钼钠管型靶材及其制造方法和钼钠靶材的制作方法

钼钠管型靶材及其制造方法和钼钠靶材的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种钼钠管型靶材及其制造方法和钼钠靶材。其中，钼钠靶材，包含钼、钠两种金属元素，所述钼钠靶材的横截面上的微观结构中，存在富钠相的孤岛，其中，各孤岛的最大面积不大于1mm2。钼钠管型靶材的制造方法主要包括：混粉、压块、氢气烧结、热等静压处理、机械加工成品的工序制备出高纯度、高致密度钼钠管型靶材。本发明生产的磁控溅射钼钠管型靶材，成本低，靶材纯度高，密度高，成品尺寸大。
【专利说明】钼钠管型靶材及其制造方法和钼钠靶材

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钥合金靶材及其制造方法，尤其是涉及一种轧制加工高纯度、高 致密度的钥钠管型靶材及其制造方法和钥钠靶材。

【背景技术】
[0002] 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经 济发展的瓶颈时，世界各国纷纷寻找新的能源解决方案。太阳能是人类取之不尽用之不竭 的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环境污染。因此，太阳能光伏发电在不远的将 来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应 的主体。管状钥基靶材可用于薄膜太阳能电池的背电极制备，可大大提高薄膜太阳能电池 的开路电压，提高转换效率，因此在整个太阳能产业链中需求越来越大。
[0003] 随着人们生活水平的提高和经济的发展，越来越多人们对平板显示器的要求越来 越高，主要表现在平板显示器的大型化方面和质量方面。而平板显示器的大型化则要求溅 射薄膜的大型化，从而要求平面靶材的大型化，即对靶材的长度提出了越来越高的要求。为 满足长度的要求，传统的通过数段短靶材焊接而成的工艺，焊缝具有更多的细微结构及气 孔，引起蚀刻的不均匀，并导致涂层厚度不均匀的后果。而且钥基靶材在焊接区域及其脆 弱，具有比较大断裂风险。
[0004] 目前，缺少高纯度、高致密度的钥合金靶材。


【发明内容】

[0005] 本发明解决的技术问题是提供一种钥钠管型靶材及其制造方法和钥钠靶材，使钥 合金靶材的纯度和致密度更高。
[0006] 本发明的技术解决方案是：
[0007] 本发明提供一种钥钠靶材，包含钥、钠两种金属元素，所述钥钠靶材的横截面上的 微观结构中，存在富钠相的孤岛，其中，各孤岛的最大面积不大于1平方_或1_ 2。进而， 钠元素含量为lwt%?5wt%，富钥相的平均晶粒尺寸不大于200 μ m。
[0008] 另外，本发明的一种钥钠管型靶材，其中，所述钥钠管型靶材包含钥、钠两种金属 元素，其中钠元素含量为lwt%?5wt%。上述的钥钠管型靶材，其中，所述钥钠管型靶材的 纯度大于99. 9 %，密度大于90 %。
[0009] 本发明提供一种钥钠管型靶材的制造方法，其中，该方法包括以下步骤：
[0010] 步骤A，混粉：将Mo粉（钥粉）与钠源粉按比例称量后，用三维混料机混合均匀， 其中Na(钠）元素的质量分数为lwt%?5wt% ;
[0011] 步骤B，压块：将混合均匀的粉料通过冷等静压形成管坯；
[0012] 步骤C，氢气烧结：将压坯在流动氢气气氛烧结炉内进行还原烧结；
[0013] 步骤D，将氢气烧结后的管坯进行整形，达到目标尺寸；
[0014] 步骤E,用不锈钢板、碳钢板或钛板作为包套材料，将整形后的管述进行包套，将所 述管坯的内壁、外壁以及两端包裹起来；
[0015] 步骤F，将包套的管坯在热等静压炉内进行热等静压致密化处；
[0016] 步骤G，将热等静压致密化处理后管坯进行机加工，使管坯达到设定的尺寸以及表 面粗糙度。
[0017] 本发明的一种钥钠管型靶材制作方法，其中，所述方法包括：
[0018] 步骤A，备粉，选择纯度>99. 95%的混合均匀的钥与钥酸钠粉，装入橡胶套中，在 橡胶套外套入圆柱形的定形钢套，在所述橡胶套内放入一芯杆，该芯杆位于所述定形钢套 的中心轴处，密封所述橡胶套；
[0019] 步骤B，压块，将封装好的粉连同定形钢套一起通过冷等静压压制成块，形成具有 中心轴孔的圆管型钥钠锭；
[0020] 步骤C，烧结，将所述圆管型锭坯放入加热炉中烧结；
[0021] 步骤D，热等静压，将完成烧结后的锭坯进行热等静压处理；
[0022] 步骤E，机械加工，将荒管经由机械加工到规定尺寸的钥钠管靶。
[0023] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，所述步骤E之后还包括步骤：
[0024] 热处理，将钥钠荒管放入真空、惰性气体或氢气气氛的退火炉中加热，加热温度为 950°C?1450°C，并保温1小时?4小时，之后随炉冷却；
[0025] 再进行机械加工。
[0026] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，所述热等静压过程的压力为150MPa? 190MPa，温度为 1400°C?1800°C，时间为 3h ?5h。
[0027] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，还包括于所述钥纳管靶内孔的表面上添加 高分子保护膜的步骤，所述高分子保护膜经由喷涂或涂抹的方式添加至所述钥钠管靶内表 面上。
[0028] 由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：
[0029] 本发明通过将HIP坯料带包套进行热塑性加工，获得接近成品要求厚度的轧制坯 料后，再通过铣、磨加工即可获得成品钥合金靶材。热塑性加工相对于大厚度坯料线切割成 薄坯料加工方法来说，一方面可以大幅降低加工成本，另一方面还可以大幅缩短加工周期， 提商生广效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1为本发明的钥钠管型靶材制作方法的流程示意图；
[0031] 图2为本发明实施例的钥钠管型靶材的截面的金相组织图，其中，示出了多个富 钠相的孤岛；（采用50 μ m的标尺，放大倍数是200倍）；
[0032] 图3为本发明实施例的钥钠管型靶材的截面的金相组织图，其中，示出了单个富 钠相的孤岛（采用20 μ m的标尺，放大倍数是500倍）；
[0033] 图4为本发明实施例的钥钠管型靶材的截面的金相组织图其中，示出了另外一个 单个的富钠相的孤岛（采用20 μ m的标尺，放大倍数是500倍）。

【具体实施方式】
[0034] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】

【附图说明】本发 明的【具体实施方式】。
[0035] 如图1所示，本发明的一种钥钠管型靶材的制造方法，其中，该方法包括以下步 骤：
[0036] 步骤A，混粉：将Mo粉与钥酸钠粉按比例称量后，用三维混料机混合均匀，其中Na 元素的质量分数为lwt%?5wt% ;
[0037] 步骤B，压块：将混合均匀的粉料通过冷等静压形成管坯；
[0038] 步骤C，氢气烧结：将压坯在流动氢气气氛烧结炉内进行还原烧结；
[0039] 步骤D，热等静压处理：将烧结后的钥钠管坯放入热等静压炉内进行热等静压处 理（HIP);
[0040] 步骤E，机械加工：HIP后的管坯经车及/或磨机械加工方法，制备成品。
[0041] 本发明的一种钥钠管型靶材，其中，所述钥钠管型靶材包含钥、钠两种金属元素， 其中钠元素含量为lwt%?5wt%。图2至图4为本发明实施例的钥钠管型靶材的截面的 金相组织图（或晶相组织图），如图2所示，钥钠靶材的横截面上的微观结构中，包括：钥元 素相（图中的背景色，也可以称为基相）、和镶嵌在钥元素相（基相）中的富钥相1(钥和钠 的结合组织），其中，富钥相形成多个孤岛的形状，单个的富钠相1的孤岛的最大面积不大 于1mm 2,例如为0. 2mm2、0. 3mm2、0. 6mm2等等。这样，富钠相尺寸合理，分布均勻，有利于形成 较高的致密度和纯度。
[0042] 上述的钥钠管型靶材，其中，所述钥钠管型靶材的纯度大于99. 9%，密度大于 90%。其中，如图3和图4所示，富钥相1的平均晶粒尺寸不大于200 μ m，例如为40至 50 μ m，85至95 μ m，165至175 μ m等等。如图3富钥相1的晶粒尺寸为46 μ m，图4富钥相 1的晶粒尺寸为60 μ m。这样，富钠相尺寸较小，分布更为均匀，更有利于形成较高的致密度 和纯度。
[0043] 本发明的一种钥钠管型靶材制作方法，其中，所述方法包括：
[0044] 步骤A，备粉，选择纯度>99. 95%的混合均匀的钥与钥酸钠粉，装入橡胶套中，在 橡胶套外套入圆柱形的定形钢套，在所述橡胶套内放入一芯杆，该芯杆位于所述定形钢套 的中心轴处，密封所述橡胶套；
[0045] 步骤B，压块，将封装好的钥钠粉连同定形钢套一起通过冷等静压压制成块，形成 具有中心轴孔的圆管型钥锭；
[0046] 步骤C，烧结，将所述圆管型钥钠锭坯放入加热炉中烧结；
[0047] 步骤D，热等静压，将完成烧结后的钥锭进行热等静压处理；
[0048] 步骤E，机械加工，将钥钠荒管经由机械加工到规定尺寸的钥钠管靶。
[0049] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，所述步骤E之后还包括步骤：
[0050] 热处理，将钥钠荒管放入真空、惰性气体或氢气气氛的退火炉中加热，加热温度为 950°C?1450°C，并保温1?4h (小时），之后随炉冷却；
[0051] 再进行机械加工。
[0052] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，所述热等静压过程的压力为150MPa? 190MPa，温度为 1400°C?1800°C，时间为 3h ?5h。
[0053] 上述的钥钠管型靶材制作方法，其中，还包括于所述钥钠管靶内孔的表面上添加 高分子保护膜的步骤，所述高分子保护膜经由喷涂或涂抹的方式添加至所述钥钠管靶内表 面上。如图2所示，钥钠靶材的横截面上的微观结构中，包括：钥元素相、和镶嵌在钥元素相 中的富钥相（钥和钠的结合组织），其中，富钠相的孤岛的最大面积不大于1平方_(1_2)。 根据上述工艺可以制作钥钠管型靶材，当然，还可以在压块过程中，不用形成具有中心轴孔 的圆管型钥锭，而是形成实心的钥锭，从而得到钥钠靶材。
[0054] 以本发明的较佳的实施例为例，下面具体说明其实施参数及4个具体的工艺流 程：
[0055] 表1钥钠管型靶材制作的具体的工艺流程
[0056]

【权利要求】
1. 一种钥钠靶材，包含钥、钠两种金属元素，其特征在于，所述钥钠靶材的横截面上的 微观结构中，存在富钠相的孤岛，其中，各孤岛的最大面积不大于1mm 2。
2. 如权利要求1所述的钥钠靶材，其特征在于，钠元素含量为lwt%?5wt%，富钥相的 平均晶粒尺寸不大于200 μ m。
3. -种钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤A，混粉：将钥粉与钠源粉按比例称量后，用三维混料机混合均匀，其中钠元素的 质量分数为lwt%?5wt% ; 步骤B，压块：将混合均匀的粉料通过压块形成管坯； 步骤C，氢气烧结：将管坯在流动氢气气氛烧结炉内进行还原烧结； 步骤D，将氢气烧结后的管坯进行整形，达到目标尺寸； 步骤E,用不锈钢板、碳钢板或钛板作为包套材料，将整形后的管述进行包套，将所述管 坯的内壁、外壁以及两端包裹起来； 步骤F，将包套的管坯在热等静压炉内进行热等静压致密化处； 步骤G，将热等静压致密化处理后管坯进行机加工，使管坯达到设定的尺寸以及表面粗 糙度。
4. 如权利要求3所述的钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，所述钠源为氟化钠、碳 酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠或钥酸钠。
5. 如权利要求3所述的钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，所述步骤F具体为：将 经过整形的管坯装入包套，然后放入脱气炉中，边加热边脱气，真空度达到1 X l〇_2Pa后，用 焊机将包套封焊。
6. 如权利要求3所述的钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，整形加工后的管坯尺 寸为180mmX250mmX35mm，表面粗糙度不大于Ral2. 5,包套的材料为1. 5mm厚的不锈钢板、 碳钢板或钛板，包套的尺寸为182mmX252mmX36mm，任意一侧包套内壁跟与之相邻的管坯 之间的间隙不大于1. 5mm。
7. 如权利要求5所述的钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，所述脱气温度400°C? 600°C，所述焊机为氩弧焊机或等离子焊机。
8. 如权利要求5所述的钥钠管型靶材的制造方法，其特征在于，步骤G中，所述热等静 压过程的压力为150MPa?190MPa，温度为700°C?1500°C，时间为3h?5h。
9. 如权利要求3所述的钥钠管型靶材的制作方法，其特征在于，还包括：于所述钥钠管 型靶材的内壁表面上添加高分子保护膜的步骤，所述高分子保护膜经由喷涂或涂抹的方式 添加至所述钥钠管型靶材的内壁表面上。
10. -种钥钠管型靶材，其特征在于，所述钥钠管型靶材包含钥、钠两种金属元素，其中 钠元素含量为lwt%?5wt%。
11. 如权利要求10所述的钥钠管型靶材，其特征在于，所述钥钠管型靶材的纯度大于 99. 9%，密度大于90%。
【文档编号】B22F5/12GK104087903SQ201410360172
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王铁军, 张凤戈, 唐培新, 姚伟, 杨本润, 姜海, 陈锦, 穆健刚, 孟博 申请人:安泰科技股份有限公司