本發(fā)明屬于粉末冶金，涉及一種鎢硅合金，尤其涉及一種鎢硅合金粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體工業(yè)是信息化時(shí)代的核心產(chǎn)業(yè)。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，集成電路作為半導(dǎo)體工業(yè)的主要產(chǎn)品也逐漸趨向多功能化和精細(xì)化。濺射薄膜是半導(dǎo)體元件的重要組成之一，一般由靶材濺射得到。鎢硅合金靶材是一種新型的合金靶材，作為一種真空濺鍍的良好導(dǎo)體，可以用于電子?xùn)砰T材料及電子薄膜領(lǐng)域。鎢硅薄膜具有高電導(dǎo)率、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域。

2、為了使鎢硅合金靶材在進(jìn)行真空濺射時(shí)發(fā)揮良好的性能，一般要求鎢硅靶材具有較高的致密度，無內(nèi)部缺陷，內(nèi)部游離硅細(xì)小，分布均勻。因此，需要從原材料上提高靶材的性能。

3、合金粉是制備靶材的主要原材料，在粉末冶金領(lǐng)域粉末粒度嚴(yán)重影響粉末冶金制品的各項(xiàng)性能，如何得到粒度均勻的合金粉末一直是困擾粉末冶金領(lǐng)域的一個(gè)難題。w與si單質(zhì)反應(yīng)可以得到鎢硅合金，但si與w熔點(diǎn)相差較大通過熔煉制備會(huì)導(dǎo)致硅單質(zhì)大量揮發(fā)造成原材料的浪費(fèi)，如何更高的效制備鎢硅合金也顯的尤為重要。

4、利用合金粉制備相應(yīng)合金塊體可以很好的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，提升產(chǎn)品的合金化程度，另外，合金粉還可以降低產(chǎn)品的制備難度，減少原材料的消耗和浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。

5、因此，有必要提供一種可以調(diào)控合金粉末質(zhì)量和性能的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鎢硅合金粉末的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法成本低廉，且能有效控制合金粉末粒徑，從而減少原材料的消耗和浪費(fèi)，達(dá)到降本增效的效果。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種鎢硅合金粉末的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

4、(1)混合鎢粉和硅粉，而后進(jìn)行煅燒處理，得到鎢硅合金；

5、(2)球磨破碎處理步驟(1)所得鎢硅合金，得到所述鎢硅合金粉末；

6、所述煅燒處理包括依次進(jìn)行的一次煅燒、二次煅燒、三次煅燒和冷卻處理。

7、本發(fā)明中首先通過對(duì)鎢和硅的二元合金相圖，設(shè)計(jì)得到合理的階段性煅燒處理工藝路線，得到松散程度較好的鎢硅合金，而后結(jié)合球磨破碎處理實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎢硅合金粉末的均勻可控，可以很好地滿足不同制品對(duì)粉末粒徑的要求，從而得到性能優(yōu)良的合金；且本發(fā)明提供的制備方法成本低廉，具有優(yōu)異的工業(yè)化應(yīng)用前景。

8、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(1)所述鎢粉和硅粉的質(zhì)量比為1:10～30，例如可以是1:10、1:14、1:18、1:22、1:26或1:30，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

9、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(1)所述混合采用v型混粉機(jī)進(jìn)行。

10、優(yōu)選地，步驟(1)所述混合的時(shí)間為12～24h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

11、本發(fā)明通過v型混粉機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎢粉和硅粉的完全混合，但是混合時(shí)間不宜過長(zhǎng)，避免硅粉發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。

12、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(1)所述鎢粉的粒徑范圍≤80μm，例如可以是80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm或20μm，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用；優(yōu)選為50～60μm。

13、優(yōu)選地，步驟(1)所述硅粉的粒徑范圍≤100μm，例如可以是100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm或20μm，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用；優(yōu)選為60～80μm。

14、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(1)所述煅燒處理在無氧環(huán)境下進(jìn)行。

15、優(yōu)選地，所述無氧環(huán)境包括氮?dú)鈿怏w環(huán)境和/或惰性氣體環(huán)境。

16、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，所述一次煅燒的升溫速率為8～10℃/min，例如可以是8℃/min、8.4℃/min、8.8℃/min、9.2℃/min、9.6℃/min或10℃/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

17、優(yōu)選地，所述一次煅燒的煅燒溫度為900～1100℃，例如可以是900℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

18、優(yōu)選地，所述一次煅燒的保溫時(shí)間為50～70min，例如可以是50min、54min、58min、62min、66min或70min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

19、本發(fā)明中，所述一次煅燒起到低溫到高溫的緩沖臺(tái)階的作用，使設(shè)備均勻進(jìn)入高溫階段；所述一次煅燒的煅燒溫度過高會(huì)導(dǎo)致原子提前發(fā)生擴(kuò)散，產(chǎn)生部分合金化，煅燒溫度過低則無法實(shí)現(xiàn)緩沖效果；所述一次煅燒的升溫速率過高會(huì)導(dǎo)致煅燒爐內(nèi)部發(fā)生充溫過程，過低則會(huì)延長(zhǎng)煅燒時(shí)間造成浪費(fèi)。

20、優(yōu)選地，所述二次煅燒的升溫速率為3～5℃/min，例如可以是3℃/min、3.4℃/min、3.8℃/min、4.2℃/min、4.6℃/min或5℃/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

21、優(yōu)選地，所述二次煅燒的煅燒溫度為1200～1280℃，例如可以是1200℃、1220℃、1240℃、1260℃或1280℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

22、優(yōu)選地，所述二次煅燒的保溫時(shí)間為20～40min，例如可以是20min、24min、28min、32min、36min或40min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

23、本發(fā)明中，所述二次煅燒的作用為：提供材料發(fā)生擴(kuò)散的激活能。

24、優(yōu)選地，所述三次煅燒的升溫速率為3～5℃/min，例如可以是3℃/min、3.4℃/min、3.8℃/min、4.2℃/min、4.6℃/min或5℃/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

25、優(yōu)選地，所述三次煅燒的煅燒溫度為1320～1380℃，例如可以是1320℃、1340℃、1360℃或1380℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

26、優(yōu)選地，所述三次煅燒的保溫時(shí)間為5.5～6.5h，例如可以是5.5h、5.7h、5.9h、6.1h、6.3h或6.5h，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

27、本發(fā)明中，所述三次煅燒的作用為：使w、si發(fā)生合金化反應(yīng)，產(chǎn)生wsi2相所述三次煅燒中的升溫速率過高會(huì)導(dǎo)致si大量損耗，升溫速率過低則會(huì)導(dǎo)致w、si合金化速率較慢；所述三次煅燒的煅燒溫度過高會(huì)導(dǎo)致煅燒時(shí)間增長(zhǎng)，si大量蒸發(fā)，煅燒溫度過低則會(huì)導(dǎo)致無法完全發(fā)生合金化。

28、優(yōu)選地，所述冷卻處理的終點(diǎn)溫度為350～400℃，例如可以是350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

29、本發(fā)明所述煅燒處理在高溫馬弗爐中進(jìn)行，通過連續(xù)三次階梯式煅燒處理制備得到松散程度較好的鎢硅合金。

30、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)所述球磨破碎處理包括依次進(jìn)行的一次球磨和二次球磨。

31、本發(fā)明通過球磨破碎處理實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟(1)所得鎢硅合金的破碎和研磨，得到合金粉末，實(shí)現(xiàn)對(duì)合金粉末粒徑的均勻可控。

32、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，所述一次球磨的轉(zhuǎn)速為150～160r/min，例如可以是150r/min、152r/min、154r/min、156r/min、158r/min或160r/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

33、優(yōu)選地，所述一次球磨的時(shí)間為50～70min，例如可以是501min、54min、58min、62min、66min或70min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

34、本發(fā)明通過高速的一次球磨實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎢硅合金的破碎，若轉(zhuǎn)速過高會(huì)導(dǎo)致球磨罐內(nèi)能力較高，粉末發(fā)生板結(jié)、沉底現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速過低則會(huì)導(dǎo)致顆粒破碎不徹底。

35、優(yōu)選地，所述二次球磨的轉(zhuǎn)速為100～120r/min，例如可以是100r/min、104r/min、108r/min、112r/min、116r/min或120r/min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

36、優(yōu)選地，所述二次球磨的時(shí)間為2～3h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h或3h，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用。

37、本發(fā)明通過低速的二次球磨實(shí)現(xiàn)了對(duì)合金粉末粒徑的均勻可控，若轉(zhuǎn)速過高會(huì)導(dǎo)致能量較大，粉末粒徑進(jìn)一步減小，粉末粒徑過小會(huì)導(dǎo)致粉末在破碎過程中出現(xiàn)團(tuán)聚和沉底現(xiàn)象，增大取粉難度和產(chǎn)生粉末報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)；轉(zhuǎn)速過低則會(huì)導(dǎo)致粉末破碎均勻度得不到改善，粒徑分布較分散。

38、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)所述球磨破碎處理中所用研磨球與步驟(1)所述鎢硅合金的質(zhì)量比為3～5:1，例如可以是3:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1或5:1，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其他未被列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為4:1。

39、本發(fā)明所述球磨破碎處理中的球料比為3～5:1，若研磨球用量過低會(huì)導(dǎo)致無法達(dá)到破碎效果，研磨球質(zhì)量過高則會(huì)增大研磨球磨損程度，增大雜質(zhì)含量，另外也會(huì)大大增大罐體自重，加大球磨的操作難度。

40、優(yōu)選地，步驟(2)所述球磨破碎處理中所用研磨球包括氧化鋯球。

41、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明提供的鎢硅合金粉末的制備方法包括如下步驟：

42、(1)在v型混粉機(jī)中以1:10～30的質(zhì)量比混合粒徑≤80μm的鎢粉和粒徑≤100μm的硅粉12～24h，而后在無氧環(huán)境下進(jìn)行煅燒處理，得到鎢硅合金；

43、所述煅燒處理包括依次進(jìn)行的一次煅燒、二次煅燒、三次煅燒和冷卻處理；所述一次煅燒的升溫速率為8～10℃/min，煅燒溫度為900～1100℃，保溫時(shí)間為50～70min；所述二次煅燒的升溫速率為3～5℃/min，煅燒溫度為1200～1280℃，保溫時(shí)間為20～40min；所述三次煅燒的升溫速率為3～5℃/min，煅燒溫度為1320～1380℃，保溫時(shí)間為5.5～6.5h；

44、(2)以3～5:1的質(zhì)量比混合研磨球和步驟(1)所得鎢硅合金依次進(jìn)行的一次球磨和二次球磨，得到所述鎢硅合金粉末；

45、所述一次球磨的轉(zhuǎn)速為150～160r/min，時(shí)間為50～70min；所述二次球磨的轉(zhuǎn)速為100～120r/min，時(shí)間為2～3h。

46、本發(fā)明所述的數(shù)值范圍不僅包括上述例舉的點(diǎn)值，還包括沒有例舉出的上述數(shù)值范圍之間的任意的點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡(jiǎn)明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

48、(1)采用本發(fā)明提供的制備方法得到的鎢硅合金粉末的粒度均勻，滿足制備鎢硅合金靶材的使用要求；

49、(2)本發(fā)明提供的制備方法流程簡(jiǎn)單，成本低廉，具有優(yōu)異的工業(yè)化應(yīng)用前景。