钛靶块使用后会产生大量的靶材废料(如靶头、边角料等),传统回收工艺进行简单的重熔再造,导致材料性能下降,回收利用率较低(约60%)。回收再利用工艺创新构建了“分类预处理-提纯-性能恢复”的全闭环回收体系,使回收利用率提升至95%以上。分类预处理阶段,对不同类型的靶材废料进行分类筛选,去除表面的镀膜层和杂质,然后通过剪切、破碎设备将废料加工成粒径为10-30mm的颗粒。提纯阶段,采用真空感应熔炼技术,在1600-1800℃的温度下对废料颗粒进行熔炼,同时加入造渣剂(如CaO、SiO₂)去除废料中的非金属杂质,通过惰性气体吹扫去除气体杂质。性能恢复阶段,引入等温锻造技术,在800-850℃的温度下对熔铸后的钛锭进行锻造,使晶粒尺寸恢复至原始靶块的水平,同时通过热处理调整材料的力学性能。为保证回收靶块的性能一致性,建立了废料溯源体系,通过激光打码技术为每批废料建立标识,记录其原始成分、使用工况等信息,实现回收过程的全程可控。回收制备的钛靶块在纯度、致密度等关键指标上与新制备靶块基本一致,而生产成本降低30%-40%,实现了资源的高效循环利用,符合绿色制造的发展理念。熔点 1668℃,热稳定性佳,在高功率溅射中不易变形,保障薄膜沉积连续性。TC4钛靶块生产厂家

纯度作为钛靶块重要的性能指标之一,对其溅射性能及沉积薄膜的质量有着决定性影响,因此在钛靶块的生产与应用中,纯度控制始终是关注点。钛靶块中的杂质主要来源于原料海绵钛、制备过程中的污染以及加工环节的引入,常见的杂质包括氧、氮、碳、氢、铁、硅等。其中,氧和氮是影响的杂质元素,它们易与钛形成间隙固溶体,导致钛靶块的硬度升高、塑性降低,不仅会增加机械加工的难度,还会在溅射过程中影响溅射速率的稳定性。同时,氧、氮等杂质会随着溅射过程进入薄膜中,导致薄膜的晶格畸变,降低薄膜的电学性能(如电阻率升高)、光学性能(如透光率下降)和耐蚀性能。对于半导体领域应用的高纯钛靶块,杂质含量的控制更为严苛,例如5N级高纯钛靶块中,单个杂质元素的含量通常需控制在1ppm以下,因为半导体器件的性能对薄膜中的杂质极为敏感,微量杂质可能导致器件的漏电率升高、寿命缩短甚至失效。TC4钛靶块生产厂家刀具强化靶材,生成超硬镀层,延长刀具使用寿命 3 倍以上。

致密度与晶粒结构是钛靶块另外两个关键的性能指标,它们直接关联到钛靶块的溅射稳定性、使用寿命以及沉积薄膜的均匀性。致密度指的是钛靶块的实际密度与钛的理论密度(4.51g/cm³)的比值,通常以百分比表示。高致密度的钛靶块内部孔隙少,结构均匀,在溅射过程中能够保证溅射速率的稳定,避免因孔隙导致的溅射速率波动,同时还能减少靶材的“飞溅”现象。靶材飞溅是指在溅射过程中,靶材表面的颗粒因内部孔隙或结构缺陷而脱落,进入薄膜中形成杂质点,影响薄膜质量。一般来说,工业纯钛靶块的致密度需达到95%以上,而高纯钛靶块及用于领域的钛靶块,致密度需达到98%以上,部分产品甚至可达99.5%以上。晶粒结构对钛靶块性能的影响主要体现在晶粒尺寸与晶粒取向两个方面。晶粒尺寸均匀且细小的钛靶块,其溅射表面更为均匀,能够沉积出厚度均匀性更好的薄膜。
2021-2023 年,我国钛靶块行业进入国产化加速推进的关键时期,政策扶持与技术突破形成合力,国产替代率提升。国家 “十四五” 新材料产业发展规划将溅射靶材列为重点突破领域,集成电路产业投资基金加大对上游材料环节的布局,为国产钛靶块企业提供了资金和政策支持。技术层面,国内企业在钛靶块领域持续突破,江丰电子实现 14nm 节点钛靶的客户验证,有研亿金在大尺寸全致密旋转钛靶方面取得进展,产品进入中芯北方、华力集成等先进产线试用。产能方面,本土企业纷纷扩大生产规模,江丰电子、有研新材等头部企业新建生产线,提升钛靶材的供给能力。市场表现上,2023 年国内半导体用钛靶市场国产化率已从 2020 年的不足 15% 提升至约 25%,在成熟制程领域替代率超过 50%。这一阶段的成果是国产钛靶块在技术、产能、市场份额上实现提升,逐步构建起自主可控的供应链体系,打破了国际巨头的市场垄断。采用真空自耗电弧熔炼工艺,有效去除杂质,保障材料致密度与纯度。

对于复合钛靶块(如钛-铜复合靶、钛-铝复合靶),界面结合强度是决定靶块性能的关键因素,传统复合工艺采用焊接或热轧复合,存在界面结合不牢固、易分层等问题。界面结合强化创新采用“扩散焊接+界面合金化”的复合技术,显著提高了界面结合性能。扩散焊接阶段,将钛基体与复合层材料进行表面预处理(打磨、抛光、清洗)后,贴合在一起放入真空扩散焊接炉中,在1000-1100℃、50-80MPa的条件下保温2-4h,使界面处的原子相互扩散,形成厚度为5-10μm的扩散层。界面合金化阶段,创新在钛基体与复合层之间添加一层厚度为10-20μm的中间合金层(如钛-铜-镍合金),中间合金层可降低界面处的扩散能,促进界面反应的进行,形成稳定的金属间化合物(如TiCu、TiNi)。经界面强化处理后的复合钛靶块,界面结合强度从传统工艺的30-50MPa提升至100-150MPa,在溅射过程中无分层现象发生。该创新技术使复合钛靶块的应用范围大幅拓宽,已成功应用于集成电路的多层布线镀膜、电磁屏蔽涂层等领域,其中钛-铜复合靶块的镀膜导电性较单一钛靶块提升5-8倍。航空液压系统部件镀膜,增强部件耐磨损与抗腐蚀性能,提升系统稳定性。TC4钛靶块生产厂家
卫星天线反射面镀膜原料,保障信号反射效率,同时耐受太空环境侵蚀。TC4钛靶块生产厂家
钛靶块的轻量化结构设计创新传统钛靶块多采用实心结构,重量较大,不仅增加了溅射设备的负载,还提高了运输和安装成本。轻量化结构设计创新通过“空心夹层+加强筋”的结构优化,在保证靶块力学性能的前提下,实现了重量的大幅降低。创新设计的钛靶块采用空心夹层结构,夹层厚度根据靶块的尺寸和受力情况设计为5-10mm,同时在夹层内部设置呈网格状分布的加强筋,加强筋的截面尺寸为10mm×10mm,间距为200-300mm。为保证空心结构的成型质量,采用消失模铸造技术制备靶坯,将泡沫塑料制成的型芯放入砂型中,然后浇注熔融的钛液,钛液冷却凝固后去除型芯,形成空心夹层结构。随后对靶坯进行热处理(900℃保温1h后空冷),以消除铸造应力,提高结构强度。经轻量化设计后的钛靶块,重量较传统实心靶块降低40%-50%,而抗弯强度仍保持在500MPa以上,满足溅射设备的使用要求。轻量化靶块的应用,使溅射设备的负载降低30%以上,设备的能耗降低15%-20%;同时,运输成本降低40%,安装效率提升50%,已在大型镀膜生产线中得到推广。TC4钛靶块生产厂家
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