鉬管靶材的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于難熔金屬變形加工領(lǐng)域，特別涉及一種鑰管靶材的制造方法，其特別 適于磁控濺射用。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種類型的濺射薄膜材料無論在半導(dǎo)體集成電路、光碟、平面顯示器以及一般的 玻璃表面涂層方面都有十分廣泛的應(yīng)用。因此，對濺射靶材這一具有高附加值的功能材料 的需求量也逐年增多，因此需要不斷提高濺射靶材的性能，以獲得更優(yōu)的濺射薄膜材料。
[0003] 對于光伏產(chǎn)業(yè)而言，鍍膜玻璃離不開金屬靶材，濺射靶材的使用量及成本占行業(yè) 中相當(dāng)大的比重。光伏技術(shù)分為兩類：一種是結(jié)晶硅(市場份額75%)，另一種則是薄膜（占 25%)。全球光伏產(chǎn)業(yè)對金屬鑰的使用量約為6%，包括鑰粉、鑰化工產(chǎn)品以及各類鑰制品。鑰 制品主要用于濺射靶材FH)和濺射靶材PV。鑰通常用在薄膜CIGS太陽能電池中作為背觸 材料，薄膜CdTe太陽能電池中作為金屬堆疊層。隨著薄膜太陽能技術(shù)的不斷發(fā)展，鑰靶的 市場需求量日益擴(kuò)大。在靶材使用過程中管狀靶的利用率遠(yuǎn)高于平面靶，是其的2倍多，且 使用時間長，換靶周期長，大大縮短了靶材調(diào)整工藝的時間。鑰靶中的雜質(zhì)和缺陷直接影響 薄膜的質(zhì)量，尤其是薄膜的導(dǎo)電性能。而鑰的熔點是2617°C，體心立方結(jié)構(gòu)，高溫下強(qiáng)度高， 變形抗力大，變形過程中容易開裂。所以開發(fā)純度高、低氣體含量、大尺寸的鑰管靶材十分 迫切。
[0004] 目前，制造鑰管靶材的方法有兩種，粉末燒結(jié)法和變形法：
[0005] (1)粉末燒結(jié)法：目前粉末燒結(jié)法有兩種，一種是采用一定粒度的鑰粉，經(jīng)混粉，裝 粉，冷等靜壓成型，燒結(jié)，再經(jīng)機(jī)械加工制成成品。該方法的優(yōu)點是工藝流程短，易于控制； 該方法的缺點是產(chǎn)品密度低，孔隙率高，成品長度短(僅能做到2米以內(nèi)）。另外一種是如公 開號CN101642813A的專利申請中所采用的方法：采用一定粒度的鑰粉，加入水基結(jié)合劑， 混合均勻后，離心成型，脫膠，預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)，再經(jīng)機(jī)械加工成成品。該方法工藝流程長，產(chǎn)品 密度更低，燒結(jié)過程中橢圓度和平直度不宜控制，由于加入了水基結(jié)合劑，氣體（C、N、0)含 量偏高，純度亦會降低，不適合生產(chǎn)鑰管靶。
[0006] (2)變形法：如公開號CN101259584A中所采用的方法：采用粉末燒結(jié)法制成鑰管 坯，經(jīng)鍛造，擠壓，熱處理，機(jī)械加工成成品。該方法的優(yōu)點是可生產(chǎn)出大尺寸的鑰管靶，密 度達(dá)到9. 9~10. 2g/cm3。該方法的缺點是工藝流程長，鍛造時會有材料損耗，鍛造后擠壓 前仍然需要機(jī)械加工，材料利用率低；由于鑰是體心立方結(jié)構(gòu)，塑性較差，鍛造時容易開裂； 另外鍛造工序也限制了鑰擠壓坯的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鑰管靶材的制造方法，該方法 工藝簡單，生產(chǎn)成本低，靶材純度高，密度高，氧含量低，成品尺寸大，其靶材特別適合于磁 控濺射用。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種鑰管靶材的制造方法，該方法以鑰粉為原料，依次包括鑰錠的制備步驟、一次 機(jī)械加工步驟、擠壓步驟、熱處理步驟以及二次機(jī)械加工成成品步驟，其中 ：
[0010] 在所述一次機(jī)械加工步驟中，按擠壓要求將所述鑰錠加工成具有規(guī)定內(nèi)孔和外圓 的圓柱形徒述；
[0011] 在所述擠壓步驟中，將一次機(jī)械加工后的錠坯在900~1600°C條件下保溫0. 5~ 2h后進(jìn)行擠壓成型，變形量不小于70% ;
[0012] 在所述熱處理步驟中，將擠壓成型后的鑰荒管在真空、惰性或氫氣氣氛下，在 1250~1450°C保溫0. 5~4小時，然后隨爐冷卻。
[0013] 為了更加詳細(xì)的對上述方法進(jìn)行說明，上述方法可以示例性地描述為：
[0014] 在所述擠壓步驟中，將一次機(jī)械加工后的錠坯在900°C、950°C、980°C、1100°C、 11601：、12001：、13001：、14001：、15501：或15801：條件下保溫111、1.211、1.511或1.811后進(jìn)行 擠壓成型，變形量72%、75%、80%、85%或90% ;
[0015] 在所述熱處理步驟中，將擠壓成型后的鑰荒管在真空、惰性或氫氣氣氛下，在 1260°C、1290°C、1360°C、14KTC或 1440°C保溫 0· 6h、Ih、2h、3h 或 4h，然后隨爐冷卻。
[0016] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述一次機(jī)械加工步驟中，所述錠坯的 長度不大于1000mm，示例性地，長度可以是900mm、800mm或700mm。
[0017] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述擠壓步驟中，將一次機(jī)械加工后的 錠坯在1550°C -1600°C條件下保溫1~2h后進(jìn)行擠壓成型，所述變形量為70%-90%，在上述 優(yōu)選溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓更利于錠坯的變形；在上述變形量范圍內(nèi)，靶材晶粒度可以保證 不大于50 μ m。
[0018] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述熱處理步驟中，所述保溫時間為 2-4h〇
[0019] 在上述方法中，所述鑰錠的制備方法沒有特別的限制，但是為了實現(xiàn)成品靶材的 高純度并具有均勻的晶粒組織，所述鑰錠優(yōu)選是采用真空熔煉或粉末冶金方法獲得，其純 度可達(dá)到99. 95%以上。所述真空熔煉方法或粉末冶金方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的工藝。 但是為了進(jìn)一步保證成品鑰管靶材的氧含量低于50ppm，更優(yōu)選鑰錠按照以下工藝制備即 在所述鑰錠制備步驟中：采用粒度為2~4 μ m、純度為99. 98%以上的鑰粉為原料，裝粉后 在200~250MPa下冷等靜壓，然后經(jīng)整形再在2300~2400°C溫度下通氫氣保溫8~12小 時進(jìn)行燒結(jié)，所述氫氣流量為3~5m 3/h，冷卻后出爐，從而得到中空的管狀鑰錠。示例性地， 在所述鑰錠制備步驟中，裝粉后在200MPa、210MPa、220Mpa、230MPa、240MPa或250MPa下冷 等靜壓，整形后在2300°C、2350°C或2400°C溫度下通氫氣保溫8小時、9小時、10小時、11小 時或12小時，氫氣流量為3m 3/h、4m3/h或5m3/h，冷卻后出爐，得到中空的管狀鑰錠。為了更 進(jìn)一步使成品靶材的晶粒組織均勻以及降低氧含量，在所述鑰錠的制備步驟中，裝粉后在 220Mpa~250MPa下冷等靜壓，然后經(jīng)整形再在2300°C~2350°C溫度下通氫氣保溫10~ 12小時，所述氫氣流量為3m 3/h~4m3/h，冷卻后出爐，從而得到中空的管狀鑰錠。
[0020] 本發(fā)明采用真空熔煉方法或粉末冶金方法獲得的中空管狀鑰錠純度很高，由于在 機(jī)械加工和擠壓過程中不會引入雜質(zhì)，所以保證了鑰管靶的純度，可達(dá)到99. 95%以上，另 外，如采用上述優(yōu)選鑰錠制備步驟來完成其制備，可將成品靶材中的氧含量降低至50ppm 以下；采用擠壓的方法既可以保證材料充分密實，又可以生產(chǎn)出長達(dá)6米的鑰管靶，縮短了 工序，提高了材料利用率；擠壓后的熱處理步驟可以消除應(yīng)力、控制成品靶材的微觀組織。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低，靶材純度高，密度高，氧含量 低，成品長度大、組織均勻、晶粒細(xì)小的優(yōu)點。上述優(yōu)點具體如下：燒結(jié)時通入大量氫氣來降 低了鑰錠坯的氧含量，并將其控制在50ppm以下；僅采用擠壓方法，省去了鍛造工序，縮短 了生產(chǎn)周期，降低了能耗，提高了材料利用率，節(jié)省了生產(chǎn)成本；靶材的純度可達(dá)99. 95%以 上；密度在10. 2g/cm3以上；成品的長度可達(dá)6米；平均晶粒度為50 μ m以下。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例1得到的鑰管靶材的金相組織圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明對比例1得到的鑰管靶材的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0025] 實施例1-3是根據(jù)本發(fā)明所述的磁控濺射用鑰管靶的制造方法，制備了 3種規(guī)格 的鑰管靶。
[0026] 實施例1
[0027] 本實施例制備的鑰管靶材成品（即中空的圓柱形靶材）的規(guī)格為：外圓/內(nèi)孔直徑 為 155/125mm ;長度為 6000mm。
[0028] 具體制備方法如下：
[0029] (1)鑰錠的制