陶瓷溅射靶材的热压烧结成型工艺
发布时间：2023-06-01 作者：材料类科研服务平台 阅读量：375
与易于熔化、淬火然后成型成各种尺寸的金属组合不同，陶瓷溅射靶材制备并不容易，这需要考虑初始化学计量或原始成分不会与初始起始材料的化学成分发生化学变化。通常，这涉及某种形式的粉末冶金加工，即将粉末的细颗粒烧结成固体形式。在这里，我们将首先描述这种烧结过程不复杂的形式，即简单的热压。
热压基本上是一种高压低应变率粉末冶金工艺，用于在足够高的温度和压力下形成粉末或粉末化合物，以引起烧结和蠕变。烧结涉及在能量条件下通过跨越组成粒子的几何边界施加热量和/压力提供的原子扩散。然后，这些融合的颗粒通过相关原子或分子之间的离子和共价键结合在一起。这种扩散终通过将原子粒子压实在一起来融合它们，从而产生固体复合材料质量的材料。这是在低于低熔点成分的液相线温度的温度下完成的，即材料保持在液化温度以下。
有几种类型的热压技术（感应加热、现场辅助烧结技术、间接电阻加热等），但促进这种烧结过程的常见方法是将要固结的粉末放入简单的热压机中。这种热压机常用的形式通常由机械或液压压力机组成，用于对两个几何相对的柱塞施加压力，通常由固体碳（石墨）棒组成，其外径略大于待制造目标的固体质量的直径。这些柱塞适合固体碳（石墨）环或板坯，其内径略大于配合柱塞的外径。沿着碳模的外径，或放置在靠近内径圆周的碳板本身内，加热棒以均匀间隔的形式放置。
在操作中，底部柱塞通常处于固定位置，距离固体碳块的底部大约一半。然后将混合和称重的粉末倒入下柱塞顶部碳块顶部的内径中。然后将顶部柱塞放入模具中，并以向下运动向上推到要固结的粉末上。
一旦柱塞就位，通过液压机对顶部柱塞施加轻微的压力，同时从相关电源向加热元件施加电流。根据待固结材料成分的冶金性能，压力和热量都会缓慢增加，直到施加的压力开始下降。这可以在与液压机相关的压力表上注明。这种压降的意义在于单个颗粒开始一起扩散，从而减少了被固结材料的整体体积。在这种降低的压力达到平衡后，施加额外的压力并保持给定的时间长度，以使扩散过程达到动力学平衡。当然，每种材料在施加温度和热循环时都需要特定的上升和浸泡时间公式，以提供均匀性、密度、纯度、晶粒尺寸等佳冶金性能。
由于这是一个扩散过程，其中成分实际上并未熔化，因此复杂的组合物例如金属氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物等。所有这些都可以在或接近其理论密度时烧结成固体形状，而不会分解成其原始成分的元素形式。高温脆性材料，如难熔金属（钨、钼等）通常也烧结而不是浇铸，以避免在与熔化过程相关的冷却阶段开裂。
当粉末充分固结后，电流从加热元件中移开，压力缓慢释放。一旦一切都冷却回室温，可以通过卸下底部柱塞并再次用液压机对顶部柱塞施加轻微压力，将固体物质通过碳模的底部压出。然后，通过数控设备的金刚石研磨，对这种材料进行精加工，以达到与客户规格相关的有限尺寸公差。
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