热压工艺对硅掺杂碳复合靶材的性能影响研究

摘要

以碳粉、碳化硅粉体为原料,添加不同含量的硅粉为烧结助剂,在不同的热压工艺参数下制备C/Si 80%/20%(原子分数)复合靶材,通过扫描电镜(SEM)分析微观形貌、四探针测试电阻率、X射线衍射(XRD)分析晶体结构、压汞法测试气孔分布,分析Si粉的添加量、液相保温时间、原料预处理工艺对靶材致密化和均匀性的影响,优化硅碳复合(C/Si 80%/20%)靶材的热压烧结工艺。结果如下:(1)随着Si粉添加量增加,体系中液相含量增加,扩散传质速率加快,硅碳化合反应生成3C-SiC,体系中的Si元素全部以3C-SiC的形式存在,靶材的致密度逐渐增加,Si粉添加量为14%时,靶材的密度达到2.51 g·cm^(-3);开孔孔径分布随Si粉添加量的增加而逐渐减小至20 nm以下;靶材电阻率随Si粉添加量的增加而逐渐降低,Si粉添加量为14%时,电阻率降低50%。(2)在1350~1450℃,随着液相保温时间的增加,硅元素挥发并逸出,产生反致密化的现象,Si含量越高,反致密化越明显,密度降低至2.2 g·cm^(-3)。(3)采用SiC/C/Si 6%/74%/14%组分体系,C/Si预球磨48 h后再添加纳米SiC粉体继续球磨2 h制备复合原料粉体,在1980℃,70 MPa下,液相保温时间为1 h 15 min所制备靶材致密度达到2.51 g·cm^(-3),组织结构均匀,形貌呈层片状生长,无闭合气孔,电阻率最低为2.06×10^(-3)Ω·cm。