一種高性能鉭濺射靶材制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于粗瓣射祀材制備技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種高性能粗瓣射祀材制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬粗具有高熱導(dǎo)性、高熱穩(wěn)定性和對(duì)外來原子的阻擋作用，對(duì)銅的惰性強(qiáng)，銅和 粗之間也不形成化合物，因此使用粗瓣射祀材制備薄膜作為防止銅擴(kuò)散的阻擋層成為首 選。然而，高純粗金屬具有硬化速率慢的特點(diǎn)，使得粗鑄錠很難均勻變形，純粗金屬在變形 過程中容易出現(xiàn)權(quán)皺，產(chǎn)生帶狀結(jié)構(gòu)，祀材內(nèi)部中會(huì)出現(xiàn)晶粒的分層現(xiàn)象。運(yùn)種結(jié)構(gòu)在后續(xù) 的社制過程中很難消除，對(duì)瓣射薄膜的均勻性產(chǎn)生影響。在粗作為阻擋層用于深填孔的使 用情況下，瓣射薄膜的均勻性通常要達(dá)到5% W下。為了提高瓣射薄膜均勻性，W往的研究 表明，祀材內(nèi)部的晶粒尺寸要細(xì)小、分布均勻，瓣射面具有較強(qiáng)的<111〉擇優(yōu)取向。為了解決 運(yùn)些問題，CN101857950B中對(duì)高純粗瓣射祀材采用多次鍛造，結(jié)合中間退火，然后采用冷社 或熱社制備祀材，最后進(jìn)行真空再結(jié)晶熱處理，來控制祀材內(nèi)部微觀組織。專利US2015/ 0211107A1中對(duì)鑄錠進(jìn)行熱鍛，同時(shí)采用表面涂覆玻璃粉的方式保護(hù)鑄錠，來提高內(nèi)部組織 的均勻性。運(yùn)兩種方法相對(duì)復(fù)雜，組織均勻性很難控制，而粗材料采用熱變形時(shí)鑄錠發(fā)生嚴(yán) 重氧化，生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)，即使采用表面保護(hù)在強(qiáng)變形過程中鑄錠與模具之間的接觸摩擦 也會(huì)使保護(hù)層失效，并且熱變形會(huì)使位錯(cuò)塞積難度增大，使晶粒長(zhǎng)大或均勻性變差。專利 US6331233B1中將粗錠的鍛造比提高到3,并進(jìn)行多次變形，W此來消除鑄錠中變形的條帶 組織，提高祀材微觀組織的均勻性。專利CN101704187B中采用旋鍛的方法來提高鑄錠變形 均勻性。運(yùn)兩種方法在實(shí)際生產(chǎn)中工藝難度較大。專利US20030089429采用粉末冶金的方 法，采用高純粗粉通過熱壓的方式成型，運(yùn)種方法制備的粗祀，可能會(huì)出現(xiàn)祀材無法完全致 密與氧含量偏高的問題，并且祀材瓣射面的取向很難控制，運(yùn)樣會(huì)降低瓣射薄膜的質(zhì)量?；?于W上問題，本發(fā)明提出一種可有效控制高純粗瓣射祀材微觀組織，制備高性能祀材的方 法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了 一種高性能粗瓣射祀材制備方法。
[0004] -種高性能粗瓣射祀材制備方法，包括W下步驟：
[0005] a.對(duì)高純粗鑄錠進(jìn)行冷卻鍛造，使鍛造過程中鑄錠表面溫度^ 100°C，細(xì)化鑄錠組 織，并防止鑄錠表面氧化，所述高純粗的純度^ 99.99% ;
[0006] b.對(duì)鑄錠進(jìn)行米字交叉社制，即首先沿第一方向1進(jìn)行多次社制，再轉(zhuǎn)至第二方向 2進(jìn)行多次社制，第一方向1和第二方向2夾角為90%然后再轉(zhuǎn)至第Ξ方向3進(jìn)行多次社制， 第Ξ方向3與第一方向1或第二方向2的夾角為45%最后轉(zhuǎn)至第四方向4進(jìn)行多次社制，第四 方向4與第Ξ方向3的夾角為90°，形成米字交叉社制；
[0007] C.對(duì)社制后的祀巧進(jìn)行再結(jié)晶退火；
[000引d.最后對(duì)再結(jié)晶的粗板進(jìn)行機(jī)加工。
[0009] 步驟a中所述冷卻鍛造采用風(fēng)冷或水冷。
[0010] 步驟a中所述冷卻鍛造進(jìn)行多次，中間退火在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，退火溫 度為800 ~1200°C。
[0011] 步驟b中所述多次社制為2~5次，每次社制的變形量控制在10%~25%，米字交叉 社制的總變形量>70%。
[0012] 步驟C中所述再結(jié)晶退火在真空或惰性氣體保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行，退火溫度為800~ 1200°C。
[0013] 瓣射祀材的晶粒尺寸< 80皿，分布均勻，瓣射面的擇優(yōu)取向<111〉的含量> 50%， 縱截面的擇優(yōu)取向<110〉的含量控制在20%~40%，在極圖中呈圓周均勻分布;祀材瓣射薄 膜的厚度跳動(dòng)范圍為± 3 % W下。
[0014] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明制備的高性能粗瓣射祀材，晶粒尺寸含80μπι，分布均 勻。瓣射面的<111〉擇優(yōu)取向達(dá)到50% W上，縱截面的擇優(yōu)取向<110〉的含量控制在20%~ 40%，且在縱截面的圓周方向均勻分布，使祀材瓣射薄膜的均勻性進(jìn)一步提高，厚度跳動(dòng)范 圍為±3%W下。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一種高性能粗瓣射祀材的制備方法流程圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明中粗錠社制方向示意圖。
[0017] 圖3為實(shí)施例1中鍛造后粗錠外觀圖。
[0018] 圖4為實(shí)施例1中粗瓣射祀材縱截面金相圖。
[0019 ]圖5為實(shí)施例1中粗瓣射祀材瓣射面< 110〉取向分布的極圖。
[0020]圖6為對(duì)比例1中鍛造后粗錠外觀圖。
[0021 ]圖7為對(duì)比例1中粗瓣射祀材縱射面金相圖。
[0022] 圖8為對(duì)比例2中粗瓣射祀材瓣射面<110〉取向分布的極圖。
[0023] 圖9為本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)制備的粗瓣射祀材瓣射面取向分布直方圖對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明 僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0025] 由于高純粗金屬內(nèi)不易形成位錯(cuò)塞積，硬化速率慢。特別是純度含4N時(shí)，鑄錠在鍛 造過程中容易出現(xiàn)變形不均勻，導(dǎo)致祀材中形成條帶結(jié)構(gòu)。另外，鑄錠變形升溫就可W發(fā)生 氧化，形成表面硬化層，硬化層的厚度大約為1~2mm。硬化層的形成會(huì)使鑄錠整體變形不均 勻，會(huì)導(dǎo)致組織均勻性差。硬化層的存在還會(huì)增加加工難度，使得車削量大，嚴(yán)重浪費(fèi)材料。 鑄錠變形時(shí)內(nèi)部升溫使得位錯(cuò)塞積不易形成，同樣導(dǎo)致鍛造組織不均勻。因此，為了減少粗 金屬運(yùn)種組織不均勻性，避免變形條帶產(chǎn)生，需要提高粗錠鑄的變形性能，可W采用提高應(yīng) 變速率和降低變形溫度兩種方法。
[0026] 采用快鍛提高應(yīng)變速率的方法會(huì)導(dǎo)致粗鑄錠表層與屯、部的組織出現(xiàn)明顯差異，不 適合粗金屬的鍛造。因此，本發(fā)明采用冷卻鍛造方法，降低變形溫度，提高材料的硬化速率， 避免鑄錠表面與屯、部溫度過度升高，w此來提高鑄錠整體變形組織均勻性，獲得細(xì)小、均勻 性的再結(jié)晶組織，并防止鑄錠表面氧化。同時(shí)，還可W降低祀材加工難度與加工量，避免材 料浪費(fèi)。鍛造過程中的冷卻方法包括兩種，分別為風(fēng)冷和水冷。風(fēng)冷方式為采用低溫強(qiáng)烈冷 風(fēng)直吹鑄錠，降低鑄錠變形過程中產(chǎn)生的熱量，使鑄錠溫度含l〇〇°C。水冷方式為常溫的水 噴淋鑄錠，使鑄錠溫度控制在l〇〇°CW內(nèi)。為了能夠充分細(xì)化晶粒，可進(jìn)行多次的鍛造，中間 通過熱處理使鑄錠發(fā)生再結(jié)晶，在真空或惰性氣體保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行退火，溫度為800~1200 °C，運(yùn)樣可W減少鍛造過程中的條帶組織，提高鑄錠中微觀組織的均勻。
[0027] 高純粗鑄錠經(jīng)過鍛造與退火后需要進(jìn)行社制，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，控制擇優(yōu)取向。根 據(jù)報(bào)道，瓣射面具有較強(qiáng)的<111〉取向可W提高薄膜瓣射均勻性。本發(fā)明研究中的大量實(shí)驗(yàn) 證明，通過采用單一方向多次社制，"米"字形多向交叉的方式社制，獲得較強(qiáng)的<111〉取向。 圖2為本發(fā)明中高純粗錠社制方向示意圖，按圖2中所示首先沿第一方向1進(jìn)行多次社制，根 據(jù)鑄錠尺寸可W為2~5次，再沿第二方向2進(jìn)行多次社制，可W為2~5次，第一方向1和第二 方向2夾角為90%然后再轉(zhuǎn)至第Ξ方向3,第Ξ方向3與第一方向1或第二方向2的夾角為 45°，進(jìn)行多次社制，次數(shù)可W為2~5次，最后轉(zhuǎn)向第四方向4,第四方向4與第Ξ方向3夾角 為90%社制次數(shù)可W為2~5次。運(yùn)種社制方式可W使粗的晶粒得到充分轉(zhuǎn)動(dòng)，得到所需的 擇優(yōu)取向。社制道次變形量控制在10 %~25 %，總變形量在70 % W上，通過社制使鑄錠內(nèi)部 晶粒得到進(jìn)一步細(xì)化。社制后的祀巧進(jìn)行再結(jié)晶退火，在真空或惰性氣體保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行， 溫度為800~1200°C，得到的祀材內(nèi)部為穩(wěn)定的等軸晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸<80μπι。祀材在縱截 面形成<110〉擇優(yōu)取向，含量控制在20%~40%，在極圖中呈圓周分布，運(yùn)樣可W使祀材在 圓周方向各向異性減小，同時(shí)保證瓣射面<111〉取向含量含50%。本方法可W提高祀材瓣射 薄膜的均勻性。
[0028] 本發(fā)明工藝流程如圖1所示，W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中工藝流程進(jìn)行描述，說明 工藝的可行性。實(shí)施例中選擇電子束烙煉高純粗金屬鑄錠，純度含99.99%，鑄錠為圓柱形， 尺寸為巫150mm X 100mm。
[0029] 實(shí)施例一
[0030] 1.將鑄錠在循環(huán)冷風(fēng)條件下進(jìn)行軸向、徑向模鍛，鍛造過程中鑄錠溫度含100°C， 完成兩次鍛造。鑄錠中間退火溫度900°C。
[0031] 2.進(jìn)行米字交叉社制，每個(gè)方向社制2次轉(zhuǎn)向，道次變形量15%，總變形量含70%， 目的是利用變形過程進(jìn)一步細(xì)化晶粒，控制祀材擇優(yōu)取向。
[0032] 3.真空再結(jié)晶退火，退火溫度1100°C，得到均勻、細(xì)化的再結(jié)晶微觀組織。
[0033] 4.將制備板巧加工成祀材成品。
[0034] 圖3為鍛造后鑄錠外觀，從圖中可W看出鑄錠變形規(guī)整。再結(jié)晶后的縱截面微觀組 織結(jié)果見圖4,可W看出在晶粒尺寸得到明顯細(xì)化，平均晶粒尺寸為78.5μπι，并且尺寸分布 均勻。其他結(jié)果見表1，晶粒尺寸分布標(biāo)準(zhǔn)差8.33。瓣射面的< 111〉取向?yàn)?