本发明涉及溅射靶材制备，具体涉及一种钛铌合金靶材及其制备方法与应用。
背景技术：
1、钛铌合金靶材在用于半导体磁控溅射的过程中对靶材的纯度、内部组织结构、力学强度以及外观尺寸的要求极高，同时靶材的成分和制备工艺又对膜层的各项性能起到决定性影响。
2、现有技术中的钛铌合金一般是通过熔炼连铸连轧方式生产，但钛铌合金靶材中的铌熔点为2469℃，密度为8.57g/cm3，而活性金属钛的熔点为1670℃，密度为4.50g/cm3，二者熔点和密度存在较大差异，采用真空熔炼生产钛铌合金时容易使得成分不均匀，因此粉末冶金烧结法制备靶坯可以有效解决这一问题。
3、cn 104557021a公开了一种高致密性二氧化钛靶材及其制备方法，其由以下质量百分比原料制成：二氧化钛粉体97.5～99.5％；活化剂铌粉0.5～2.5％。该二氧化钛靶材通过混合-常压烧结预处理-真空热压烧结工序制成。该靶材由于烧结工艺的设置，使得制作过程中会更容易出现温度等要求达不到致密化效果，造成靶坯中产生气孔、成分不均等微观缺陷，合金靶材的致密度还有待进一步提升。
4、cn 103614590a公开了一种低温高强耐疲劳钛铝铌合金，由以下质量百分比的成分组成：al 2.0％～3.5％，nb 12％～16％，余量为ti和不可避免的杂质。cn 103692109a公开了一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，由以下质量百分比的成分组成：al 1.5％～1.8％，nb 10％～11.5％，fe≤0.10％，si≤0.05％，c≤0.08％，n≤0.04％，h≤0.006％，o≤0.12％，余量为ti。上述合金采用真空熔炼技术生产，无法满足铝钛铌靶材对显微组织晶粒尺寸控制的要求，也容易使得内部成分不均匀，且无法采用该工艺制备出钛铌合金靶材。
5、针对现有技术的不足，需要提供一种致密度高、内部成分均匀且纯度高的钛铌合金靶材。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种钛铌合金靶材及其制备方法与应用，通过将钛粉与铌粉球磨混合后所得混合粉进行真空热压烧结，同时控制真空热压烧结中的各项工艺参数，进而制备出致密度高、纯度高且内部组织结构优异的钛铌合金靶材。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种钛铌合金靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)混合钛粉与铌粉，得到混合粉；
5、(2)步骤(1)所得混合粉依次经压实处理、真空热压烧结处理以及机加工处理，得到所述钛铌合金靶材；
6、步骤(2)所述真空热压烧结处理包括依次进行的第一加压处理、第一升温处理、第一保温保压处理、第二升温处理、第二保温保压处理以及第二加压处理。
7、本发明提供的钛铌合金靶材的制备方法，考虑到钛铌熔点和密度存在较大差异，通过将钛粉与铌粉球磨混合后所得混合粉进行真空热压烧结，同时将真空热压烧结处理过程分为多级加压、升温及保温保压阶段，结合各项工艺参数的控制，制得的钛铌合金靶材的致密度与纯度较高，且内部组织结构优异，能够满足作为溅射靶材的高性能要求。
8、优选地，步骤(1)所述钛粉的纯度＞99.98％，例如可以是99.985％、99.99％或99.995％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
9、优选地，步骤(1)所述钛粉的平均粒径＜45μm，例如可以是40μm、35μm、30μm、25μm或20μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
10、优选地，步骤(1)所述铌粉的纯度＞99.95％，例如可以是99.96％、99.97％或99.98％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
11、优选地，步骤(1)所述铌粉的平均粒径＜60μm，例如可以是55μm、50μm、45μm、40μm或35μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
12、优选地，步骤(1)所述混合在氩气气氛中进行。
13、所述混合在氩气气氛中进行，是为了防止空气对粉末的纯度产生影响，进而降低制得钛铌合金靶材的纯度。
14、优选地，步骤(1)所述混合的料球比为10:(1-3)，例如可以是10:1、10:1.5、10:2、10:2.5或10:3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
15、优选地，步骤(1)所述混合的混粉球包括硬质锆球和/或氧化锆球。
16、优选地，步骤(1)所述混合的时间≥48h，例如可以是48h、49h、50h、51h或52h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
17、本发明中控制所述混合的时间≥48h，可以保证混合粉混合均匀且无大颗粒团聚，时间过短，会降低混合均匀性与分散性。
18、优选地，步骤(2)所述压实处理在石墨模具中进行。
19、所述压实处理为：将混合粉末装入石墨模具中压实，然后放入真空烧结炉内，放置后保证石墨模具处于水平位置。
20、优选地，步骤(2)所述第一加压处理的压力为5-20t，时间为2-10min。
21、所述第一加压处理的压力为5-20t，例如可以是5t、8t、10t、15t或20t，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
22、所述第一加压处理的时间为2-10min，例如可以是2min、4min、6min、8min或10min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23、优选地，步骤(2)所述第一加压处理之后、第一升温处理之前还包括抽真空至真空度＜100pa的步骤，例如可以是99pa、98pa、97pa、96pa或95pa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24、优选地，步骤(2)所述第一升温处理包括：以5-10℃/min的升温速率升温至1000-1100℃。
25、所述升温速率为5-10℃/min，例如可以是5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min或10℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
26、所述升温的温度终点为1000-1100℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
27、优选地，步骤(2)所述第一升温处理中压力＞50t，进行卸压处理。
28、所述第一升温处理的过程中，混合粉受热膨胀会导致模具内压力增大，因此，为了维持压力稳定，在压力超过50t时，需要进行卸压处理。
29、所述第一升温处理中压力＞50t，例如可以是51t、52t、53t、54t或55t，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
30、优选地，步骤(2)所述第一保温保压处理的温度为1000-1100℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
31、优选地，步骤(2)所述第一保温保压处理的时间为60-90min，例如可以是60min、65min、70min、80min或90min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32、优选地，步骤(2)所述第一保温保压处理的压力为48-50t，例如可以是48t、48.5t、49t、49.5t或50t，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33、所述第一保温保压处理为使钛铌合金生坯充分受热，因此在该过程中仍会产生膨胀，需要进行保压处理，控制所述温度、压力及时间在合理范围内，可以使得制备得到的钛铌合金靶材的致密度有所提高，超过限定范围，则会降低坯体的致密度，导致性能下降。
34、优选地，步骤(2)所述第二升温处理包括：以1-5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃。
35、所述升温速率为1-5℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36、所述升温的温度终点为1300-1500℃，例如可以是1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
37、优选地，步骤(2)所述第二保温保压处理的温度为1300-1500℃，例如可以是1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
38、优选地，步骤(2)所述第二保温保压处理的时间≥1h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1-2h。
39、优选地，步骤(2)所述第二保温保压处理的压力为48-50t，例如可以是48t、48.5t、49t、49.5t或50t，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
40、优选地，步骤(2)所述第二加压处理包括：在2.9-3.1h内加压至290-310t。
41、所述加压的时间为2.9-3.1h，例如可以是2.9h、2.95h、3h、3.05h或3.1h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
42、所述加压的压力终点为290-310t，例如可以是290t、295t、300t、305t或310t，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
43、优选地，步骤(2)所述第二加压处理之后还包括撤压处理的步骤。
44、优选地，所述撤压处理包括：通入氩气至炉内压力为-0.06至-0.08mpa，例如可以是-0.06mpa、-0.07mpa或-0.08mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
45、优选地，所述撤压处理之后还包括冷却的步骤。
46、优选地，所述冷却包括：随炉冷却至温度＜200℃，然后自然冷却至室温。
47、所述随炉冷却至温度＜200℃，例如可以是195℃、190℃、185℃、180℃或175℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
48、优选地，步骤(2)所述机加工处理包括磨加工和/或线切割。
49、作为本发明第一方面所述的制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
50、(1)在氩气气氛中混合纯度＞99.98％、平均粒径＜45μm的钛粉与纯度＞99.95％、平均粒径＜60μm的铌粉≥48h，料球比为10:(1-3)，得到混合粉；
51、(2)步骤(1)所得混合粉依次经压实处理、真空热压烧结处理以及机加工处理，得到所述钛铌合金靶材；
52、步骤(2)所述真空热压烧结处理包括依次进行的5-20t下第一加压处理2-10min、抽真空至真空度＜100pa，然后以5-10℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，所述第一升温处理中压力＞50t，进行卸压处理；在1000-1100℃与48-50t下第一保温保压处理60-90min，然后以1-5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃、在1300-1500℃与48-50t下第二保温保压处理≥1h；在2.9-3.1h内第二加压处理至290-310t，然后通入氩气至炉内压力为-0.06至-0.08mpa，随炉冷却至温度＜200℃，自然冷却至室温。
53、第二方面，本发明提供了一种钛铌合金靶材，所述钛铌合金靶材通过第一方面所述的制备方法制备得到；
54、所述钛铌合金靶材中铌的质量百分含量为1-20wt％，其余为钛。
55、所述钛铌合金靶材中铌的质量百分含量为1-20wt％，例如可以是1wt％、5wt％、10wt％、15wt％或20wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
56、通过控制所述钛铌合金靶材中铌与钛的质量百分含量比例，结合真空热压烧结处理的工艺参数，制得的钛铌合金靶材的致密度≥99％、纯度≥99.9％且内部组织均匀。
57、第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述的钛铌合金靶材的应用，所述钛铌合金靶材用于半导体磁控溅射中。
58、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
59、本发明提供的制备方法，通过将钛粉与铌粉球磨混合后所得混合粉进行真空热压烧结，同时将真空热压烧结处理过程分为多级加压、升温及保温保压阶段，结合各项工艺参数的控制，制得的钛铌合金靶材的致密度较高，纯度≥99.9％，且内部组织结构优异，能够满足作为溅射靶材的高性能要求。