前言
近(jin)年来，全(quan)球(qiu)电子信(xin)息(xi)产(chan)业(ye)的(de)高(gao)速发展，使薄膜(mo)科学的(de)应(ying)用(yong)日(ri)益广(guang)泛。而溅(jian)射(she)靶材(cai)作为镀膜(mo)产业的(de)基(ji)本(ben)耗(hao)材
，其(qi)制(zhi)备技术(shu)也(ye)得(de)到了长足发(fa)展(zhan)。溅射薄膜由于其(qi)致密(mi)度高，附(fu)着性(xing)好(hao)，被广(guang)泛应用(yong)于(yu)装饰(shi)、工(gong)模(mo)具(ju)、玻璃(li)
、电(dian)子器件、半导体、磁记录、平面显示(shi)、太阳能电(dian)池(chi)等(deng)众(zhong)多(duo)领(ling)域。随着(zhe)上述领域(yu)的(de)快速(su)发(fa)展(zhan)，对(dui)靶(ba)材的需
求量(liang)急剧增加(jia)，同时(shi)对靶材(cai)的高质(zhi)量(liang)、大(da)型(xing)化(hua)及利(li)用(yong)率(lv)方面也提(ti)出(chu)了更(geng)高(gao)的要求。
目前(qian)采用(yong)传(chuan)统方(fang)法(fa)制备(bei)靶材的局限性(xing)越(yue)来(lai)越(yue)大，对(dui)于很多(duo)大尺寸(cun)的(de)高(gao)熔(rong)点(dian)、脆性(xing)材料几(ji)乎(hu)无(wu)法制备。例(li)如(ru)长度达3～4m，直(zhi)径100mm以(yi)上(shang)的钨、钼、铬(ge)、硅(gui)及(ji)其(qi)合金靶(ba)管(guan)状(zhuang)靶材或(huo)尺寸(cun)达(da)到几(ji)平米的平(ping)面(mian)靶材，传统(tong)方(fang)法(fa)
成本(ben)很(hen)高而(er)且(qie)难(nan)度(du)大(da)几乎(hu)无法完成。因此，需要(yao)寻(xun)求新的大(da)尺(chi)寸靶材(cai)制备(bei)方法(fa)来突(tu)破溅射靶(ba)材(cai)制备(bei)技(ji)术(shu)的(de)瓶
颈(jing)。
等(deng)离子喷(pen)涂(tu)技术由(you)于(yu)喷(pen)涂温(wen)度(du)高(gao)，几乎(hu)可以(yi)熔化(hua)所有金(jin)属及陶瓷材(cai)料，并且(qie)涂层厚度(du)可控，可(ke)实现(xian)近(jin)净成(cheng)形(xing)，已逐渐由表面(mian)涂层(ceng)制备(bei)扩(kuo)展(zhan)到了(le)材(cai)料成(cheng)形(xing)领(ling)域(yu)，成(cheng)为(wei)一种(zhong)新(xin)型(xing)的(de)溅(jian)射(she)靶材制备(bei)方法。
1、溅射靶(ba)材(cai)的主(zhu)要(yao)制备(bei)方法(fa)
溅(jian)射(she)靶(ba)材按其材(cai)质可(ke)分为纯(chun)金(jin)属靶、合金(jin)靶(ba)、陶(tao)瓷(ci)化合(he)物(wu)靶(包括氧化物(wu)、硅化(hua)物(wu)、碳(tan)化(hua)物(wu)、硫化物(wu)等(deng))、复(fu)
合(he)靶(ba)。按(an)形(xing)状可分(fen)为平面(mian)靶(ba)和管状(zhuang)旋转靶(ba)，平(ping)面(mian)靶又(you)可分为矩(ju)形板(ban)和圆形(xing)靶。目(mu)前，虽然溅射靶材(cai)种类(lei)繁多
，但(dan)其基(ji)本的(de)制备工(gong)艺主要有(you)可(ke)分(fen)为(wei)粉末冶(ye)金法和熔(rong)炼铸造(zao)法两大(da)类(lei)。
粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)法包括(kuo)粉(fen)末(mo)压(ya)制烧(shao)结法、粉末(mo)热等(deng)静压(ya)法(fa)等(deng)。粉末冶金(jin)法是(shi)将(jiang)纯金属(shu)粉(fen)末按(an)比例(li)混(hun)合均匀，经过压
制成(cheng)形(xing)，然后在(zai)高温(wen)下烧结，经(jing)压(ya)力(li)加(jia)工、热处理后最终(zhong)得(de)到(dao)靶材。适合于难熔金属如钨(wu)、钼靶材(cai)及陶(tao)瓷(ci)靶(ba)
材(cai)等(deng)。采(cai)用粉(fen)末冶(ye)金法制备的靶材(cai)具有成(cheng)分(fen)均(jun)匀及(ji)晶粒均(jun)匀细(xi)小、成(cheng)品率(lv)高的(de)优(you)点(dian)，但(dan)制备过程(cheng)采用粉末(mo)混合、压制(zhi)和烧结(jie)工(gong)艺，容易(yi)在(zai)制备过程(cheng)这带(dai)人杂(za)质(zhi)元素，烧结过(guo)程杂(za)质排(pai)除(chu)效(xiao)果较(jiao)差(cha)，造(zao)成(cheng)靶(ba)材(cai)纯(chun)度(du)相(xiang)对(dui)较
低(di)，并(bing)且(qie)烧(shao)结(jie)靶(ba)材(cai)的(de)密(mi)度(du)也(ye)较(jiao)熔炼(lian)靶(ba)低(di)。
熔炼(lian)铸(zhu)造法的基本工(gong)艺(yi)是(shi)将(jiang)一定(ding)比(bi)例(li)的合金(jin)原(yuan)料熔(rong)炼后(hou)浇(jiao)注到模(mo)具(ju)中(zhong)形(xing)成(cheng)铸锭(ding)，然后(hou)通过锻(duan)造(zao)、挤压(ya)或(huo)拉拔(ba)
的(de)成形(xing)工(gong)艺进(jin)行加工，最(zui)后(hou)经(jing)过热(re)处理(li)、机(ji)加(jia)工等(deng)工序(xu)制备得到溅射(she)靶(ba)材(cai)。常(chang)用的(de)熔(rong)炼(lian)方法有真空(kong)感(gan)应熔炼(lian)
，真(zhen)空(kong)电弧熔(rong)炼和真(zhen)空电(dian)子束熔炼(lian)等。
与粉(fen)末冶金法相比，熔炼铸造法(fa)得到(dao)的靶(ba)材纯(chun)度(du)高，密度(du)高(gao)，但其工(gong)艺较为(wei)复杂(za)，对(dui)设备(bei)要求高，成(cheng)本(ben)也(ye)随之升(sheng)高(gao)，并且(qie)靶材晶粒粗(cu)大(da)。若各组(zu)分(fen)之(zhi)间(jian)熔点(dian)和密度相差较大，则(ze)难以(yi)获(huo)得成分均(jun)匀的(de)合(he)金(jin)靶(ba)材。
以(yi)上(shang)两类(lei)方(fang)法(fa)在溅射(she)靶(ba)材(cai)的制备(bei)方(fang)面虽然被(bei)广(guang)泛采(cai)用(yong)，但(dan)其(qi)共同的(de)问题(ti)就(jiu)是难以制备(bei)大(da)尺寸(cun)(平面靶及(ji)管状
靶(ba))的溅(jian)射靶材，尤其对(dui)一(yi)些(xie)高熔点(dian)脆性材(cai)料(liao)更是如此(ci)。而靶材的大尺(chi)寸(cun)及高利用率(管(guan)状(zhuang)靶材利(li)用(yong)率可达(da)50％～70％])已经成(cheng)为了未来(lai)镀(du)膜领域(yu)的新趋(qu)势。因此(ci)，开发新(xin)型的大(da)尺寸(cun)溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)制(zhi)备(bei)方(fang)法已(yi)经(jing)成为(wei)目(mu)前
靶(ba)材制(zhi)备(bei)领(ling)域(yu)亟待解决(jue)的(de)问(wen)题(ti)。
2、等(deng)离子(zi)喷(pen)涂(tu)技术
2.1 等(deng)离(li)子喷涂(tu)技(ji)术简介(jie)
等(deng)离(li)子(zi)喷涂(tu)是利(li)用等离(li)子(zi)火焰加热融化(hua)喷(pen)涂(tu)粉末使(shi)其形(xing)成涂层(ceng)，一般(ban)等离子(zi)喷涂使(shi)用Ar或N2气，再加(jia)入(ru)5％～
10％的(de)H2气，气体进(jin)入(ru)电极区的弧(hu)状(zhuang)区(qu)被加热(re)电离形成等离(li)子(zi)体(ti)，其中(zhong)心(xin)温(wen)度一(yi)般可达15000℃以(yi)上(shang)，将金属
或(huo)非(fei)金(jin)属(shu)材料(liao)粉(fen)末(mo)送(song)入等离(li)子(zi)射(she)流中，将其(qi)加热到(dao)半熔(rong)化(hua)、熔化或(huo)气化(hua)状(zhuang)态(tai)，并(bing)在冲(chong)击力的(de)作(zuo)用下将(jiang)其沉(chen)积到(dao)基体上，从(cong)而(er)获得(de)具有各种功(gong)能(neng)的(de)涂(tu)层(ceng)。等(deng)离子喷(pen)涂(tu)工(gong)艺(yi)首(shou)先(xian)出(chu)现(xian)在(zai)航空航(hang)天(tian)及核(he)工业领(ling)域(yu)，并(bing)日(ri)趋(qu)发展(zhan)
成(cheng)熟，因(yin)其涂层(ceng)具(ju)备(bei)高性(xing)能(neng)，并且(qie)厚(hou)度、质量(liang)和再(zai)现(xian)性(xing)可控，所(suo)以(yi)等离(li)子(zi)喷(pen)涂工艺(yi)已迅速(su)扩展(zhan)到其(qi)他行业，
如溅射靶材(cai)的(de)制备领(ling)域(yu)等。
2.2 等(deng)离子(zi)喷(pen)涂(tu)技术的(de)特(te)点
等(deng)离子喷涂具(ju)有如(ru)下特点：(1)等离子(zi)喷涂(tu)的(de)焰流(liu)温(wen)度(du)高，热量(liang)集(ji)中，几(ji)乎(hu)能(neng)融化所(suo)有高(gao)熔点(dian)的粉末(mo)材料，
可(ke)以(yi)根(gen)据(ju)工件表(biao)面性(xing)能要求制(zhi)备出(chu)各种性(xing)能的(de)涂层；(2)等离子焰流喷射速度高，能(neng)使粉(fen)末(mo)获得较(jiao)大的动(dong)能
和(he)较(jiao)高(gao)的温度，涂层(ceng)与基体(ti)结合(he)强度(du)高；(3)喷涂层平整光(guang)滑(hua)，厚度精确可控，直接(jie)进(jin)行精(jing)加(jia)工(gong)即(ji)可(ke)获(huo)得(de)产
品(pin)，是(shi)一种近(jin)净成形(xing)制(zhi)备(bei)方(fang)法(fa)，节(jie)省(sheng)材料(liao)，特(te)别(bie)适(shi)合贵重金属涂层及靶(ba)材的制(zhi)备(bei)；(4)等离(li)子(zi)喷(pen)涂通过(guo)采用(yong)
真(zhen)空(kong)密闭(bi)，通人还(hai)原性(xing)气(qi)体、惰(duo)性(xing)气体保护等(deng)方(fang)法(fa)，可获得氧(yang)含量(liang)低(di)、杂(za)质少(shao)的(de)涂层；(5)采用(yong)高(gao)能(neng)等(deng)离(li)子(zi)
喷涂设(she)备，粉(fen)末(mo)沉(chen)积率高(gao)，沉(chen)积(ji)速度快，可获得较厚的(de)涂(tu)层，这是(shi)制备(bei)溅射(she)靶(ba)材的重(zhong)要保(bao)证。
2.3 等(deng)离(li)子喷涂(tu)设(she)备(bei)
等(deng)离子(zi)喷涂(tu)设(she)备主要(yao)由(you)等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂电源、等离(li)子(zi)喷(pen)枪(qiang)、控制柜(gui)、送粉器(qi)装(zhuang)置(zhi)等(deng)组成(cheng)。
等(deng)离子(zi)喷(pen)涂电(dian)源是(shi)等(deng)离子(zi)射流(liu)能(neng)量(liang)提(ti)供装(zhuang)置，其(qi)工(gong)作电(dian)流(liu)和电(dian)压(ya)是(shi)影响(xiang)涂(tu)层(ceng)质(zhi)量(liang)的重(zhong)要(yao)参(can)数。喷枪是集(ji)所有(you)
喷涂(tu)所用(yong)的(de)电(dian)、气(qi)、粉(fen)、水于(yu)一体(ti)的核心装置(zhi)，为(wei)喷(pen)涂(tu)材料的融(rong)化、细(xi)化(hua)及其(qi)喷(pen)涂(tu)能(neng)力转换(huan)提供(gong)空(kong)间(jian)，喷(pen)枪(qiang)
设计的(de)好坏(huai)直接(jie)影(ying)响到喷涂(tu)涂(tu)层(ceng)的(de)质量(liang)及喷涂(tu)效率。这两者是(shi)等离(li)子喷(pen)涂系(xi)统中(zhong)最(zui)为关键(jian)的(de)部(bu)件(jian)。
目(mu)前国内外(wai)先(xian)进(jin)的等(deng)离(li)子喷(pen)涂设备向(xiang)轴线送(song)粉技(ji)术(shu)、多(duo)功能集成(cheng)技(ji)术、实时控制(zhi)技术(shu)、喷(pen)涂功(gong)率两(liang)极化(hua)(小
功率或大(da)功率(lv))的(de)方(fang)向发(fa)展(zhan)。加(jia)拿大(da)的(de)Mettech公司开发(fa)出(chu)AxialIII三(san)阴极(ji)送粉等离子(zi)喷涂(tu)系统(tong)，是(shi)目(mu)前国(guo)际
上成功(gong)商业(ye)应(ying)用的(de)轴向(xiang)送(song)粉等(deng)离(li)子喷(pen)涂设(she)备。与传(chuan)统的(de)枪外送(song)粉(fen)等(deng)离子喷涂(tu)设(she)备(bei)相(xiang)比(bi)，它(ta)的沉积率高(gao)、送(song)粉(fen)
速率(lv)高(gao)、孔(kong)隙(xi)率(lv)低(di)、获(huo)得(de)的(de)涂(tu)层(ceng)硬(ying)度(du)高，且对(dui)粉末(mo)粒度分布要(yao)求不高。SulzerMetco公(gong)司(si)的(de)Muhicoat等(deng)离(li)子
喷涂(tu)系(xi)统(tong)，将(jiang)计算(suan)机(ji)和(he)可(ke)编(bian)程逻辑(ji)控制(zhi)器PLC稳(wen)固(gu)性(xing)结(jie)合(he)起来。Multi.coat等离(li)子喷涂系(xi)统(tong)可(ke)进行(xing)大(da)气等离(li)
子(zi)喷涂、真空(kong)等离子喷(pen)涂和超(chao)音(yin)速(su)火焰喷涂(tu)。喷(pen)涂(tu)的涂(tu)层质量高(gao)、重现性(xing)好，能(neng)自动(dong)记录(lu)喷(pen)涂(tu)参数，自(zi)动报
警和处理事(shi)故，是目(mu)前(qian)集(ji)成(cheng)性(xing)能(neng)较好的等(deng)离子喷涂(tu)设备(bei)。PRAXAIR-TAFA公(gong)司开发(fa)的5500～2000等离(li)子(zi)喷(pen)涂(tu)系
统(tong)是(shi)实(shi)时(shi)控制(zhi)技(ji)术(shu)的代(dai)表，使(shi)喷涂(tu)系(xi)统的闭(bi)环控(kong)制提(ti)高(gao)到新的(de)水平。其(qi)开发(fa)的(de)大(da)功(gong)率(lv)等离子喷(pen)涂(tu)系统PlaJet
，喷(pen)枪功率可达(da)到(dao)200kW。
在国内(nei)，北京(jing)航空制(zhi)造(zao)工程(cheng)研(yan)究所研制(zhi)的ASP一(yi)2000型(xing)等(deng)离子(zi)喷涂(tu)设(she)备采用了(le)许多(duo)新(xin)技术(shu)，总体(ti)性(xing)能达到国
外90年代(dai)水(shui)平。航(hang)天(tian)科(ke)技(ji)集团(tuan)703所(suo)研制的(de)HT一200型(xing)超音(yin)速等(deng)离子(zi)喷(pen)涂(tu)设(she)备(bei)额(e)定使(shi)用功率达(da)到200kW，填(tian)补
了我(wo)国(guo)大(da)功(gong)率(lv)等离(li)子(zi)喷(pen)涂(tu)设备的空白(bai)。
2.4 影(ying)响喷(pen)涂(tu)效果(guo)的因(yin)素(su)
2.4.1 电弧功率(lv)
电(dian)弧(hu)功率(lv)过(guo)高会(hui)使等离(li)子体(ti)电(dian)离度增(zeng)加(jia)，火焰(yan)温度升(sheng)高(gao)，可(ke)能(neng)会(hui)使(shi)喷(pen)涂材(cai)料(liao)气(qi)化(hua)而(er)引起涂(tu)层成分改变(bian)。功率
过低(di)会引起(qi)粉(fen)末颗粒加(jia)热(re)不(bu)足(zu)，涂(tu)层粘接(jie)强度(du)低(di)，硬(ying)度和(he)沉(chen)积效率低。
2.4.2 供(gong)粉(fen)
供粉速度应与(yu)输入(ru)功(gong)率相(xiang)适(shi)应(ying)。一(yi)般来(lai)说，粉(fen)末送(song)到焰心才(cai)能使其(qi)获(huo)得(de)最(zui)好的加(jia)热(re)和(he)最(zui)高(gao)的速度(du)。
2.4.3 喷涂距(ju)离和喷涂(tu)角
喷(pen)涂材料(liao)及(ji)其(qi)涂层(ceng)的(de)特征对(dui)喷涂(tu)距(ju)离(li)很(hen)敏感(gan)。喷(pen)涂距(ju)离(li)过大(da)，粉(fen)末(mo)的温(wen)度和速度下降，结合力(li)、喷涂(tu)效率都
会(hui)明(ming)显(xian)下(xia)降(jiang)；过(guo)小会使(shi)基体(ti)表面(mian)温度过高(gao)，影(ying)响(xiang)涂(tu)层(ceng)结合。在(zai)基(ji)体温度(du)允许的(de)情况下，喷(pen)涂(tu)距离(li)适(shi)当(dang)小(xiao)些(xie)为(wei)
好。喷(pen)射角(jiao)，一般(ban)应(ying)大(da)于(yu)45度，喷(pen)涂角(jiao)过(guo)小(xiao)会导(dao)致“阴影(ying)效(xiao)应”，涂层中(zhong)会(hui)出(chu)现(xian)空(kong)穴，造成(cheng)涂层疏(shu)松。
2.4.4 基(ji)体的(de)温度(du)控(kong)制(zhi)
在(zai)喷涂前把(ba)工件(jian)预热(re)到(dao)喷涂所需要(yao)的温(wen)度，然后对工件(jian)采取(qu)喷气(qi)等冷(leng)却措(cuo)施(shi)，使(shi)其(qi)保(bao)持恒(heng)定(ding)温度。
2.4.5 喷涂(tu)压力(li)
在金属(shu)材料(liao)的(de)喷涂(tu)过程中(zhong)一(yi)般(ban)采(cai)取(qu)低压等(deng)离子喷涂(也(ye)叫(jiao)真(zhen)空等(deng)离子(zi)喷(pen)涂)，在压(ya)力为4～40kPa的(de)可控(kong)气氛(fen)腔(qiang)
室内喷(pen)涂。由(you)于(yu)工作(zuo)气体(ti)离子(zi)化后(hou)，是(shi)在低(di)压(ya)气(qi)氛(fen)中(zhong)边膨(peng)胀边喷(pen)出(chu)，喷流(liu)射速(su)可(ke)达到(dao)超音速(su)，适合(he)对(dui)氧(yang)化敏(min)
感的金属(shu)材料(liao)的(de)喷涂。对于氧化(hua)物(wu)陶(tao)瓷(ci)可采(cai)用(yong)水(shui)稳(wen)等(deng)离子(zi)喷涂，其(qi)能(neng)量密(mi)度高(gao)，燃(ran)烧(shao)稳定(ding)，喷涂效率高(gao)。
3、等(deng)离子喷(pen)涂制备(bei)溅射靶材(cai)研究(jiu)现状及(ji)发(fa)展趋势
随着(zhe)等离(li)子(zi)喷涂(tu)技(ji)术的(de)发展(zhan)，采用等(deng)离子(zi)喷涂法在基底上沉(chen)积(ji)出(chu)一定厚(hou)度(du)的靶材(cai)材(cai)料已经(jing)成为(wei)可(ke)能(neng)。由于(yu)等(deng)离子体(ti)温度很高，高功率(lv)可调，几(ji)乎(hu)对(dui)所有(you)的陶(tao)瓷、金(jin)属、金属(shu)化合(he)物都(dou)可以(yi)进行(xing)喷涂，形(xing)成各(ge)种常(chang)规(gui)方(fang)法(fa)
难(nan)以(yi)制备(bei)的不同(tong)成分(fen)的(de)合金(jin)及(ji)非(fei)合金。目(mu)前被(bei)广(guang)泛(fan)用于(yu)缺(que)损修复、高(gao)温、耐(nai)磨(mo)、腐(fu)蚀防(fang)护，各种功(gong)能(neng)涂(tu)层(ceng)的制备(bei)。
通过分(fen)析(xi)等离子(zi)喷(pen)涂技(ji)术(shu)的特(te)点及(ji)市(shi)场对各种种类繁(fan)多的溅射靶(ba)材(cai)材(cai)质以(yi)及形状的需(xu)求，采用(yong)等(deng)离子喷涂(tu)技
术制备(bei)溅射靶材(cai)已(yi)经完(wan)全具备(bei)了(le)条件(jian)，尤其是(shi)制备(bei)高熔(rong)点(dian)脆性(xing)管状(zhuang)旋转靶及大尺(chi)寸溅(jian)射靶方(fang)面(mian)具有明显的优
势。如在管状(zhuang)不(bu)锈(xiu)钢(gang)或其他材质的(de)基体上(shang)喷涂靶(ba)材(cai)料(liao)沉(chen)积(ji)层(ceng)，经过后期(qi)处理(li)，即可(ke)形(xing)成(cheng)管靶，在(zai)不锈(xiu)钢板(ban)上
喷(pen)涂(tu)形成平(ping)面(mian)溅(jian)射(she)靶(ba)等(deng)，这大大(da)降低了(le)溅射靶材的制(zhi)造成(cheng)本(ben)，在(zai)未(wei)来(lai)溅(jian)射靶材制(zhi)备(bei)领域(yu)具有(you)很(hen)大的(de)潜力(li)。
3.1 等离(li)子(zi)喷(pen)涂制(zhi)备(bei)溅射靶(ba)材(cai)的(de)特(te)点(dian)
(1)等离子(zi)喷涂(tu)过(guo)程(cheng)中基体(ti)表(biao)面(mian)不带电(dian)，不熔化，喷(pen)枪(qiang)与(yu)基体相(xiang)对(dui)移(yi)动速度(du)快，对基(ji)体的热(re)变(bian)形影小(xiao)，无(wu)
组(zu)织变化。可直接(jie)在(zai)基体(ti)上(shang)喷(pen)涂(tu)形成溅射(she)靶(ba)材，并(bing)有可能进行(xing)重(zhong)复喷(pen)涂，重复溅射利(li)用，也可用于(yu)靶材(cai)的修(xiu)
复；(2)高(gao)温(wen)等离(li)子(zi)体(ti)几(ji)乎(hu)可熔(rong)化(hua)一(yi)切高熔点和高(gao)硬(ying)度的粉(fen)末材料(liao)，尤其适(shi)合(he)制(zhi)备(bei)高(gao)熔(rong)点(dian)脆(cui)性金属及(ji)陶瓷的(de)
靶材(cai)；(3)通过(guo)采(cai)用真(zhen)空密闭(bi)喷涂，通入还原性气体(ti)、惰性气体气体保护(hu)等(deng)方(fang)法，可获得(de)氧(yang)含(han)量(liang)低(di)、杂质少(shao)
的(de)涂层(ceng)；(4)等(deng)离子(zi)喷涂高温高速，粉(fen)末沉(chen)积率(lv)高，沉积(ji)速度快，可在短时(shi)间(jian)内(nei)获得(de)较厚(hou)的(de)涂(tu)层。
3.2 国内(nei)等(deng)离子喷(pen)涂(tu)制备(bei)溅射(she)靶(ba)材的(de)研究(jiu)现状
目(mu)前(qian)，对(dui)等离(li)子(zi)喷涂(tu)制(zhi)备(bei)溅(jian)射靶材的研(yan)究还(hai)处于起(qi)始(shi)阶(jie)段(duan)，各(ge)方(fang)面还(hai)都不(bu)成(cheng)熟(shu)。中南(nan)大(da)学(xue)解露(lu)等人(ren)采(cai)用(yong)型号
为(wei)DH-1080，最大(da)功(gong)率80kW的(de)等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂设(she)备，在大(da)气环(huan)境(jing)下，以氮(dan)气(qi)送(song)粉(fen)，氮气(qi)冷(leng)却(que)，在石墨芯(xin)模(mo)上喷涂
了厚度(du)为(wei)5mm的(de)纯钼镀(du)层，初始(shi)致密度达到了(le)89.7％，在(zai)1500℃，10MPa压(ya)力(li)下热等(deng)静压(ya)处理(li)1.5h，其致(zhi)密度
达(da)到(dao)92.5％。然后(hou)再经(jing)过1600℃，125MPa热(re)等静压处理(li)2h，致(zhi)密度(du)达到了97.3％。虽(sui)然该(gai)方(fang)法(fa)制备的钼制品并非(fei)溅射靶材(cai)
，并(bing)且尺(chi)寸也只(zhi)有φ30mmx80mm，但该(gai)方(fang)法的成功为等离子(zi)喷(pen)涂制备(bei)大(da)尺寸(cun)难(nan)熔金属(shu)溅(jian)射(she)靶(ba)材提(ti)供了可(ke)能(neng)。他
们(men)采用该方(fang)法(fa)制备(bei)的Mo-ZrC复合(he)涂(tu)层(ceng)厚(hou)度(du)可(ke)达20mm，完全(quan)符合溅(jian)射靶(ba)材的厚(hou)度要求(qiu)。
庄(zhuang)志(zhi)杰采用离(li)子(zi)喷涂法(fa)制备(bei)圆(yuan)柱形大面(mian)积镀膜(mo)靶(ba)材(cai)，通过(guo)等(deng)离(li)子热喷(pen)涂将(jiang)单一(yi)金属(shu)或(huo)非金(jin)属(shu)材(cai)料(liao)喷(pen)涂在衬管
上形成(cheng)具(ju)有(you)一(yi)定厚度的溅射靶(ba)材(cai)，结构简(jian)单，性能可(ke)靠。西北稀有(you)金属材(cai)料(liao)研究院扈百(bai)直(zhi)等人¨采用等(deng)离子
喷(pen)涂在(zai)经过(guo)预(yu)处理的(de)基(ji)体上制备(bei)了氧化(hua)铌(ni)溅(jian)射(she)靶(ba)材，靶(ba)材(cai)厚度(du)可(ke)达(da)12mm，密度(du)为(wei)4.6-5.2g/cm3，其靶(ba)材(cai)的
长度(du)和(he)直(zhi)径几(ji)乎(hu)不受(shou)限制。
3.3 等离子喷涂制备(bei)溅射(she)靶(ba)材(cai)中(zhong)存(cun)在的(de)问(wen)题(ti)
虽然等(deng)离子(zi)喷(pen)涂(tu)在溅(jian)射(she)靶材(cai)制备(bei)方面潜(qian)力巨(ju)大，但(dan)同时该(gai)方法(fa)也(ye)存在一个(ge)重要(yao)缺陷(xian)，那(na)就是喷涂组织的(de)多孔性。以(yi)热喷(pen)涂(tu)管(guan)靶(ba)为(wei)例(li)，其(qi)显微组织为圆饼(bing)状扁(bian)平细(xi)晶粒(li)，晶(jing)粒取(qu)向平(ping)行于(yu)旋转轴(zhou)方(fang)向(xiang)，靶材(cai)内有大量(liang)微(wei)米(mi)
级(ji)孔(kong)洞(dong)，靶(ba)材(cai)整体孔隙率高(gao)达(da)5％～20％。在不锈钢管上(shang)采(cai)用(yong)等(deng)离子喷(pen)涂法，形成Mo、Nb、Si、Si-A1、Cr、
A1一(yi)Zn、TiO等材质的(de)靶材，其相对(dui)密度(du)达(da)到85％～95％以(yi)上(shang)，厚度由(you)几毫米到几(ji)十毫米(mi)，根(gen)据(ju)材(cai)质不同，
靶材纯(chun)度(du)一(yi)般(ban)在99.5％～99.9％之间。而(er)组(zu)织(zhi)的(de)疏松多孔(kong)，容(rong)易(yi)吸附(fu)杂(za)质、湿(shi)气等(deng)妨(fang)碍溅射(she)过程(cheng)中(zhong)高(gao)真空(kong)的
迅速(su)获(huo)得(de)及(ji)真(zhen)空度的稳(wen)定(ding)，并(bing)且(qie)导(dao)致(zhi)在(zai)溅射过程中(zhong)，靶材(cai)溅(jian)射(she)表面瞬间高温(wen)使(shi)松散(san)颗粒(li)团状(zhuang)掉落，污(wu)染(ran)被镀
件(玻(bo)璃)表面，影响(xiang)镀(du)膜质(zhi)量(liang)和(he)镀(du)膜产(chan)品的合格(ge)率(lv)。因此(ci)，组(zu)织的(de)多孔(kong)性(xing)极大的(de)限(xian)制了(le)等(deng)离(li)子(zi)喷涂(tu)制备(bei)溅(jian)射(she)
靶(ba)材(cai)的发(fa)展(zhan)，使(shi)这些靶材(cai)大(da)多只能(neng)在对(dui)靶(ba)材(cai)致(zhi)密(mi)度要求不(bu)是很(hen)苛(ke)刻的领(ling)域应(ying)用，如(ru)卫(wei)浴(yu)、手机、五金(jin)、建(jian)筑
、节能玻璃(li)等(deng)装(zhuang)饰性的(de)镀(du)膜上(shang)。
目(mu)前(qian)，解决(jue)等离子喷涂溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)致密性(xing)差的方法主(zhu)要有(you)后期的热(re)等静压致密化及压力(li)加工(gong)法(fa)，如(ru)将等(deng)离(li)子喷涂(tu)靶材进行轧(ya)制(zhi)或(huo)锻造，以(yi)进(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)靶(ba)材(cai)的致(zhi)密(mi)度(du)。
另(ling)外，若在(zai)大气环境下(xia)喷涂(tu)，靶(ba)材表(biao)面(mian)和空(kong)气(qi)中(zhong)的(de)O2和(he)N2等气(qi)体大(da)面积接触，会产生大量的氧(yang)化(hua)物(wu)和(he)氮化(hua)物(wu)杂(za)质(zhi)，即使是真空等(deng)离(li)子(zi)喷涂(tu)技(ji)术，也不能(neng)完全(quan)避免合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)中(zhong)氧(yang)化物和氮(dan)化(hua)物的产生。因(yin)此(ci)，喷(pen)涂(tu)靶(ba)材在
溅射(she)前必(bi)须用隔(ge)离(li)的(de)前(qian)级泵(beng)除(chu)去表(biao)面吸附(fu)气(qi)体(ti)。而(er)相对来(lai)说，熔(rong)铸制(zhi)靶技(ji)术(shu)很(hen)容(rong)易(yi)通过(guo)熔渣(zha)反(fan)应(ying)防(fang)止(zhi)金属(shu)的
氧化(hua)和氮化(hua)，从而得到极低(di)氧含量的纯金(jin)属(shu)或(huo)合(he)金靶材。
3.4 等离(li)子喷涂(tu)制备(bei)溅射靶材发展(zhan)趋(qu)势(shi)
为提高(gao)溅(jian)射(she)效(xiao)率(lv)和(he)靶(ba)材(cai)利(li)用(yong)率，大尺(chi)寸(cun)靶材(cai)增多，旋转管状靶(ba)材(cai)被越(yue)来(lai)越多的(de)采(cai)用。为(wei)适应不(bu)同(tong)的应用(yong)要(yao)求
，不同成(cheng)分的合金(jin)金(jin)属(shu)、化(hua)合物(wu)靶不(bu)断(duan)涌现(xian)。随着技(ji)术(shu)发展(zhan)和(he)制(zhi)备(bei)低(di)成(cheng)本的驱(qu)动，采(cai)用等(deng)离子(zi)喷(pen)涂(tu)制备(bei)靶(ba)材的种(zhong)类(lei)在不(bu)断(duan)增(zeng)加，范(fan)围(wei)在不断(duan)扩大(da)。
随着(zhe)等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂设备的(de)发展和(he)应(ying)用(yong)技(ji)术(shu)的(de)提供，制备靶材组织(zhi)密(mi)度较差、纯度较低(di)的(de)缺(que)点(dian)也(ye)会随着(zhe)技术进步
不(bu)断得(de)到(dao)改(gai)善，该(gai)技(ji)术的适用(yong)材料(liao)范(fan)围(wei)广(guang)以及低成(cheng)本的优(you)点(dian)会日(ri)益(yi)凸显出来(lai)，必(bi)将在靶材制(zhi)备(bei)领(ling)域(yu)获得更(geng)广泛(fan)的(de)应(ying)用(yong)。
4、结(jie)语
等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂(tu)技术(shu)仍需(xu)进(jin)行(xing)以(yi)下两(liang)方面(mian)的(de)研究：一是(shi)合理(li)选择喷涂(tu)工(gong)艺(yi)，优化工艺参数(shu)，改(gai)善粉(fen)末(mo)受热和(he)熔化(hua)
状(zhuang)态，减少(shao)环境(jing)对高温(wen)离子(zi)的污染和氧化，形成(cheng)性(xing)能(neng)优(you)良(liang)的(de)涂(tu)层。二(er)是(shi)进一步(bu)研(yan)究(jiu)涂(tu)层形(xing)成(cheng)机(ji)理(li)、孔隙形成
机(ji)理，寻(xun)求(qiu)消除或(huo)减(jian)少(shao)孔(kong)隙率(lv)的办法，进一步(bu)研究(jiu)涂(tu)层与基(ji)体(ti)的(de)结(jie)合(he)机(ji)理(li)，提(ti)高(gao)涂层强度。
可以预见，随(sui)着(zhe)等(deng)离子喷(pen)涂技(ji)术(shu)的(de)发展(zhan)，可以引(yin)起(qi)溅(jian)射(she)靶(ba)材制(zhi)备技(ji)术(shu)的(de)重大变革(ge)，仅需(xu)要(yao)更换成(cheng)型粉末和(he)工(gong)
艺(yi)参数就能(neng)够(gou)制(zhi)备(bei)范(fan)围广(guang)泛(fan)的各种(zhong)材料的大(da)型平面(mian)和(he)旋(xuan)转管靶(ba)。
在材料(liao)成(cheng)型(xing)领域(yu)，由(you)表面(mian)技术发(fa)展而来(lai)的(de)等(deng)离子喷涂(tu)成(cheng)形技(ji)术(shu)，与(yu)喷(pen)射(she)成形技术(shu)相比应(ying)用(yong)范围更(geng)大(da)，更(geng)有(you)优(you)
势(shi)，可对高熔(rong)点(dian)金属(shu)、金属(shu)化(hua)合物(wu)、陶瓷等材(cai)料进行高(gao)速喷涂(tu)成形(xing)，并且(qie)可能作为(wei)制(zhi)备(bei)复合(he)材(cai)料一(yi)个(ge)发展方向(xiang)。
参(can)考文(wen)献(xian)
[1]王(wang)大勇，顾(gu)小(xiao)龙.靶(ba)材制(zhi)备研(yan)究(jiu)现状及研发(fa)趋势[J].浙江冶金(jin)，2807，II(4)：I一9.
[2]张青来，贺(he)继弘.溅射靶材(cai)综述[J].上(shang)海(hai)钢研(yan)，2002，(4)：30-40.
[3]安耿，李晶，刘仁智，等.钼溅射(she)靶材(cai)的(de)应(ying)用(yong)、制备及发展[J].中国(guo)钼业(ye)，2011，35(2)：45-48.
[4]赵嘉学，金(jin)凡(fan)亚.常见(jian)磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)靶材(cai)利用率及(ji)其(qi)计(ji)算方(fang)法的探讨[J].核聚(ju)变与等离(li)子体(ti)物理，2007，27
(1)：66-72.
[5]张永(yong)清，阴(yin)生毅，严(yan)秀(xiu)峰(feng)，等.离子喷涂NiCrBSi+Ni／A1复合(he)涂(tu)层的(de)设计(ji)及(ji)应用(yong)[J].表(biao)面工程，1996，
(1)：36-39.
[6]赵(zhao)秋颖(ying)，贺(he)定勇(yong)，蒋(jiang)建(jian)敏，等.微束(shu)等(deng)离子(zi)喷涂(tu)Mo涂层(ceng)[J].中(zhong)国(guo)表(biao)面工程(cheng)；2009，22(6)：68-71.
[7]周(zhou)静，韦(wei)云(yun)隆，张(zhang)隆(long)平，等.等离(li)子(zi)喷涂(tu)耐(nai)磨(mo)涂层(ceng)及热(re)障涂(tu)层的新(xin)进展[J].表面(mian)技术，2001，30(2)：23
-28.
[8]汪刘(liu)应，王(wang)汉功.多(duo)功(gong)能维(wei)弧(hu)等离(li)子(zi)喷(pen)涂技(ji)术与(yu)应(ying)用[M].北(bei)京(jing)：科学出版社，2010：1-2.
[9]王振(zhen)民(min)，黄石生，薛(xue)家(jia)祥(xiang).等(deng)离子(zi)喷涂(tu)设(she)备(bei)的(de)现(xian)状(zhuang)与进(jin)展[J].中(zhong)国表(biao)面工(gong)程(cheng)，2000，13(4)：5-8.
[10]刘(liu)曦(xi).活塞环表面的(de)等(deng)离子喷涂(tu)[J].车用(yong)发(fa)动(dong)机[J]，1996，(o4)：34-37.
[11]戴(dai)达煌(huang)，周克崧，袁镇(zhen)海(hai)，等.现代(dai)材(cai)料表(biao)面技术科(ke)学[M].北(bei)京：冶(ye)金工业出版(ban)社，2004：129-141.
[12]陈丽(li)梅，李强.等(deng)离(li)子喷涂技(ji)术(shu)现(xian)状(zhuang)及(ji)发展[J].热(re)处理技(ji)术(shu)与(yu)装备(bei)，2006，27(1)：40-45.
[13]解(jie)露，熊(xiong)翔(xiang)，王跃(yue)明，等(deng).热等静压对(dui)等(deng)离(li)子(zi)喷(pen)涂成形(xing)钼制品的(de)影响[J].中(zhong)南(nan)大(da)学(xue)学报(bao)(自然科(ke)学(xue)版(ban))，2011，40(10)：3009-3014.
[14]谭(tan)政(zheng)，夏(xia)光(guang)明，熊(xiong)翔(xiang)，等(deng).ZrC对等(deng)离子(zi)喷涂成(cheng)形(xing)钼制品的影(ying)响[J].金(jin)属材料与(yu)冶金(jin)工(gong)程，2012，40(3)：3-7.
[15]庄志杰(jie).以(yi)等(deng)离(li)子喷(pen)涂(tu)制(zhi)备(bei)圆(yuan)柱形大面(mian)积(ji)镀膜(mo)靶材(cai)及(ji)方法(fa)：中(zhong)国(guo)，201110256260[P].2011.
[16]扈(hu)百直(zhi)；胥小勇，刘孝宁，等.一(yi)种(zhong)氧化铌旋(xuan)转(zhuan)靶(ba)材及其制(zhi)备(bei)方法(fa)：中国(guo)，201210553666[P].2012.
相(xiang)关(guan)链(lian)接
