匀，所占面积小，为细晶钨钛合金提供了一种新方法。
【IPC分类】C22F1-18, C22C1-05, C23C14-34
【公开号】CN104611599
【申请号】CN201510016509
【发明人】梁淑华, 代卫丽, 杨卿, 邹军涛, 杨晓红
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月13日