Titanium mål

Titanium target er et specielt materiale, der hovedsageligt anvendes i fysisk dampaflejring (PVD) og magnetronsputtering (Magnetron Sputtering) teknologi. Blandt dem er PVD-teknologi meget udbredt i produktionen af ​​avancerede belægninger, mens magnetronforstøvning almindeligvis anvendes i fremstillingsprocessen af ​​halvlederchips og elektroniske komponenter. Titanium mål er lavet af rent titanium eller titanlegering som hovedkomponent og er omhyggeligt fremstillet. Dens unikke fordele omfatter ekstrem høj hårdhed og tæthed, samt fremragende korrosionsbestandighed, hvilket gør den stabil i en række forskellige miljøer. Derudover har titaniummål god varmeledningsevne og høj renhed, hvilket giver fremragende ydeevne til sputtering af tyndfilmsteknologi.
Titanium target er et plademateriale af høj renhed af titanium eller titanlegering fremstillet gennem en støbeproces med vakuumsmeltning. Dens mest bemærkelsesværdige egenskaber er høj renhed og fremragende tæthed. Tætheden af ​​titaniummål af høj kvalitet kan nå mere end 99,5%, og urenhedselementerne er ekstremt lave, såsom Fe, Si, O, N, H og andre elementer er mindre end 100 ppm. Dette gør, at titaniummålets fysiske og kemiske egenskaber langt overstiger almindeligt industrielt rent titanium.
Derudover tilbyder titaniummål fremragende ensartethed. Under forberedelsesprocessen blev flere smelte- og bratkølingsbehandlinger brugt til effektivt at forbedre den strukturelle ensartethed af titaniummålet. Måloverfladen er glat og ren, den indre struktur er tæt, og kornene er fine, hvilket sikrer ensartetheden af ​​det aflejrede filmlag. Titaniummål har også fremragende termisk ledningsevne og lille termisk spænding, hvilket gør dem mindre tilbøjelige til at revne og i stand til at modstå højeffekt sputtering eller lysbuefordampningsprocesser. Derudover har titanium-målet høj mekanisk styrke, som effektivt kan forlænge dets levetid og reducere måltab, og dermed forbedre dets samlede ydeevne og brugsværdi.

⑴Magnetronforstøvning:
Forberedelse af optiske belægninger, såsom anti-reflekterende belægninger til brilleglas, anti-reflekterende belægninger til linser mv.
Forbered titanium-baserede magnetiske poster til datalagring såsom computerharddiske.
Fremstilling af titanium-baserede ledende film til brug som elektroder i LCD-skærme.
⑵Laser sputtering:
Forbered overfladehærdet lag af mekaniske dele for at forbedre slidstyrken.
Forberedelse af overfladebelægninger på biomedicinske titanlegeringsmaterialer for at forbedre biokompatibiliteten.
⑶ Buefordampning:
Klargøring af transparent ledende film til frontelektrode på solcelle.
Forberedelse af titanium-baserede forstærkningslag af kompositmaterialer.
⑷ Elektronstrålefordampning:
Klargøring af bagelektrode til rutil solceller.
Fremstilling af anti-reflekterende film og passiveringsfilm til fotovoltaiske apparater.
Forberedelse af belægninger til bilstøddæmpere.
⑸Ionbelægning:
Forberedelse af bioaktive belægninger til titanlegeringsimplantater i tand- og ortopædkirurgi for at forbedre bindingskraften mellem knogle og implantater.
Forberedelse af slidbestandige og anti-korrosionsbelægninger til automobilmotorstempler.
Forbered overfladehærdet lag af metalskæreværktøjer for at forbedre skæreydelsen.
⑹ Kemisk plettering:
Forberedelse af ledende sammenkoblingslag til elektroniske printkort.
Forberedelse af glansbelægning til dekorative dele til biler.
Forberedelse af højreflekterende belægninger til optiske komponenter.
⑺Atomlagsdeposition (ALD):
Forberedelse af diffusionsbarrierelag til nye typer hukommelser såsom kobberforbindelser.
Klargøring af optiske filtre til billedsensorer.
Klargøring af overfladelag til solceller.
⑻3D-print:
Forberedelse af tilpassede titanlegeringsimplantater og stents til medicinsk brug.
Klargøring af letvægts konstruktionsdele til rumfartsindustrien.
Forberedelse af metalfunktionelle dele til komplekse former.

⑴ Metallurgi
Princip: Vakuumbuesmeltning og andre teknologier bruges til at smelte højrent titanium og gennemgår derefter flere smeltnings- og bratkølings-, koldvalsnings- eller smedningsbehandlinger for at fremstille titaniummål.
Procesflow: materialevalg→smeltning→bratkøling og smedning→bearbejdning→testning
Fordele: Titanium målmateriale har høj densitet, høj renhed og god ensartethed.
Ulemper: kompleks proces, højt energiforbrug og høje omkostninger.
⑵Pulversintringsmetode
Princip: Højrent titaniumpulver presses og formes og sintres derefter og fortættes til et titaniummål.
Procesflow: ingredienser→presseformning→sintring→bearbejdning→testning
Fordele: enkel proces og lave omkostninger.
Ulemper: Densiteten er lidt lavere, porerne er lidt mere, og ensartetheden er lidt dårligere.

⑶Termisk sprøjtemetode
Princip: Termisk sprøjteteknologi bruges til at sprøjte smeltet titaniumpulver på basismaterialet med højhastighedsluftstrøm for at danne et titaniummål.
Procesflow: materialevalg → termisk sprøjtning → mekanisk bearbejdning → prøvning
Fordele: Processen er enkel, kvaliteten er kontrollerbar, og titaniummål kan fremstilles på forskellige underlag.
Ulemper: Overfladekvaliteten er lidt dårlig og kræver efterfølgende mekanisk bearbejdning.
⑷3D-print
Princip: Brug energikilder såsom lasere til at sintre titanlegeringspulver lag for lag og direkte printe og forme titaniummål.
Procesflow: ingredienser → 3D-print og støbning → efterbehandling
Fordele: Mål med forskellige komplekse former kan tilpasses efter behov.
Ulemper: langsommere udskrivningshastighed og højere omkostninger.
⑸ Spin spray metode
Princip: Ved hjælp af den roterende elektrodestrålespraymetode forstøves det smeltede titaniummetal og aflejres på opsamleren for at danne et flageformet titaniummål.
Procesflow: smeltning → roterende sprøjtestøbning → varmebehandling → mekanisk bearbejdning → testning
Fordele: hurtig formningshastighed og relativt ensartet kvalitet.
Ulemper: Vedhæftningen er lidt dårlig og kræver efterfølgende varmebehandling.
⑹Sputtering bindingsmetode
Princip: Først sputteres et lag af ren titaniumfilm på substratet, og derefter fremstilles titaniummålet ved højtemperatur-varmpressende binding.
Procesflow: substratbehandling → sputterfilmdannelse → varmpressebinding → mekanisk bearbejdning → inspektion
Fordele: høj bindingsstyrke, tæt binding mellem målmateriale og underlag.
Ulemper: kompleks proces og lang forberedelsestid.
⑺Ionimplantationsmetode
Princip: Injicer nitrogen og kulstofplasma i en titanmatrix med høj renhed, og gennemgå derefter varmebehandling for at danne en titaniumanionforbindelse på overfladen for at forberede et sammensat mål.
Procesflow: bombardementbehandling → ionimplantation → varmebehandling → mekanisk bearbejdning → detektion
Fordele: Overfladefunktionaliserede sammensatte mål kan fremstilles.
Ulemper: Kun tynde mål kan klargøres, og det er sværere at bruge i store områder.

Tykkere titanium-mål har en længere sputterlevetid, reducerer hyppigheden af ​​målændringer og forbedrer arbejdseffektiviteten. Imidlertid er filmtykkelsesfordelingen ujævn, og målet skal drejes for at forbedre det. Tyndere titanium-mål har en mere ensartet filmtykkelsesfordeling.
Filmen fremstillet af højrent titaniummålmateriale (såsom 99,99%) har høj renhed og god ydeevne. Målmaterialet bliver dog hurtigt slidt, hvilket øger driftsomkostningerne. Selvom lavrente titanium-mål har omkostningsfordele, er urenhedsindholdet i den aflejrede film højt, hvilket påvirker filmens ydeevne.
Målfilmlaget af titanium med høj densitet har god tæthed og stærk vedhæftning. For høj densitet vil dog også øge spændingen i membranen. Titaniummål med moderat tæthed kan opnå et filmlag med afbalanceret ydeevne.
Lyse og flade titanium-mål afsætter film med bedre overfladekvalitet. Men overpolering kan også give problemer med partikeludskillelse. Moderat overfladeruhed hjælper med at forbedre filmvedhæftningen.
Titaniummål i stor størrelse har høj arbejdseffektivitet, men har dårlig ensartethed og ujævn filmtykkelsesfordeling. Mål med små områder kan opnå et ensartet filmlag, men effektiviteten er lav.
Højstyrke titaniummål har høj mekanisk styrke, lang levetid og god slidstyrke, men produktionsprocessen er vanskelig. Almindelige titanium mål har lav mekanisk styrke, er tilbøjelige til at blive slidt og har en kort levetid.
Et titaniummål med ensartet tæthed kan gøre tætheden af ​​hvert område af filmlaget konsistent og opnå et filmlag med ensartet ydeevne. Målmaterialer med ujævn massefylde vil føre til ustabil filmkvalitet.
Forskellige urenhedselementer har forskellige virkninger på egenskaberne af titaniumfilm. For eksempel påvirker Fe-forurening alvorligt filmens elektriske egenskaber, mens Si hovedsageligt påvirker de mekaniske egenskaber. Valg af titaniummål med passende urenhedstyper kan optimere filmens ydeevne.
Dyre titanium-mål har normalt fremragende ydeevne, men brugsomkostningerne er også høje. Valg af omkostningseffektive produkter kan reducere omkostningerne og samtidig sikre filmkvalitet.

Kinas mål for titaniumproduktion i 2020 er omkring 12,000 tons, hvilket kun dækker omkring 1/3 af efterspørgslen på hjemmemarkedet. Det forventes, at i 2025 vil Kinas målproduktionskapacitet for titanium stige til omkring 20,000 tons.
Verdens største producenter af titaniummål omfatter Praxair i USA, Toho Mining i Japan, Western Titanium Industry i Kina, Baoti Group osv. De fem bedste målt på markedsandel tegner sig for cirka 65% af den globale samlede produktion.
Med hensyn til målstørrelse tegner 2-4-tommer-størrelsen sig for den største andel af output, der tegner sig for omkring 55 % af det samlede antal. Titaniummål i stor størrelse vokser hurtigere og forventes at nå op på omkring 35 % af det samlede antal i 2023.
Set fra målmaterialers perspektiv har titaniummål med høj renhed den største efterspørgsel, der tegner sig for cirka 60 % af det samlede antal i 2020. Titanlegeringsmål har også stor efterspørgsel, og deres væksthastighed er hurtig.
Blandt downstream-applikationerne af titanium-mål har halvlederfremstillingsindustrien altid været den største efterspørgsel. Imidlertid har den nye energikøretøjsindustri den hurtigst voksende efterspørgsel, og det forventes, at dens efterspørgsel vil overstige halvlederindustriens efterspørgsel i 2025.

Udsigter:
På grund af dets fremragende fysiske og kemiske egenskaber anvendes titaniummål i vid udstrækning i optiske belægninger, dekorative belægninger, slidbestandige belægninger, elektroniske enheder, solceller og andre områder, og deres udviklingsmuligheder er meget brede. Med fremskridt inden for videnskab og teknologi bliver nye anvendelsesområder konstant opdaget. Eksempelvis forventes anvendelsen af ​​titanium targets også på områderne ny energi, biomedicin osv. at blive yderligere udvidet.
Tekniske vanskeligheder:
Forbedring af renheden af ​​titanium-mål: Selvom den nuværende renhed af titan-mål allerede kan opfylde behovene for de fleste applikationer, skal renheden af ​​titanium-mål til nogle avancerede applikationer, såsom solceller, superledende materialer osv. forbedret.
Optimering af forberedelsesprocessen af ​​titaniummål: Der er stadig nogle problemer i den nuværende forberedelsesproces af titaniummål, såsom høje omkostninger, lav effektivitet, dårlig miljøpræstation osv., som skal løses gennem teknologisk innovation og procesforbedring.
Forbedre levetiden for titaniummålet: Under belægningsprocessen vil titaniummålet blive bombarderet af højenergi-ioner, hvilket forårsager slid på dets overflade og påvirker dets levetid. Derfor er det et vigtigt teknisk problem, hvordan man forbedrer slidstyrken og levetiden for titaniummål.
Fremtidig retning:
Udvikle nye titanium-mål: Gennem materialevidenskab og procesinnovation udvikles nye titanium-mål for at imødekomme behovene for avancerede applikationer.
Optimer forberedelsesprocessen: Gennem procesoptimering og udstyrsopgradering kan vi forbedre fremstillingseffektiviteten af ​​titaniummålmaterialer, reducere produktionsomkostningerne og forbedre produktets miljømæssige ydeevne.
Udvid anvendelsesområder: Gennem teknologisk forskning og udvikling og markedsudvikling vil anvendelsesområderne for titaniummål blive udvidet yderligere, såsom ny energi, biomedicin mv.
Generelt har titanium-mål, som et vigtigt belægningsmateriale, brede udviklingsmuligheder, men de står også over for nogle tekniske udfordringer. Gennem kontinuerlig teknologisk innovation og markedsudvikling forventes det at opnå en større udvikling i fremtiden.