钛铝合金溅射镀膜工艺

随着人们环保意识的增强,材料的表面镀膜技术由传统的电镀及化学镀技术逐渐过渡到真空溅射镀膜技术.真空磁控溅射镀膜技术已经在表面保护镀层、电子产品镀层、电磁屏蔽镀膜、五金装饰镀层以及汽车和建筑玻璃镀膜领域等得到了广泛的应用.因此,该领域对相关镀膜靶材的需求也显得极为迫切.

钛铝合金是一种真空镀膜用合金溅射靶材,在该合金中通过调配钛与铝的含量可以获得不同特性 的钛铝合金靶材.钛铝金属间化合物属于硬脆材 料,具有很好的耐磨性,在普通刀具表面覆着一层钛 铝金属间化合物,可以有效延长刀具的使用时间.如配合氮气放电起弧实施溅射,可以获得高硬度低 摩擦系数表面膜,特别适合各种刀具、模具和其它易 损件的表面涂层,因此在机械加工行业具有较好的 应用前景.

钛铝合金靶材的制备较困难.根据钛铝合金相 图,钛和铝之问可以形成多种金属问化合物,导致 钛铝合金存在加工脆性,特别是当合金中铝含量超 过50%(原子比)时,合金的抗氧化性骤然降低,氧化 严重.同时,合金化过程中的放热膨胀,极易产生气 泡、缩孔和缩松,导致合金的孔隙率高,无法满足靶 材致密度的要求.

溅射镀膜机工艺

1.溅射靶材

溅射靶材是指通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜设备在适当工艺条件下溅射沉积在基 板上形成各种功能薄膜的溅射源.溅射靶材广泛应 用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、 平面显示、太阳能电池等众多领域,不同领域需要的 靶材各不相同.按照生产方法溅射靶材可分为粉末 靶、熔炼靶和喷涂靶;按照形状可分为平面靶材和管 状靶材,平面靶材又可分为矩形靶和圆弧靶;根据成 分可分为纯金属靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化 物靶材等多个品种.

2.溅射镀膜原理

用加速的离子轰击固体表面,离子和固体表面 原子交换动量,使固体表面的原子离开固体并沉积 在基底表面,该过程即为溅射镀膜.图1为溅射镀 膜过程示意图.用靶材溅射沉积的薄膜致密度 高,与基体之间附着性好.因此,溅射沉积已成为一 种广泛应用的薄膜制备技术.

钛铝合金溅射靶制备技术

溅射合金靶材需要满足纯度、致密度、晶粒度、表面光洁度等要求.其中纯度、致密度及晶粒度 与靶材制备工艺直接相关.金属合金制备通常采用的普通熔炼法.但钛铝 合金的制备不适于采用该方法,主要原因如下:(1) 钛铝合金熔炼过程易形成多种金属间化合物,如 Ti3A1、TiAl、TiAl2、TiAl3等,这些金属间化合物的存 在导致钛铝合金的加工脆性,特别是当合金中铝含 量超过50%(原子比),该问题尤为明显;(2)熔炼工 艺制备钛铝合金靶材,浇注过程中易产生气泡、疏松 和偏析,造成合金中成分与组织不均匀,导致靶材品 质不稳定.