一种镍铂铈合金靶材及其制备方法与流程

本发明涉及靶材制备，具体涉及一种镍铂铈合金靶材。

背景技术：

1、超高纯度、高利用率与良好的沉积均匀性是高质量靶材所追求的优良特性，因此在靶材基本制备方法的基础上，需要不断的优化工艺提高靶材质量，具体的、从高纯度、减小靶材晶粒尺寸以及其他组织结构控制等方面提高靶材质量，将成为镍铂合金靶材制备工艺的发展趋势。

2、随着航空航天、汽车工业的发展，对金属材料的服役性能要求越来越高，因此，需开发出具备更高的高温强度、抗蠕变性、抗氧化性、耐蚀性和尺寸稳定性的耐高温材料。而稀土元素铈作为一种性能优异的活性元素，稀土元素ce具有被广泛应用且兼具性价比的优势，添加后对改善合金靶材性能的效果十分显著。

3、镍铂铈合金靶材作为优良的接触材料广泛应用于半导体制造中，镍铂铈合金靶材成为保证半导体器件和发展半导体技术的关键材料，其不断增长的需求量为中国贵金属靶材制造行业的发展提供了机遇与挑战。

4、由于现有技术中关于镍铂铈合金靶材的研究并不多，因此镍铂铈合金靶材的制备需要经历从无到有的研发，d1：中国专利202210176058.6公开了一种高强度铬铝合金靶材及其制备方法，所述铬铝合金靶材含有铝元素和铬元素，其中铝元素按重量比不小于15％，其余为铬元素；其特点是具有极高的强度或韧性，易加工成复杂形状，不易发生崩裂或折断。该靶材的制备的主要过程包括铬粉、铝粉及其他掺杂粉末的混合、装包套脱气、热等静压、机加工等。

5、上述专利还公开了制备高强度铬铝合金靶材的方法，包括以下步骤：

6、b1、粉末混合：准备好铬粉、铝粉，将铬粉、铝粉混合均匀，形成混合料；其中，铝粉占比不低于15％；

7、b2、装包套除气：将混合料装入到金属包套内，焊接好端盖、抽气管，然后加热抽气；

8、b3、热等静压：抽完气后将包套上的抽气管压扁、焊接密封并进行热等静压，得到铬铝靶坯；

9、b4、机加工：将热等静压后的铬铝靶坯去除包套，机加工成成品靶材。

10、上述专利制备的是铬铝合金靶材，其中含有铝元素，其制备方法可以用于借鉴制备镍铂铈合金靶材，但是实验发现，仅仅采用上述专利的步骤来制备镍铂铈合金靶材，其性能并不能满足目前航空航天、汽车工业的发展需求，主要有以下两个原因：

11、(1)原料镍粉、铂粉、铈粉的粒径和球形度不够好，导致镍铂铈合金靶材的致密度等性能均有所下降；

12、(2)原料镍粉、铂粉、铈粉中的氧含量过高，导致靶材组织孔洞数量多，靶材的力学加工性能会变差，靶材在镀膜过程中的开裂趋势会增加。

13、基于上述原因，需要研发出一种可以有效提高镍铂铈合金靶材综合性能，且降低镍铂铈合金靶材组织孔洞数量的镍铂铈合金靶材制备方法，以满足航空航天、汽车工业用的半导体产品的发展需求。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于，提供一种镍铂铈合金靶材的制备方法，以解决现有技术中没有针对镍铂铈合金靶材本身研发出能够有效提高镍铂铈合金靶材综合性能且降低镍铂铈合金靶材组织孔洞数量的技术问题。

2、本发明另一目的在于，提供一种镍铂铈合金靶材，该靶材的综合性能高，能够满足如今航空航天、汽车工业用的半导体产品的发展需求。

3、为实现上述目的，本发明提供了一种镍铂铈合金靶材的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1：将铈、镍、铂金属原料分别投入熔炼炉中加热熔炼成液态铈、液态镍、液态铂；

5、步骤2：将液态铈、液态镍、液态铂分别投入气水联合雾化装置中进行气水联合雾化制粉造粒并进行烘干、分筛机筛分得到镍粉a、铂粉a、铈粉a；

6、步骤3：将镍粉a、铂粉a、铈粉a分别依次进行湿法球磨、离心分离得到镍粉b、铂粉b、铈粉b，将镍粉b、铂粉b、铈粉b混合得到镍铂铈合金粉末；

7、步骤4：将步骤3得到的镍铂铈合金粉末装入模具，将模具封口后进行真空热脱气处理；

8、步骤5：将步骤4真空热脱气后的模具放入热等静压炉中进行冷态增压烧结得到镍铂铈合金靶胚；

9、步骤6：将镍铂铈合金靶胚依次进行机加工、检测、清洗、干燥得到镍铂铈合金靶材；

10、其中所述步骤2中，气水联合雾化制粉造粒中水雾化的液体为水、硫酸/过氧化氢微蚀剂和分散剂组成的混合液体，所述水、硫酸/过氧化氢微蚀剂和分散剂的比例为10：0.5-1：1-2。

11、进一步的，所述步骤1的具体操作为：将铈金属原料投入熔炼炉中加热到850℃熔炼60min得到液态铈，将镍金属原料投入熔炼炉中加热到1500℃熔炼60min得到液态镍，将铂金属原料投入熔炼炉中加热到1800℃熔炼60min得到液态铂。

12、进一步的，所述步骤2中，气水联合雾化制粉造粒中气雾化的气体为氮气，气压为0.9mpa，氮气喷射方向与竖直向下方向的夹角为45°，水雾化的液体为水、硫酸/过氧化氢微蚀剂和分散剂组成的混合液体，水压为130mpa，水的喷射方向与竖直向下方向的夹角为35°。

13、进一步的，所述步骤3的具体操作为：将镍粉a与氧化锆球按照质量比1:5的比例加入球磨罐中，充入氩气并加入异丙醇进行湿法球磨、离心分离得到镍粉b，球磨转速为200r/min，球磨时间为2h；以同样的方式分别将铂粉a、铈粉a进行湿法球磨、离心分离得到铂粉b、铈粉b；然后再将镍粉b、铂粉b、铈粉b放入v型混合机中混合12h得到镍铂铈合金粉末。

14、进一步的，所述步骤4中真空热脱气的温度为300-500℃，真空度大于1×10-3pa小于8×10-3pa，保温时间为1-5h。

15、优选的，所述步骤5的冷态增压烧结具体操作为：先升温至300-600℃，在90-180mpa压力下保温保压1-8h进行预热等静压处理，然后升温至800-1000℃，在90-180mpa压力下保温保压3-8h进行热等静压处理，将模具去掉，得到镍铂铈合金靶胚。

16、进一步的，所述步骤4中将镍铂铈合金粉末装入模具的过程需在惰性气体保护下进行。

17、优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯、聚醚中的一种或多种。

18、优选的，所述步骤3的镍铂铈合金粉末中，镍粉b、铂粉b、铈粉b的质量比为93.2-97.1：2.3-5.6：0.6-1.2。

19、本发明还公开了一种镍铂铈合金靶材，采用上述的镍铂铈合金靶材的制备方法制备得到。

20、有益效果

21、与现有技术相比，本发明至少具备以下优势：

22、(1)采用气水联合雾化制粉造粒技术和球磨技术结合，有效控制镍粉、铂粉、铈粉的粒径和球形度，得到平均粒径小、球形度好的镍粉、铂粉、铈粉用于制备镍铂铈合金靶材，从而提高镍铂铈合金靶材的综合性能；

23、(2)本发明在气水联合雾化制粉造粒中采用水、硫酸/过氧化氢微蚀剂和分散剂组成的混合液体作为水雾化的液体，能够有效减少了水与金属液直接接触反应，降低了粉末的氧含量，同时分散剂由于空间位阻效应，具有很好的润湿分散作用，能改善粉末的分散性，增加颗粒或粉末的表面活性，提高粉末的振实密度，去除静电、增加流动性，杜绝偏析现象的作用；另一方面，分散剂能与微蚀剂产生协同作用，分散剂提高了金属表面润湿度，能进一步促进微蚀剂在金属表面吸附，提高蚀刻效率，最终获得粉末为近球形、振实密度高且具有较低的氧含量。

24、(3)本发明通过气水联合雾化制粉造粒中采用了硫酸/过氧化氢微蚀剂对镍粉、铂粉、铈粉颗粒表面的氧化膜进行了腐蚀，再联合球磨工艺将已经被腐蚀部分氧化膜的镍粉、铂粉、铈粉颗粒表面的氧化膜进一步破除脱离，更进一步地降低了镍粉、铂粉、铈粉颗粒的氧含量，从而使得制备出的镍铂铈合金靶材组织孔洞数量显著降低，有效提高镍铂铈合金靶材的性能；

25、(4)本发明通过冷态增压烧结的方式来制备镍铂铈合金靶材，分步升温、升压、保温保压的方式能够进一步确保靶材能够充分烧结，提高靶材的综合性能，同时降低了镍铂铈合金靶材的生产成本。