CN103757596A - 一种铌靶材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铌靶材的制备方法，包括以下步骤：a）将铌锭进行退火处理，将退火后的铌锭进行钻孔；b）将步骤a）得到的铌锭进行预热，在预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；c）将步骤b）得到的铌锭进行加热，将加热后的铌锭表面再次涂覆玻璃粉；d）将步骤c）得到的铌锭进行扩孔；将热扩孔后的铌管进行加热，将加热后的铌管进行挤压。本发明在铌靶材的制备过程中，通过采用钻孔与扩孔相结合的方式对铌靶材进行制孔，避免了长时间钻孔原料浪费的问题，同时缩短了铌靶材的制孔周期。

Description

一种铌靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种铌靶材的制备方法。

背景技术

靶材是一种具有高附加值的特种电子材料，用于溅射尖端技术的薄膜材料。根据应用领域的不同，靶材主要包括半导体领域应用靶材、记录介质用靶材、显示薄膜用靶材、先进触控屏及显示器、光学靶材以及超导靶材等。其中半导体领域应用靶材、记录介质用靶材和显示靶材是市场规模最大的三类靶材。靶材形状有长方形、正方形、圆柱体和不规则形状。长方体、正方体和圆柱体形状靶材为实心，溅射过程中，圆环形永磁体在靶材表面建立环形磁场，在轴间等距离的环形表面上形成刻蚀区，其缺点是薄膜沉积厚度均匀性不易控制，靶材的利用率较低，仅为20%～30%。目前国内外都在推广应用旋转空心圆管磁控溅射靶，其优点是靶材可绕固定的条状磁铁组件旋转，因而360°靶面可被均匀刻蚀，利用率高达70%。

目前空心圆管磁控溅射靶中心孔的制备一般为钻床钻孔或线切割制孔。但是铌属于稀有难熔金属，以挤压坯料650mm长度计算，如果采用钻孔铌材会以屑的形式浪费掉80kg；如果采用线切割的形式制孔，中间芯棒还可以再次利用，节省了原材料的浪费，但是制孔的加工周期非常长，加工长度650mm、Φ110～130mm的1节坯料就需要4周时间，无法满足加工周期。基于以上问题，本发明提供了一种既节省了原材料而且加工周期短的制孔方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种铌靶材的制备方法，通过本发明提供的制备方法能够缩短铌靶材的制孔周期且节省原料，并且铌靶材的内部组织均匀细小。

有鉴于此，本申请提供了一种铌靶材的制备方法，包括以下步骤：

a）将铌锭进行退火处理，将退火后的铌锭进行钻孔；

b）将步骤a）得到的铌锭进行预热，在预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；

c）将步骤b）得到的铌锭进行加热，将加热后的铌锭表面再次涂覆玻璃粉；

d）将步骤c）得到的铌锭进行扩孔，将扩孔后的铌管进行加热，将加热后的铌管进行挤压。

优选的，步骤a）中所述铌锭中铌的含量大于且等于99.95wt%。

优选的，步骤a）中所述铌锭的制备过程具体为：

将五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将所述氧化铌依次在水平炉与电子束炉中熔炼，得到第一铌锭；

将所述第一铌锭进行第一次预热，在第一次预热后的铌锭的表面涂抹玻璃粉，然后将所述铌锭进行热锻，将热锻后的铌锭进行酸洗，得到铌锭。

优选的，所述第一次预热的温度优选为200℃～300℃；

所述热锻的温度为400℃～500℃，所述热锻的时间为3～4h；

所述酸洗的酸液为盐酸、氢氟酸与硫酸的混合溶液。

优选的，所述退火处理的温度为900℃～1100℃，所述退火处理的时间为60min～120min。

优选的，步骤c）中所述加热的温度为1000℃～1500℃，所述加热的时间为2min～10min。

优选的，步骤d）中所述加热的温度为1100℃～1400℃，所述加热的时间为5min～10min。

优选的，所述挤压的挤压比大于且等于5，挤压***大于240mm，挤压机吨位大于且等于3000吨。

本申请提供了一种铌靶材的制备方法，首先将铌锭进行退火，将退火后的铌锭进行钻孔；再将钻孔后的铌锭进行预热，预热后在铌锭表面涂覆玻璃粉；然后将铌锭加热，在加热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；最后将铌锭进行扩孔，并将扩孔后的铌管依次进行加热与挤压，则得到铌靶材。本申请在铌靶材制孔的过程中，通过先将铌锭进行钻孔，使铌锭具有尺寸较小的孔径，再在钻有小孔的铌管的基础上进行扩孔；通过配合钻孔与扩孔，避免了长时间钻孔原料浪费的问题，同时先钻孔后扩孔的方式，使铌靶材的制孔周期缩短。另一方面，本申请在铌靶材制备过程中，将退火后的铌锭进行钻孔，使钻孔容易实现，并在钻孔之后进行预热与加热，消除钻孔过程中的应力，然后进行的扩孔，在节省原料的基础上也能够保证铌管坯变形均匀，最后将扩孔后的铌管坯进行挤压，保证了铌靶材内部组织的均匀细小。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的铌靶材的金相照片；

图2为本发明实施例2制备的铌靶材的金相照片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种铌靶材的制备方法，包括以下步骤：

a）将铌锭进行退火处理，将退火后的铌锭进行钻孔；

b）将步骤a）得到的铌锭进行预热，在预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；

c）将步骤b）得到的铌锭进行加热，将加热后的铌锭表面再次涂覆玻璃粉；

d）将步骤c）得到的铌锭进行扩孔；将扩孔后的铌管进行加热，将加热后的铌管进行挤压。

本申请提供了一种铌靶材的制备方法，即铌靶材的制孔方法。本发明通过采用钻孔与扩孔相结合的方式对铌锭进行制孔，使铌靶材的制孔过程既避免了原料的浪费又缩短了加工周期；同时本申请在铌靶材制孔过程中，在铌锭钻孔前进行退火处理；在钻孔之后扩孔之前进行加热与涂覆玻璃粉，并且在扩孔之后进行加热与挤压，从而铌锭经过扩孔之后仍能保证材料变形均匀，并且使制备的铌靶材内部组织均匀细小。

按照本发明，在制备铌靶材的过程中，首先将铌锭进行退火处理，以消除铌锭加工过程中的内应力，同时使退火后的铌锭硬度***，使钻孔更容易进行。为了便于铌靶材的制孔，并且保证制备的铌靶材具有较好的内部组织，所述铌锭的制备过程具体为：

将五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将所述氧化铌依次在水平炉与电子束炉熔炼，得到第一铌锭；

将所述第一铌锭进行第一次预热，在预热后的铌锭的表面涂抹玻璃粉，然后将所述铌锭进行热锻，将热锻后的铌锭进行酸洗，得到铌锭。

在上述制备铌锭的过程中，所述第一次预热消除铌锭熔炼过程中产生的组织缺陷，以保证制备的铌靶材内部组织。本申请优选在第一次预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉，能够避免铌锭锻造过程中的析氢吸氧。为了消除熔炼过程中铌锭内部的粗大晶粒，本申请还对铌锭进行了锻造。在锻造之后为了消除锻造过程中铌锭表面的杂质，本申请对所述锻造后的铌锭进行了酸洗。按照本发明，所述第一次预热的温度优选为200℃～300℃；所述热锻的温度优选为400℃～500℃，热锻的时间优选为3～4h；所述酸洗的酸液优选为盐酸、氢氟酸与硫酸的混合溶液；其中，所述氢氟酸为市售的氢氟酸，其质量分数为35.35wt%，所述盐酸为市售的盐酸，其浓度为37wt%，所述硫酸为市售的硫酸，所述硫酸的浓度为20wt%。本申请所述铌锭中铌的含量优选≥99.95wt%。

在铌锭准备工序完成之后，本申请则将所述铌锭进行退火处理，所述退火处理一方面能够去除锻造加工过程中的内应力，同时退火后的铌锭硬度***，使钻孔加工更容易实现。所述退火处理的温度优选为900℃～1100℃，退火处理的时间优选为60min～120min。

按照本发明，铌锭经过退火处理后，将其进行钻孔，得到铌管坯。本发明所述钻孔是将退火后的铌锭先钻一尺寸较小的孔，即相当于铌靶材中心孔的导盲孔，为后续的扩孔作准备。为了防止铌管坯在后续加工过程中发生析氢吸氧，造成铌管坯表面污染，则将所述铌管坯的表面涂覆玻璃粉。在涂覆玻璃粉之前，为了保证玻璃粉能够涂敷于铌管坯的表面，将所述铌管坯进行预热。所述预热的温度优选小于100℃，更优选为70～90℃。本发明优选在所述铌管坯的内外表面以及两端头涂抹玻璃粉。所述玻璃粉的厚度优选小于1mm。

然后将涂抹玻璃粉后的铌管坯进行热扩孔。按照本发明，在扩孔之前首先将铌管坯进行加热，以使扩孔更容易进行，同时能够保证扩孔过程中材料变形均匀。所述加热的温度优选为1000℃～1500℃，所述加热的时间优选为2min～10min。为了避免在扩孔过程中铌管坯发生析氢吸氧，本申请在所述加热后的铌管坯的表面涂覆玻璃粉；在铌管坯表面涂覆玻璃粉同时也能在扩孔过程中起到充分润滑的作用，使扩孔更容易进行。在扩孔的准备工作完成之后，则将表面涂覆玻璃粉的铌管坯进行扩孔，所述扩孔是将本发明的上述铌管坯进行一次性扩孔，使扩孔后的铌管达到铌靶材需要的尺寸。所述扩孔采用的是现有技术中扩孔常用的扩孔设备，本申请对所述扩孔设备没有特别的限制。本申请所述扩孔是在导盲孔的基础上进行再次制孔，其在节省原材料的基础上还能够保证材料变形均匀，使挤压后的铌管坯内部组织均匀细小。

按照本发明，最后将扩孔后的铌管坯再次加热，以消除扩孔过程中产生的残余应力，同时为后续挤压做准备。所述再次加热的温度优选为1100℃～1400℃，所述加热的时间优选为5min～10min。将加热后的铌管坯进行挤压，所述挤压机的吨位优选≥3000吨，挤压比优选≥5，挤压***大于240mm。

本申请提供了一种铌靶材的制备方法，包括以下步骤：a）将铌锭进行退火处理，将退火后的铌锭进行钻孔；b）将步骤a）得到的铌锭进行预热，在预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；c）将步骤b）得到的铌锭进行加热，将加热后的铌锭表面再次涂覆玻璃粉；d）将步骤c）得到的铌锭进行扩孔；将热扩孔后的铌管进行加热，将加热后的铌管进行挤压。本申请在制备铌靶材即铌靶材制孔的过程中，通过先将铌锭进行钻孔，使铌锭具有尺寸较小的孔径，再在钻有小孔的铌管的基础上进行扩孔，通过钻孔与扩孔配合采用，避免了长时间钻孔原料浪费的问题，同时先钻孔后扩孔的方式，使铌靶材的制孔周期缩短。另一方面，本申请在铌靶材制备过程中，将退火后的铌锭进行钻孔，使钻孔容易实现，并在钻孔之后进行预热与加热，消除钻孔过程中的应力，然后进行的扩孔，在节省原料的基础上也能够保证铌管坯变形均匀，最后将扩孔后的铌管进行挤压，保证了铌靶材内部组织的均匀细小。实验结果表明，按照本发明的方法制备铌靶材，加工周期仅为1周。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铌靶材的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例一

步骤一、五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将氧化铌分别在水平炉熔炼和电子束炉熔炼，得到直径为Φ190mm、长度为410mm，化学成分为Nb≥99.95wt%的铌锭坯；再将铌锭坯预热至200℃，涂抹玻璃粉，然后将铌锭坯加热至400℃，保温3h，对铌锭轴向镦粗至210mm，拔长至200×200×290mm，要求锻后铌锭的尺寸为：Φ200×370mm；然后对锻后铌锭进行酸洗：HCl：HF：H₂SO₄=5：3：2（体积比），酸洗时间10分钟，去除表面杂质及玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

步骤二、将步骤一得到的铌锭坯进行热处理：热处理温度为1000℃，保温时间为60min；

步骤三、通过车床对步骤二得到的铌锭坯进行车削外表面及两端头，去除缺陷后进行钻孔，得到外径为195mm，内径为29mm，长度为350mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

步骤四、将步骤三得到的铌管坯进行预热，预热温度为90℃，预热后在铌管坯料内外表面及两端头涂抹玻璃粉；

步骤五、将步骤四得到的铌管坯转至中频感应炉中进行加热，加热温度为1050℃，保温10分钟；

步骤六、将步骤五得到的铌管坯二次滚涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制在1～2mm之间，保证滚涂均匀无孔隙；

步骤七、将在步骤六得到的铌管坯传送至扩孔筒内进行扩孔，此扩孔机吨位应大于1000吨。扩孔后得到外径为220mm，内径为90mm，长度为320mm的铌管坯；

步骤八、将步骤七得到的铌管坯进行二次加热，加热温度为1200℃，保温10分钟；

步骤九、将步骤八得到的铌靶坯进进行挤压，挤压机吨位大于3000吨，挤压后得到外径为160mm，内径为85mm，长度为700mm的铌靶材。如图1所示，图1为本实施例制备的铌靶材的金相照片。

实施例二

步骤一、五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将氧化铌分别在水平炉熔炼和电子束炉熔炼，得到直径为230mm、长度为380mm，化学成分为Nb≥99.95wt%的铌锭坯；将铌锭坯预热至240℃，涂抹玻璃粉，锭材加热至410℃，保温3h，对铌锭坯轴向镦粗至280mm，拔长至200×200×390mm；最后要求铌锭锻后尺寸为：Φ190×550mm；然后对锻后铌锭进行酸洗：HCl：HF：H₂SO₄=5：3：2（体积比），酸洗时间10分钟，去除表面杂质及玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

步骤二、将步骤一得到的铌锭坯进行热处理：热处理温度为900℃，保温时间为100min；

步骤三、通过车床对步骤二得到的铌锭坯车削外表面及两端头，去除缺陷后进行钻孔，得到外径为180mm，内径为30mm，长度为540mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

步骤四、将步骤三得到的铌管坯进行预热，预热温度为80℃，预热后在铌管坯料内外表面及两端头涂抹玻璃粉；

步骤五、将步骤四得到的铌管坯转至中频感应炉中进行加热，加热温度为1250℃，保温10分钟；

步骤六、将步骤五得到的铌管坯二次滚涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制在1～2mm之间，保证滚涂均匀无孔隙；

步骤七、将在步骤六得到的铌管坯传送至扩孔筒内进行扩孔，此扩孔机吨位应大于1000吨。扩孔后得到外径为Φ210mm，内径为90mm，长度为470mm的铌管坯；

步骤八、将步骤七得到的铌管坯进行二次加热，加热温度为1100℃，保温10分钟；

步骤九、将步骤八得到的铌靶坯进进行挤压，挤压机吨位应大于3000吨，挤压后得到外径为140mm，内径为80mm，长度为1280mm的铌靶材。如图2所示，图2为本实施例制备的铌靶材的金相照片。由图1与图2可知，本发明制备的铌靶材的内部组织均匀细小。

实施例三

步骤一、五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将氧化铌分别在水平炉熔炼和电子束炉熔炼，得到直径为290mm、长度为300mm，化学成分为Nb≥99.95wt%的铌锭坯；并将铌锭坯预热至300℃，涂抹玻璃粉，锭材加热至420℃，保温3.5h，对铌锭坯轴向镦粗至200mm，拔长至250×250×310mm；最后要求锻后铌锭的尺寸为：Φ230×470mm；对锻后铌锭进行酸洗：HCl：HF：H₂SO₄=5：3：2（体积比），酸洗时间10分钟，去除表面杂质及玻璃粉，肉眼观察铌金属光泽无杂斑即可；

步骤二、将步骤一得到的铌锭坯进行热处理：热处理温度为1100℃，保温时间为120min；

步骤三、通过车床对步骤二得到的铌锭坯进行车削外表面及两端头，去除缺陷后进行钻孔，得到外径为220mm，内径为35mm，长度为460mm，一端头倒外角30mm×45°的铌管坯；

步骤四、将步骤三得到的铌管坯进行预热，预热温度为80℃，预热后在铌管坯料内外表面及两端头涂抹玻璃粉；

步骤五、将步骤四得到的铌管坯转至中频感应炉中进行加热，加热温度为1450℃，保温10分钟；

步骤六、将步骤五得到的铌管坯二次滚涂玻璃粉，玻璃粉厚度控制在1～2mm之间，保证滚涂均匀无孔隙；

步骤七、将在步骤六得到的铌管坯传送至扩孔筒内进行扩孔，此扩孔机吨位应大于1000吨。扩孔后得到外径为230mm，内径为126mm，长度为585mm的铌管坯；

步骤八、将步骤七得到的铌管坯进行二次加热，加热温度为1400℃，保温10分钟；

步骤九、将步骤八得到的铌靶坯进进行挤压，挤压机吨位应大于3000吨，挤压后得到外径为165mm，内径为120mm，长度为1680mm的铌靶材。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种铌靶材的制备方法，包括以下步骤：

a）将铌锭进行退火处理，将退火后的铌锭进行钻孔；

b）将步骤a）得到的铌锭进行预热，在预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉；

c）将步骤b）得到的铌锭进行加热，将加热后的铌锭表面再次涂覆玻璃粉；

d）将步骤c）得到的铌锭进行扩孔，将扩孔后的铌管进行加热，将加热后的铌管进行挤压。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述铌锭中铌的含量大于且等于99.95wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述铌锭的制备过程具体为：

将五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌，将所述氧化铌依次在水平炉与电子束炉中熔炼，得到第一铌锭；

将所述第一铌锭进行第一次预热，在第一次预热后的铌锭的表面涂抹玻璃粉，然后将所述铌锭进行热锻，将热锻后的铌锭进行酸洗，得到铌锭。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次预热的温度优选为200℃～300℃；

所述热锻的温度为400℃～500℃，所述热锻的时间为3～4h；

所述酸洗的酸液为盐酸、氢氟酸与硫酸的混合溶液。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为900℃～1100℃，所述退火处理的时间为60min～120min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c）中所述加热的温度为1000℃～1500℃，所述加热的时间为2min～10min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d）中所述加热的温度为1100℃～1400℃，所述加热的时间为5min～10min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤压的挤压比大于且等于5，挤压***大于240mm，挤压机吨位大于且等于3000吨。

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