电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材及其制备方法与流程

本发明涉及一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材及其制备方法。

背景技术：

热障涂层(Thermal Barrier Coating，TBC)是提高燃气涡轮发动机热效率和涡轮前温度必不可少的手段及方法，是燃气涡轮发动机中最为核心和关键的防护涂层材料技术。热障涂层的制备工艺主要有等离子喷涂(Plasma spraying，PS)和电子束物理气相沉积(Electron beam-physical vapor deposition，EB-PVD)，其中等离子喷涂工艺制备热障涂层为层状结构、纳米结构或预制垂直裂纹结构，该方法制备涂层热导率低、成本低，但涂层应变容限较差，通常该工艺应用于燃气涡轮发动机静止部件表面，包括导向叶片等；电子束物理气相沉积制备热障涂层为柱状晶结构，涂层热导率和制备成本相对高，但涂层具有更高的应变容限，涂层抗热冲击、热冲蚀性能明显优于等离子喷涂涂层，具有更长的服役寿命，通常EB-PVD工艺应用于转动部件，如工作叶片表面，近年来高压涡轮导向叶片表面热障涂层由于涂层性能要求不断提高，也逐步应用该工艺。

EB-PVD制备柱状晶结构热障涂层时，需把陶瓷靶材放入坩埚中，靶材经过预热后，在高能束电子束枪加热条件下形成稳定熔池，熔池温度可高达4000℃，在真空条件下电子束枪持续加热使靶材表面熔池稳定蒸发，在工件表面形成柱状晶结构涂层。靶材本身的特性对其蒸发沉积过程和最终涂层的性能存在一定的影响，具体包括以下几个方面：(1)成分和显微组织均匀性，稳定剂掺杂进入氧化锆晶格内部，使氧化锆结构稳定化，同时稳定剂和氧化锆成分分布均匀，避免成分不均匀导致涂层中成分偏析，涂层高温服役过程中过早产生四方相(t)至单斜相(m)相变，导致体积变化引起涂层过早失效；显微组织不均匀会导致蒸发过程熔池塌陷或产生喷溅，会导致工件表面涂层废品率提高；(2)具备一定的致密度，保证获得适宜的高的涂层沉积效率，同时确保在形成稳定高温熔池条件下，靶材高温收缩率较小，避免靶材在高温下产生较大收缩导致开裂，影响沉积过程；(3)由于整个工艺过程存在加热、冷却、瞬间断弧引起温度剧烈变化，是一个非稳定的操作过程，且电子束蒸发顶端(熔池)和靶材底部温差较大；因而要求靶材具有一定的抗热震性能，避免在这一过程中产生靶材破裂失效，这要求靶材中具备足够的孔隙以释放应力，且避免产生密集孔隙和大孔隙，要求孔隙尺寸均匀及分布均匀，保证蒸发沉积稳定性和抗热震性能兼顾。

由于我国电子束物理气相沉积工艺研究起步较晚，目前在工艺研究方面与国外差距较小，可满足小批量工程化应用需求，但作为影响EB-PVD热障涂层的关键因素——陶瓷靶材特性控制尚未开展深入的研究，特别是在靶材批次质量稳定性控制、成分控制及稳定剂偏析控制和靶材微结构均匀性控制等方面尚有一定欠缺，包括采用氧化锆和稳定剂混合或固相合成后原料制备靶材，导致涂层中稳定剂成分偏析、纯度低和存在较大孔隙导致喷溅等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材，包含：Y₂O₃及ZrO₂，按氧化锆基陶瓷靶材重100％计，Y₂O₃含量为6～9wt％。

进一步的，所述氧化锆基陶瓷靶材还包含以下稳定剂组分：TiO₂ 0.25～2.5wt％、Ta₂O₅ 0.25～2.5wt％、Gd₂O₃ 1.2～5.2wt％、Yb₂O₃ 1.5～5.6wt％。

进一步的，Gd₂O₃和Yb₂O₃的摩尔比为1：1。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：分别称取上述的原料粉末；

步骤二：将步骤一中称取的各原料粉末部分在500～700℃下烘干10～12h，获得原始细粉A，原始细粉A的平均粒径为10～30nm；将步骤一中称取的各原料粉末部分在1400～1500℃下烘干1～2h，获得粗颗粒粉末B，粗颗粒粉末B的平均粒径为400～1500nm；

步骤三：将粗颗粒粉末B及原始细粉A按照质量比为9：1～1:1的比例混合，并添加粗颗粒粉末B和原始细粉A的总质量的1～5％的聚乙烯醇作为粘结剂，进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C；

步骤四：将球形团聚粉末C在80～100℃条件下烘干60～120min，放入氯丁橡胶套中，在振动频率10～30Hz，振动时间60～180s条件下振实；

步骤五：将振实后的球形团聚粉末C在100～150MPa、10～40min或150～200MPa、5～10min条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

步骤六：将陶瓷压坯在1100～1300℃下烧结5～15h，制成电子束物理气相沉积用靶材。

进一步的，氧化锆基陶瓷靶材含有多元稳定剂时，Gd₂O₃和Yb₂O₃的摩尔比为1：1。

进一步的，步骤一中所述的原料粉末均使用化学共沉淀法制备，且原料粉末经过喷雾干燥处理。

进一步的，步骤一中所述的原料粉末平均粒径小于20nm，纯度大于99.9％。

进一步的，步骤三中球形团聚粉末C的粒径为10～150μm，松装密度为1.0～1.5g/cm³，流动性小于120s/50g。

进一步的，所制备的氧化锆基陶瓷靶材密度为3.5～4.5g/cm³，不同部位密度变化小于3％，平均晶粒尺寸小于3μm，尺寸为0.1～10μm的孔隙占比大于90％，碳含量小于0.02wt％，除碳外的杂质总量小于0.1wt％。

本发明的有益效果是：

(1)化学合成物料，可以保证稳定剂完全进入到氧化锆晶格中，实现原子级合成，保证最终靶材中成分均匀，避免了固相合成工艺固态扩散方式存在游离态稳定剂及成分偏析的缺陷，可以实现成分均匀、无偏析涂层制备；

(2)使用粗颗粒和细颗粒搭配方式，获得组织结构更为均匀的靶材(图1)，利于提高靶材强度和抗热震性能，利用本发明制备的靶材，经过20次以上预热、降温过程(远高于靶材正常使用炉次)，靶材无开裂；同时通过粗细颗粒搭配，粗颗粒在高温烧结过程中形成骨架结构，晶粒间相互连接，细颗粒填充较大孔隙，提高不同部位靶材密度均匀性(不同区域波动＜3％)，同时0.1～10μm孔隙占比达到90％以上，显著提高显微组织均匀性(图2)；

(3)通过上述制备方法，不但可以保证稳定剂均匀分布，同时制备过程中无外来杂质引入，靶材中碳含量小于0.02wt％，除碳外其余杂质总量＜0.1wt％，靶材具有较高的纯度；

(4)针对单一稳定剂和复合稳定剂体系，均能获得与涂层相结构一致的靶材，提高沉积过程稳定性。

附图说明

图1为本发明氧化锆基陶瓷靶材堆垛模型示意图。

图2为本发明氧化锆基陶瓷靶材断口显微组织图(低倍)。

图3为本发明单一掺杂稳定剂氧化锆基陶瓷靶材XRD图。

图4为靶材密度均匀性测试切割示意图一。

图5为靶材密度均匀性测试切割示意图二。

图6为本发明不同原始细粉A、粗颗粒粉末B配比制备的氧化锆基陶瓷靶材密度均匀性图。

具体实施方式

本发明提供一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材，包含：Y₂O₃及ZrO₂，按氧化锆基陶瓷靶材重100％计，Y₂O₃含量为6～9wt％。

进一步的，所述氧化锆基陶瓷靶材还包含以下稳定剂组分：TiO₂ 0.25～2.5wt％、Ta₂O₅ 0.25～2.5wt％、Gd₂O₃ 1.2～5.2wt％、Yb₂O₃ 1.5～5.6wt％。

进一步的，Gd₂O₃和Yb₂O₃的摩尔比为1：1。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子束物理气相沉积用氧化锆基陶瓷靶材的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：分别称取上述的原料粉末；

步骤二：将步骤一中称取的各原料粉末部分在500～700℃下烘干10～12h，获得原始细粉A，原始细粉A的平均粒径为10～30nm；将步骤一中称取的各原料粉末部分在1400～1500℃下烘干1～2h，获得粗颗粒粉末B，粗颗粒粉末B的平均粒径为400～1500nm；

步骤三：将粗颗粒粉末B及原始细粉A按照质量比为9：1～1:1的比例混合，并添加粗颗粒粉末B和原始细粉A的总质量的1～5％的聚乙烯醇作为粘结剂，进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C；

步骤四：将球形团聚粉末C在80～100℃条件下烘干60～120min，放入氯丁橡胶套中，在振动频率10～30Hz，振动时间60～180s条件下振实；

步骤五：使用冷等静压设备在100～150MPa、10～40min或150～200MPa、5～10min条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

步骤六：将陶瓷压坯在1100～1300℃下烧结5～15h，再进行切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

进一步的，氧化锆基陶瓷靶材含有多元稳定剂时，Gd₂O₃和Yb₂O₃的摩尔比为1：1。

进一步的，步骤一中所述的原料粉末均使用化学共沉淀法制备，且原料粉末经过喷雾干燥处理。

进一步的，步骤一中所述的原料粉末平均粒径小于20nm，纯度大于99.9％。

进一步的，步骤三中球形团聚粉末C的粒径为10～150μm，松装密度为1.0～1.5g/cm³，流动性小于120s/50g。

进一步的，所制备的氧化锆基陶瓷靶材密度为3.5～4.5g/cm³，不同部位密度变化小于3％，平均晶粒尺寸小于3μm，尺寸为0.1～10μm的孔隙占比大于90％，碳含量小于0.02wt％，除碳外的杂质总量小于0.1wt％，制得的氧化锆基陶瓷靶材的相结构为单一四方相(单一稳定剂)或四方相和立方相的混合结构(多元稳定剂)。

使用上述方法制备的靶材，成分和显微组织均匀，孔隙尺寸细小且分布均匀，靶材具有良好的抗热震性能，同时通过复合多元稳定剂引入，可以实现高性能热障涂层的制备。

实施例1

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为8.23wt％，ZrO₂含量为91.75wt％，其余杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸18nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在500℃下热处理11h，获得原始细粉A、在1450℃下热处理1.5h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸19nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1000nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比1:1，进行混合球磨、添加3％聚乙烯醇(PVA)粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.19g/cm³，流动性107s/50g

第四步：将球形团聚粉末C在90℃条件下烘干100min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率20Hz，振动时间140s；

第五步：使用冷等静压，在200MPa保压8min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1250℃条件下热处理10h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为3.69g/cm³，靶材不同部位密度变化波动小于3％(靶材切割示意图见图4及图5，圆柱靶材切割成上层、中层、下层三层(每层切割厚度10mm)，如图4所示，每层按照井字形切割，并编号1～9，如图5所示，靶材密度均匀性测试结果见图6)，靶材平均晶粒尺寸为1.5μm，结果见图2。靶材化学成分为ZrO₂含量为91.76wt％、Y₂O₃含量为8.22wt％，靶材碳含量为0.011wt％，除碳外其余杂质总量为0.009wt％，靶材相结构为单一四方相，结果见图3，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比95％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过21次循环后无明显开裂。

实施例2

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为6.05wt％，ZrO₂含量为93.9wt％，其余杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸18nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在500℃下热处理10h，获得原始细粉A、在1400℃下热处理1h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸10nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸415nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比1:1，进行混合球磨、添加1％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.0g/cm³，流动性119s/50g

第四步：将球形团聚粉末C在80℃条件下烘干60min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率10Hz，振动时间180s；

第五步：使用冷等静压，在100MPa保压40min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1100℃条件下热处理15h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为3.51g/cm³，靶材不同部位密度变化小于3％，靶材平均晶粒尺寸为1.5μm。靶材化学成分为ZrO₂含量为93.91wt％、Y₂O₃含量为6.05wt％，靶材碳含量为0.015wt％，除碳外其余杂质总量为0.025wt％，靶材相结构为单一四方相，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比95％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过22次循环后无明显开裂。

实施例3

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为8.95wt％，ZrO₂含量为91.02wt％，其余杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸15nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在700℃下热处理12h，获得原始细粉A、在1500℃下热处理2h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸29nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1490nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比9:1，进行混合球磨、添加5％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.5g/cm³，流动性69s/50g；

第四步：将球形团聚粉末C在100℃条件下烘干120min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率30Hz，振动时间60s；

第五步：使用冷等静压，在150MPa保压10min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1300℃条件下热处理15h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为4.5g/cm³，靶材不同部位密度变化小于1.8％，靶材平均晶粒尺寸为2.9μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为90.95wt％、Y₂O₃含量为8.96wt％，靶材碳含量为0.07wt％，除碳外杂质总量为0.02wt％，靶材相结构为单一四方相，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比97％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过22次循环后无明显开裂。

实施例4

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为8.95wt％，Gd₂O₃含量为5.20wt％，Yb₂O₃含量为5.60wt％，TiO₂含量为2.50wt％，Ta₂O₅含量为2.50wt％，其余为氧化锆，其余杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸17nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在700℃下热处理10h，获得原始细粉A、在1450℃下热处理2h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸25nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1150nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比1:1，进行混合球磨、添加2.5％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.32g/cm³，流动性93s/50g；

第四步：将球形团聚粉末C在100℃条件下烘干120min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率15Hz，振动时间120s；

第五步：使用冷等静压，在200MPa保压5min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1300℃条件下热处理10h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为4.39g/cm³，靶材不同部位密度变化小于2％，靶材平均晶粒尺寸为2.3μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为75.22wt％，Y₂O₃含量为8.95wt％，Gd₂O₃含量为5.19wt％，Yb₂O₃含量为5.59wt％，TiO₂含量为2.49wt％，Ta₂O₅含量为2.48wt％，靶材碳含量为0.012wt％，除碳外杂质总量为0.068wt％，靶材相结构为立方相和四方相混合结构，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比91％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过25次循环后无明显开裂。

实施例5

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为7.12wt％，Gd₂O₃含量为1.20wt％，Yb₂O₃含量为1.50wt％，TiO₂含量为0.25wt％，Ta₂O₅含量为0.25wt％，其余为氧化锆，杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸15nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在700℃下热处理10h，获得原始细粉A、在1500℃下热处理1h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸20nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1215nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比9:1，进行混合球磨、添加3％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.34g/cm³，流动性87s/50g；

第四步：将球形团聚粉末C在80℃条件下烘干120min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率20Hz，振动时间150s；

第五步：使用冷等静压，在180MPa保压8min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1250℃条件下热处理10h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为3.86g/cm³，靶材不同部位密度变化小于2％，靶材平均晶粒尺寸为1.5μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为89.61wt％，Y₂O₃含量为7.12wt％，Gd₂O₃含量为1.21wt％，Yb₂O₃含量为1.51wt％，TiO₂含量为0.26wt％，Ta₂O₅含量为0.25wt％，靶材碳含量为0.018wt％，除碳外杂质总量为0.022wt％，靶材相结构为四方相和立方相混合结构，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比92％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过23次循环后无明显开裂。

实施例6

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为7.91wt％，Gd₂O₃含量为3.22wt％，Yb₂O₃含量为3.48wt％，TiO₂含量为1.25wt％，Ta₂O₅含量为1.6wt％，其余为氧化锆，杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸14nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在700℃下热处理11.5h，获得原始细粉A、在1400℃下热处理1.5h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸28nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1050nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比7:3，进行混合球磨、添加4％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.24g/cm³，流动性小于94s/50g

第四步：将球形团聚粉末C在90℃条件下烘干100min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率20Hz，振动时间150s；

第五步：使用冷等静压，在150MPa保压10min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1275℃条件下热处理14h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为4.22g/cm³，靶材不同部位密度变化小于2％，靶材平均晶粒尺寸为1.5μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为82.46wt％，Y₂O₃含量为7.91wt％，Gd₂O₃含量为3.21wt％，Yb₂O₃含量为3.48wt％，TiO₂含量为1.25wt％，Ta₂O₅含量为1.61wt％，靶材碳含量为0.009wt％，除碳外杂质总量为0.071wt％，靶材相结构为四方相和立方相混合结构，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比94％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过25次循环后无明显开裂。

实施例7

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为6.12wt％，Gd₂O₃含量为2.21wt％，Yb₂O₃含量为2.41wt％，TiO₂含量为1.72wt％，Ta₂O₅含量为1.36wt％，其余为氧化锆，杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸13nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在600℃下热处理11h，获得原始细粉A、在1400℃下热处理1h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸29nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸990nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比6:4，进行混合球磨、添加3％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.23g/cm³，流动性小于92s/50g

第四步：将球形团聚粉末C在90℃条件下烘干100min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率20Hz，振动时间150s；

第五步：使用冷等静压，在120MPa保压30min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1275℃条件下热处理12h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为4.02g/cm³，靶材不同部位密度变化小于2.5％，靶材平均晶粒尺寸为1.4μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为86.08wt％，Y₂O₃含量为6.12wt％，Gd₂O₃含量为2.21wt％，Yb₂O₃含量为2.41wt％，TiO₂含量为1.72wt％，Ta₂O₅含量为1.36wt％，靶材碳含量为0.007wt％，除碳外杂质总量为0.093wt％，靶材相结构为四方相和立方相混合结构，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比95％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过25次循环后无明显开裂。

实施例8

第一步：使用化学合成的原料(原料合成后经过喷雾干燥处理)，原料中Y₂O₃含量为6.54wt％，Gd₂O₃含量为2.91wt％，Yb₂O₃含量为3.16wt％，TiO₂含量为1.82wt％，Ta₂O₅含量为1.75wt％，其余为氧化锆，杂质含量为小于0.1wt％，其中原材料平均颗粒尺寸13nm，纯度大于99.9％；

第二步：将原料粉末在700℃下热处理11h，获得原始细粉A、在1400℃下热处理1.5h，获得粗颗粒粉末B。原始细粉A平均颗粒尺寸27nm，粗颗粒粉末B平均颗粒尺寸1000nm；

第三步：将粗颗粒粉末B和原始细粉A按照质量配比8:2，进行混合球磨、添加2.5％PVA粘结剂，之后进行离心喷雾干燥造粒处理，获得球形团聚粉末C，球形团聚粉末C松装密度为1.19g/cm³，流动性小于94s/50g

第四步：将球形团聚粉末C在90℃条件下烘干100min，之后将球形团聚粉末C放入氯丁胶套中振实，振实频率20Hz，振动时间150s；

第五步：使用冷等静压，在140MPa保压20min的条件下压制成型，获得陶瓷压坯；

第六步：将陶瓷压坯在1280℃条件下热处理12h。再进行端面和圆柱面切削加工处理，获得最终尺寸为68～68.5mm×200mm的电子束物理气相沉积用靶材。

其中，靶材成品的密度为4.11g/cm³，靶材不同部位密度变化小于2％，靶材平均晶粒尺寸为1.6μm，靶材化学成分为ZrO₂含量为83.76wt％，Y₂O₃含量为6.54wt％，Gd₂O₃含量为2.91wt％，Yb₂O₃含量为3.16wt％，TiO₂含量为1.82wt％，Ta₂O₅含量为1.75wt％，靶材碳含量为0.004wt％，除碳外杂质总量为0.056wt％，靶材相结构为四方相和立方相混合结构，靶材孔隙尺寸0.1～10μm占比96％，靶材经过电子束加热形成熔池和冷却后经过25次循环后无明显开裂。

采用上述方法制备氧化锆基陶瓷靶材有以下优点：

(1)化学合成物料，可以保证稳定剂完全进入到氧化锆晶格中，实现原子级合成，保证最终靶材中成分均匀，避免了固相合成工艺固态扩散方式存在游离态稳定剂及成分偏析的缺陷，可以实现成分均匀、无偏析涂层制备；

(2)使用粗颗粒和细颗粒搭配方式，获得组织结构更为均匀的靶材(图1)，利于提高靶材强度和抗热震性能，利用本发明制备的靶材，经过20次以上预热、降温过程(远高于靶材正常使用炉次)，靶材无开裂；同时通过粗细颗粒搭配，粗颗粒在高温烧结过程中形成骨架结构，晶粒间相互连接，细颗粒填充较大孔隙，提高不同部位靶材密度均匀性(不同区域波动＜3％)，同时0.1～10μm孔隙占比达到90％以上，显著提高显微组织均匀性(图2)；

(3)通过上述制备方法，不但可以保证稳定剂均匀分布，同时制备过程中无外来杂质引入，靶材中碳含量小于0.02wt％，除碳外其余杂质总量＜0.1wt％，靶材具有较高的纯度；

(4)针对单一稳定剂和复合稳定剂体系，均能获得与涂层相结构一致的靶材，提高沉积过程稳定性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。