[發明專利]一種碳和碳化硅陶瓷濺射靶材及其制備方法

有效

• 申請號: 202010047056.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111233480B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 姚力軍;潘杰;邊逸軍;王學澤;馬國成
• 申請（專利權）人: 寧波江豐電子材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/52;C04B35/645;C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明涉及一種碳和碳化硅陶瓷濺射靶材及其制備方法。所述制備方法包括：(1)將碳粉、碳化硅粉和粘結劑按照比例混合，并進行篩分處理；(2)將步驟(1)篩分后的混合粉末裝入模具并用工具夯實；(3)對步驟(2)夯實后的模具在1850?2200℃進行熱壓燒結處理，得到碳和碳化硅陶瓷濺射靶坯；(4)將步驟(3)得到的碳和碳化硅陶瓷濺射靶坯進行機加工，得到碳和碳化硅陶瓷濺射靶材。所述制備方法不僅工藝流程簡單、生產周期短，還可使制備得到的碳和碳化硅陶瓷濺射靶材的致密度≥98％、純度≥3N、吸水率＜0.1％、電阻率＜0.15Ω·m，滿足了碳和碳化硅陶瓷濺射靶材對致密度和成型性的要求，為后續濺射使用提供更優良的性能保障。

技術領域

本發明涉及靶材及靶材制備領域，具體地說，涉及一種碳和碳化硅陶瓷濺射靶材及其制備方法。

背景技術

物理氣相沉積(Physical Vapour Deposition，PVD)指的是，在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術，利用氣體放電使材料源蒸發并使被蒸發物質與氣體都發生電離，然后通過電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上形成某種特殊功能的薄膜。PVD技術半導體芯片制造業、太陽能行業、LCD制造業等多種行業的核心技術，主要方法有真空蒸鍍、電弧等離子體鍍、離子鍍膜、分子束外延和濺射鍍膜等。

濺射是制備薄膜材料的主要技術之一，它利用離子源產生的離子，在真空中經過加速聚集，而形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發生動能交換，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體是制備濺射法沉積薄膜的原材料，一般被稱為濺射靶材。

濺射靶材一般通過粉末冶金燒結成型工藝獲得，因為該工藝制備的濺射靶材具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統的熔鑄方法無法獲得的。其中，熱壓燒結(Hot Pressed，HP)是指將干燥粉料充填入模型內，然后置于真空熱壓爐中，在真空或者惰性條件下，從單軸方向邊加壓邊加熱，使粉末壓坯產生塑性變形，壓坯原子獲得擴散激活能，加速晶界遷移速率，從而獲得高性能濺射靶材。

濺射靶材根據成分不同可以分為三類，分別是金屬濺射靶材、合金濺射靶材、陶瓷化合物濺射靶材。其中，C-SiC陶瓷濺射靶材作為一種重要的陶瓷化合物濺射靶材，主要用于真空磁控濺射鍍膜或真空多弧離子鍍膜，受到國內外學者的廣泛研究。因為C-SiC陶瓷濺射靶材具有輕質、高模、高熱導率、低熱膨脹系數、高溫抗氧化等優異性能，是很好的高溫結構材料，不僅具有碳化硅的抗氧化性、高硬度、耐化學腐蝕性，還具有石墨材料的導電熱性、良好的自潤滑性及抗熱震性，廣泛用于化工、冶金、宇航和核工業領域。C-SiC陶瓷濺射靶材一般可用無壓燒結或熱等靜壓方法制作。但是，由于C-SiC陶瓷濺射靶材制備過程中具有成型性差、難致密等特點，一般采用先成型再加入燒結助劑來致密化燒結的方法。可是，上述制備方法不僅面臨著工序復雜、生產周期長的問題，還面臨著產品密度低、吸水率高、純度低等問題，非常不利于工業化生產。

目前，現有技術公開了一些C-SiC陶瓷濺射靶材的制備方法。例如CN101365661公開了一種制造含碳碳化硅陶瓷的方法。所述方法首先將碳化硅、碳原料和燒結助劑混合后煅燒得到混合物X，然后依次進行粉碎、造粒、成型、脫脂和燒成，制備得到作為試驗片的燒結體。雖然所述方法得到的燒結體可以將相對密度超過90％，個別甚至達到99％，但是所述方法不僅工序復雜，生產周期長，還因為引入了無機燒結助劑和各種有機溶劑，并且沒有考慮真空度影響問題，使產品面臨著嚴重的純度問題。

CN103833363A公開了一種碳化硅石墨復合材料及其制備方法。所述制備方法首先將原料石墨粉末、碳化硅粉末和燒結助劑在有機介質中經球磨得到漿料，再依次經過干燥、破碎、過篩、模壓成型，成型后的素坯經脫膠處理后熱壓燒結，其中熱壓燒結為控溫控壓兩段保壓燒結，熱壓燒結后隨爐冷卻即可得到碳化硅石墨復合材料。所述制備方法雖然在熱壓燒結的關鍵區段進行升溫、保溫控制，同時考慮到了惰性氣體保護和真空度的問題，抑制和消除了燒結過程中的裂紋、變形等缺陷，但是仍然具有工序復雜、生產周期長的缺點。