CN109778126A - 一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，通过冷等静压压型‑烧结‑热等静压压型‑热轧制‑退火‑机加工的工艺流程来制备钼靶材，钼靶材先通过热等静压处理后，对钼靶材坯料进行了第一次致密化处理，然后将该坯料进行热轧处理，对钼靶材坯料进行了第二次致密化处理，最后经过950‑1100℃，保温60‑90min的退火处理及机械加工等工序获得所需性能的钼靶材。本发明的制备方法能够制作出高纯度(纯度达到99.9％以上))、全致密(密度达到99.9％以上)、超细晶(晶粒度小于20μm)的钼靶材，可满足要求越来越高的溅射工艺，提高薄膜溅射速度，改善钼金属溅射薄膜的质量，提高薄膜性能。

Description

一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法

技术领域

本发明属于溅射靶材制备技术领域，具体涉及一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法。

背景技术

近些年，随着太阳能电池、平板显示器、半导体集成电路等领域技术不断的发展，通过溅射沉积制得的薄膜由于具有致密度高，与基体材料间附着性好，因此在这些领域得到了广泛的应用。钼金属溅射膜由于具有低电阻率、较强的热稳定性、较好的耐腐蚀性以及良好的环保性能，使得这种薄膜在太阳能电池、平板显示器、半导体集成电路等领域市场前景广阔。

目前，制备溅射镀膜用钼靶材的方法有多种，如烧结法、电子束熔炼、热等静压法等，但是对于上述方法都各有优缺点，都不能很好地满足大面积镀膜实际应用的需求。其中电子束熔炼成本高，操作复杂，熔炼后的钼坯金属晶粒粗大，后续加工困难，很难保证产品靶材要求的细小均匀的晶粒组织；采用烧结法生产的靶材孔洞缺陷较多，致密度不足，生产的靶材在使用过程中容易发生微粒飞溅等问题；采用热等静压法无法生产出较大尺寸靶材，据相关资料表明采用该方法制备的靶材长度未能超过2m。

在溅射过程中，如果靶材中夹杂物的数量过多或分布不均，往往会在晶圆上形成微粒，导致溅射厚度不均匀或溅射效率较低，严重影响到薄膜性能。另外，薄膜溅射的速率与钼靶材的结晶结果和晶粒尺寸有关，钼原子最容易沿原子六方最紧密排列方向择优溅射出来，同时细小尺寸的晶粒靶的溅射速率也较粗晶粒靶块，因此提升钼靶材的溅射速率和改善其质量可通过改变靶材的晶粒结构、提升靶材纯度和细化晶粒等途径实现，但是对于现有技术制备具有择优取向的钼靶材非常的困难，因此制备高纯度、细晶粒的钼靶材成了大家研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，这种方法采用热等静压结合轧制的方式实施，可用于薄膜溅射中钼靶材的制造，制得的钼靶材具有高纯度(纯度达到99.9％以上)、高致密度(密度达到99.9％以上)、超细晶(晶粒度小于20μm)等特点，可满足高要求溅射镀膜的需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，所述钼靶材的制备方法包括以下步骤：

(1)冷等静压压型

选取钼粉，将准备好的钼粉装入到模具中，然后放入冷静压设备中进行冷等静压压型处理，卸压后得到冷等静压坯体；

(2)烧结

将冷等静压坯体采用感应烧结方式在烧结炉中进行烧结，烧结炉中通入还原性气体，冷却后得到烧结坯体；

(3)热等静压压型

将烧结完成的烧结坯体进行机械加工整形，整形之后采用热等静压压型进行第一次致密化处理，在热等静压设备中进行热等静压压型，并通入惰性气体，防止坯体氧化及杂质混入，保温后冷却，然后将坯体取出，得到第一次致密化坯体；

(4)热轧

将热等静压压型后的第一次致密化坯体进行热轧处理，得到第二次致密化坯体；

(5)退火

将热轧后的第二次致密化坯体进行再结晶退火处理，形成钼靶材板材；

(6)机械加工

将钼靶材板材进行机械加工，切割成所需尺寸，并磨削至所需厚度，得到钼靶材。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，所述热等静压压型过程中选取的压力为150-200MPa，加热温度为1450-1500℃，保温保压3-4h。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，在所述烧结炉中进行烧结的温度为1950-2050℃，升温速率为3-5℃/min，并在该温度下保温1-10h。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，所述步骤(4)中热轧处理时的热轧温度是1000-1100℃。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，所述步骤(4)中热轧采用的轧制方式为一火两道次的轧制方式。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，热轧中所述轧制方式的单道次轧制变形量为20-25％，轧制加工的总变形量为60-70％。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，所述步骤(4)中热轧采用的轧机为宽幅2100mm四辊可逆式轧机。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，在将所述钼靶材板材进行步骤(6)机械加工之前还包括：

无损探伤检查，通过超声波设备对钼靶材板材进行探伤，检查其内部是否存在裂纹、分层等缺陷。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，所述钼粉的钼含量≥99.95％，费氏粒度为3.0-3.8μm，松装密度为4.0-8.0g/cm³。

在如上所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，优选，将热轧后的所述第二次致密化坯体进行退火处理的退火温度为950-1100℃，保温时间60-90min。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明的钼靶材通过冷等静压-烧结-热等静压-热轧制-退火-机加工的工艺流程来制备钼靶材，钼靶材先通过1450-1500℃，150-200MPa，保温保压3-4h热等静压处理后，对钼靶材坯料进行了第一次致密化处理，然后采用热轧工艺将该坯料进行1000-1100℃的轧制处理，对钼靶材坯料进行了第二次致密化处理，最后经过950-1100℃，保温60-90min的退火处理及机械加工等工序获得所需性能的钼靶材。

采用本发明提供的钼靶材制作方法，能够制作出高纯度(纯度达到99.9％以上))、全致密(密度达到99.9％以上)、超细晶(晶粒度小于20μm)的钼靶材，可满足要求越来越高的溅射工艺，提高薄膜溅射速度，改善钼金属溅射薄膜的质量，提高薄膜性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的钼靶材的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例1的钼靶材的显微组织图；

图3为本发明实施例2的钼靶材的显微组织图；

图4为本发明对照例1的钼靶材的显微组织图；

图5为本发明对照例2的钼靶材的显微组织图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供的一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，通过冷等静压压型-烧结-热等静压-热轧制-退火-机加工的工艺流程来制备大尺寸钼靶材，钼靶材先通过热等静压处理后，对钼靶材坯料进行了第一次致密化处理，以获取细小均匀的晶粒度在7级以上的晶粒组织，同时第一次致密化坯体的致密度达到90％以上；然后采用大压缩比可逆式连轧工艺将该坯料进行热轧处理，对钼靶材坯料进行了第二次致密化处理，轧制加工的总变形量大，适合制备出大尺寸的靶材，然后再经过950-1100℃，保温60-90min的再结晶退火处理，消除组织变形应力使组织再结晶，同时细化晶粒，最后机械加工成所需要尺寸厚度和表面光滑度的钼靶材。

通过本发明制备工艺制备的钼靶材的能够达到全致密(密度达到99.9％以上)、靶材纯度高(纯度达到99.9％以上)、超细晶(晶粒度小于20μm)的钼靶材，满足严格的溅射工艺要求，制备出高品质的溅射薄膜。

本发明提供的一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)冷等静压压型

选取钼粉，将准备好的钼粉装入到模具中，然后放入冷静压设备中进行进行冷等静压压型处理，卸压后得到冷等静压坯体；

优选地，钼粉的钼含量≥99.95％，满足GB/T3461-2006国家标准费氏粒度为3.0-3.8μm，松装密度为4.0-8.0g/cm³，并在钼粉使用之前使用标准筛过滤出大颗粒粒径的钼粉。

优选地，冷等静压压型后的冷等静压坯体的密度不低于40％。

(2)烧结

将冷等静压坯体采用感应烧结方式进行烧结，烧结炉中通入还原性气体，冷却后得到烧结坯体；

优选地，将冷等静压坯体放入至中频感应烧结炉中进行烧结，烧结温度为1950-2050℃(比如1950℃、1960℃、1970℃、1980℃、1990℃、2000℃、2010℃、2020℃、2030℃、2040℃、2050℃)，保温时间1-10h(比如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h)，升温速率为3-5℃/min(比如3℃/min、4℃/min、5℃/min)。

烧结温度和升温速率主要影响靶材烧结坯体的晶粒尺寸和排杂情况(对于靶材坯体纯度影响较大)，一般来说烧结温度高，板坯晶粒偏粗，升温速率影响的是整个烧结时间，烧结时间不充分的话会影响到靶材最终的纯度，使杂质含量偏高，本发明的靶材坯体在烧结温度和升温速率两个参数的综合作用下，获得细小晶粒组织和高纯度。

优选地，烧结后的烧结坯体的密度不低于90％。

(3)热等静压压型

将烧结完成的烧结坯体进行机械加工整形，整形之后采用热等静压压型进行第一次致密化处理，在热等静压设备中进行热等静压压型，在热等静压压型过程中设备中通入惰性气体，防止坯体氧化及杂质混入，保温后冷却，然后将坯体取出，得到第一次致密化坯体；

优选地，通入热等静压设备中的惰性气体为氩气。

优选地，热等静压压型过程中选取的压力为150-200MPa(比如152MPa、154MPa、155MPa、160MPa、165MPa、170MPa、175MPa、180MPa、185MPa、190MPa、195MPa)，加热温度为1450-1500℃(比如1452℃、1454℃、1456℃、1458℃、1500℃)，保温保压3-4h(比如3.2h、3.4h、3.6h、3.8h)。

(4)热轧

将热等静压压型后的第一次致密化坯体放入轧机进行热轧，进行第二次致密化处理，得到第二次致密化坯体；

优选地，将第一次致密化坯体放入轧机进行热轧的温度是1000-1100℃(比如1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃)。

优选地，根据热等静压处理后的第一次致密化坯体以及成品的尺寸调整轧制道次。

优选地，热轧采用的轧制方式为一火两道次的轧制方式。采用单向顺轧的方式进行轧制。

优选地，热轧中轧制方式的单道次轧制变形量为20-25％(比如21％、22％、23％、24％、25％)，轧制加工的总变形量为60-70％(比如60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％)。大尺寸钼靶材的轧制在采用单道次大轧制变形量的同时需要进行多火轧制，每火之间需要回炉，相当于也是对靶材进行退火以消除轧制过程中产生的应力，避免产生裂纹。

优选地，热轧采用的轧机为2100mm宽四辊轧机，该轧机为高刚度轧机，能够提供较大的轧制力，能够采用低温轧制获取细小的晶粒组织，同时2100mm宽可轧制更宽幅的靶材坯体。高刚度四辊轧机可以避免靶材坯体轧制时发生“轧不动”再回炉现象，对于获取靶材细晶粒具有很大帮助。

优选地，在热轧之后的第二次致密化坯体还经过了校平处理，便于靶材获得更高的平面度。

(5)退火

将热轧后的第二次致密化坯体进行再结晶退火处理，形成钼靶材板材；

优选地，将热轧后的第二次致密化坯体进行退火处理的退火温度为950-1100℃(比如950℃、980℃、1000℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃)，保温时间60-90min(比如62min、65min、70min、72min、75min、80min、85min、88min)。

(6)机械加工

将钼靶材板材进行机械加工，切割成所需尺寸，并磨削至所需厚度。

优选地，在将钼靶材板材进行机械加工之前还包括：无损探伤检查，通过超声波设备对钼靶材板材进行探伤，检查其内部是否存在裂纹、分层等缺陷，检测合格后再进行机械加工。

实施例1

本发明实施例制备的钼靶材成品规格为：长3430mm，宽400mm，厚18mm。

如图1所示，本发明实施例提供的一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)钼粉分析和粉末的准备

采用ICP原子吸收光谱仪及碳氧分析仪等设备分析钼粉的纯度，要求Mo含量≥99.5％，控制杂质元素的含量处于下述范围：

C<0.003；O<0.1；N<0.001；S<0.001；Fe<0.003；Sn<0.0005；Ni<0.003；Sb<0.01；Si<0.002；Cd<0.0005；Al<0.001；Ca<0.0015；Mg<0.002；Cu<0.001；W<0.02；Pb<0.0005；Bi<0.0005。

在粒度标准上满足GB/T3461-2006国家标准，费氏粒度为3.0-3.8μm，松装密度为4.0-8.0g/cm³。选取采用中值为3μm的钼粉，纯度≥99.95％，然后采用200目的标准筛，对钼粉进行筛选，过滤掉大尺寸的钼粉。

(2)冷等静压压型

将准备好的钼粉装入塑胶模具中，然后放入冷等静压设备中进行压制成所需要的尺寸，液压成型后的靶材坯体的密度不低于40％。

(3)中频感应烧结

将冷压成型后的靶材坯体放入到中频炉中进行烧结，以5℃/min的升温速率升温至2050℃，并在该温度下保温5h，并通入的H₂作为还原气体，确保靶材坯体在烧结过程中不发生氧化，烧结后的靶材坯体的密度不低于90％。

(4)热等静压压型

对烧结完成的烧结坯体进行机械加工，确保坯体具有良好的平整度和板形，以便后续热等静压压型工序的进行；

把经过烧结的靶材坯体放入到热等静压机中进行第一次致密化处理，调节热等静压压机温度为1450℃，压力200MPa，保温保压时间为4h，然后随炉冷却至室温出炉，整个热等静压处理在氩气气氛中进行，热等静压后的靶材坯体尺寸为：长1000-1100mm，宽450-500mm，厚60-65mm。

本发明中进行了热等静压成型，钼粉坯体在冷等静压成型过程中进行了坯体成型，而冷静压成型是在常温下进行，当压力到达一定程度金属钼粉想要再进一步压缩致密会比较困难，而经过热等静压处理后，在加热高温的条件下压缩，更有利于压缩变形，靶材坯体在高温和压力作用下进一步致密化处理，可以达到致密度更高的坯体，坯体颗粒之间空隙被压缩，有利于后续轧制处理时晶粒细化，晶粒不易长大，不容易形成粗晶。

(5)四辊轧机热轧

将热等静压压型后的第一次致密化坯体放入轧机中进行热轧的轧制温度为1000℃，然后将坯体放置进入2100mm宽轧机进行热轧，进行第二次致密化处理，采用单向顺轧的方式，一火两道次(即从加热炉中拿出连续轧制两次)的轧制方式；单道次的压缩比为25％，经过两火次的轧制，轧制加工的总变形量为65-70％，得到第二次致密化坯体。

本发明中采用2100mm宽四辊轧机进行轧制，轧制能力大，压缩变形能力高，在低温下大压缩比可逆式连轧工艺，单道次的压缩比能够达到25％，轧制加工的总变形量达到65-70％，采用大的压缩比这样可以减少回炉次数和回炉时间，较少的回炉次数就能够达到坯体的尺寸要求，避免晶粒在回炉时粗化长大。本发明采用的轧机为MESTA 2100mm轧机。

(6)再结晶退火

将热轧后的第二次致密化坯体进行再结晶退火处理，退火温度为1000℃，保温60min，形成钼靶材板材。

(7)校平处理

将热轧后的钼靶材通过11辊校平机进行校平处理，校平温度设置为950-1000℃，防止靶材产生内伤，校平处理的目的是获得较高的靶材平面度，便于加工和使用。

(8)无损探伤检查

针对校平处理后的钼靶材板材进行无损探伤检查，通过超声波设备对靶材进行探伤，检查其内部是否存在裂纹、分层等缺陷，挑选出靶材内部组织结晶性能良好，无分层、裂纹等缺陷的优质钼靶材板材部分，校平处理后的钼靶材板材基本无分层、裂纹缺陷。

(9)机械加工

通过水刀将钼靶材板材加工到成品所需要的尺寸，同时使用磨床将靶材表面平磨到要求尺寸和精度。最终制备成长3430mm，宽400mm，厚18mm的钼靶材。实施例1中的钼靶产品为长条靶，该产品的特点为长度方向比较长，热轧时采用单向顺轧的方式，即沿着长度方向一直顺轧，最终获得本实施例中的钼靶材。

对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.9％，如图2所示，为对钼靶材通过显微观察得到的晶粒图，平均晶粒尺寸为17.8μm。

本实施例中制备的钼靶材的主要杂质含量：C<0.002；O<0.003；N<0.001；S<0.001；Fe<0.002；Sn<0.0005；Ni<0.001；Sb<0.001；Si<0.001；Cd<0.0005；Al<0.001；Ca<0.001；Mg<0.001；Cu<0.001；W<0.012；Pb<0.0005；Bi<0.0005；钼靶材的纯度为99.9％。

实施例2

本发明实施例制备的钼靶材成品规格为：长2300mm，宽1800mm，厚14mm。

本发明实施例提供的一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)钼粉分析和粉末的准备

采用ICP原子吸收光谱仪及碳氧分析仪等设备分析钼粉的纯度，要求Mo含量≥99.5％，控制杂质元素的含量处于下述范围：

C<0.003；O<0.1；N<0.001；S<0.001；Fe<0.003；Sn<0.0005；Ni<0.003；Sb<0.01；Si<0.002；Cd<0.0005；Al<0.001；Ca<0.0015；Mg<0.002；Cu<0.001；W<0.02；Pb<0.0005；Bi<0.0005。

在粒度标准上满足GB/T3461-2006国家标准，费氏粒度为3.0-3.8μm，松装密度为4.0-8.0g/cm³。选取采用中值为3μm的钼粉，纯度≥99.95％，然后采用200目的标准筛，对钼粉进行筛选，过滤掉大尺寸的钼粉。

(2)冷等静压压型

将准备好的钼粉装入塑胶模具中，然后放入冷等静压设备中进行压制成所需要的尺寸，液压成型后的靶材坯体的密度不低于40％。

(3)中频感应烧结

将冷压成型后的靶材坯体放入到中频炉中进行烧结，以5℃/min的升温速率升温至1950℃，并在该温度下保温8h，并通入的H₂作为还原气体，确保靶材坯体在烧结过程中不发生氧化，烧结后的靶材坯体的密度不低于90％。

(4)热等静压压型

对烧结完成的烧结坯体进行机械加工，确保坯体具有良好的平整度和板形，以便后续热等静压压型工序的进行；

把经过烧结的靶材坯体放入到热等静压机中进行第一次致密化处理，调节热等静压压机温度为1500℃，压力200MPa，保温保压时间为3h，然后随炉冷却至室温出炉，整个热等静压处理在氩气气氛中进行，热等静压后的靶材坯体尺寸为：长1100-1200mm，宽900-1000mm，厚50-55mm。

本发明中进行了热等静压成型，钼粉坯体在冷等静压成型过程中进行了致密化成型，而冷静压成型是在常温下进行，当压力到达一定程度金属钼粉想要再进一步压缩致密会比较困难，而经过热等静压处理后，在加热高温的条件下压缩，更有利于压缩变形，靶材坯体在高温和压力作用下进一步致密化处理，可以达到致密度更高的坯体，坯体颗粒之间空隙被压缩，有利于后续轧制处理时晶粒细化，晶粒不易长大，不容易形成粗晶。

(5)四辊轧机热轧

将热等静压压型后的第一次致密化坯体放入轧机进行热轧的轧制温度为1100℃，然后将坯体放置进入2100mm宽轧机进行热轧，进行第二次致密化处理，采用交叉轧制的方式(把坯料旋转90°后再轧，接着再调90°进行轧制)，一火连轧两道次(即从加热炉中拿出连续轧制两次)的轧制方式；单道次的压缩比为25％，经过两火次的轧制，轧制加工的总变形量为65-70％，得到第二次致密化坯体。

本发明中采用2100mm宽四辊轧机进行轧制，轧制能力大，压缩变形能力高，在低温下大压缩比可逆式连轧工艺，单道次的压缩比能够达到25％，轧制加工的总变形量达到65-70％，采用大的压缩比这样可以减少回炉次数和回炉时间，较少的回炉次数就能够达到坯体的尺寸要求，避免晶粒在回炉时粗化长大。

(6)再结晶退火

将热轧后的第二次致密化坯体进行再结晶退火处理，退火温度为1300℃，保温60min，形成钼靶材板材。

(7)校平处理

将热轧后的钼靶材通过11辊校平机进行校平处理，校平温度设置为950-1000℃防止靶材产生内伤，校平处理的目的是获得较高的靶材平面度，便于加工和使用。

(8)无损探伤检查

针对校平处理后的钼靶材板材进行无损探伤检查，通过超声波设备对靶材进行探伤，检查其内部是否存在裂纹、分层等缺陷，挑选出靶材内部组织结晶性能良好，无分层、裂纹等缺陷的优质钼靶材板材部分，校平处理后的钼靶材板材基本无分层、裂纹缺陷。

(9)机械加工

通过水刀将钼靶材板材加工到成品所需要的尺寸，同时使用磨床将靶材表面平磨到要求尺寸。最终制备成长2300mm，宽1800mm，厚14mm的钼靶材。实施例2中的钼靶产品为方靶，该产品的特点为宽幅，热轧时采用交叉轧制特点，即轧制过程中有调向(并非沿着长度方向一直轧)，最终获得本实施例中的钼靶材。

对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.9％，如图3所示，为对钼靶材通过显微观察得到的晶粒图，平均晶粒尺寸为17.4μm。

本实施例中制备的钼靶材的主要杂质含量：C<0.002；O<0.003；N<0.001；S<0.001；Fe<0.002；Sn<0.0005；Ni<0.001；Sb<0.001；Si<0.001；Cd<0.0005；Al<0.001；Ca<0.001；Mg<0.001；Cu<0.001；W<0.012；Pb<0.0005；Bi<0.0005；钼靶材的纯度为99.9％。

实施例3

本实施例中将实施例1中频感应烧结时的升温速率更改为4℃/min，保温时间更改为10h，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

本实施例中最终制备成长3430mm，宽400mm，厚18mm的钼靶材。对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.9％，平均晶粒尺寸为19.2μm，且靶材内部组织结晶性能良好，无分层、裂纹等缺陷。

实施例4

本实施例中将实施例2中四辊轧机热轧过程中的单道次压缩比更改为22％，一火连轧两道次，共需轧制2火次，轧制加工的总变形量为65-70％，其他方法步骤与实施例2相同，在此不再赘述。

本实施例中最终制备成长2300mm，宽1800mm，厚14mm的钼靶材。对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.9％，平均晶粒尺寸为19.8μm，且靶材内部组织结晶性能良好，无分层、裂纹等缺陷。

对照例1

本对照例中将实施例1中的步骤(4)热等静压压型省略，即不进行热等静压压型，其他步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

本对照例中最终制备成长3430mm，宽400mm，厚18mm的钼靶材。对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.86％，如图4所示，为对钼靶材通过显微观察得到的晶粒图，平均晶粒尺寸为64.7μm。

对照例2

本对照例将实施例2中的步骤(5)四辊轧机热轧过程中的单道次压缩比控制为18％，采用一火两道次，经过3火次的轧制方式，轧制加工的总变形量为65-70％，其他方法步骤与实施例2相同，在此不再赘述。

本实施例中最终制备成长2300mm，宽1800mm，厚14mm的钼靶材。对本实例生产的钼靶材进行取样并观察溅射面的晶粒尺寸，经评定，本实例生产的钼靶材的纯度为99.9％，相对密度为99.89％，如图5所示，为对钼靶材通过显微观察得到的晶粒图，平均晶粒尺寸为36μm，靶材内部组织结晶性能良好，无分层、裂纹等缺陷。

综上所述：本发明制备的钼靶材是一种大尺寸的钼靶材，同时具备高致密度、超细晶且结晶性能良好，能够满足越来越高的溅射镀膜要求。本发明中的制备方法中采用两次致密化处理靶材坯料，首先使用热等静压压型，在高温和压力下使得金属钼颗粒进一步压缩，提高坯体的致密度，其次使用四辊轧机热轧工艺进行第二次致密化处理坯料，并使用较大压缩比，减少了坯料回炉次数和回炉时间，避免晶粒在回炉时粗化长大，最后经过再结晶退火处理和机械加工能够获得致密度高，晶粒细小，表面平整的钼靶材。

本发明中的制备工艺简单，方便操作，可以获得高纯度(纯度达到99.9％以上))、全致密(密度达到99.9％以上)、超细晶(晶粒度小于20μm)的钼靶材，能够满足高精度镀膜要求，提高了钼靶材的溅射速度，改善了溅射镀膜的质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述钼靶材的制备方法包括以下步骤：

(1)冷等静压压型

选取钼粉，将准备好的钼粉装入到模具中，然后放入冷静压设备中进行冷等静压压型处理，卸压后得到冷等静压坯体；

(2)烧结

将冷等静压坯体采用感应烧结方式在烧结炉中进行烧结，烧结炉中通入还原性气体，冷却后得到烧结坯体；

(3)热等静压压型

将烧结完成的烧结坯体进行机械加工整形，整形之后采用热等静压压型进行第一次致密化处理，在热等静压设备中进行热等静压压型，并通入惰性气体，防止坯体氧化及杂质混入，保温后冷却，然后将坯体取出，得到第一次致密化坯体；

(4)热轧

将热等静压压型后的第一次致密化坯体进行热轧处理，得到第二次致密化坯体；

(5)退火

将热轧后的第二次致密化坯体进行再结晶退火处理，形成钼靶材板材；

(6)机械加工

将钼靶材板材进行机械加工，切割成所需尺寸，并磨削至所需厚度，得到钼靶材。

2.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述热等静压压型过程中选取的压力为150-200MPa，加热温度为1450-1500℃，保温保压3-4h。

3.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，在所述烧结炉中进行烧结的温度为1950-2050℃，升温速率为3-5℃/min，并在该温度下保温1-10h。

4.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热轧处理时的热轧温度是1000-1100℃。

5.如权利要求4所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热轧采用的轧制方式为一火两道次的轧制方式。

6.如权利要求5所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，热轧中所述轧制方式的单道次轧制变形量为20-25％，轧制加工的总变形量为60-70％。

7.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热轧采用的轧机为宽幅2100mm四辊可逆式轧机。

8.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，在将所述钼靶材板材进行步骤(6)机械加工之前还包括：

无损探伤检查，通过超声波设备对钼靶材板材进行探伤，检查其内部是否存在裂纹、分层等缺陷。

9.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，所述钼粉的钼含量≥99.95％，费氏粒度为3.0-3.8μm，松装密度为4.0-8.0g/cm³。

10.如权利要求1所述的高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，其特征在于，将热轧后的所述第二次致密化坯体进行退火处理的退火温度为950-1100℃，保温时间60-90min。