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3.4.8 Closing the Gap III: Diffusion Bonding for
Large Sputtering Targets
The shapes of large sputtering targets are often billets or
bars in order to conduct sputtering process for large area
coating applications. The production process of large
sputtering targets usually entails the following steps:
1. CIP
2. Sintering
3. Hot rolling
4. Machining
However, the above steps pose problems on rather low
sputtering yield and difficult-to-etch coating. One of the
ways to solve these problems is to have two or more
pre-sintered ingots stacked on one another with metal
powders placed at the joints between the adjacent bodies.
This stack structure is then undergone HIP in order to
form diffusion bonds at each ingot/metal powder/ingot
junction, resulting in large billets or bars by joining
multiple ingots. This process is capable to produce
sputtering targets with dimensions up to 3m long and 22.5
cm wide/thick.
The new process can also be obtained through
technology transfer from Howmet Corp. (US).
3.5 Rare Earth Master Alloys – Emerging
Production Technologies
3.5.1 Overview of Master Alloys
Master alloy is a combination (alloy or mixture) of
elements, added to a metal bath in order to obtain a
particular chemical composition or to bring about a
particular reaction, e.g. deoxidation, desulphurization,
degassing or grain refining. It is usually a base metal such
as aluminum, magnesium, copper, nickel or even precious
metal (such as gold) combined with a relatively high
percentage of one or more elements. Master alloys are
produced in various shapes as semi-finished product for
use as a raw material by the metals industry. Examples
are: ingot, waffle plate, rod, etc. Master alloys are used
worldwide. Invariably they are found in plants where
metal is melted, alloyed with various elements and then
cast into shapes.
There are various reasons for adding master alloys to a
melt. One of the main applications is composition
adjustment, i.e. changing the composition of the liquid
metal to achieve the desired chemical specification.
Another important application is structure control -
influencing the microstructure of a metal during casting
and solidification in order to change its properties. Such
properties include mechanical strength, ductility, electrical
conductivity, castability or surface appearance. A master
alloy is sometimes also referred to as "hardener", "grain
refiner" or "modifier" depending on its application.
3.4.8 縮 小 差 距 3: 大 型 靶 材 的 擴 散 焊 接
大 型 靶 材 的 形 狀 往 往 是 鋼 坯 或 鋼 條 形 , 以 為 大 面 積 塗 層 的
應 用 進 行 濺 射 技 術 。 大 型 靶 材 的 生 產 過 程 通 常 需 要 以 下 步
驟 :
1. 冷 等 靜 壓 成 型
2. 燒 結
3. 熱 軋
4. 機 械 加 工
然 而 , 上 述 步 驟 令 塗 層 技 術 出 現 相 當 低 的 濺 射 產 額 和 難 以
蝕 刻 的 塗 層 等 問 題 。 解 決 這 些 問 題 的 方 法 之 一 , 是 利 用 兩
個 或 兩 個 以 上 的 預 燒 結 錠 相 連 着 , 並 以 金 屬 粉 末 放 在 預 燒
結 錠 間 , 然 後 , 這 個 結 構 將 被 熱 等 靜 壓 處 理 , 以 為 錠 / 金 屬
粉 末 / 錠 交 界 形 成 擴 散 結 合 , 使 多 個 錠 聯 合 形 成 大 型 的 鋼 坯
或 鋼 條 。 這 個 技 術 能 夠 生 產 尺 寸 高 達 3 米 長 及 22.5 釐 米 寬 /
厚 的 靶 材 。
這 個 新 的 工 藝 也 可 以 從 豪 梅 特 公 司 ( 美 國 ) 通 過 技 術 轉 移
獲 得 的 。
3.5 稀 土 母 合 金 — 新 興 製 造 科 技
3.5.1 母 合 金 的 概 況
母 合 金 是 一 種 元 素 的 組 合 ( 合 金 或 混 合 物 ) 加 入 被 熔 煉 的
金 屬 , 以 獲 得 特 定 的 化 學 成 分 或 帶 來 一 個 特 殊 的 反 應 , 例
如 : 去 氧 、 脫 硫 、 脫 氣 或 晶 粒 細 化 等 。 它 通 常 是 由 基 本 金
屬 , 如 鋁 、 鎂 、 銅 、 鎳 或 貴 金 屬 ( 如 金 ) 結 合 , 並 帶 有 相
對 較 高 的 一 個 或 多 個 元 素 比 例 。 母 合 金 生 產 成 各 種 形 狀 的
半 成 品 被 金 屬 業 作 為 原 料 使 用 , 例 如 : 錠 材 、 板 材 、 棒 等 。
母 合 金 在 全 世 界 工 業 得 到 廣 泛 的 使 用 , 它 們 不 約 而 同 地 在
工 廠 裡 被 熔 化 、 與 各 種 元 素 形 成 合 金 以 及 鑄 成 形 狀 。
加 入 母 合 金 到 熔 體 的 主 因 是 要 調 整 金 屬 材 料 的 成 分 , 即 改
變 液 態 金 屬 組 成 以 實 現 所 需 的 化 學 規 範 。 另 一 個 重 要 應 用
是 控 制 結 構 ── 影 響 鑄 造 和 凝 固 過 程 中 金 屬 的 微 觀 結 構 ,
以 改 變 其 屬 性 。 這 些 屬 性 包 括 機 械 強 度 、 延 展 性 、 導 電 性 、
鑄 造 或 表 面 外 觀 。 因 應 著 其 不 同 的 應 用 情 況 , 母 合 金 有 時
也 被 稱 為 「 固 化 劑 」、「 晶 粒 細 化 劑 」 或 「 修 改 劑 」。
使 用 母 合 金 而 不 是 純 金 屬 的 原 因 可 能 是 經 濟 、 技 術 或 兩 者
兼 而 有 之 。 以 純 金 屬 的 形 式 使 用 , 有 些 元 素 顯 示 高 虧 損 或
低 產 , 其 它 元 素 不 會 在 當 時 的 前 爐 爐 溫 被 溶 解 , 母 合 金 往
往 提 供 一 個 環 境 , 讓 溶 液 在 較 低 溫 度 下 更 快 溶 解 , 節 省 了
寶 貴 的 能 源 和 生 產 時 間 。 請 參 考 相 圖 、 蒸 汽 壓 力 曲 線 和 埃
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