Wärmebehandlung von Titan und Sputtertargets
Wstitanium ist ein chinesischer Anbieter von Wärmebehandlungslösungen für Titan und Sputtertargets und bietet Ihnen Komplettservices von der Materialanalyse über die Prozessgestaltung und Wärmebehandlung bis hin zur Qualitätsprüfung.
- Temperm
- Lösungsbehandlung
- Thermomechanisch
- Heißpressen Sintern
- Vakuumsintern
- Isostatisches Pressen Sintern
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Wärmebehandlung von Titan und Sputtertargets
Wstitanium konzentriert sich nicht nur auf die Herstellung von Titan und Sputtertargets, sondern nutzt auch seine herausragenden Vorteile in der Wärmebehandlung, um die Leistung dieser Produkte zu steigern und die Anforderungen anspruchsvoller Anwendungen zu erfüllen. Wstitanium verfügt über ein diversifiziertes Wärmebehandlungssystem. Für Titan umfasst es verschiedene Verfahren wie Glühen, Lösungsglühen und -altern sowie thermomechanische Behandlung. Für Sputtertargets kommen Heißpresssintern, Vakuumsintern, isostatisches Presssintern, Glühen, Lösungsaltern und weitere Technologien zum Einsatz.
Wärmebehandlung von Titan
Der Hauptgrund, warum Titan einer Wärmebehandlung unterzogen werden muss, besteht darin, seine Organisationsstruktur zu verbessern und dadurch die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und Eigenspannungen zu eliminieren. Titan weist bei unterschiedlichen Temperaturen zwei verschiedene Kristallstrukturen auf. Von Raumtemperatur bis 882 °C liegt Titan in einer hexagonal dicht gepackten Struktur (hcp) vor, die als α-Phase bezeichnet wird. Diese Struktur verleiht Titan eine gewisse Festigkeit und gute Plastizität. Wenn die Temperatur 882 °C übersteigt, durchläuft Titan eine allotrope Umwandlung und wandelt sich in eine kubisch-raumzentrierte Struktur (bcc) um, die β-Phase. Die atomare Anordnung der β-Phase unterscheidet sich von der der α-Phase, wodurch Titan bei hohen Temperaturen eine bessere Plastizität und einen geringeren Verformungswiderstand aufweist, was der Warmbearbeitung und -umformung förderlich ist. Diese allotrope Umwandlung ist eine wichtige Grundlage für die Wärmebehandlung von Titan und ermöglicht es, die Organisation und die Eigenschaften von Titan durch Wärmebehandlung zu verändern.
Verbesserung der Organisationsstruktur
Beim Gießen können die anfänglichen Titankörner grob und ungleichmäßig sein. Nach einer Wärmebehandlung, beispielsweise durch Erhitzen und Abkühlen im α-Phasenbereich oder im α+β-Phasenbereich, können die Körner verfeinert werden. Verfeinerte Körner können die Leistung von Titan in alle Richtungen gleichmäßiger machen und so eine gute Grundlage für die anschließende mechanische Bearbeitung schaffen.
Phasenzusammensetzung anpassen
Titan besitzt zwei Kristallstrukturen, die α-Phase und die β-Phase. Der Anteil und die Verteilung der verschiedenen Phasen haben großen Einfluss auf die Leistung. Beispielsweise können Titanlegierungen, die in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, durch Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit erreichen, indem der Anteil der α-Phase und der β-Phase angepasst wird.
Stärke verbessern
Durch Wärmebehandlungsverfahren wie Abschrecken und Altern können Ausscheidungsphasen in Titanlegierungen eingebracht oder Mischkristallverfestigungseffekte erzeugt werden, wodurch die Festigkeit von Titan verbessert wird. Beispielsweise kann die Festigkeit der Titanlegierung Ti-6Al-4V nach Lösungsglühen und Altern deutlich verbessert werden, wodurch die Einsatzanforderungen wichtiger Komponenten wie Flugzeugtriebwerksschaufeln in hochbelasteten Umgebungen erfüllt werden.
Verbessern Sie die Zähigkeit
Eine hohe Festigkeit kann die Sprödigkeit von Titan erhöhen, während eine Wärmebehandlung die Zähigkeit des Materials verbessern und gleichzeitig die Festigkeit erhöhen kann. Beispielsweise kann durch Abschrecken bei niedrigen Temperaturen oder durch doppelte Wärmebehandlung einiger Titanlegierungen eine angemessene Phasenverteilung an der Korngrenze und innerhalb des Korns erzeugt werden, sodass das Material eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit und Dauerfestigkeit aufweist.
Verbessern Sie die Fräsleistung
Bei Titanteilen, die CNC-bearbeitet werden müssen, lässt sich die Schneidleistung durch Anpassung ihrer Struktur und Härte mittels geeigneter Wärmebehandlung verbessern. Beispielsweise kann durch Kugelglühen die Zweitphasenpartikel in Titanlegierungen kugelförmig gemacht werden, der Werkzeugverschleiß beim Schneiden reduziert und die Bearbeitungseffizienz sowie -qualität verbessert werden.
Restspannungen eliminieren
Titan erzeugt während der Verarbeitung und Fertigung, beispielsweise beim Schmieden, Schweißen oder Zerspanen, zwangsläufig Eigenspannungen. Diese Eigenspannungen können während des Gebrauchs zu Verformungen oder sogar Rissen an Bauteilen führen. Durch Wärmebehandlungsverfahren wie Spannungsarmglühen können die Atome im Titan diffundieren und sich neu anordnen, wodurch Eigenspannungen reduziert und die Dimensionsstabilität und Zuverlässigkeit der Bauteile verbessert werden.
Wärmebehandlung von Sputtertargets
Sputterziele bezeichnet Targetmaterialien, die während des Sputterbeschichtungsprozesses mit Ionenstrahlen bombardiert werden. Durch den Ioneneinfluss werden deren Atome auf die Substratoberfläche gesputtert und bilden dort einen dünnen Film. Sputtertargets lassen sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung in Metalltargets (z. B. Kupfertargets, Aluminiumtargets, Titantargets usw.), Legierungstargets (z. B. Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Targets für Solarzellen), Keramiktargets (z. B. Indium-Zinn-Oxid-ITO-Targets für Displays) und Verbundtargets (z. B. Zinksulfid-Targets für optische Filme) unterteilen. Kaltverarbeitete Targets (z. B. Walzen, Schmieden, CNC-Bearbeitung usw.) weisen eine große Anzahl von Versetzungen und Gitterverzerrungen auf, die hohe Verzerrungsenergie speichern. Die Wärmebehandlung ist ein Schlüsselprozess zur effektiven Regulierung der Struktur und Leistung von Sputtertargets und spielt eine wesentliche Rolle bei der Verbesserung von Dichte, Gleichmäßigkeit, Reinheit und Sputtereigenschaften der Targets.
Verbessern Sie Härte und Festigkeit
Sputtertargets benötigen eine gewisse Härte und Festigkeit, um den Kräften, wie beispielsweise dem Ionenbeschuss beim Sputtern, standzuhalten. Durch Wärmebehandlung können die Atome im Target geordneter angeordnet werden und eine stabilere Kristallstruktur bilden, wodurch Härte und Festigkeit erhöht werden.
Beseitigen Sie interne Defekte
Im Inneren des Ziels treten zwangsläufig einige Defekte auf, wie etwa Poren, Mikrorisse, Versetzungen usw. Durch die Wärmebehandlung wird die Diffusionsfähigkeit der Atome verbessert, wodurch Versetzungen neu angeordnet werden können, wodurch diese inneren Defekte reduziert oder beseitigt und die Dichte und Gleichmäßigkeit des Ziels verbessert werden.
Verbessern Sie die Oberflächenqualität
Durch Wärmebehandlung kann die Oberfläche des Targets ebener und glatter gemacht und Verunreinigungen sowie Oxidschichten auf der Oberfläche reduziert werden. Eine ebene und glatte Oberfläche verbessert die Gleichmäßigkeit des Sputterns und verhindert, dass die lokale Sputterrate während des Sputterprozesses zu hoch oder zu niedrig ist. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit und Qualität des abgeschiedenen Films gewährleistet.
Restspannungen eliminieren
Während des Herstellungsprozesses entstehen im Target Eigenspannungen, die bei Lagerung oder Gebrauch zu Verformungen und Rissen führen können. Verfahren wie Spannungsarmglühen während der Wärmebehandlung können Eigenspannungen effektiv beseitigen und die Dimensionsstabilität und Strukturstabilität des Targetmaterials verbessern.
Wärmebehandlungsmöglichkeiten für Wstitanium-Titan
Wstitanium führt kontinuierlich fortschrittliche Wärmebehandlungsgeräte und Prüfinstrumente ein, bietet zahlreiche Workshops zu fortschrittlicher Wärmebehandlung an und stellt eine Gruppe exzellenter Werkstoffingenieure und Techniker zur Verfügung. Zu den Teammitgliedern zählen Experten aus verschiedenen Bereichen wie Werkstoffphysik, Werkstoffchemie und Wärmebehandlungstechnik. Sie verfügen über langjährige Berufserfahrung in der Wärmebehandlung von Titan und Sputtertargets.
Titan-Wärmebehandlungsservice
Temperm
Wstitanium bietet verschiedene Glühverfahren an, darunter Vollglühen, Teilglühen und Spannungsarmglühen. Beim Vollglühen wird die Heiztemperatur präzise geregelt und liegt 30–50 °C über der β-Transformationstemperatur (Tβ). Die Haltezeit wird anhand der Titanlegierungseigenschaften und der Werkstückgröße präzise berechnet, um die vollständige Diffusion der Legierungselemente zu gewährleisten. Anschließend wird das Material langsam im Ofen abgekühlt, um eine gleichmäßige gleichachsige α-β-Struktur zu erhalten. Dadurch wird die Kaltverfestigung effektiv verhindert, die Plastizität und Zähigkeit des Materials verbessert und die Verarbeitungsleistung gesteigert.
Beim unvollständigen Glühen wird die Heiztemperatur im α + β-Phasenbereich, der niedriger als Tβ ist, streng kontrolliert und liegt im Allgemeinen zwischen 700 und 850 °C. Durch Luft- oder Ofenkühlung nach dem Halten können nicht nur Spannungen abgebaut, sondern auch ein gewisser Härtungseffekt aufrechterhalten werden, wodurch die spezifischen Anforderungen an Festigkeit und Plastizität erfüllt werden. Das Spannungsarmglühen wird in einem niedrigeren Temperaturbereich von 450 bis 650 °C durchgeführt. Nach 1 bis 3 Stunden Wärmeerhaltung wird die Luftkühlung durchgeführt. Dadurch werden die während der Verarbeitung in der Titanlegierung entstehenden Eigenspannungen effektiv beseitigt, Verformungen und Risse an den Teilen verhindert und die Dimensionsstabilität verbessert.
Lösungsglühen und Altern
Bei Titanlegierungen vom α + β-Typ liegt sie üblicherweise 10–100 °C unter Tβ; bei Titanlegierungen vom β-Typ über Tβ. Die Haltezeit wird genau berechnet, um sicherzustellen, dass sich die Legierungselemente vollständig in der Matrix lösen. Anschließend wird durch ein schnelles Abkühlverfahren (z. B. Abschrecken) eine übersättigte feste Lösung erhalten. Wählen Sie eine geeignete Alterungstemperatur im Temperaturbereich von 450–650 °C. Die Haltezeit variiert zwischen 4 und 24 Stunden, damit die gelösten Atome aus der festen Lösung ausfallen und eine fein verteilte Niederschlagsphase bilden. Dadurch werden Festigkeit und Härte der Legierung deutlich verbessert und gleichzeitig eine gute Plastizität und Zähigkeit erhalten.
Thermomechanische Behandlung
Wstitanium bietet fortschrittliche thermomechanische Behandlungsdienstleistungen wie isothermisches Schmieden und Mehrstufenverfahren an. Beim isothermen Schmiedeprozess wird der Titanlegierungsblock bei einer bestimmten Temperatur im α + β-Phasenbereich mit einer präzise kontrollierten niedrigen Dehnungsrate geschmiedet, sodass das Material während des Verformungsprozesses eine dynamische Rekristallisation erfährt und dadurch eine gleichmäßige und feine gleichachsige Struktur erhält. Dies verbessert die Festigkeit, Plastizität und Dauerfestigkeit des Materials erheblich und wird häufig zur Herstellung hochwertiger Teile wie Titanlegierungsscheiben für Flugzeugtriebwerke verwendet.
Bei der Mehrdurchgangsverarbeitung werden sorgfältig konzipierte Walz-, Schmiede- und andere Verarbeitungsmethoden verwendet, um die Verformung in unterschiedlichen Temperaturbereichen durchzuführen. In Kombination mit einer geeigneten Zwischenglühbehandlung werden die Körner schrittweise verfeinert, die Gesamtleistung des Materials verbessert und die Leistungsanforderungen verschiedener Kunden für Platten, Stangen und andere Produkte aus Titanlegierungen erfüllt.
Wärmebehandlungsservice für Sputtertargets
Sinterverfahren
Für Sputtertargets aus verschiedenen Materialien bietet Wstitanium verschiedene Sinterverfahren an, wie z. B. Heißpresssintern, Vakuumsintern und isostatisches Presssintern. Beim Heißpresssintern wird das Targetpulver in eine spezielle Form gegeben und bei präzise kontrollierter Temperatur und Druck gesintert. Die Temperatur liegt in der Regel zwischen dem 0.6- und 0.8-Fachen des Schmelzpunkts des Targetmaterials, und der Druck wird je nach Targetmaterial und geforderter Leistung präzise im Bereich von 10–100 MPa eingestellt. Dies fördert effektiv den Kontakt und die Diffusion zwischen den Pulverpartikeln, hemmt das Kornwachstum und führt zu hochdichten, feinkörnigen und hochwertigen Targets, die häufig zur Herstellung von Hochleistungs-Wolframtargets usw. verwendet werden.
Vakuumsintern
Beim Vakuumsintern wird das Targetpulver in einer Hochvakuumumgebung gesintert (der Vakuumgrad muss in der Regel zwischen 10⁻³ und 10⁻⁵Pa liegen). Dadurch werden Oxidation und Verunreinigungen effektiv vermieden und die Reinheit des Targets verbessert. Die Sintertemperatur wird präzise auf die Zusammensetzung des Targetmaterials abgestimmt. Beispielsweise liegt die Vakuumsintertemperatur von Kupfertargets in der Regel bei 800–1000 °C. Dadurch wird sichergestellt, dass das Targetmaterial bei hohen Temperaturen verdichtet wird und die strengen Anforderungen an hochreine Targets, beispielsweise für die Herstellung von Halbleiterchips, erfüllt.
Isostatisches Presssintern
Das isostatische Presssintern umfasst das kaltisostatische Pressen (CIP) und das heißisostatische Pressen (HIP). Beim kaltisostatischen Pressen wird das Zielpulver in eine elastische Form gefüllt und mithilfe eines flüssigen Mediums in einem Hochdruckbehälter gleichmäßig Druck ausgeübt, sodass das Pulver in alle Richtungen unter gleichem Druck verdichtet wird. Beim heißisostatischen Pressen werden Verdichtung und Sinterung gleichzeitig bei hoher Temperatur und hohem Druck durchgeführt. Dadurch können Ziele mit komplexen Formen und gleichmäßiger Dichte hergestellt werden. Dies eignet sich besonders für die Herstellung großer Ziele, wie beispielsweise großer Molybdänziele für Flachbildschirme.
Temperm
Um die bei der Herstellung von Sputtertargets entstehende Kaltverfestigung und Eigenspannung zu beseitigen, bietet Wstitanium Rekristallisationsglühen und Spannungsarmglühen an. Beim Rekristallisationsglühen wird das Target auf 100–200 °C über der Rekristallisationstemperatur erhitzt. Die Haltezeit wird je nach Targetgröße und Heizgerät genau berechnet und beträgt in der Regel 1–3 Stunden. Anschließend kühlt das Target langsam ab, um die Kaltverfestigung effektiv zu beseitigen, die Plastizität wiederherzustellen, die Körner neu anzuordnen und die Leitfähigkeit und Plastizität des Targets zu verbessern. Das Verfahren eignet sich für gewalzte Metalltargets.
Die Temperatur des Spannungsarmglühens liegt in der Regel unter der Rekristallisationstemperatur und liegt zwischen 200 und 600 °C. Nach 1–2 Stunden Haltezeit wird das Target luft- oder ofengekühlt. Dadurch werden die bei der Verarbeitung, Montage oder Verwendung des Targets entstehenden Eigenspannungen effektiv eliminiert und dessen Dimensionsstabilität und Zuverlässigkeit verbessert. Dies ist besonders wichtig für Materialien wie Keramiktargets, die während der Verarbeitung anfällig für Eigenspannungen sind.
Fazit
Im Bereich der Titan- und Sputtertargetherstellung hat Wstitanium dank seiner herausragenden Vorteile in der Wärmebehandlung die Produktleistung und -qualität kontinuierlich verbessert und unterstützt damit viele High-End-Industrien. Auch in Zukunft werden wir mit technologischen Innovationen führend sein und uns an Ihren Bedürfnissen orientieren, unsere Geschäftsfelder kontinuierlich erweitern, unseren Brancheneinfluss stärken und die Entwicklung der Materialwissenschaft und -fertigung weiter vorantreiben.
