Титанова мішень

Титанова мішень — це спеціальний матеріал, який в основному використовується в технології фізичного осадження з парової фази (PVD) і магнетронного розпилення (Magnetron Sputtering). Серед них технологія PVD широко використовується у виробництві передових покриттів, тоді як магнетронне напилення зазвичай використовується у процесі виробництва напівпровідникових мікросхем та електронних компонентів. Титанові мішені виготовлені з чистого титану або титанового сплаву як основного компонента та ретельно виготовлені. Його унікальні переваги включають надзвичайно високу твердість і щільність, а також чудову стійкість до корозії, що робить його стабільним у різноманітних середовищах. Крім того, титанові мішені мають хорошу теплопровідність і високу чистоту, забезпечуючи відмінні характеристики для технології напилення тонких плівок.
Титанова мішень — це плитний матеріал із титану високої чистоти або титанового сплаву, виготовлений за допомогою процесу вакуумного плавлення та лиття по виплавленим моделям. Його найбільш помітними властивостями є висока чистота і чудова щільність. Щільність високоякісних титанових мішеней може досягати понад 99,5%, а вміст домішок надзвичайно низький, наприклад Fe, Si, O, N, H та інші елементи, менше 100 ppm. Завдяки цьому фізичні та хімічні властивості титанової мішені значно перевищують властивості звичайного промислового чистого титану.
Крім того, титанові мішені забезпечують чудову однорідність. У процесі підготовки було використано кілька обробок плавлення та гарту для ефективного покращення структурної однорідності титанової мішені. Цільова поверхня гладка і чиста, внутрішня структура щільна, а зерна дрібні, що забезпечує однорідність нанесеного шару плівки. Титанові мішені також мають чудову теплопровідність і невелику термічну напругу, що робить їх менш схильними до розтріскування та здатними витримувати процеси розпилення високої потужності або дугового випаровування. Крім того, титанова мішень має високу механічну міцність, яка може ефективно подовжити термін її служби та зменшити втрати цілі, таким чином покращуючи її загальну продуктивність і цінність використання.

⑴Магнетронне розпилення:
Підготовка оптичних покриттів, таких як антиблікове покриття для окулярних лінз, антиблікове покриття для лінз тощо.
Підготуйте магнітні записи на основі титану для зберігання даних, таких як жорсткі диски комп’ютерів.
Підготовка провідних плівок на основі титану для використання в якості електродів у РК-дисплеях.
⑵Лазерне напилення:
Підготуйте поверхневий зміцнений шар механічних частин для підвищення зносостійкості.
Підготовка поверхневих покриттів на біомедичних титанових сплавах для покращення біосумісності.
⑶Дугове випаровування:
Підготовка прозорої провідної плівки для переднього електрода сонячної батареї.
Приготування армуючих шарів композиційних матеріалів на основі титану.
⑷Електронно-променеве випаровування:
Підготовка заднього електрода для рутилових сонячних елементів.
Підготовка антиблікових плівок і пасиваційних плівок для фотоелектричних пристроїв.
Підготовка покриттів для автомобільних амортизаторів.
⑸Іонне покриття:
Підготовка біоактивних покриттів для імплантатів із титанового сплаву в стоматологічній та ортопедичній хірургії для покращення сили зв’язку між кісткою та імплантатами.
Приготування зносостійких та антикорозійних покриттів для поршнів автомобільних двигунів.
Підготуйте поверхневий загартований шар ріжучих інструментів для підвищення ефективності різання.
⑹ Хімічне покриття:
Підготовка провідних шарів з’єднання для електронних плат.
Приготування глянцевого покриття для декоративних деталей автомобіля.
Підготовка покриттів з високою відбивною здатністю для оптичних компонентів.
⑺Осадження атомного шару (ALD):
Підготовка дифузійних бар'єрних шарів для нових типів пам'яті, таких як мідні з'єднання.
Підготовка оптичних фільтрів для датчиків зображення.
Підготовка поверхневих шарів для сонячних елементів.
⑻3D друк:
Підготовка індивідуальних імплантатів і стентів із титанового сплаву для медичного використання.
Підготовка легких конструкційних деталей для аерокосмічної промисловості.
Підготовка металевих функціональних частин складної форми.

⑴Металургія
Принцип: вакуумно-дугова плавка та інші технології використовуються для плавлення титану високої чистоти, а потім піддаються численним плавленням і гартуванню, холодній прокатці або куванню для виготовлення титанових мішеней.
Потік процесу: вибір матеріалу→плавка→загартування та кування→механічна обробка→випробування
Переваги: ​​титановий цільовий матеріал має високу щільність, високу чистоту та хорошу однорідність.
Недоліки: складний процес, висока енергоємність, висока вартість.
⑵Метод спікання порошку
Принцип: титановий порошок високої чистоти пресується та формується, а потім спікається та ущільнюється для виготовлення титанової мішені.
Потік процесу: інгредієнти→пресування→спікання→механічна обробка→випробування
Переваги: ​​простий процес і низька вартість.
Недоліки: Щільність трохи менше, пор трохи більше, рівномірність трохи гірша.

⑶Метод термічного напилення
Принцип: технологія термічного напилення використовується для розпилення розплавленого титанового порошку на основний матеріал за допомогою високошвидкісного повітряного потоку для формування титанової мішені.
Хід процесу: вибір матеріалу → термічне напилення → механічна обробка → випробування
Переваги: ​​процес простий, якість можна контролювати, титанові мішені можна готувати на різних підкладках.
Недоліки: Дещо погана якість поверхні, вимагає подальшої механічної обробки.
⑷3D друк
Принцип: використовуйте джерела енергії, такі як лазери, для спікання порошку титанового сплаву шар за шаром і безпосереднього друку та формування титанових мішеней.
Хід процесу: інгредієнти → 3D-друк і формування → пост-обробка
Переваги: ​​мішені різних складних форм можна налаштувати за потреби.
Недоліки: нижча швидкість друку та висока вартість.
⑸Метод обертового розпилення
Принцип: за допомогою методу струменевого розпилення з обертовим електродом розплавлений металевий титан розпилюється та осідає на колекторі, утворюючи титанову мішень у формі пластівців.
Потік процесу: плавка → ротаційне розпилювальне формування → термічна обробка → механічна обробка → випробування
Переваги: ​​швидка швидкість формування та відносно однорідна якість.
Недоліки: адгезія трохи погана, вимагає подальшої термообробки.
⑹Метод склеювання напиленням
Принцип: спочатку шар чистої титанової плівки напилюється на підкладку, а потім титанова мішень готується шляхом високотемпературного гарячого пресування.
Потік процесу: обробка підкладки → формування плівки напилення → склеювання гарячим пресом → механічна обробка → перевірка
Переваги: ​​висока міцність зчеплення, міцне зчеплення між цільовим матеріалом і основою.
Недоліки: складний процес і тривалий час приготування.
⑺Метод іонної імплантації
Принцип: введіть азотну та вуглецеву плазму в титанову матрицю високої чистоти, а потім пройдіть термічну обробку з утворенням аніонної сполуки титану на поверхні для виготовлення композитної мішені.
Процес: обробка бомбардуванням → іонна імплантація → термообробка → механічна обробка → виявлення
Переваги: ​​можна приготувати поверхнево функціоналізовані композитні мішені.
Недоліки: можна підготувати лише тонкі мішені, і його складніше використовувати на великих площах.

Більш товсті титанові мішені мають довший термін служби напилення, зменшують частоту змін мішеней і підвищують ефективність роботи. Однак розподіл товщини плівки є нерівномірним, і мішень потрібно обертати, щоб покращити його. Більш тонкі титанові мішені мають більш рівномірний розподіл товщини плівки.
Плівка, виготовлена ​​з титанового цільового матеріалу високої чистоти (наприклад, 99,99%), має високу чистоту та хорошу продуктивність. Однак цільовий матеріал швидко зношується, збільшуючи експлуатаційні витрати. Хоча мішені з титану низької чистоти мають економічні переваги, вміст домішок в нанесеній плівці високий, що впливає на продуктивність плівки.
Цільовий шар титанової плівки високої щільності має хорошу щільність і міцну адгезію. Однак занадто висока щільність також збільшить напругу всередині мембрани. Титанові мішені з помірною щільністю можуть отримати шар плівки зі збалансованою продуктивністю.
Яскраві та плоскі титанові мішені утворюють плівки з кращою якістю поверхні. Але надмірне полірування також може спричинити проблеми з осипанням частинок. Помірна шорсткість поверхні покращує адгезію плівки.
Титанові мішені великого розміру мають високу ефективність, але мають погану однорідність і нерівномірний розподіл товщини плівки. Мішені невеликої площі можуть отримати однорідний шар плівки, але ефективність низька.
Високоміцні титанові мішені мають високу механічну міцність, тривалий термін служби і хорошу зносостійкість, але процес виробництва складний. Звичайні титанові мішені мають низьку механічну міцність, схильні до зношування і малий термін служби.
Титанова мішень з рівномірною щільністю може зробити щільність кожної ділянки шару плівки узгодженою та отримати шар плівки з рівномірними характеристиками. Цільові матеріали з нерівномірною щільністю призведуть до нестабільної якості плівки.
Різні домішкові елементи по-різному впливають на властивості титанових плівок. Наприклад, забруднення Fe серйозно впливає на електричні властивості плівки, тоді як Si в основному впливає на механічні властивості. Вибір титанових мішеней з відповідними типами домішок може оптимізувати продуктивність плівки.
Дорогі титанові мішені зазвичай мають відмінні характеристики, але вартість використання також висока. Вибір рентабельних продуктів може зменшити витрати, забезпечуючи при цьому якість плівки.

Цільове виробництво титану в Китаї в 2020 році становить близько 12 000 тонн, що задовольняє лише приблизно 1/3 попиту внутрішнього ринку. Очікується, що до 2025 року цільова потужність виробництва титану в Китаї зросте приблизно до 20 000 тонн.
Основні світові виробники цільового титану включають Praxair в Сполучених Штатах, Toho Mining в Японії, Western Titanium Industry в Китаї, Baoti Group та ін. На першу п'ятірку за часткою ринку припадає приблизно 65% загального світового виробництва.
З точки зору цільового розміру, на розмір 2-4 дюймів припадає найбільша частка продукції, що становить приблизно 55% від загального обсягу. Титанові мішені великого розміру ростуть швидше і, як очікується, до 2023 року досягнуть близько 35% від загальної кількості.
З точки зору матеріалів для мішеней, найбільший попит мають титанові мішені високої чистоти, які становлять приблизно 60% від загального обсягу в 2020 році. Мішені з титанового сплаву також мають високий попит, і темпи їхнього зростання є швидкими.
Серед подальших застосувань титанових мішеней галузь виробництва напівпровідників завжди мала найбільший попит. Однак найшвидше зростає попит на індустрію нових енергетичних транспортних засобів, і очікується, що до 2025 року її попит перевищить попит на напівпровідникову промисловість.

Перспективи:
Завдяки чудовим фізико-хімічним властивостям титанові мішені широко використовуються в оптичних покриттях, декоративних покриттях, зносостійких покриттях, електронних пристроях, сонячних елементах та інших областях, і перспективи їх розвитку дуже широкі. З розвитком науки і техніки постійно відкриваються нові сфери застосування. Наприклад, очікується подальше розширення застосування титанових мішеней у сферах нової енергетики, біомедицини тощо.
Технічні труднощі:
Підвищення чистоти титанових мішеней: хоча поточна чистота титанових мішеней вже може задовольнити потреби більшості застосувань, для деяких високотехнологічних застосувань, таких як сонячні батареї, надпровідні матеріали тощо, чистоту титанових мішеней необхідно підвищити покращений.
Оптимізація процесу підготовки титанових мішеней: у поточному процесі підготовки титанових мішеней все ще існують деякі проблеми, такі як висока вартість, низька ефективність, погані екологічні показники тощо, які необхідно вирішити за допомогою технологічних інновацій та вдосконалення процесу.
Збільште термін служби титанової мішені: під час процесу нанесення покриття титанову мішень бомбардуватимуть високоенергетичні іони, що спричинить зношування її поверхні та вплине на термін служби. Тому питання підвищення зносостійкості та довговічності титанових мішеней є важливою технічною проблемою.
Майбутній напрямок:
Розробка нових титанових мішеней: Завдяки матеріалознавству та інноваційним процесам розробляються нові титанові мішені для задоволення потреб високотехнологічних програм.
Оптимізуйте процес підготовки: завдяки оптимізації процесу та модернізації обладнання ми можемо підвищити ефективність підготовки титанових мішеней, зменшити витрати на виробництво та покращити екологічність продукту.
Розширення сфер застосування: Завдяки дослідженням і розробкам технологій і розвитку ринку сфери застосування титанових мішеней будуть ще більше розширені, наприклад нова енергетика, біомедицина тощо.
Загалом титанові мішені як важливий матеріал покриття мають широкі перспективи розвитку, але вони також стикаються з деякими технічними проблемами. Очікується, що завдяки безперервним технологічним інноваціям і розвитку ринку в майбутньому ми досягнемо більшого розвитку.