高品质镍铬系合金靶材的设计与制备研究

Ni-Cr系合金靶材在溅射镀膜工业中应用广泛,结合材料计算模拟和少量关键实验,定量化地研究了Ni-Cr系合金材料在热处理过程的相结构、相转变和显微组织特征,以及离子束溅射中入射离子与Ni-Cr系合金靶材固体之间的相互作用,考察了溅射镀膜工艺中的影响因素,确定了离子束溅射的最佳工艺条件。通过真空感应悬浮熔炼技术,获得纯净、均匀的合金锭,结合相图分析,确定了一系列合金的热处理工艺,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射分析仪,分析了合金试样的显微组织和物相结构。结果表明:Ni-Cr系合金的微观组织和微区成分对热处理工艺较为敏感,在1000～1200℃的范围内,BCC相中Ni元素的原子含量从5%变为30%。提出了适宜的均匀化热处理工艺,以便获得组织和成分比较均匀的高品质Ni-Cr系合金靶材。当Ni元素的原子含量在20%～70%时,均匀化热处理在1200～1300℃之间比较适宜,而均匀化退火时间随退火温度的选取高低而不同,在2～24 h的范围内变动。基于随机级联碰撞理论和蒙特卡洛方法,对离子束溅射中入射离子与Ni-Cr系合金靶材固体之间的相互作用进行模拟的结果表明,由于Ni和Cr的原子表面能较为接近,Ni-Cr系合金靶材的溅射产物成分与靶材成分不发生明显偏差,有利于靶材成分的选择和薄膜成分的控制。