钨钛合金制备工艺与性能研究

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钨钛合金因为具有抗腐蚀性和抗氧化性能好,导电导热性能好等优异性能,而经常被做成薄膜材料广泛用于半导体金属连接处的扩散阻挡层。W-Ti合金阻挡层主要由W-Ti合金靶材溅射镀膜而成,在实际应用中靶材的性能尤为重要,而其性能主要取决于合金的制备工艺,国内在W-Ti合金制备方面的研究起步较晚,目前成为研究的一大热点。本文以W粉、Ti粉和TiH2粉为原材料,W-1 0%Ti为研究体系,采取机械球磨工艺和真空热压烧结的方法制取W-Ti合金,研究W-Ti合金的制备工艺。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对合金的组织结构进行了研究,并对合金进行了密度和硬度测试,分析了合金组织与性能之间的关系。对W-Ti混合粉末的球磨工艺进行了初步探索,系统地研究了烧结温度、烧结压力对合金组织结构及性能的影响规律。研究结果表明:(1)球磨工艺对混合粉末的形貌有着显著影响。采用高能球磨,粉末细化明显,而且W-Ti之间发生固溶变化。而普通球磨后,W-Ti间没有产生固溶,基本上维持了原始粉末的特性。(2)在相同烧结条件下(温度1500℃,压力20MPa,保温时间1h),不同球磨工艺的粉料热压制备出的合金组织差异明显。高能球磨方式制备的合金晶粒细小,组织分散且均匀;而采用普通球磨方式制备出的合金,组织不规则,在富Ti区存在层状偏析组织。(3)烧结温度和压力对合金的组织性能有很大影响。由普通球磨工艺混粉后经热压制备的合金,随着烧结温度的升高,合金的密度逐渐增大,在1500℃时达到最大值14.18g/cm3;而硬度则先升高后下降,在1400℃时达到最大值625HV。压力由20MPa增加到30MPa后,合金的密度略微增大,但合金的固溶度和硬度变化幅度不大。
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