钛铝合金(jin)靶(ba)材正(zheng)从(cong)“单(dan)一(yi)镀膜耗(hao)材”向(xiang)“高端(duan)装(zhuang)备(bei)核心(xin)材(cai)料(liao)”跃迁

传统(tong)钛(tai)铝(lv)靶材(cai)多用于PVD镀膜(mo)，近(jin)年技(ji)术(shu)突(tu)破(po)使(shi)其性能(neng)显著(zhu)提升。新型(xing)钛铝(lv)合(he)金(jin)实(shi)现(xian)超(chao)宽温(wen)域稳(wen)定(ding)，在-269°C至(zhi)127°C保(bao)持超弹(dan)性(xing)，适用于(yu)深(shen)空(kong)探(tan)测(ce)器(qi)与(yu)液(ye)氢装(zhuang)备；通(tong)过纳米(mi)氧(yang)化物(wu)弥散等(deng)技(ji)术，靶(ba)材(cai)衍生涂(tu)层耐温超(chao)900°C，可(ke)替代(dai)镍基合(he)金用于(yu)航空发(fa)动机；半(ban)导体(ti)级靶(ba)材纯(chun)度(du)提(ti)升(sheng)至(zhi)99.9999%，满足(zu)超大规模集(ji)成(cheng)电路(lu)要(yao)求。这(zhe)使钛(tai)铝(lv)靶材(cai)从(cong)“耗材(cai)”转变(bian)为结构(gou)-功(gong)能一(yi)体(ti)化材(cai)料(liao)。

性(xing)能(neng)突(tu)破(po)推(tui)动钛(tai)铝靶材(cai)应用于高端装(zhuang)备(bei)核(he)心制造。航(hang)空(kong)航(hang)天领域(yu)，TiAlN涂层(ceng)提(ti)升航空发动机(ji)叶(ye)片性(xing)能(neng)，梯度(du)复合(he)靶材用(yong)于高超(chao)音速飞(fei)行(xing)器(qi)热防护(hu)；半导(dao)体与新能源(yuan)方(fang)面(mian)，高(gao)纯(chun)钛(tai)靶(ba)用(yong)于芯(xin)片制(zhi)造，超弹性(xing)靶(ba)材(cai)保(bao)障(zhang)氢(qing)能装备(bei)安全(quan)；生(sheng)物医(yi)疗与深(shen)空(kong)探索中(zhong)，高纯(chun)钛(tai)靶用(yong)于(yu)植入(ru)器(qi)械抗菌，月(yue)壤冶(ye)炼钛铝靶材实(shi)现(xian)地外(wai)制(zhi)造闭环，靶材(cai)成为(wei)高(gao)端(duan)装(zhuang)备不可或缺的(de)核心材料(liao)。产(chan)业(ye)生(sheng)态变革(ge)助力钛(tai)铝靶(ba)材(cai)发展。制造工(gong)艺(yi)上(shang)，宝(bao)钢绿氢(qing)还(hai)原技(ji)术(shu)解(jie)决环保(bao)问题，梯度(du)封(feng)接实现(xian)多(duo)功能集(ji)成(cheng)；国(guo)产(chan)替(ti)代(dai)进(jin)程(cheng)加快，多(duo)家企(qi)业(ye)产品(pin)通(tong)过(guo)验(yan)证，国产(chan)份额显(xian)著提(ti)升(sheng)，同(tong)时相关(guan)标(biao)准(zhun)推动性能(neng)联动(dong)评价；全(quan)球(qiu)竞(jing)争中，美(mei)国关税倒(dao)逼(bi)国内供应链(lian)升级(ji)，区(qu)域产业集(ji)群(qun)形成(cheng)，降低成(cheng)本(ben)30%。钛(tai)铝(lv)靶材在性(xing)能(neng)上(shang)突(tu)破(po)物(wu)理(li)极(ji)限，应用上深入(ru)装(zhuang)备(bei)核(he)心(xin)，产(chan)业(ye)上(shang)重(zhong)塑(su)全球(qiu)价值链，印证(zheng)了(le)高(gao)端(duan)制(zhi)造业(ye)“材(cai)料(liao)先(xian)行(xing)”规律。未来，随(sui)着聚(ju)变(bian)堆(dui)、脑(nao)机(ji)接(jie)口(kou)等(deng)领(ling)域(yu)需(xu)求增长(zhang)，钛(tai)铝(lv)靶(ba)材(cai)将(jiang)向(xiang)“战(zhan)略级材(cai)料(liao)”跃迁(qian)，成为大(da)国高(gao)端(duan)装备(bei)竞争(zheng)的关(guan)键。以(yi)下为(wei)凯(kai)泽金(jin)属对钛(tai)铝(lv)合金(jin)靶材(cai)（TiAl）的成(cheng)分(fen)特性(xing)、制(zhi)造工艺、应用案(an)例(li)及前沿(yan)趋势，将其综合(he)技(ji)术(shu)分析如(ru)下(xia)：

一(yi)、名(ming)义(yi)及(ji)化学成(cheng)分(fen)

钛(tai)铝合金靶(ba)材为(wei)Ti-Al二(er)元(yuan)合(he)金，成(cheng)分按(an)原(yuan)子百分比(bi)（at%）划分(fen)，不同(tong)比(bi)例对应差(cha)异(yi)化(hua)的相(xiang)结(jie)构(gou)与(yu)用途(tu)：

关键(jian)元素作用(yong)：

Al≥30%：提升抗(kang)氧化性（800℃增重(zhong)<2mg/cm²）及溅射速(su)率(lv)；

Ti≥50%：保(bao)障(zhang)延展(zhan)性(xing)（延伸(shen)率>5%）及(ji)可(ke)锻(duan)性(xing)；

杂质(zhi)控制(zhi)：O≤800ppm，N≤200ppm（防止(zhi)溅射膜晶(jing)格(ge)缺陷(xian)）。

二、物理(li)与(yu)机械(xie)性(xing)能

（1）基(ji)础(chu)物(wu)理性能(neng)

（2）机械性能

强(qiang)度特性：Ti50Al50靶材(cai)抗(kang)弯(wan)强(qiang)度(du)≥650MPa，硬度HV 350~400；

高温性能：Ti70Al30在(zai)750℃下抗蠕变(bian)强度(du)达(da)220MPa（镍(nie)基合金(jin)的1.5倍(bei)）

脆性(xing)控(kong)制：双(shuang)相合金(jin)（如70:30）通过热(re)机械(xie)处(chu)理可将断裂(lie)韧(ren)性(xing)提(ti)升至(zhi)25MPa·m¹/²。

三、耐腐蚀(shi)性能

海水(shui)环(huan)境：Ti70Al30在(zai)3.5% NaCl溶(rong)液中年腐(fu)蚀(shi)率(lv)<0.001mm，点(dian)蚀电位(wei)>1.2V（SCE）；

高温(wen)氧(yang)化：Al≥40%时(shi)形成(cheng)致密Al₂O₃膜，800℃下氧(yang)化(hua)增(zeng)重<3mg/cm²（优于(yu)镍(nie)基合金(jin)）；

酸碱腐(fu)蚀：在(zai)10% HCl溶液(ye)中，Ti50Al50腐(fu)蚀率仅为纯(chun)钛(tai)的1/5。

四(si)、国际牌号(hao)对应(ying)

注(zhu)：半(ban)导体用高(gao)纯(chun)靶材需符(fu)合(he)ASTM F42标(biao)准(zhun)（杂质(zhi)总量(liang)≤100ppm）。

五、加工(gong)注意事项

（1）机械(xie)加(jia)工

刀(dao)具选(xuan)择(ze)：推荐(jian)山(shan)特维克CoroMill® 300硬质(zhi)合金涂层(ceng)刀(dao)，前(qian)角(jiao)≥15°；

切削(xue)参(can)数(shu)：转(zhuan)速(su)≤50m/min，进给量(liang)0.1mm/r，冷(leng)却(que)液(ye)压(ya)力≥70Bar（防粘刀(dao)）；

防(fang)变(bian)形(xing)措施：薄(bao)壁(bi)靶(ba)材装(zhuang)夹(jia)需用柔(rou)性(xing)夹(jia)具，残(can)余应力控制(zhi)<30MPa。

（2）焊接(jie)与(yu)连(lian)接(jie)

电(dian)子(zi)束焊(han)：真空(kong)度<5×10⁻³Pa，能量(liang)密度(du)15~25kJ/cm²（防(fang)止(zhi)Al挥(hui)发(fa)）；

扩(kuo)散(san)焊：850℃/40MPa/2h，界(jie)面(mian)强度达母(mu)材90%。

六、产品规格与制(zhi)造(zao)工(gong)艺(yi)

（1）工(gong)业(ye)规(gui)格(ge)范(fan)围

（2）核心工艺流(liu)程

熔铸(zhu)法（Ti≥50%）：

海(hai)绵(mian)钛(tai)（0级(ji)）+ 高(gao)纯(chun)Al → 真(zhen)空自耗电(dian)弧(hu)熔(rong)炼(lian)（16000A，0.01Pa）→ 凝壳炉(lu)精炼 → 多(duo)向(xiang)锻造 → 热(re)处(chu)理(li)。

粉末(mo)冶金法（Ti<50%）：

Ti/Al粉(fen)球磨(mo) → 冷等(deng)静压(ya)（180MPa）→ 包(bao)套脱气(qi)（10⁻⁴Pa）→ 热(re)等静压(ya)（250℃/120MPa）→ 扩散(san)退火(huo)（550℃/6h）。

七、执(zhi)行(xing)标(biao)准(zhun)

成分(fen)标(biao)准(zhun)：GB/T 26014-2022《溅(jian)射(she)靶(ba)材用(yong)钛(tai)铝合(he)金锭》；

半(ban)导体(ti)级(ji)：SEMI F42-0708（纯(chun)度≥99.999%，晶粒≤30μm）；

航(hang)空(kong)级：AMS 4992D（氧≤800ppm，疲(pi)劳强度(du)≥400MPa）。

八、核心(xin)应用(yong)与(yu)突(tu)破(po)案(an)例

（1）半(ban)导体领域

凯(kai)泽金属(shu)：开(kai)发(fa)7N级TiAl靶(ba)材(cai)，用于(yu)台积电3nm制程铜互连(lian)阻挡(dang)层(ceng)，薄(bao)膜不(bu)均匀度≤1.8%（全球(qiu)领(ling)先(xian)）；

中扬(yang)金(jin)属(shu)：超大(da)尺(chi)寸（Φ450mm）旋(xuan)转(zhuan)靶突(tu)破(po)晶(jing)粒(li)取向控制(zhi)技(ji)术(shu)，溅射速率提(ti)升(sheng)30%。

（2）航(hang)空(kong)航天领域(yu)

华(hua)钛瑞(rui)翔：全球首(shou)创(chuang)一体(ti)成(cheng)型Ti48Al2Cr2Nb低压(ya)涡轮(lun)叶片，减重50%，燃油(you)效(xiao)率提升(sheng)20%，用(yong)于(yu)长江CJ-1000A发动机(ji)；

普惠公司(si)：TiAl靶材(cai)溅射(she)涡(wo)轮叶(ye)片热障(zhang)涂层（TBC），使GTF发动机(ji)耐温提(ti)升(sheng)140℃。

（3）显示技术(shu)

三(san)星QD-OLED：采用Ti70Al30靶材(cai)制(zhi)备(bei)阳(yang)极导(dao)电层(ceng)，电阻(zu)率降至(zhi)5μΩ·cm，良(liang)品(pin)率提(ti)升12%。

九、先进(jin)制造(zao)工(gong)艺(yi)进(jin)展(zhan)

超纯(chun)净熔炼技术(shu)

悬(xuan)浮区熔(rong)（FZ）：制(zhi)备7N级(ji)TiAl，杂(za)质O≤0.1ppm；

冷床(chuang)精炼：去除(chu)高(gao)密度夹杂（HDI），靶材(cai)寿(shou)命(ming)延长3倍(bei)。

近(jin)净(jing)成(cheng)形(xing)技术

热(re)等(deng)静(jing)压(ya)+3D打印：江(jiang)苏华(hua)钛(tai)实现叶片(pian)型面精度(du)±0.05mm，材(cai)料利(li)用(yong)率从(cong)15%提至85%。

织构(gou)调(diao)控技(ji)术(shu)

异步(bu)轧制(zhi)：使Ti50Al50靶材（110）取向(xiang)占比>85%，溅射(she)膜(mo)均(jun)匀(yun)性提高至(zhi)98%。

十(shi)、国内外产(chan)业化(hua)对比(bi)

中(zhong)国突(tu)破(po)点：华(hua)钛瑞(rui)翔(xiang)实现钛铝(lv)合(he)金叶片(pian)“设(she)计(ji)-制(zhi)造(zao)-检测”全链条国(guo)产化，设(she)备国产(chan)化(hua)率(lv)100%。

十一、技术(shu)挑战与前(qian)沿攻关

（1）高Al合金脆(cui)性(xing)难(nan)题(ti)

解决(jue)方案：

添(tian)加0.5%Y₂O₃纳(na)米颗粒，使(shi)TiAl₃延伸率从(cong)0.5%提(ti)至(zhi)4.2%；

激光选(xuan)区(qu)熔化（SLM）原(yuan)位(wei)生成TiB₂增强相(xiang)，抗弯强度提(ti)升(sheng)至(zhi)880MPa。

（2）超大(da)靶材组(zu)织(zhi)均(jun)匀性(xing)

创新(xin)工(gong)艺：

多级(ji)梯度(du)热轧（宝(bao)钛）：Φ450mm靶(ba)材心(xin)表(biao)晶(jing)粒(li)度(du)差(cha)≤0.5级；

磁(ci)场辅助(zhu)烧(shao)结(jie)（哈工大）：致密度(du)达(da)99.9%，能(neng)耗降(jiang)40%。

十二、趋势(shi)展望

超(chao)高纯(chun)度(du)与复(fu)合化

7N级TiAl靶(ba)材适配(pei)2nm以(yi)下(xia)芯片(pian)，需(xu)突(tu)破电子束冷(leng)床(chuang)精(jing)炼技术(shu)；

TiAl/MoS₂复合靶(ba)材开发，实(shi)现(xian)集(ji)成(cheng)电(dian)路“导(dao)电(dian)-绝缘”一(yi)体化(hua)沉(chen)积。

绿色制造(zao)与循(xun)环(huan)利用

残靶(ba)再(zai)生(sheng)技术(shu)（江丰）：废靶(ba)回(hui)收率>95%，成本降(jiang)30%；

氢冶金还原：替代(dai)克(ke)劳(lao)尔法，海绵(mian)钛能耗从35kWh/kg降至(zhi)20kWh/kg。

新(xin)应用场景(jing)拓(tuo)展

核聚变装(zhuang)置(zhi)：TiAl/W层(ceng)状靶(ba)材(cai)耐(nai)受(shou)第一壁1400℃中(zhong)子辐照(zhao)8；

太(tai)空光伏(fu)：Ti30Al70靶(ba)材(cai)溅(jian)射(she)耐(nai)辐(fu)射(she)薄(bao)膜(mo)，转换效率>28%（NASA验证(zheng)）。

产(chan)业建议(yi)：建立“靶(ba)材-镀膜设(she)备(bei)-薄膜检测”联合(he)平(ping)台(tai)，推(tui)动(dong)半(ban)导(dao)体靶(ba)材成本降(jiang)至$500/kg（当前(qian)$3000/kg）；加速(su)航(hang)空(kong)级(ji)TiAl纳(na)入(ru)国(guo)际(ji)适航(hang)认(ren)证(zheng)体(ti)系(xi)（如(ru)FAA Part 33）。

结语(yu)：

钛(tai)铝合(he)金靶材正从(cong)“单一镀(du)膜耗(hao)材(cai)”向(xiang)“高端装备(bei)核(he)心材(cai)料”跃(yue)迁(qian)，需(xu)在超纯(chun)熔炼(lian)、跨(kua)尺(chi)度结构(gou)调(diao)控(kong)等方(fang)向持(chi)续攻关(guan)，支(zhi)撑(cheng)中(zhong)国半导(dao)体与航(hang)空(kong)工(gong)业自(zi)主化(hua)战(zhan)略。