鎢鈦合金靶材製造工藝

鎢具有高原子量，鈦具有高耐腐蝕性和極好的表面附著力使得鎢鈦(W-Ti)成為用於防止外來原子擴散的緻密層的理想解決方案。在半導體晶片製造的金屬化工藝過程中，含10wt％鈦的鎢鈦合金常用做擴散阻擋層和粘結層，將半導體和金屬化層分離，例如鋁與矽或銅與矽。

在柔性薄膜太陽能電池(CIGS)中，鎢鈦阻擋層能夠防止在鋼基體中的鐵原子通過鉬背接觸擴散到CIGS半導體，並顯著降低CIGS太陽能電池的效率。鎢鈦阻擋層主要通過磁控濺射方法得到，這樣就需要具有高密度、高純度、組織均勻等性能的鎢鈦合金靶材。高密度和高純度是鎢鈦合金靶材的重要性能要求，可以有效地 減少濺射鍍膜過程中微粒的形成，有助於得到高品質的W-Ti薄膜阻擋層。組織均勻可以有 效地避免濺射過程中W-Ti合金靶材表面局部形成結核，提高靶材利用率和薄膜品質。

W-Ti合金靶材主要採用粉末冶金工藝生產，軋製加工鎢鈦合金靶材的製備方法包括如下步驟：

(1)混合步驟：選擇純度為99.95％、費氏細微性為3.5μm的W粉和純度為99.9％、粒徑為-325目(約45μm以下)的TiH₂粉為原料進行配料，配料比例：TiH₂粉的品質百分比為11％，W 粉的品質百分比為89％。將兩種原料放入混料機的罐體內，通過抽真空充氬氣使混料罐體 內處於氬氣保護狀態，然後進行混合，混合時間為16h，得到W-TiH₂混合粉；

(2)壓坯步驟：將混合均勻的W-TiH₂粉料放入模具中，通過冷等靜壓成型，壓力為150MPa，保壓時間為15min，得到W-TiH₂坯料；

(3)預燒步驟：將W-TiH₂坯料在流動氫氣氣氛燒結爐內進行預燒還原，預燒溫度為 1100℃，保溫4h，得到預燒坯料；

(4)燒結步驟：將預燒坯料在真空爐內進行真空高溫燒結，真空爐真空度1×10- 3Pa，燒結溫度1600℃，保溫時間3h，得到燒結坯料，燒結坯料的緻密度為94％；

(5)包套步驟：將燒結坯料進行整形加工，用鈦板作包套材料進行包套加工，得到 包套坯料；

(6)軋製步驟：將包套坯料進行軋製，大氣氣氛加熱，開坯加熱溫度(即首次加熱溫 度)1300℃，保溫時間60分鐘，每加熱一次軋製一個道次，每道次降溫100℃(即每次加熱溫 度比前一次加熱溫度降低100℃)，道次變形量為20％，共軋製4道次，得到軋製坯料；

(7)熱處理步驟：將軋製坯料的外層包套材料機加工去除掉，然後放入真空加熱爐 內進行熱處理，熱處理溫度800℃，保溫2h，得到鎢鈦合金靶材；

(8)加工步驟：對熱處理坯料經銑、磨等工序進行機械加工，最終得到鎢鈦合金靶材成品，其尺寸為10×160×800mm。

採用上述步驟製造的W-Ti合金靶材緻密度可達到99.6％以上，厚度尺寸可控，可製備出較大尺寸的合金靶材，而且靶材均無開裂和分層缺陷，工藝簡單且適合大批量工業化生產。

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