专利名称：增强溅射靶的制造方法
技术领域：
本发明申请一般地涉及溅射靶，更具体地，本发明申请涉及生产完好坯料(sound billet stocks)的凝固方法，以用于制造具有增强通过通量(pass through flux)(“PTF”)的无缺陷、化学均匀的溅射靶。
背景技术：
DC磁控溅射工艺广泛用于各种领域，用以在基底上提供具有精确控制的厚度和窄的原子级别误差(atomic fraction tolerances)内的薄膜材料沉积，例如涂覆半导体和/或在磁性记录介质的表面形成膜层。在一种普通的结构中，通过在靶的背表面放置磁铁来向溅射靶施加跑道形状的磁场。电子在溅射靶附近被俘获，增加氩离子产生量并增加溅射速率。等离子体内的离子撞击溅射靶的表面，使得溅射靶表面放射出原子。阴极溅射靶和待涂覆的阳极基底之间的电压差使得被放射出的原子在基底表面形成预期的膜层。
典型地，通过传统的铸锭冶金(ingot metallurgy)工艺制造基于钴(Co)合金、铬(Cr)合金、铁(Fe)合金和镍(Ni)合金的溅射靶。这些工艺未曾料到的副作用是，在凝固面(frout)的溶质再分布和液相中的对流可以在铸造(as-cast)产品中造成严重的化学偏析。另外，由于在铸造工艺过程中发生气体滞留，并且没有可利用的热加工工艺来封闭气孔，从而造成的另一后果是来自铸锭的气孔(gas porosity)。
因为只有通过从锭凝固过程中均匀并快速地排热才有可能使晶粒均匀生长，所以典型的铸锭显微组织是非均匀的。在没有所述的快速并均匀地排热的情况下，铸锭的典型显微组织具有被在表面的圆柱形(Columnar)晶粒组织所包围的、在锭中心的等轴晶粒组织。
对于制造基于钴(Co)合金的溅射靶，传统工艺包括下列步骤真空感应熔化(“VIM”)中等纯度(99.9％)至高纯度(≥99.99％)的原材料，并在真空下或在惰性气体的分压下于铜(Cu)、石墨或陶瓷模具中浇铸熔融合金，其中必须预设铸锭的厚度，以使预定次数通过滚轧机(rolling mill)后得到所需的靶厚度。对于一些在凝固过程中倾向于化学偏析的合金，需要长达72小时的长时间匀化退火以减少缺陷。
在制造过程中，利用热轧使晶粒细化、使显微组织均匀化并消除孔隙。热轧工序经常需要数个压缩(reduction)步骤，并可持续十小时以上。对于铬(Cr)含量低于18at.％的合金，也使用冷轧以增加靶PTF，但是在冷轧过程中工件经常开裂，从而严重影响了产率。
如上详述，在材料投入与材料产出的比例方面，溅射靶制造方法显得费时且低效。对于一些硼(B)、磷(P)含量高或含难熔元素的合金，例如Fe-Co-B、Ni-P和Co-Ta-Zr，合金的固有脆性使得即使在高温下进行任何金属加工操作都是困难的。
当涉及含不混溶或不溶成分的合金时，传统铸锭冶金法不能提供可靠的铸锭，其中‘不混溶’指液相中发生的不混合。如图1中的相图所示，例如，Ag-Co合金系显示由高于1489℃的两条液相线L1和L2界定的混溶区(miscibility gap)，因此在1489℃下钴(Co)中银(Ag)的液态溶解度实质上为0，并且在1700℃下仅为约1at.％。对于在这个温度范围内的熔融Ag-Co合金，银(Ag)成分倾向于离析(separate)并在液态钴(Co)中形成隔离的纯银(Ag)区(pool)。取决于银(Ag)含量，这些区可以在铸态组织中形成达1厘米的大固体颗粒。
在另一相分离过程中，由于银(Ag)渗漏到前述的锭表面上，从而证明当凝固的钴(Co)骨架收缩时剩余的银(Ag)被从大部分锭中挤出。图2的Au-Co相图和图3的Co-Cu相图都说明金(Au)和铜(Cu)在钴(Co)中的固溶度非常有限。在这两种情况下，富钴(Co)合金的平衡相实际上包括纯的钴(εCo)和金(Au)的两相固溶体或钴(εCo)和铜(Cu)的两相固溶体。
金(Au)或铜(Cu)的固溶体通常离析为单独的晶粒，或倾向于在钴(Co)合金中的初(εCo)相的晶界处生长。由于银(Ag)(962℃)、金(Au)(1064℃)和铜(Cu)(1085℃)的熔点低，它们在钴(Co)中的不混溶性和有限的溶解度又限制了实践中锭的热-机械加工温度与HIP加工温度。
由于它们的固有脆性，硼(B)含量高且含难熔元素的钴(Co)合金的热轧工序在1050℃至1100℃的温度范围内进行，以避免开裂及其它轧制失效(rolling failures)。因此，当把锭再加热以进行热-机械加工和HIP加工时，必须改变合金相构成以避免银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)的初熔。
因此，希望提供一种溅射靶制造方法来克服传统制造方法的缺陷。特别地，希望提供一种改进的溅射靶制造方法以生产完好坯料，用于制造具有改进的PTF特性的无缺陷、化学均匀的溅射靶。
发明概述本发明申请一般地涉及溅射靶，更具体地，本发明申请涉及凝固方法及所得的溅射材料。根据本发明的制造方法生产了非常完好的坯料，以用于制造具有增强通过通量(“PTF”)的无缺陷、化学均匀的溅射靶。
根据本发明的制造方法包括粉末冶金合金配方、快速凝固加工方案选项、以及粉末固结与固结后加工步骤，以生产具有改进性能的溅射靶。加工时间大大缩短，靶的化学均匀性、产品的体积固定性(productbulk soundness)或PTF特性没有降低。所述溅射材料的制造方法与所得性能适用于许多低磁矩(moment)(铬(Cr)含量＞18at.％)和高磁矩(铬(Cr)含量＜18at.％)的钴(Co)合金，以及铬(Cr)基、铁(Fe)基或镍(Ni)基合金。
根据第一方案，本发明是制造钴(Co)基溅射靶的方法，该钴(Co)基溅射靶用公式表示为Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2，X1代表铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)，且X2代表钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)或铱(Ir)。所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。另外，所述方法包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，非必须地热轧和冷轧该全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
快速凝固提供了用于生产缩小规模的显微组织特征的方法，因为减小的晶粒粒度和细粒(finely)分散的次生相有利于优化溅射工艺并使粒子发射最小化。在微观水平，快速凝固形成高度化学均匀的显微组织，使得相应的靶材料成为出色的源以用于按照其名义组成沉积介质膜。
快速凝固产生了非平衡的显微组织，其可以承受高温凝固和热-机械加工过程中的大部分热循环。对于气体雾化，取决于合金的导热性和比热，对于大多数平均粒度达350μm的小粉粒而言，非常高的冷却速率是可能的。
对于Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系，所述方法还包括在比Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系的固相线温度低的温度下热轧所述全致密均质材料的步骤。
所述固结步骤还包括在罐中封装均质预合金粉末材料，在约300℃和约600℃之间的温度下将罐抽空至真空度在10-2托(torr)和10-3托之间，密封该罐，并在加压的热等静压容器(hot isostatic pressingvessel)中在300℃和1300℃之间的温度下使罐经受在10千磅每平方英寸和45千磅每平方英寸之间的压力。
所述多种原材料中的一种包括在0.2at.％与2.0at.％之间的纯单质银(Ag)，其中在低于962℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。另外，所述多种原材料中的一种包括纯单质金(Au)，其中在低于1065℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。此外，所述多种原材料中的一种包括纯单质铜(Cu)，其中在低于1085℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Ag-Pt母合金(master alloy)预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、和单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。在低于1186℃的温度下，或在低于1030℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Au-Cr母合金预合金粉末、Co-B-Pt和非必须的X2母合金预合金粉末、以及单质铬(Cr)或Co-Cr母合金预合金粉末，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(1.5-7.5at.％)X1和非必须的(1.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。在低于1160℃的温度下，或在低于1070℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Cu-Pt母合金预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、和单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。在低于1186℃的温度下，或在比Co-Cr-B母合金的固相线温度低的温度下热轧所述的全致密均质材料。
所述多种原材料包括纯单质钴(Co)、铬(Cr)、铂(Pt)、硼(B)、X1和/或X2，和/或Co-Cr、Co-B、Co-Cr-B、Ag-Pt、Au-Cr和/或Cu-Pt母合金。
以达104℃/s或达107℃/s的速率并且通过雾化、熔体旋转或喷镀成形(spray forming)发生扩散熔融合金的快速凝固，其中扩散熔融合金被快速凝固成为平均粒度范围为25μm至350μm的均质预合金粉末材料。在均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，其中第一硼化物相包括Co3B或硼化物Co3B与Co2B的混合物，并且其中硼化物粒度小于2μm。
对于Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系，在均质预合金粉末材料中形成初晶相，其中初晶相为包括Co-Cr-X1-Pt或Co-Cr-X1-X2-Pt的扩展(extended)固溶体。初晶相为包括含最高2at.％银(Ag)、最高7.5at.％金(Au)或最高7.5at.％铜(Cu)的Co-Cr-X1-Pt或Co-Cr-X1-X2-Pt的扩展的固溶体。
根据第二方案，本发明是制造铬(Cr)基溅射靶的方法，该铬(Cr)基溅射靶用公式表示为Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C。所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。所述方法还包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为与Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C的混合组成相应的全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
所述方法还包括向均质预合金粉末材料中掺和纯单质铬(Cr)粉末的步骤。均质Cr-(2-20at.％)B预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括超饱和铬(Cr)固溶体和/或具有亚微米硼化物Cr2B的超饱和铬(Cr)固溶体；或具有显微组织，该显微组织包括具有亚微米碳化物Cr23C6的超饱和铬(Cr)固溶体。
根据第三方案，本发明是制造铁(Fe)基溅射靶的方法，该铁(Fe)基溅射靶用公式表示为Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd。所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。另外，所述方法包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，热轧该全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
对于Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B合金系，在比固相线温度低的温度下热轧所述的全致密均质材料。在均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，其中第一硼化物相包括亚稳硼化物Fe3B或亚稳硼化物Fe3B与平衡硼化物Fe2B的混合物。
根据第四方案，本发明是制造用公式表示为Ni-(10-50at.％)P的镍(Ni)基溅射靶的方法。所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。另外，所述方法包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
所述均质预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括具有小于10μm的Ni3P磷化物的超饱和镍(Ni)固溶体。
下面的优选实施方案将参照附图进行说明，这些
了本发明实施的特定实施方案。应理解在不偏离本发明的范围的情况下也可采用其它的实施方案，并可进行改变。
附图简要说明现在对本申请的附图进行说明，其中相同附图标记表示相同的部件图1是Ag-Co相图；图2是Au-Co相图；图3是Co-Cu相图；图4是流程图，表示根据本发明的一个方案制造钴(Co)基溅射靶的方法；图5是流程图，表示根据一个实施例的制备步骤(步骤S402)；图6是Ag-Pt相图；图7是Au-Cr相图；图8是Cu-Pt相图；图9是流程图，表示根据一个实施例的固结步骤(步骤S408)；图10是铸态Co-(8at.％)Cr-(7at.％)Pt-(8at.％)B合金的扫描电镜(“SEM”)背散射图；图11是快速凝固的Co-(8at.％)Cr-(7at.％)Pt-(8at.％)B合金的SEM背散射图；图12表示铸态的且快速凝固的Co-(8at.％)Cr-(7at.％)Pt-(8at.％)B合金的X射线衍射图；图13是流程图，表示根据本发明的第二个方案制造铬(Cr)基溅射靶的方法；图14A和14B是分别在低放大率和高放大率下，气体雾化的Cr-(13.5at.％)B合金的SEM背散射图；图15是气体雾化的Cr-(14at.％)C合金的SEM背散射图；图16是流程图，表示根据本发明的第三个方案制造铁(Fe)基溅射靶的方法；图17是铸态Fe-(30.6at.％)Co-(12.8at.％)B合金的SEM二次电子图(secondary electron diagram)；
图18是快速凝固的Fe-(30.6at.％)Co-(12.8at.％)B合金的SEM二次电子图；图19是铸态的且快速凝固的Fe-(30.6at.％)Co-(12.8at.％)B合金的X射线衍射图；图20是流程图，表示根据本发明的第四个方案制造镍(Ni)基溅射靶的方法；图21是气体雾化的Ni-(20at.％)P合金的SEM二次电子图。
发明详述本发明提供了溅射靶制造方法，其克服了传统制造方法的缺陷。具体地，本发明提供了改进的溅射靶制造方法，其生产非常完好的坯料以用于具有增强PTF特性的无缺陷、化学均匀的溅射靶。
图4是流程图，表示制造钴(Co)基溅射靶的方法，该钴(Co)基溅射靶用公式表示为Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2，X1代表铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)，且X2代表钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、铝(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)或铱(Ir)。简言之，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B 或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。另外，所述方法包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，非必须地热轧和冷轧该全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。从而，所述制造方法是用于生产增强性能溅射靶的可供选择的合金制备方法，其为传统铸造工艺所遇到的问题提供了解决方法。
更具体地，制造钴(Co)基溅射靶的方法开始(步骤S401)，该钴(Co)基溅射靶用公式表示为Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2，X1代表铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)，且X2代表钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)或铱(Ir)。
将多种原材料制备成为与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金(步骤S402)。对于钴(Co)基合金，添加银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)作为信噪比增强器(booster)。因为这些元素在钴(Co)中不混溶，当使用传统方法铸造时，它们倾向于从钴(Co)液体溶液中离析并形成纯银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)区，这些区随后凝固成明显的团(cluster)，或渗漏(leak)到锭表面上。
图5是流程图，其表示根据本发明的第一方案的一个实施例方面更详细的制备步骤(步骤S402)。一般地，制备步骤还包括混合规定重量分数的母合金预合金粉末和成合金元素，形成与所需合金系相应的组合物。
更具体地，并根据一个方面，过程开始(步骤S501)，混合规定重量分数的Ag-Pt母合金预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、和单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物(步骤S502A)，过程结束(步骤S504)。根据该方面，在低于1186℃的温度下，或低于1030℃的温度下热轧全致密均质材料(见下文，步骤S409)，虽然非必须地，该热轧步骤可以省略。
根据这一具体方面，使用包括基本纯的银(Ag)和铂(Pt)熔料(melt stocks)的多种原材料来制备Ag-Pt合金，其中规定的铂(Pt)含量为约10at.％至90at.％，优选40at.％至42at.％。加热所述多种原材料至完全液态，以形成具有基本相同的规定铂(Pt)含量的熔融合金，并凝固该熔融合金以形成锭。把Ag-Pt锭再加热至完全液态并快速凝固成为Ag-Pt预合金粉末材料。
图6是Ag-Pt相图，其显示了在约1186℃下发生的富银(Ag)液体(“L”)与铂(Pt)固溶体的转熔反应。对于含约40.6at.％铂(Pt)的合金，制备相同组成的银(Ag)固溶体。当加热时，含低于40.6at.％铂(Pt)的其它银(Ag)合金将显示初熔，其中通过虚线固相线确定初始点。
取决于雾化后加工温度的要求，用于制造CoCrPtBX1或CoCrPtBX1-X2合金的起始原料可以分为包括Ag-Pt合金和CoCrB(Pt)或CoCrB(Pt)X1合金的两种预合金粉末，其中为保持平衡可以添加铂(Pt)粉末。该配方为含银(Ag)合金提供了最高1186℃的热加工温度窗口(window)，并改善了银(Ag)在整个靶中的分布。使用预合金Au-Cr或Cu-Pt粉末，可以对含金(Au)或铜(Cu)的合金尝试同样的方法，以提供如图7和8的相图中所示的最高1160℃以及对含铜(Cu)合金而言更高温度的较宽的加工温度窗口。
根据第二替代方面，过程开始(步骤S501)，混合规定重量分数的Au-Cr母合金预合金粉末、Co-B-Pt和非必须的X2母合金预合金粉末、和单质铬(Cr)或Co-Cr母合金预合金粉末，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(1.5-7.5at.％)X1和非必须的(1.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物(步骤S502B)，过程结束(步骤S504)。虽然该热轧步骤是非必须的且可以省略，但是可以在低于1160℃的温度下，或低于1070℃的温度下热轧全致密均质材料(见下文，步骤S409)。
根据这一具体方面，使用包括基本纯的金(Au)和铬(Cr)熔料的多种原材料来制备Au-Cr合金，其中规定的铬(Cr)含量为约10at.％至80at.％，优选47at.％至49at.％。加热所述多种原材料至完全液态，以形成具有基本相同的规定铬(Cr)含量的熔融合金，并凝固该熔融合金以形成锭。把Au-Cr锭再加热至完全液态并快速凝固成为Au-Cr预合金粉末材料。
根据第三替代方面，过程开始(步骤S501)，混合规定重量分数的Cu-Pt母合金预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、和单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物(步骤S502C)，过程结束(步骤S504)。虽然热轧步骤是非必须的且可以省略，但是可以在低于1186℃的温度下，或在比Co-Cr-B母合金的固相线温度低的温度下热轧全致密均质材料(见下文，步骤S409)。
根据这一具体方面，使用多种原材料和/或母合金来制备Co-Cr-B和非必须的X2合金，对给定的Cu-Pt合金而言，选择所述的多种原材料和/或母合金为Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系提供适当的原子平衡。加热所述多种原材料至完全液态以形成熔融合金，并凝固该熔融合金以形成锭。把所述锭再加热至完全液态并快速凝固成为预合金粉末材料。
如上所述，用于制造CoCrPtBX1或CoCrPtBX1-X2合金的起始原料可以分为包括Ag-Pt合金和CoCrB(Pt)或CoCrB(Pt)X1合金的两种预合金粉末，其中为保持平衡可以添加铂(Pt)粉末。使用预合金Au-Cr或Cu-Pt粉末，可以对含金(Au)或铜(Cu)的合金尝试同样的方法，以提供如图7和8的相图中所示的最高1160℃以及对含铜(Cu)合金而言更高温度的较宽的加工温度窗口。
作为对上述配方的未描述的替代方案，所述多种原材料中的一种包括0.2at.％与2.0at.％之间的纯单质银(Ag)，其中在低于962℃的温度下热轧(下文的步骤S409)全致密均质材料。或者，所述多种原材料中的一种包括纯单质金(Au)，其中在低于1065℃的温度下热轧(下文的步骤S409)全致密均质材料。又或者，所述多种原材料中的一种包括纯单质铜(Cu)，其中在低于1085℃的温度下热轧(下文的步骤S409)全致密均质材料。另外，所这多种原材料可以包括纯的单质钴(Co)、铬(Cr)、铂(Pt)、硼(B)、X1和/或X2，和/或Co-Cr、Co-B、Co-Cr-B、Ag-Pt、Au-Cr、和/或Cu-Pt母合金。
回到图4，在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的熔融合金(步骤S404)。凝固该熔融合金以形成锭(步骤S405)，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金(步骤S406)。
快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料(步骤S407)。快速凝固提供了用于生产极小尺寸的显微组织特征的方法，因为减小的晶粒粒度和细粒分散的次生相有利于优化溅射工艺并使粒子发射最小化。在微观水平，快速凝固形成高度化学均匀的显微组织，并且相应的靶材料成为出色的源以用于按其名义组成沉积介质膜。显微组织细化对降低含金属间合金(intermetallic containing alloys)的脆性有重大影响。一般地，当金属间相的沉淀物的尺寸大时，脆性更加显著。
快速凝固产生非平衡的显微组织，其可以承受高温凝固与热-机械加工过程中的大部分热循环。对于气体雾化，取决于合金的导热性和比热，对于大多数平均粒度达350μm的小粉粒，非常高的冷却速率是可能的。
以最高104℃/s或最高107℃/s的速率进行扩散熔融合金的快速凝固。通过雾化、熔体旋转(melt spining)或喷镀成形发生快速凝固，其中扩散熔融合金被快速凝固成为平均粒度范围为25μm至350μm的均质预合金粉末材料。
从热力学角度而言，因为在模子-锭界面的缓慢的热传导限制了排热，所以锭凝固通常遵循相应的相图中所示的平衡。在许多情况下，铸态合金相的构成限制了溅射工艺的操作，例如次生相的化学计量将决定靶的PTF，进而影响了所溅射的膜的总体性质。
本发明使用快速凝固技术制备溅射靶合金，其中由熔融态的快速淬火使得任何溅射材料凝固，并同时得到用于进一步加工的显微组织均匀性、细度和整体性。已知快速凝固可得到高的冷却速率，因此有利于非平衡的液一固转化。该快速淬火的产物包括完全无定形的固体合金、相图中未预测到的含亚稳相的合金和/或扩展的或超饱和的固溶体。
快速凝固技术，例如雾化、熔体旋转或喷镀成形，已经被用于航空和航天工业中的各种应用，以及其它特殊应用，因为雾化工艺能够产生具有非常细化的显微组织的无偏析(segregation-free)预合金化材料。通常通过雾化工艺，并且对于给定的雾化工艺，通过技术参数本身和合金液体的性质来确定粉末的粒度分布。例如，已知气体雾化比离心雾化产生更细的粉末。
固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料(步骤S408)。在均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，其中第一硼化物相包括硼化物Co3B或硼化物Co3B与Co2B或其它硼化物的混合物，其中硼化物粒度小于2μm。对于Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系，在均质预合金粉末材料中形成初晶相，其中初晶相为扩展的固溶体，其包括含最高2at.％银(Ag)、或最高7.5at.％金(Au)、或最高7.5at.％铜(Cu)或其它组分的Co-Cr-X1-Pt或Co-Cr-X1-X2-Pt。
图9是流程图，表示根据本方案的一个实施例方面的固结步骤(步骤S408)，虽然也可以使用其它固结工艺。具体地，固结步骤(步骤S408)开始(步骤S901)，在罐中封装均质预合金粉末材料(步骤S902)。在300℃与600℃之间的温度下将罐抽空至真空度(vacuum level)在10-2托和10-3托之间(步骤S904)，密封该罐(步骤S905)。在加压的热等静压容器中在300℃和1300℃之间的温度下使罐经受10千磅每平方英寸和45千磅每平方英寸之间的压力(步骤S906)，过程结束(步骤907)。
回到图4，对于Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系，所述方法还包括在比Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系的固相线温度低的温度下热轧全致密均质材料(步骤S409)，当然如果需要的话，该热轧步骤可以省略。冷轧全致密均质材料(步骤S410)，并机械加工以形成溅射靶(步骤S411)，方法结束(步骤S412)。
对于气体雾化，使用氦(He)比使用氩(Ar)产生细得多的粉末，因为氦(He)的粘度较低且声速较高。通过在离心或旋转电极雾化工艺中增加盘的每分钟转数(“RPM”)或电极的RPM来减小平均粒度。在许多雾化情况下，较高的液体合金粘度和/或表面张力导致较大的颗粒。在快速凝固中，冷却速率与粒度成反比。虽然就最终靶产品而言固体合金的完全无定形化是不容易实现的，但是快速凝固产生非平衡的显微组织，其可以承受高温凝固和热-机械加工过程中的大部分热循环。
使用快速凝固方法得到了如在一些薄片急冷(splat cooling)的Co-Au合金中所发现的最多18at.％金(Au)的扩展固溶度，并且得到了在经淬火的Co-Cu液体合金中含最多15at.％铜(Cu)的钴(Co)中铜(Cu)的扩展的固溶体。对于含钴(Co)的银(Ag)合金，有可能在钴(Co)固溶体中保留很少的银(Ag)原子，但是，对于银(Ag)含量(2at.％及以上)高的合金，由于液态混溶间隔的存在，当雾化时，银(Ag)可能将凝固成明显的颗粒。因此，优选通过与银(Ag)完全混溶和/或形成中间相的母合金来引入银(Ag)。
SEM和微探针分析显示CoCrPtB合金的典型铸态显微组织由无硼树枝状CoPtCr初晶相构成，该树枝状CoPtCr初晶相被包括CoPtCr初晶相与硼化物Co2B的共晶相的较小薄层的集合体所包围。图10显示了铸态Co-(8at.％)Cr-(7at.％)Pt-(8at.％)B合金的代表性的显微组织。与之相比，如图11中所示，钴(Co)基合金的快速凝固导致形成非常细的显微组织，其中硼化钴(Co)相的大小被显著减小。与在铸态显微组织中硼化物相的分布相比，这些硼化物相的分布也比非常均匀。
通过X射线衍射确定了铸态的且快速凝固的Co-(8at.％)Cr-(7at.％)Pt-(8at.％)B合金的相构成，其中图12中的衍射图概括了分析结果。在铸态合金中，平衡硼化物Co2B和Fe2B与相应的基质(matrix)一起形成，但是快速凝固的合金形成了亚稳硼化物Co3B。已显示该非平衡硼化物具有相当好的热稳定性，并且在热固结过程中即使暴露于1250℃的高温下也不会被转化(transformed)。
在所得PTF的增加与均匀性和硼化物相的总体分布方面，Co3B的化学计量要理想得多。以合金组成为基准，在铸态合金中被保留用于形成硼化物相的钴(Co)的原子分数为0.16，而对快速凝固的合金而言相应的原子分数为0.24。因此，与铸态合金相比，对于快速凝固的合金，构成铁磁相的钴(Co)合金中基质相的体积分数大为减少。基质体积分数的减少与硼化物相体积分数的增加对PTF的增加及均匀性有重要贡献。另外，在快速凝固的材料中硼化物相体积分数的增加对实现硼(B)的均匀分布是非常理想的。在铸态合金中，第二平衡硼化物Co2B与相应的基质一起形成，但是在快速凝固的合金中形成第一平衡硼化物Co3B。
图13是流程图，表示根据本发明的第二个方案制造铬(Cr)基溅射靶的方法，该铬(Cr)基溅射靶用公式表示为Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C。简言之，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。所述方法还包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为与Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C的混合组成相应的全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
更具体地，制造铬(Cr)基溅射靶的方法开始(步骤S1301)，该铬(Cr)基溅射靶用公式表示为Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C，将多种原材料制备成为与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金(步骤S1302)。
在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的熔融合金(步骤S1304)。凝固该熔融合金以形成锭(步骤S1305)，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金(步骤S1306)。快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料(步骤S1307)。
向均质预合金粉末材料中掺和纯单质铬(Cr)粉末(步骤S1308)。均质Cr-(2-20at.％)B预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括溶体(solution)或固溶体，例如超饱和铬(Cr)固溶体和/或具有亚微米硼化物Cr2B或其它硼化物的超饱和铬(Cr)固溶体；或具有显微组织，该显微组织包括具有亚微米碳化物Cr23C6或其它碳化物的超饱和铬(Cr)固溶体。在可替换的方面，省略掺和步骤(步骤S1308)。
固结所述均质预合金粉末材料成为与Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C的混合组成相应的全致密均质材料(步骤S1309)。所述固结步骤(步骤S1309)还包括在罐中封装均质预合金粉末材料，在300℃和600℃之间的温度下将罐抽空至真空度在10-2托和10-3托之间，密封该罐，并在加压的热等静压容器中在300℃和1300℃之间的温度下使罐经受在10千磅每平方英寸和45千磅每平方英寸之间的压力。也可以使用其它方法进行所述固结步骤(步骤S1309)。
机械加工所述全致密均质材料以形成溅射靶(步骤S1310)，过程结束(步骤S1311)。铸态Cr-(13.5at.％)B显示粗糙的共晶显微组织，其包括Cr和Cr2B的交替薄层。已知粗糙的硼化铬(Cr)在溅射工艺中导致产生大量颗粒，因此除非硼化物粒度被减小，否则应当避免形成这些硼化物。图14A和14B表示气体雾化的Cr-(13.5at.％)B的显微组织，其中显示了不具有成形硼化物相的充分延伸的固溶体。
Cr-C铸态合金倾向于形成粗糙的碳化物，其在溅射工艺中导致机械加工抛光(machining finish)效果差并产生颗粒缺陷。例如，图15表示了气体雾化的Cr-(14at.％)C的内部显微组织，其中快速凝固导致碳化铬(Cr)的粒度减小为约5μm。
图16是流程图，表示根据本发明的第三个方案制造铁(Fe)基溅射靶的方法，该铁(Fe)基溅射靶用公式表示为Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd。简言之，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。所述方法还包括如下步骤圆结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
更具体地，制造铁(Fe)基溅射靶的方法开始(步骤S1601)，该铁(Fe)基溅射靶用公式表示为Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd，将多种原材料制备成为与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金(步骤S1602)。
在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的熔融合金(步骤S1604)。凝固该熔融合金以形成锭(步骤S1605)，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金(步骤S1606)。
快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料(步骤S1607)。在均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，其中第一硼化物相包括亚稳硼化物Fe3B或亚稳硼化物Fe3B与平衡硼化物Fe2B的混合物，或其它硼化物组分。
固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料(步骤S1609)。所述固结步骤(步骤S1609)还包括在罐中封装均质预合金粉末材料，在300℃与600℃之间的温度下将罐抽空至真空度在10-2托和10-3托之间，密封该罐，并在加压的热等静压容器中在300℃与1300℃之间的温度下使该罐经受在10千磅每平方英寸与45千磅每平方英寸之间的压力。也可以使用其它方法进行所述固结步骤(步骤S1609)。
热轧所述的全致密均质材料(步骤S1610)。对于Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B合金系，在比固相线温度低的温度下热轧全致密均质材料。机械加工全致密均质材料以形成溅射靶(步骤S1612)，过程结束(步骤S1614)。
如图17所示，铸态Fe-(30.6at.％)Co-(12.8at.％)B的显微组织包括α’有序的组织基质与硼化物Fe2B。与之相比，如图18所示，铁(Fe)基合金的快速凝固导致形成非常细的显微组织，其中Fe的硼化物相的大小被显著减小。与在铸态显微组织中硼化物相的分布相比，这些硼化物相的分布也非常均匀。
图19表示铸态的且快速凝固的Fe-(30.6at.％)Co-(12.8at.％)B合金的相构成的X射线衍射分析。在铸态合金中，平衡硼化物Fe2B与相应的基质一起形成，但是快速凝固的合金形成了亚稳硼化物Fe3B，其中该非平衡硼化物显示相当好的热稳定性，其在热固结过程中即使暴露于1100℃的高温下也不会被转化。
在所得PTF的增加与均匀性和硼化物相的总体分布方面，显然Fe3B的化学计量是非常理想的。以合金组成为基准，在铸态合金中被保留用于形成硼化物相的铁(Fe)的原子分数为0.256，而对快速凝固的合金而言相应的原子分数为0.384。因此，与铸态合金相比，对快速凝固的合金而言，构成铁磁相的铁(Fe)合金中基质相的体积分数大为减少。基质体积分数的减少和硼化物相体积分数的增加对PTF的增加及均匀性有重要贡献。另外，在快速凝固的材料中硼化物相体积分数的增加对实现硼(B)的均匀分布是非常理想的。
图20是表示根据本发明的第四个方案制造镍(Ni)基溅射靶的方法，该镍(Ni)基溅射靶用公式表示为Ni-(10-50at.％)P。简言之，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的熔融合金。所述方法还包括如下步骤凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金，并快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料。所述方法还包括如下步骤固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
更具体地，制造镍(Ni)基溅射靶的方法开始(步骤S2001)，该镍(Ni)基溅射靶用公式表示为Ni-(10-50at.％)P，将多种原材料制备成为与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯单质或母合金(步骤S2002)。
在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的熔融合金(步骤S2004)。凝固该熔融合金以形成锭(步骤S2005)，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金(步骤S2006)。
快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料(步骤S2007)。所述均质预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括具有小于10μm的Ni3P磷化物的超饱和镍(Ni)固溶体，当然也可能形成其它磷化物。
固结所述均质预合金粉末材料成为全致密均质材料(步骤S2009)。所述固结步骤(步骤S2009)还包括在罐中封装均质预合金粉末材料，在300℃和600℃之间的温度下将罐抽空至真空度在10-2托和10-3托之间，密封该罐，并在加压的热等静压容器中在300℃与1300℃之间的温度下使罐经受在10千磅每平方英寸与45千磅每平方英寸之间的压力。也可以使用其它方法进行所述的固结步骤(步骤S2009)。
机械加工所述的全致密均质材料(步骤S2010)，过程结束(步骤S2012)。
由于形成了各种磷化镍(Ni)，所以Ni-P合金非常脆。磷化物次生相的大小是控制脆性的决定性因素。含多于10at.％P的铸态合金一般非常脆，并且在机械加工过程中很容易在任何载荷下开裂。图21显示了气体雾化的Ni-(20at.％)P的内部显微组织，说明快速凝固使得磷化镍(Ni)金属间相的大小减小为约10μm。
快速凝固提供了用于生产极小尺寸的显微组织特征的方法。减小的晶粒粒度和细粒分散的次生相有利于优化溅射工艺并使粒子发射最小化。另外，在微观水平，快速凝固形成高度化学均匀的显微组织，并使相应的靶材料成为出色的源以用于按其各义组成沉积介质膜。显微组织细化对降低含金属间合金的脆性有重大影响。一般地，当金属间相的沉淀物的尺寸大时，脆性增强。
最后，在次生相对分布的影响以及靶的固有性质如PTF的增加与均匀性方面，快速凝固过程中液一固转化的非平衡特性有潜力形成化学计量有利的次生相。
本发明的制造方法，包括铸造途径(casting route)、模具设计和模具材料的选择，提供了实用与快速的加工程序以生产具有改进性能的溅射靶。加工时间显著缩短，并且没有损害重要的性能，如靶的化学均匀性、产品的体积固定性和PTF。
本发明已通过特定的实施方案予以说明。应当理解本发明并不限于上述实施方案，本领域所属普通技术人员可能进行的各种变化和修改并不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种制造钴(Co)基溅射靶的方法，该钴(Co)基溅射靶用公式表示为Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B，或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at-％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2，X1代表铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)，且X2代表钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)或铱(Ir)，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B，或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯元素或母合金；在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B，或Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的熔融合金；凝固所述的熔融合金以形成锭；把所述的锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金；快速凝固所述的扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料；固结所述的均质预合金粉末材料成为全致密均质材料；冷轧所述的全致密均质材料；以及机械加工所述的全致密均质材料以形成溅射靶。
2.如权利要求1所述的方法，其中对于Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系，所述方法还包括在比Co-(5-40at.％)Fe-(5-20at.％)B合金系的固相线温度低的温度下热轧所述的全致密均质材料的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的固结步骤还包括下列步骤在罐中封装所述均质预合金粉末材料；在300℃与600℃之间的温度下把所述的罐抽空至在10-2托与10-3托之间的真空度；密封所述的罐；和在加压的热等静压容器中，在300℃与1300℃之间的温度下，使所述的罐经受10千磅每平方英寸至45千磅每平方英寸的压力。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述多种原材料中的一种包括纯单质银(Ag)。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述多种原材料中的一种包括0.2at.％至2.0at.％的纯单质银(Ag)。
6.如权利要求2所述的方法，其中在低于962℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述多种原材料中的一种包括纯单质金(Au)。
8.如权利要求2所述的方法，其中在低于1065℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述多种原材料中的一种包括纯单质铜(Cu)。
10.如权利要求2所述的方法，其中在低于1085℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述的制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Ag-Pt母合金预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、以及单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。
12.如权利要求2所述的方法，其中在低于1186℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
13.如权利要求2所述的方法，其中在低于1030℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述的制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Au-Cr母合金预合金粉末、Co-B-Pt和非必须的X2母合金预合金粉末、以及单质铬(Cr)或Co-Cr母合金预合金粉末，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(1.5-7.5at.％)X1和非必须的(1.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。
15.如权利要求2所述的方法，其中在低于1160℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
16.如权利要求2所述的方法，其中在低于1070℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述的制备步骤还包括下列步骤混合规定重量分数的Cu-Pt母合金预合金粉末、Co-Cr-B和非必须的X2母合金预合金粉末、以及单质铂(Pt)，形成与Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系相应的组合物。
18.如权利要求2所述的方法，其中在低于1186℃的温度下热轧所述的全致密均质材料。
19.如权利要求2所述的方法，其中在比Co-Cr-B母合金的固相线温度低的温度下热轧所述的全致密均质材料。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述的多种原材料包括纯单质钴(Co)、铬(Cr)、铂(Pt)、硼(B)、X1和/或X2，和/或Co-Cr、Co-B、Co-Cr-B、Ag-Pt、Au-Cr和/或Cu-Pt母合金。
21.如权利要求1所述的方法，其中以最高104℃/s的速率发生所述扩散熔融合金的快速凝固。
22.如权利要求1所述的方法，其中以最高107℃/s的速率发生所述扩散熔融合金的快速凝固。
23.如权利要求1所述的方法，其中通过雾化进行快速凝固。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述的扩散熔融合金被快速凝固成为平均粒度范围为25μm至350μm的均质预合金粉末材料。
25.如权利要求1所述的方法，其中通过熔体旋转发生快速凝固。
26.如权利要求1所述的方法，其中通过喷镀成形发生快速凝固。
27.如权利要求1所述的方法，其中在所述均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，并且其中所述的第一硼化物相包括硼化物Co3B或硼化物Co3B与Co2B的混合物。
28.如权利要求1所述的方法，其中所述硼化物的粒度小于2μm。
29.如权利要求1所述的方法，其中对于Co-(5-25at.％)Cr-(5-25at.％)Pt-(5-20at.％)B-(0.2-7.5at.％)X1和非必须的(0.5-7.5at.％)X2合金系，在所述均质预合金粉末材料中形成初晶相，其中该初晶相为包括Co-Cr-X1-Pt或Co-Cr-X1-X2-Pt的扩展的固溶体。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述的初晶相为包括含最多2at.％银(Ag)、或最多7.5at.％金(Au)、或最多7.5at.％铜(Cu)的Co-Cr-X1-Pt或Co-Cr-X1-X2-Pt的扩展的固溶体。
31.一种制造铬(Cr)基溅射靶的方法，该铬(Cr)基溅射靶用公式表示为Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯元素或母合金；在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Cr-(7-20at.％)B或Cr-(5-25at.％)C合金系相应的熔融合金；凝固所述的熔融合金以形成锭；把所述的锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金；快速凝固所述的扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料；固结所述的均质预合金粉末材料成为与Cr-(2-20at.％)B或Cr-(2-20at.％)C的混合组成相应的全致密均质材料；以及机械加工所述的全致密均质材料以形成溅射靶。
32.如权利要求31所述的方法，进一步包括向所述均质预合金粉末材料中掺入纯单质铬(Cr)粉末的步骤。
33.如权利要求31所述的方法，其中所述的均质Cr-(2-20at.％)B预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括超饱和铬(Cr)固溶体和/或具有亚微米硼化物Cr2B的超饱和铬(Cr)固溶体。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述的均质Cr-(2-20at.％)B预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括具有亚微米碳化物Cr23C6的超饱和铬(Cr)固溶体。
35.一种制造铁(Fe)基溅射靶的方法，该铁(Fe)基溅射靶用公式表示为Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯元素或母合金；在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B、Fe-(5-90at.％)Ni、Fe-(5-70at.％)Co、Fe-(30-50at.％)Pt或Fe-(30-55at.％)Pd合金系相应的熔融合金；凝固所述的熔融合金以形成锭；把所述的锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金；快速凝固所述的扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料；固结所述的均质预合金粉末材料成为全致密均质材料；热轧所述的全致密均质材料；以及机械加工所述的全致密均质材料以形成溅射靶。
36.如权利要求35所述的方法，其中对于Fe-(5-40at.％)Co-(5-20at.％)B合金系，在比固相线温度低的温度下热轧所述的全致密均质材料。
37.如权利要求35所述的方法，其中在所述均质预合金粉末材料中形成至少第一硼化物相，并且其中所述的第一硼化物相包括亚稳硼化物Fe3B或亚稳硼化物Fe3B与平衡硼化物Fe2B的混合物。
38.一种制造镍(Ni)基溅射靶的方法，该镍(Ni)基溅射靶用公式表示为Ni-(10-50at.％)P，所述方法包括如下步骤将多种原材料制备成为与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯元素或母合金；在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与Ni-(10-50at.％)P合金系相应的熔融合金；凝固所述的熔融合金以形成锭；把所述的锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金；快速凝固所述的扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料；固结所述的均质预合金粉末材料成为全致密均质材料；以及机械加工所述的全致密均质材料以形成溅射靶。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述的均质预合金粉末材料具有显微组织，该显微组织包括具有小于10μm的磷化物Ni3P的超饱和镍(Ni)固溶体。
全文摘要
一种制造溅射靶的方法，包括如下步骤将多种原材料制备成为与合金系相应的组合物，所述多种原材料包括纯元素或母合金，并在真空或氩(Ar)的分压下加热所述多种原材料至完全液态，以形成与合金系相应的熔融合金，凝固该熔融合金以形成锭，把锭再加热至完全液态以形成扩散熔融合金。所述方法还包括如下步骤快速凝固该扩散熔融合金成为均质预合金粉末材料，向该均质预合金粉末材料中掺和纯单质粉末，固结该均质预合金粉末材料成为全致密均质材料，热轧该全致密均质材料。另外，所述方法包括如下步骤冷轧该全致密均质材料，并机械加工该全致密均质材料以形成溅射靶。
文档编号C22C1/03GK1900352SQ20061007546
公开日2007年1月24日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年7月22日
发明者阿卜杜勒瓦哈卜·齐亚尼, 贝恩德·孔克尔 申请人:黑罗伊斯公司