一种金属镧靶材及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属靶材制备领域，更具体地说，它涉及一种金属镧靶材及其制备方法。

背景技术

金属镧(Lanthanum)是一种稀土金属，具有良好的化学稳定性，热稳定性和机械性能。因此，金属镧在许多领域都得到广泛应用，例如：作为抗反射镀膜的材料，用于眼镜镜片制作；场效应晶体管、太阳能电池等电子元件制造；光学领域透镜、凸轮、棱镜等器件的制造；飞机发动机部件、涡轮叶片等航空航天器件制造；医疗设备X射线设备中的靶材制造；材料表征中的X射线荧光分析等等。

金属镧靶材由金属镧制造，同样在许多领域被广泛应用。随着科技的不断发展和进步，金属镧靶材的应用前景将会更加广阔。

根据目前的研究，金属镧靶材的制备工艺存在以下缺陷：

1.纯度不够高：金属镧靶材的纯度对其性能有重要影响。当前的制备工艺难以达到高纯度金属镧的要求。

2.气孔和裂纹：由于金属镧的物理和化学性质，制备过程中很容易产生气孔和裂纹，严重影响了靶材的机械性能和使用寿命。

3.形状和尺寸控制难度大：金属镧靶材通常需要精确的形状和尺寸，然而现有的制备工艺在这方面存在一定的限制。

4.生产成本高：目前金属镧靶材的生产成本较高，主要是由于材料成本高、能源消耗大、生产过程复杂等因素造成的。

针对这些缺陷，需要进一步开展研究和改进制备工艺，提高金属镧靶材的质量和生产效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属镧靶材及其制备方法以解决背景技术中提出的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种金属镧靶材的制备方法，包括以下步骤，

步骤一、镧粉制备：将镧氧化物加入到还原剂中，使用热还原法再高温高压下反应制得镧粉；

步骤二、热压成型：将制得的镧粉放入模具中，通过设置温度曲线以及压力曲线，使其在高温高压的共同作用下热压成型，热压成型后脱模获得金属镧靶材；

步骤三、表面处理：使用酒精对金属镧靶材进行擦拭预处理，以清除表面污垢、油脂和氧化物杂质；预处理完毕后将靶材放置于机械抛光设备上，设置抛光工艺参数，包括转速和时间，对其进行旋转、振动和摩擦的表面处理；

步骤四、半成品检测：对表面处理完成后的金属镧靶材进行尺寸检测、物理性能检测、化学性能检测，确保其质量符合要求；

步骤五、制备背板：按照图纸要求使用机械加工工艺制备铜背板或铜合金背板，用于后续绑定靶材；

步骤六、靶材绑定：使用热绑定工艺将金属镧靶绑到铜背板或铜合金背板上，使其形成一体靶材；

步骤七、表面处理：将一体靶材采用百洁布对靶材表面和铜背板进行均匀性打磨，使其表面颜色均一，且满足粗糙度要求；

步骤八、清洁包装：使用无尘布和清洁溶剂对一体靶材进行擦拭，直至无尘布擦拭不出脏污，再使用真空包装将其包装。

本发明进一步设置为：所述还原剂为氢气和/或碳粉。

本发明进一步设置为：所述还原剂为氢气时，反应式为：2La2O3+3H2→4La+3H2O。

本发明进一步设置为：所述还原剂为碳粉时，反应式为：La2O3+3C→2La+3CO2。

本发明进一步设置为：所述还原剂为氢气和碳粉时，先加入碳粉进行反应，然后再加入氢气进行反应。

本发明进一步设置为：在步骤二中所述的高温范围为1500℃-2200℃；高压范围为500MPa-1000MPa。

本发明进一步设置为：在步骤二中，温度曲线包括从室温加热至850℃，加热时间90min；然后保温1h；再从850℃加热至1500℃，加热时间为60min；保温2h；然后从1500℃加热至1800℃，加热时间30min；保温6h；然后从1800℃冷却至室温，冷却时间150min。

本发明进一步设置为：在步骤二中，压力曲线包括从0MPa加压至250MPa，加压时间90min，然后保压1h；然后从250MPa加压至500MPa，加压时间60min，保压2h；然后从500MPa加压至750MPa，加压时间30min；保压6h；然后从750MPa降至0MPa，泄压时间150min。

本发明进一步设置为：所述温度曲线与压力曲线同步进行。

本发明还同时提供一种金属镧靶材，由上述制备工艺获得。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1通过本发明的制备工艺能够获得高纯度镧靶材；

2生产获得的镧靶材没有气孔与裂纹，使用寿命长，机械性能优异；

3通过本发明制备金属镧靶材，制备成本低，方便控制尺寸。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

一种高纯致密金属镧靶材的制备方法，如图1所示的流程，具体包括以下步骤：

步骤一、镧粉制备：将高纯度的镧氧化物(La2O3)加入到氢气还原剂(H2)或者碳粉还原剂(C)中，或二者共存，加速反应，使用热还原法在高温高压下反应制得镧粉。反应式为：2La2O3+3H2→4La+3H2O和La2O3+3C→2La+3CO2。

步骤二、热压成型：热压成型是制备高纯金属镧靶材的关键步骤，将制得的镧粉放入定制好的模具中，设置一定的升温曲线和加压曲线，使其在高温高压的共同作用下热压成形。镧粉的热压温度会因其形式和应用而有所不同，热压温度范围为1500-2200℃之间，压力范围500-1000MPa之间。热压过程结束后，降温泄压，进行脱模，即可获得高纯高致密金属镧半成品靶材，可用于后续表面处理。

步骤三、表面处理：热压成形后的金属镧靶材需要进行表面处理，将热压成形脱模后的高纯高致密金属镧靶材，使用酒精进行擦拭预处理，以清除表面污垢、油脂和氧化物等杂质；预处理完毕后将靶材放置于机械抛光设备上，设置抛光工艺参数，包括转速和时间，对其进行旋转、振动和摩擦等表面处理，从而达到去除毛刺、改善表面光洁度、改善表面平整度、增加表面硬度等效果，提高金属件的美观性和耐久性。机械抛光表面处理工序具有高效、精度高、重复性好等优点，可以大大提高生产效率和产品质量。

步骤四、半成品检测：对表面处理完成后的高纯高致密金属镧靶材进行尺寸检测、物理性能(相对密度)检测、化学性能(金属杂质含量)检测，确保其质量符合要求。

步骤五、制备背板：按照图纸要求使用机械加工工艺制备铜背板或其他铜合金背板，用于后续绑定靶材；

步骤六、靶材绑定：使用热绑定工艺将金属镧靶绑到铜及铜合金背板上，使其形成一体靶材。注意绑定前做好金属化准备工作，否则会影响两种材料的绑定率，绑定过程中注意背板和靶材的相对位置符合图纸需求。

步骤七、表面处理：对检验合格(尺寸检验、形位公差、绑定率合格)的靶材采用百洁布对靶材表面和铜背板进行均匀性打磨，使其表面颜色均一，且满足粗糙度要求。

步骤八、清洁包装：使用无尘布和清洁溶剂对靶材进行擦拭，直至无尘布擦拭不出脏污，再使用真空包装将其包装好，以免受到环境影响。

需要注意的是，制备高质量的金属镧靶材需要严格控制制备工艺和原材料的纯度。此外，在操作过程中也需要注意安全，避免镧粉和靶材产生任何意外事故。

实施例1：

1)准备高纯度99.999％的镧氧化物(La2O3)41kg、氢气还原剂(H2)和碳粉还原剂(C)，

在氧化铝舟中将La2O3和C混合；放入高温炉中，在惰性气氛下加热至1000℃，此时C作为还原剂与La203反应；反应式为：La203+3C→2La+3CO2。

2)再加入H2作为还原剂，加速反应过程，同时保持高温；反应完成后，将样品冷却并收集产生的金属镧粉末。反应式为：2La2O3+3H2→4La+3H2O。

3)将制备好的镧粉7.2kg装进模套中，模套尺寸φ450mm，设置温度曲线表(1)和压力曲线表(2)，如下表：

表(1)：

表(2)：

在高温下加压有助于坯体粉末之间的接胜与扩散，加压曲线配合升温曲线，有助于工艺控制。全部工艺自动运行结束(包括降温和泄压)后，进行脱模，即可获得高纯高致密金属镧半成品靶材，尺寸为φ450*7.1mm，可用于后续表面处理。

4)将热压成形脱模后的高纯金属镧靶材，使用酒精进行擦拭预处理，以清除表面污垢、油脂和氧化物等杂质；预处理完毕后将靶材放置于机械抛光设备上，设置抛光工艺参数，包括转速和时间，对其进行旋转、振动和摩擦等表面处理，从而达到去除毛刺、改善表面光洁度、改善表面平整度、增加表面硬度等效果，提高金属件的美观性和耐久性。机械抛光表面处理工序具有高效、精度高、重复性好等优点，可以大大提高生产效率和产品质量。

5)对表面处理完成后的高纯高致密金属镧靶材进行尺寸检测：φ450*7mm，物理性能检测：相对密度99％，达到高致密效果。化学性能检测：杂质含量检测，符合99.999％高纯度要求。

6)根据图纸要求加工制备铜背板，用于后续绑定靶材。

7)对高纯金属镧靶材和铜背板绑定面进行金属化预处理，可以更好地提高焊接效果，使用热绑定工艺将高纯金属镧靶绑到铜及铜合金背板上，使其形成一体靶材。绑定过程中注意背板和靶材的相对位置符合图纸需求。

8)对绑定完成的靶材进行检验，包括尺寸检验、形位公差、绑定率等，尺寸和形位公差在公差范围内，绑定率＞98％，符合要求；使用百洁布对检验合格的成品靶材表面和铜背板进行均匀性打磨，使其表面均一，且满足粗糙度要求。

9)使用无尘布和清洁溶剂对靶材进行擦拭，直至无尘布擦拭不出脏污，再使用真空包装将其包装好，以免受到环境影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。