一種NiMnX合金靶材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料、合金靶材和粉末冶金材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁 控濺射用馬氏體相變NiMnX(X=In、Ga、Sn)合金靶材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ni-Mn-X磁驅(qū)動形狀記憶合金（該合金由Ni、Mn、X元素組成，X為In、Ga、Sn中的 一種或兩種以上的元素，其中少量Ni元素可以由Co元素替代）是近年來發(fā)展起來的一種 新型形狀記憶材料，由于外磁場作用馬氏體孿晶變體再取向或磁場誘發(fā)馬氏體相變而產(chǎn)生 大的可逆應(yīng)變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)磁熱效應(yīng)、壓熱效應(yīng)、巨磁電阻變化等，已成為形狀記憶合金 領(lǐng)域的研宄熱點之一。
[0003] 但是，這類合金塊體材料存在脆性大、均勻性和質(zhì)量穩(wěn)定性差等缺點，在很大程度 上限制了這種材料的實際應(yīng)用。與塊體材料相比，其合金薄膜具有成分均勻性好、機械性質(zhì) 優(yōu)良、易于集成化、微型化等優(yōu)點，將其作為新型傳感與驅(qū)動候選材料，對于元器件微智能 化和高集成化有著重要的實際應(yīng)用價值，已受到科研學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，一般通過磁控 濺射該合金靶材制備其合金薄膜。因此，該類合金靶材的制備尤其重要，如何制備高質(zhì)量的 NiMnX合金靶材是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研宄課題之一。
[0004] 目前，通常采用熔煉鑄造法制備該磁驅(qū)動相變NiMnX合金靶材。
[0005] 熔煉鑄造法和粉末冶金法是兩種制作濺射靶材的基本方法。常用的熔煉方法包括 真空感應(yīng)熔煉、真空電弧熔煉和真空電子轟擊熔煉等。與粉末冶金法相比，利用熔煉鑄造法 制得的合金靶材的雜質(zhì)含量，特別是氣體雜質(zhì)含量低，并且利用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)合金靶材 的高密度化與大型化。但是，熔煉鑄造法存在如下不足之處：
[0006] (1)為保證鑄錠中雜質(zhì)元素含量盡可能低，其熔煉和澆注通常是在真空或保護氣 氛下進行。但在鑄造過程中，材料內(nèi)部組織難免存在一定的孔隙率，這些孔隙會導(dǎo)致濺射過 程中的微粒飛濺，從而影響濺射薄膜的質(zhì)量。為此，需要增加后續(xù)熱加工和熱處理工藝以降 低其孔隙率。
[0007] (2)對于熔點和密度相差都很大的兩種或兩種以上金屬，采用普通的熔煉法一般 難以獲得成分均勾的合金革巴材。Ni-Mn_X(X=In、Ga、Sn)合金革巴材中，元素X(X=In、Ga、 Sn)具有較低的熔點，遠小于其它元素，因此利用熔煉法制得的Ni-Mn-X(X=In、Ga、Sn)合 金靶材的成分非常不均勻。
[0008] (3)用熔煉法制備合金靶材時，靶材晶粒非常大，導(dǎo)致靶材在濺射鍍膜過程中容易 開裂，使薄膜制備可重復(fù)性差。
[0009]與熔煉鑄造法相比，利用粉末冶金法制備靶材有利于節(jié)約原材料、提高生產(chǎn)效率， 并且制得的靶材容易獲得均勻細晶結(jié)構(gòu)，因此粉末冶金法目前已成為濺射靶材的主要制備 方法之一。但是，NiMnX合金祀材卻不能用粉末冶金法制備，原因在于元素X(X=In、Ga、 Sn)具有較低的熔點，遠小于其它元素，導(dǎo)致金屬粉末X融化時，其它金屬粉末還沒達到熔 點，不能有效合成化合物。此外，利用粉末冶金法制得的靶材也存在密度低，雜質(zhì)含量高等 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種制備NiMnX合金靶材的方法，利用該方 法制得的NiMnX合金靶材成分均勻、純度高、致密度高，有利于制得高性能薄膜材料。
[0011] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明人將熔煉鑄造法與粉末冶金法相結(jié)合，首先利用 熔煉鑄造法制備Ni-Mn-X合金錠，以提高合金密度，并且提高合金純度，降低合金雜質(zhì)含 量，然后將合金錠研磨成合金粉，該合金粉中各元素已經(jīng)形成一定的結(jié)構(gòu)，有利于提高合金 的熔點，最后利用粉末冶金法制備NiMnX合金靶材，從而能夠有效避免熔煉鑄造法和粉末 冶金法的缺陷，制得具有成分均勻、晶粒小、不易開裂，并且雜質(zhì)含量低的合金靶材。
[0012] SP，本發(fā)明技術(shù)方案為：一種NiMnX合金靶材制備方法，該合金由Ni、Mn、X元素組 成，X為In、Ga、Sn中的一種或兩種以上的元素，其中少量Ni元素可以由Co元素替代，該方 法包括如下步驟：
[0013] (1)按照靶材要求進行元素配料，然后采用熔煉鑄造法制備NiMnX合金錠；
[0014] (2)將步驟⑴制得的NiMnX合金錠在真空條件下研磨成粉末；
[0015] (3)以步驟（2)制得的粉末為原料，采用真空熱壓粉末冶金法制備NiMnX靶材。
[0016] 所述NiMnX合金中，少量Ni元素可以由Co元素少量替代。作為優(yōu)選，在合金中Co 兀素的原子百分含量為1 %~10%。
[0017] 所述的步驟（1)中，熔煉鑄造法制備NiMnX合金錠時包括熔煉與澆注過程，所述的 熔煉過程在熔煉爐中進行，所述的熔煉爐包括但不限于真空感應(yīng)熔煉爐、真空電弧熔煉爐、 真空電子轟擊熔煉爐等。
[0018] 所述的步驟（2)中，合金粉的粒度優(yōu)選在74ym以下，即200目以下。
[0019] 所述的步驟（3)中，粉末冶金法制備NiMnX革E1材的工藝優(yōu)選為：將所述粉末裝在燒 結(jié)用模具中，然后將模具放入燒結(jié)爐中，抽真空后通入氬氣氣氛，進行熱壓。
[0020] 作為進一步優(yōu)選，所述的熱壓過程為：在20MPa~40MPa壓強條件下升溫至 600°C~900°C，保溫保壓一定時間后降至無壓力室溫。更優(yōu)選地，在25MPa~30MPa壓強條 件下升溫至700°C~800°C;最優(yōu)選地，在30MPa壓強條件下升溫至800°C。所述保溫保壓 時間為1~10分鐘。
[0021] 所述的燒結(jié)爐不限，為高溫?zé)釅簾Y(jié)爐，如脈沖電流快速燒結(jié)爐等。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)中單純采用熔煉鑄造法制備NiMnX合金靶材的方法相比，本發(fā)明將熔 煉鑄造法與粉末冶金法相結(jié)合，利用這兩種方法的優(yōu)點，同時有效避免這兩種方法的不足， 制得高性能的NiMnX靶材，其有益效果具體如下：
[0023] 采用熔煉鑄造法首先制備合金錠，得到的合金錠致密，并且雜質(zhì)含量低、純度高； 將該致密、高純度的合金錠研磨為合金粉末，此時，合金粉末具有致密度高、純度高的優(yōu)點， 且熔煉后的化合物將X元素與Ni、Mn元素充分混合，或者與Ni、Mn、Co元素充分混合，從而 提高了合金粉末恪點，解決了元素X(X=In、Ga、