淮安本地回收废钼哪个好
钼箔/钼板/钼片(MO1)钼,是银白的坚硬金属。很重,比重为l0.2。难熔,熔点高达2620℃。纯净的钼富有延展性,但含有少量杂质时,变得很脆。
钼箔/钼板/钼片(MO1)钼的化学性质也很稳定,不会被盐酸,氢氟酸及碱液所腐蚀,但在硝酸,王水或热浓硫酸中会被腐蚀。在纯氧中,加热到500℃以上,钼会燃烧,变成三氧化钼。金属钼的用途并不太广,主要是用来制造真空管的,电灯泡里的钨丝托架等。
钼箔/钼板/钼片(MO1)钼1927年,人们制成超纯金属钼,纯度高达99.999%,拉成细丝,用作集成电路的导线。另外,金属钼丝还用于机床的电火花加工。近年来我国制成的数控线切割机床,就是用金属钼丝导电,进行切割――电火花加工的。在惰性气体的保护气氛中,钼丝和钨丝可配制成高温热点偶,用以测量1200-2000℃的高温。
钼是一种金属元素,元素符号:Mo,英文名称:Molybdenum,原子序数42,是VIB族金属。钼的密度为10.2g/cm³,熔点为2610℃,沸点为5560℃。钼是一种银白的金属,硬而坚韧,熔点高,热传导率也比较高,常温下不与空气发生氧化反应。作为一种过渡元素,易改变其氧化状态,钼离子的颜也会随着氧化状态的改变而改变。钼是人体及动植物所的微量元素,对人以及动植物的生长、发育、遗传起着重要作用。钼在地壳中的平均含量为0.00011%,钼资源储量约为1100万吨,探明储量约为1940万吨。由于钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐磨研等优点,被广泛应用于钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医和农业等领域。
虽然钼是在18世纪后期被人们发现的,但在钼被发现之前,就已经被人们使用,如14世纪,日本使用含钼的钢制造马刀。16世纪,辉钼矿因为与铅、方铅矿及石墨的外观和性质都很相似,被人们当作石墨使用,当时的欧洲人还将这几种矿石统称为“molybdenite”。
1754年,瑞典化学家BengtAnderssonQvist检测了辉钼矿,发现里面不含铅,因而他认为辉钼矿与方铅矿并不是同一种物质。
1778年,瑞典的化学家舍勒发现硝酸与石墨不起反应,而与辉钼矿反应后获得一种白粉末,将它与碱溶液共同煮沸,结晶析出一种盐。他认为这种白粉末是一种金属氧化物,用木炭混合后强热,并没有获得金属,而当它与硫在一起加热后却得到原来的辉钼矿,因而他认为辉钼矿应该是一种未知元素的矿物。
根据舍勒的启发,1781年,瑞典人耶尔姆用“碳还原法”从这种白粉末中分离出一种新的金属,并将该金属命名为“Molybdenum”。
合金领域
钼在钢铁领域的消费量大,主要用于生产合金钢(约占钼在钢铁消耗总量中的43%)、不锈钢(约23%)、工具钢和高速钢(约8%)、铸铁和轧辊(约6%)。钼大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分则先熔炼成钼铁,然后再用于炼钢。钼作为钢的合金元素具有以下优点:提高钢的强度和韧性;提高钢在酸碱溶液和液态金属中的抗腐蚀性;提高钢的耐磨性;改善钢的淬透性、焊接性和耐热性。例如,含钼量为4%-5%的不锈钢往往用于诸如海洋设备、化工设备等侵蚀、腐蚀比较严重的地方。
以钼为基体加入其他元素(如钛、锆、铪、钨及稀土元素等)构成有合金,这些合金元素不仅对钼合金起到固溶强化和保持低温塑性的作用,而且还能形成稳定的、弥散分布的碳化物相,提高合金的强度和再结晶温度。钼基合金因为具有良好的强度、机械稳定性、高延展性而被用于高发热元件、挤压磨具、玻璃熔化炉电、喷射涂层、金属加工工具、航天器的零部件等。
在生活中,有时需要将坚硬的金属切开,然而这些金属的硬度让我们望而却步。
有这么一种神奇的金属元素,它就是钼。
金属钼
利用它制作的钼丝能够轻松将钢板切开,你很难想象它的工作原理!
神奇的金属钼
虽然大家可能对钼这种金属元素很陌生,但人体当中都或多或少含有微量的钼元素,其是人体不可缺少的存在。
钼在人体当中主要对人的新陈代谢起推动作用,一旦缺乏钼元素,婴儿很有可能出现生长迟滞的情况,甚至是亡。
成年人则会出现过高的尿酸、嘌呤等情况,危及人类的健康。
高尿酸的六大危害
如果钼元素过量又会对新陈代谢造成障碍,使尿道、肾脏部位出现结石。
尿道与肾结石
既然钼元素对人们如此重要,那么人体中的钼究竟从何而来呢?
我们平时吃的一些食物中,就含有微量的钼元素,这些钼元素能够满足人体所需。
比如,番茄和各类谷物的含钼量比较高,大部分蔬菜都含有钼元素。
要是某个人检查出身体当中缺乏钼元素,那就要在饮食方面注意一下了。
作为自然金属的钼元素,它本身的质也很神奇。
自然界的钼元素
钼元素在自然条件下,会形成一种名为辉钼矿的矿物质,经过一定的提炼加工,就可以得到纯金属钼。
辉钼矿
提炼出的金属钼呈现灰,属于立体方块状的金属结构。
别看它长得像石墨,但是它的熔点和沸点要比石墨高上不少。
金属钼的熔点高达2600摄氏度,沸点约为4600摄氏度,密度奇高且韧十足,常用于其他金属的制作当中。
如果在钢铁工业当中,加入适量的钼元素,可以提升钢材的坚硬程度和耐腐蚀,并提高钢材的熔点。
在航空航天领域当中,钼元素掺杂的复合材质,是建造耐高温部件的重要原材料。
这些材料皆需耐高温
科学研究表明,含钼量超过18%的镍基超合金,能够耐得住3000摄氏度以上的高温,实用。
因此,钼元素也被运用到各种电子机械当中,成为一层坚硬的保护屏障。
钼金属不仅坚硬,而且表层的摩擦系数小,光滑,含有钼元素的二硫化钼也是重要的润滑剂。
除了各种高端领域,钼元素也被运用到肥料当中,使各种植物能够正常生长。
科学界有传,钼元素很有可能在相关领域当替代石墨烯。
石墨烯结构
石墨烯由于其的分子结构,具有很强的稳定,能够被运用到各种领域,尤其是新能源和晶体管等高端领域当中,石墨烯有着重要。
然而,相关研究表明,它相比石墨烯,质更加。
加州纳米技术研究院此前用辉钼和二硫化钼制作出了一种新型芯片,这种芯片比普通芯片更小、更薄,并且延展和成本要比石墨烯为原料芯片更。
芯片的内部结构
只可惜,如今钼元素为原料的芯片技术要求太高,无法用于批量生产,相信日后人类的技术进步,能够从根源上解决这个问题。
无独有偶,瑞士联邦理工学院洛桑分校的科学家也利用钼元素制作出了一种新型芯片。
科学家研究其质的时候发现,钼元素原料的分子结构是二维的,所以它制作出的芯片薄。
再加上延展等特点,使得钼元素芯片能够植入到人体当中。
科学家表示,含有钼元素的辉钼是优秀的半导体材料,在芯片、二管等相关领域的制作中,有着无法估量的前景。
辉钼矿
此外,钼元素制作的钼丝,被广泛运用到切割领域,它的切割方式,对超乎大家的想象。
钼丝的切割方式
我们生活中常见的切割方式是暴力破坏材质的物质结构,达到分离的目的,然而钢铁的材质,常用的切割方式肯定不起效,这个时候就要用到线割。
利用钼丝等工具制作的切割装置被称为线割器,它的结构很简单,机器有一个凹槽,在两端由一条钼丝连接,大部分钢铁通过钼丝,被轻松一分为二。
如此神奇的切割方式,它的工作原理要紧之处在于这根钼丝。
钼丝
因为钼丝上是通了高压电流的,带有电流的钼丝与钢铁接触,能够瞬间产生高温,将接触点融化,达到切割的目的。
当然这样的切割方式需要丝线拥有高的熔点,而钼丝恰好能够满足,是线割的主要原材料。
根据丝线的材质不同,线割的速度存在差异。
采用高熔点的铜、铁等原材料的丝线,属于低配版的线割机,本身的熔点并不是很高,能够承受的电流弱,速度自然就低,并且耐磨差,用不了多久就会出现损坏等情况。
线割机结构
而钼丝则是高配版的线割机,本身材质稳定,只要电流,高温很容易就将钢铁给切割开来,的实用。
线割机的来源
这么实用的线割机,又是谁发明的呢?
上个世纪中期,苏联的拉扎联科夫妇发现,金属在受到放电的火花时,会被腐蚀和氧化。
他们立刻反应过来,既然金属拥有如此质,为什么不生产一个放电的火花装置,来解决切割金属的难题呢?
电火花点火装置
于是花了几年时间,研发了电火花加工的方法,这是线割机的雏形,人们经过不断地改良,终于在1960年,出现了台线割机。
然而,这样的切割方法并不受到欧美人的,于是就转卖到我国。
因此,我国是世界上个将线割机用于工业生产的国家。
一用吓一跳,没想到这种切割机如此好用,解决了工业生产中的许多难题。
经过我国科学家的多次改良,线割机的丝线也不断更替,自从钼元素的特被发现后,钼丝便成为线割机的重要部件,充分发挥了线割机的优势。
如今,欧家也在使用线割机进行各类金属切割操作,我国的线割机发展水平水涨船高,实现了智能化操作。
工作中的线割机
我国较为高端的线割机主要采用微型计算机控制,对切割对象进行自动化、化操作,属于世界一流切割技术。
了解完钼丝制作的线割机操作后,相信大家对神奇的钼元素又有了更多的了解,那么它神奇的质还有哪些呢?
钼元素的价值
钼可以用于物制作当中,比如,钼酸铵就可以补充人体所需的钼元素,适量使用可以加强孩童的健康发育。
钼酸铵剂
利用钼制作的合金优点很多,被广泛用于各种领域。
只可惜,钼在地球的储量并不多可,开采量约为800万吨。
如何将为数不多的钼利用起来,是人类以后要思考的问题。
钼(Molybdenum)是一种化学元素,它的化学符号是Mo,它的原子序数是42,是一种灰的过渡金属。因为一开始钼矿石与铅矿石被混淆了,因此Molybdenum之名来自新拉丁语 molybdaenum,后者来自古希腊语 Μόλυβδος molybdos,意思是铅。钼矿石在历史上被人们所熟知,但该元素的发现(即从其它金属中区分出来)是在1778年,由卡尔·威廉·舍勒识别出来。该金属在1781年次被彼得·雅各·耶尔姆分离得出。
钼在地球上没有自然金属的形态,但是在矿物中以各种氧化物的形式出现。在单体元素形式中,钼是一种灰金属,呈灰口铸铁颜,是元素中熔点排名第六高。它很容易在合金中形成坚硬、稳定的碳化物,因此,世界上大多数钼产品(约80%)都被用作某种铁合金,包括高强度合金和高温合金。
大多数钼化合物在水中微溶,但是当含钼的矿物与氧气和水接触时可以形成钼离子MoO2−4。在工业上,钼化合物(世界上约有14%的产品)被用于高压和高温应用品,如素或催化剂等。
目前,一些细菌在大气氮分子的化学键上常用的催化剂是含钼酶,能起到生物固氮作用。在细菌和动物中,虽然只有细菌和蓝藻酶会参与到固氮活动中,但已知的含钼酶至少有50种。这些固氮酶含钼的形式与其它含钼酶不同,但都有氧化形式的钼,用以搭配钼辅因子。由于钼的各种辅因子酶的多样功能,钼成为高于真核生物组织的膳食矿物质,虽然并非细菌到钼。
在18世纪,辉钼矿往往被认为是铅矿。1778年瑞典的卡尔·威廉·舍勒从辉钼矿中提取出了氧化钼,根据舍勒的启发,1781年他的朋友,同是瑞典人的彼得·雅各布·海基尔姆把钼土用“碳还原法”分离出新的金属钼。
钼主要用于钢铁工业。 0.3%的钼添加剂可提高几种钢种的铸铁强度和耐腐蚀性。耐锈和耐酸的钼钢合金含有0.4至3.5%的钼。表面处理可以提高含钼钢的机械强度。一些钢的钼含量也可达到14.5%。钼替代某些钢种的镍。在这种情况下,获得Cr-Mo钢代替Cr-Ni钢。目前,钼还用于生产耐热合金。
化合物应用
MoO3催化剂用于许多有机化学过程,例如重整过程,石油馏分的脱硫,邻苯二甲酸酐,马来酸酐和蒽醌等。产生其混合氧化物用作丙烯醛和丙烯酸生产中的催化剂。钼化合物用于颜料,染料,试剂,润滑剂,催化剂,缓蚀剂,陶瓷助剂,微量元素等。产生。硼化钼,碳化物,硅化物具有半导体特性。
钼作为辅酶
钼是大多数生物中的元素。事实上,早期的地球海洋缺乏钼可能会对真核生物(包括植物和动物)的演化产生强烈影响。
目前已经鉴定出至少50种酶含有钼,主要存在于细菌中。这些酶包括醛氧化酶,亚硫酸氧化酶和黄嘌呤氧化酶。 就功能而言,钼酶催化氧化反应,有时会在调节氮,硫和碳的过程中还原某些小分子。在一些动物和人类中,黄嘌呤氧化酶催化黄嘌呤氧化成尿酸,这是一种嘌呤分解代谢过程。黄嘌呤氧化酶的活性与体内钼的量含成正比。然而,高浓度的钼反而会抑制嘌呤分解代谢和其他过程。钼的浓度也会影响蛋白质的合成,代谢和生长。
Mo是大多数固氮酶中的组成成分。固氮酶催化大气氮气生产氨:
N2+8H++8e-+16ATP+16H2O→2NH3+H2+16ADP+16Pi
铁钼辅因子的生物合成是一个复杂的过程。
钼酸盐在体内以MoO42−形式运输。
目前尚未发现钼对人类的急毒性,毒性取决于其化学状态。研究显示,某些钼化合物,对老鼠的半数致死剂量(LD50)低至180 mg / kg,虽然没有人类毒性数据,但动物研究表明,长期摄入超过10毫克/天的钼可引起腹泻,生长迟缓,不孕,出生体重低和痛风;还会影响肺部,肾脏和肝脏。钨酸钠是一种竞争性的钼抑制剂,饮食钨会降低组织中钼的浓度
引 言
随着电子及信息产业的迅猛发展,对溅射靶材的需求不断增加,同时对其技术及靶材性能的要求也在不断提高。 难熔金属钼具有高熔点(2620±20℃)、高弹性模量(280~390 GPa)、低线性热膨胀系数(5.8 ×10-6 ~ 6.2 ×10-6 / K)、高耐磨性、良好的导电/ 导热性能和热稳定性[1 - 3]。 因此,钼靶材经磁控溅射制成的钼合金薄膜是平面显示用液晶显示器面板的电或配线的关键材料。
在电子行业中,为了提高溅射效率和确保溅射薄膜的质量,要求溅射靶材具有高纯度、高致密度、晶粒细小且尺寸分布均匀、结晶取向一致等特性。
纯钼靶材溅射出的薄膜在耐腐蚀性(变) 和密着性(膜的剥离)等方面仍有待改善。 已有研究表明:在钼中加入适量合金元素(V、Nb、W、Ta)可使其比阻抗、应力、耐腐蚀性等各种性能达到均衡。 因此,目前钼合金靶材已经取代纯钼靶材成为研究的热点。 添加 W 可以有效提高钼的高温强度和再结晶温度,抑制钼靶材中的晶粒长大,但是钨的比重大且室温脆性大,钨添加量较大时会导致钼合金靶材较重,且塑性降低,容易萌生裂纹[4]。 Jorg 等[5]的研究表明,在钼中添加 20% (原子数分数)Al 和 10% (原子数分数)Ti 可以改善钼的抗氧化性能,并同时保持其低电阻率。 由于钼与铌均具有体心立方的晶体结构, 两 者 之 间 的 晶 格 错 配 度 低, 在 钼 中 添 加5% ~ 10% (质量分数) Nb 可以显著提高溅射薄膜的比电阻、耐腐蚀性能和黏结力[6 - 7]。 由于钽会优先被氧化形成钝化层,所以添加Ta元素可以降低薄膜的腐蚀率,但会造成钼合金薄膜电阻率升高[8]。
与钼铌合金薄膜相比,钼钽合金薄膜晶粒细化效果更加显著,薄膜沉积速率更大,薄膜表面粗糙度更小,但薄膜的电阻率更大[9]。Mo 靶材组织对溅射薄膜形貌与性能的影响研究结果表明:靶材组织、择优取向对薄膜形貌与取向影响不大,但靶材晶粒尺寸及均匀性会影响薄膜沉积速率、薄膜厚度及薄膜的方阻[10]。 马杰等[11] 研究了钼靶材变形量及热处理对薄膜组织与性能的影响,结果显示:相较于变形量小的钼靶材,80% 变形量的钼靶材溅射所得薄膜晶化程度更高;钼靶材经1 050 ℃退火后溅射制得薄膜粗糙度小。
磁控溅射是钼合金薄膜的主要制备技术。 靶材作为磁控溅射过程中的关键材料,不仅使用量大,而且靶材质量的好坏对钼合金薄膜的性能起着决定作用。 本文从粉体优化、混粉工艺、成型和烧结技术等方面对钼及钼合金溅射靶材相关专利进行了统计与分析,旨在为开发高品质钼合金多元靶材提供借鉴。
1 、专利统计与分析
1.1 粉体优化
专利(CN 103990802 B) [12] 通过优化 Mo 粉末的性状,开发出了一种高密度、高纯度 Mo 合金溅射靶材的制备方法,所制备 Mo 合金溅射靶材能够稳定、廉价地制造出低电阻、高耐湿/高耐热性、与基体密合性的高品质薄膜。
专利(CN 103173728 B) [13] 发明了一种廉价且可稳定制备 Mo 合金溅射靶材的方法,即将 Mo 粉与1 种或 2 种以上的 Ni 合金粉末混合(Ni6Nb7、Ni3Nb),在 800 ~ 1 500 ℃ 下加压烧结(10 ~ 200 MPa)。 Mo合金中 Ni 与 Nb 含量低于 50% (原子数分数),其中Nb 含量低于 20% (原子数分数)。 该专利避免了使用 Mo、Ni、Nb 粉末作为原料,解决了合金化不充分造成的 Ni 铁磁相的残留,稳定了溅射速度,提高了靶材寿命。
专利(CN 102127741 A) [14] 提出了一种薄膜太阳能电池用高纯钼靶的制备方法。 该方法首先采用钼酸铵为原料,经焙烧获得三氧化钼,随后在 450 ~600 ℃高纯氢气气氛下进行一次还原得到二氧化钼,再在 950 ~ 1050 ℃进行二次还原得到 Mo 粉,然后经过混料、筛分、等静压成型后,在中频感应炉中于 1 950 ~ 2 000 ℃烧结,通过大功率电子束熔炼提纯,经锻造、热轧、热处理退火、机械加工、超声波清洗、钎焊等工序制得高纯度、高密度和均匀性良好的钼靶。 该专利的之处在于:(1) 通过高纯氢气多次还原氧化钼提高钼粉纯度;(2) 采用大功率电子束熔炼提纯有利于碳氧充分反应,提高脱氧效果;(3)大变形量热轧可确保钼靶材晶粒平均尺寸小于 50 μm。
专利(CN 103160791 B) [15]采用三氧化钼、氢氧化钠和钼金属为原料,经过反应、球磨、过筛和热压工序制成钠掺杂钼平面溅射靶材,其中钠的原子数分数为 1% ~ 10% ,钠的掺杂能够大幅度提高铜铟镓硒薄膜电池的转换效率。
专利(CN 114411103 A) [16] 公开了一种大尺寸钼靶材的制备方法。 其方案具有以下优点:(1) 采用“氨溶 + 阳离子交换” 对原料粉末进行针对性提纯,可有效去除碱性金属(如 K、Na 等) 和过渡族金属杂质(如 Fe、Ni 等);(2)通过“预锻 + 交叉轧制 +高温退火” 的工艺设计,有利于获得微观组织均匀可控、晶粒细小、晶粒取向分布均匀的靶材;(3) 通
过表面化学腐蚀解决了传统轧制存在的变形不均匀问题。
专利(CN 114318256 A) [17] 公开了大尺寸钼溅射靶材及采用化学气相沉积法的制备工艺。 具体为:通过钼与三氟化氮反应制备出粗品六氟化钼,随后经真空蒸馏法和吸附法提纯得到高纯度六氟化钼,再在还原气氛下,经过化学气相沉积在基体材料上沉 积 金 属 钼。 该 方 法 所 制 备 靶 材 纯 度 高(99.999 9% 以上),致密度高(不低于 99.5% );此外,该方法在化学气相沉积设备中一步完成,产品一致性优于传统钼靶材,且可用于生产直径 500 mm以上的大尺寸钼靶材。
专利(CN 105648407 B) [18] 公开了一种高致密度钼铌合金靶材的制备工艺。 以钼粉为原料,添加5% ~ 15% (质量分数)铌粉、0.1% ~ 0.8% (质量分数)氢化锆进行混合,经过冷等静压成型,再进行真空烧结。 该发明的特点在于利用氢化锆的活化作用,通过粉末冶金直接制备高致密钼铌合金靶材。
专利(CN 10943990 A) [19] 利用氢化铌的活化作用,采用粉末冶金工艺制备高致密度、高含量钼铌合金溅射靶材。 专利(CN 110257784 A) [20] 同样采用粒度更小、表面积更大的氢化铌替代铌粉,提高扩散速率及烧结致密度,同时氢化铌分解释放的氢气具有还原作用,可降低钼铌合金中的氧含量,提高靶材纯度。
专利(CN 105568236 B) [21]发明了一种高纯、高致密、大尺寸 MoTi 合金溅射靶材的制备方法。 将钼和氢化钛原料在氩气气氛下进行混合并采用冷等静压压制成型,随后在真空烧结炉中进行两段烧结,轧制、退火、机械加工获得成分均匀、无偏析且晶粒尺寸小的靶材。
专利(CN 106513664 B) [22] 采用钼酸钾为原料制备钼钾合金靶材,避免了杂质的引入,所制备靶材密度高、成分均匀,镀膜效果好。高世代钼靶材对靶材纯度、晶粒尺寸、致密度提
出更高的要求,常规方法生产成本高、成品率低。 基于此,专利(CN 108642457 B) [23]公开了一种方法简单、生产成本低、成品率高、利于工业化生产的高世代钼靶材的制备方法。 具体为:将两种不同粒径的钼粉在真空下混合后过筛,进行等静压处理,再烧结、热轧、真空退火。 该方法制得靶材致密度超过99.5% ,靶材内部无气孔、裂纹、分层、夹杂等缺陷,靶材表面粗糙度小于 0.6 μm, 平均晶粒不 超 过80 μm。
相比平面靶材,管状钼合金溅射靶材利用率更高(理论上可达 70% ),得到国内外的广泛研究和应用。 专利(CN 110158042 B) [24] 先通过制备大颗粒钼铌粉体,提高粉体成型时的流动性,同时采用粗细粉体级配的方式提高松装密度,从而制得成分均匀、无偏析、晶粒细小( 小于 50 μm) 的钼铌合金旋转靶材。
专利(CN 114231940 A) [25] 将六羰基钼颗粒在高纯氢气和氩气气氛中加热到 40 ~ 60 ℃使其气化,再利用化学气相沉积法在预热基体材料上进行沉积,从而制得钼溅射靶材。 其优势在于成膜速度和成膜质量可以通过控制气体流速、流向进行调控,同时调整沉积时间、沉积基板材质、形状和尺寸,可以沉积不同厚度、不同尺寸、不同形状的钼靶材或钼靶材坯料,且由于沉积温度低,不会产生污染废气。
专利(CN 111254396 A) [26] 公开了一种钼钨合金靶材的制备方法。 其特点在于以钼粉、钨粉、三氧化钨粉体作为原料,利用三氧化钨与氢气反应得到烧结活性更高的新鲜钨粉,提高烧结致密化,减少缺陷,提升靶材品质。
钨钼因密度差异大易造成组织出现偏析,影响靶材组织均匀性,且热轧法制得靶材通常具有取向性,热等静压技术成本较高并增加了工艺复杂性。
专利(CN 111893442 B) [27]针对以上问题,提出了一种钨钼溅射靶材制备方法。 其特点在于:(1) 使用密度与 Mo 更接近的三氧化钨替代钨,在氢气气氛下两次高温处理原位还原得到均匀混合的钼钨混合粉体,提高靶材烧结均匀性;(2)通过高能球磨细化粉体,提高粉体烧结活性,获得高致密性的坯体;(3)采用冷等静压成型并进行预烧,促进易挥发非金属元素(如氧)的脱除。
专利(CN 111534800 B) [28] 将高纯的钼粉和铌粉进行压制,并在氢气下预烧,降低钼铌中的氧含量和杂质,基于所制备的高纯度、低含氧量、高振实密度钼铌合金粉末,提出了一种热等静压制备大尺寸钼铌平面靶材的方法。
专利(CN 106567047 A) [29] 采用氮化硼和石墨的组合模具热压制备钼铌合金,有效阻止了渗碳现象,获得了高致密度、高纯、微观组织可控的钼铌合金靶材。
1.2 混粉工艺优化
专利(CN 102337418 B) [30] 针对传统等静压结合烧结工艺制备钼铌合金烧结致密度不足、满足溅射靶材要求问题,提供了一种工艺简单、易实现工业化生产的钼铌合金板的制备方法,所制备靶材密度不低于 9.85 g / cm3。 该发明的特点在于采用振动压制方式对混合得到的钼铌合金粉体进行压坯,振动频率为 2 000 ~6 000 Hz,压制力为 10 ~30 MPa,
保压时间为 30 ~ 60 s;随后在 1 900 ~ 2 100 ℃ 真空烧结 6 ~ 10 h。
专利(CN 105887027 B) [31]在混合钼、铌粉体时加入过程控制剂(硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸乙酯、聚乙烯醇和硬脂酸中的一种或几种),在球磨过程中过程控制剂能够包覆在金属粉末表面,形成一层润滑薄膜,降低粉末表面能,减少了粉末间的冷焊,从而解决了粉末粘球和粘罐问题,同时缩短了球磨时间。
溅射靶材的晶粒均匀性在很大程度上影响着薄膜质量和电子元器件性能。 因为靶材不同区域晶粒尺寸的差异会引起溅射速度的差异,进而造成薄膜厚度不均匀。 因此,如何提高溅射靶材晶粒均匀性是平 面 显 示 领 域 面 临 的 关 键 难 题。 专 利 ( CN109355632 B) [32]提出了一种提高溅射镀膜用钼及钼合金溅射靶材晶粒均匀性的方法。 其特点在于:
采用球磨—分级联合处理减少钼粉还原过程中的硬团聚,从而坯体烧结的微观晶粒均匀性以及溅射镀膜微观和整体均匀性。
专利(CN 103255379 A) [4] 基于 MoW 合金导电性好、抗氧化且膜应力低等优点,提出了一种 MoW合金平面溅射靶材的制备方法,克服了现有方法制得成分均匀、无偏析、晶粒细小靶材的难点。 该发明的特点之一在于采用机械合金化技术实现钼和钨原子级别的混合,在固态下实现了合金化,显著提高了 MoW 的活性,降低了 MoW 的烧结温度,从而提高了合金致密度、降低了晶粒尺寸。 类似地,专利(CN 105154740 A) [33] 公开了一种机械合金化制备铌钼靶材的方法。
专利(CN 108374152 B) [34] 通过机械混合使钼粉均匀渗入海绵钛孔隙中以确保钼粉不发生泄漏,同时在真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼,促使合金铸锭成分均匀化,从而制备出 100% 致密的、成分均匀的 钼 钛 合 金 溅 射 靶 材。 类 似 地, 专 利 ( CN109811318 A) [35]以溅射法生产的 99.9% 纯度的钼合金为原料,采用电子束冷床熔炼工艺制备纯度大
于 99.98% 的钼溅射靶材。
专利(CN 102321871 B) [36] 发明了一种热等静压生产平板显示器用钼合金溅射靶材的方法。 将低氧含量的钼粉与添加的金属粉末(铌粉或钽粉) 在惰性气氛保护下进行混合造粒、过筛,液压成型制成靶坯,随后经冷等静压提高均一性,再热等静压烧结(压力 200 ~ 300 MPa,温度 1 200 ℃)。 该发明生产周期短、工序少、能耗低,所制备钼合金靶材致密度高、均匀性好、性能。
专利(CN 107916405 A) [37] 通过改进混粉工艺严格控制杂质的引入,提出了一种高密度、晶粒细且均匀的钼钽合金溅射靶材的制备方法。 该发明能够靶材吸氢脆化,提高靶材加工性能。 其特点在于:对钼粉和钽粉进行真空预烧处理,去除了粉体中的氢、氧及低熔点物质;在粉体混合时采用氩气保护减少杂质的混入;选择钼球替代钢球进行球磨,减少铁杂质的掺入。
1.3 轧制工艺和烧结方法
大尺寸钼板由于坯料重量及尺寸规格较大,制备中存在两个问题:一是在常规尺寸氢气炉中加热,二是直接加热轧制时钼坯降温严重,容易出现轧制开裂的现象。 专利(CN 102534519 B) [38] 针对上述问题提出了一种 LCD 平板显示器溅射靶材用大尺寸钼板的制备方法。 采用涂刷抗氧化涂层(玻璃粉、水玻璃、水按质量比 8 ~ 10∶ 1∶ 8 ~ 10 混合)和钢包套包覆的方式缓解加热和轧制时的氧化问题及坯料降温严重导致的开裂问题,并在次轧制后通过冷却抑制组织不均匀长大和再结晶,制备出尺寸均匀的等轴晶组织。
专利(CN 114411103 A) [39] 公开了一种大尺寸钼靶材及其制备方法,所述制作方法包括如下步骤:行粉体装模,随后进行冷等静压,再经过烧结,并采用一火二道次轧制法进行热轧处理,进行校平、热处理、机械加工和清洗,制得大尺寸钼靶材。
该方法采用一火二道次轧制法,有效了钼靶因持续高温造成的晶粒异常长大,制得的大尺寸钼靶材可以用于高世代线平板显示器。
专利(CN 112609162 A) [40] 公开了一种 LCD 钼靶材及其轧制方法。 采用三个火次进行轧制,避免了钼靶坯在轧制过程中发生板面绕曲及开裂现象,降低了操作难度,提高了成材率。 所制备靶材纯度达到 99.95% 以 上, 平 面 度 ≤1.3 mm, 致 密 度 超过 97% 。
纯 Mo 中引入置换固溶元素 Ti 形成 MoTi 固溶体,可改善钼的低温塑性并提高钼的再结晶温度。但 MoTi 合金多采用热等静压或热压烧结制备,对设备要求严格,限制了产品规格尺寸。 基于此,专利(CN 104532201 A) [41]提出了一种 MoTi 合金溅射靶材的制备方法。 将钼粉和钛粉在氩气中进行混料,随后冷等静压成靶坯,在氦气气氛下烧结。
G6 世代线以上的 TFT - LCD 产线主要使用长条型的钼靶。 通过多次轧制获得长条形钼靶材的生产效率不高,而热挤压方法制备的钼靶晶粒较大,致密度 满 足 使 用 要 求。 专 利 ( CN 111647860B) [42]将钼粉装入胶套进行冷等静压成型获得坯体,并在氢气氛围下烧结,再进行热挤压,退火、校平、机加工得到长条型钼靶。
专利(CN 111850495 B) [43] 采用阶段升温的烧结方式,通过控制升温速率,促使钼靶材致密化、均匀化。 该发明制备钼靶材晶粒尺寸小、纯度高( ≥99.97% )、致密度高(≥99.9% )。
专利(CN 110777343 A) [44] 在真空下采用微波烧结将钼生坯烧结成钼板坯,并通过电子束熔炼进行提纯,解决了传统方法烧结时间长、烧结温度高、晶粒粗大、杂质含量高、能耗高的问题。 所制备靶材晶粒细小均匀,具有一定的结晶取向,性能优良。
专利(CN 111230096 A) [45]将混粉工艺、脱气工艺和热等静压烧结工艺相互配合,致力于改善合金靶材的致密度。 该发明制得的铬钼靶材晶粒尺寸细小,致密度在 99% 以上,同时此工艺可有效保障产品不受外界氧化,确保产品纯度。
热等静压烧结制造的 Mo - Ni - Ti 合金靶材存在部硬度不均匀的部位,其中部硬度低的部位在机械加工时易变形,产生裂纹、缺损、脱落等问题;部硬度高的部位将造成切削刀具磨损,引起靶材表面粗糙度变大,导致溅射时异常放电。 基于此,专利(CN 111719125 A) [46] 提出了一种 Mo 合金靶材的制备方法,通过对混合粉体(Mo、NiMo、Ti 粉末)常温加压成型再加压烧结,并调整 Mo 合金靶材中Ni 和 Ti 的添加量,实现对 Mo 合金靶材维氏硬度的调节(340 ~ 450 HV),抑制机加时的靶材变形以及溅射时的异常放电。
专利(CN 104073771 A) [47] 将冷等静压制得的靶坯密封在真空石英管中进行烧结,采用多段升温,使 PVA 粘结剂充分挥发,制得钠掺杂钼合金靶材。
专利(CN 105714253 B) [48] 将钢膜和橡胶板结合进行冷等静压成型,解决了密封问题,克服了传统冷等静压压坯尺寸精度差的问题,并据此提出了一种大尺寸、细晶钼钽合金溅射靶材的制备方法。 该方法用于生产致密度大于 97% 的大尺寸靶材(长度2 m 左右,宽度 1.3 m 左右)。
1.4 其 他
专利(CN 105525260 A) [49] 公开了一种 Mo 靶坯和 Mo 靶材的制作方法,即对预压 Mo 粉进行脱气处理得到 Mo 靶坯,再进行热等静压获得 Mo 靶材(温度 1 300 ~ 1 400 ℃,压力大于 150 ~ 200 MPa,保压时间 3 ~ 6 h),克服了热压烧结中 Mo 靶材尺寸对模具尺寸和强度的依赖及单轴加压造成的 Mo 靶材内部组织不均匀问题。
随着智能手机和平板终端向柔性化发展,具有轻量、耐冲击和不易破碎等性质的树脂膜已被用于制造柔性 FPD。 但相比玻璃基板,树脂基板具有透湿性(高温高湿环境会导致布线膜的电阻发生变化),且通常在基板上形成层叠布线膜后,层叠布线膜不可避免地接触大气,这就要求层叠布线膜具有更高的耐湿性和耐氧化性。
专利(CN 102956158 A) [50]提出一种电子部件用层叠布线膜以及覆盖层形成用溅射靶材。 即在 Mo 中添加一定量的 Ni 和 Ti,制得Mo100 - x - yNixTiy(10≤x≤30,3≤y≤20)覆盖层,用于覆盖以 Al 为主要成分的主导电层。 Ni 的添加可提高覆盖层的耐氧化性,改善纯 Mo 在大气中加热后的氧化变及电接触性恶化问题。 Ti 易与氧结合形成钝化膜,进一步提高其耐湿性,起到保护布线膜的作用。 同时该专利指出,通过控制 Ni 和 Ti 添加量,可确保加热工序中该覆盖层在与 Al 层叠时仍维持低电阻值。
专利(CN 114293160 A) [51] 以 Mo 为基体,提出了一种三元、四元钼合金靶材制备方法。 其中掺杂元素包含 0.5% ~ 40% (原子数分数) Ti 以及 0.5%~ 40% (原子数分数)的 Ga、Ni、Nd 中的至少一种元素。 所制得多元钼合金靶材相比二元合金 Mo 靶材,具有的耐氧化性、耐湿性、耐高温性能。 此外,低表面张力金属元素的掺杂改善了刻蚀性能。
专利( CN 109207941 A) [52] 提出了一种 MoNb合金靶材的制备方法(其中 Nb 的原子占比为 5% ~30% ),能够解决布线薄膜、电薄膜的基底膜与覆盖膜上出现的高电阻问题以及高成膜速度时靶材表面粗糙度变大问题,从而改善 TFT 性能稳定性。 其制备过程为:将 Mo 粉(平均粒径 4 μm)和 Nb 粉(平均粒径 35 ~ 115 μm)通过交叉旋转混合机进行混合
得到 10% Nb(原子数分数) 的混合粉体,随后填充至软钢制的加压容器中,并在 450 ℃下真空脱气、密封,然后在1250 ℃、145 MPa 热等静压处理 10 h 得到烧结体, 经机械加工和研磨后制作成直径180mm、厚度5mm的靶材。
钼镍铜多元合金薄膜不仅具有良好的热电和机械性能,而且气密性好、 不易潮解。 专利 ( CN110670032 B) [53]公开了一种钼镍铜多元合金靶材的制备方法。 该方法通过添加镍和铜降低钼合金熔点,借助烧结工艺参数调控解决了 3 种金属粉末熔点相差大导致的难烧结问题。 所制备钼镍铜合金靶材气密性好、耐湿耐潮、密度高、纯度高。
专利(CN 113319539 B) [54] 提供了一种大尺寸面板钼靶的制备方法。 具体步骤为:将靶材及背板进行粗铣和精铣,然后将靶材与背板进行钎焊,然后进行校正、烘干、抛光以及喷砂处理。 该方法提高了钼靶与背板的结合率,提高了产品的合格率,减少了资源浪费。
专利(CN 103154306 A) [55] 涉及一种含钼靶材制备方法,包含二元合金( MoTi)、三元合金( MoTi中加入 Ta 或 Cr 作为第三主金属元素)。 其具体步骤为:将钼粉、钛粉和钽粉(或铬粉) 按一定比例在V 型混料机中混合约 20 min,在 23 ℃ 条件下,通过单向压制法( 压力约 470 MPa) 压实得到直径约95 mm 的颗粒,将压制颗粒封装在低碳钢罐内进行热等静压处理(120 MPa,1 325 ℃,4 h),将热等静压后的材料加工成直径约 58.4 mm、厚度约 6.4 mm的靶材。 该发明制得的靶材在较低刻蚀速率下具有一定的优势,且溅射得到的薄膜对基材有较强的粘附性及低的电阻率。
2、 结 论
基于对上述专利的分析可以看出,钼及钼合金溅射靶材的制备主要采用粉末冶金技术,需要经过粉末混合、压制成型、烧结、压力加工和机加工等多道工序。 制备高质量的钼合金溅射靶材往往需要进行压制和烧结、多道次的轧制与反复的热处理。 由于热等静压或热压烧结设备规格有限,限制了产品的尺寸规格。 因此,开发一种方法简单、成本低、成品率高且利于工业化生产的高品质大尺寸钼合金溅射靶材制备方法具有重要的意义。 此外,目前 Mo 合金靶材中主要添加元素有 Nb、Ti、Ta、W 等,鉴于每种掺杂元素的作用和性能各不相同,而三元及多元钼合金靶材的研究和应用还不够全面,因此针对不同应用领域对钼合金薄膜性能的不同需求,通过成分设计与微观组织调控开发出新型组分钼合金靶材将是一个重要的发展方向。
废钼回收的质量标准与检测技术
回收钼的品质直接影响其应用价值。国际通用标准(如ASTM B387)规定钼粉纯度需达99.95%以上,关键杂质(如碳、氧)含量需低于0.01%。检测手段包括X射线荧光光谱(XRF)分析成分、激光粒度仪测定粉末细度。对于合金废料,还需通过金相显微镜观察组织结构。严格的质检是保障下游客户(如半导体厂商)信任的关键,部分高端应用甚至要求提供从废料到成品的全程溯源报告。