隨著半導(dǎo)體、光學(xué)鍍膜等高端產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，濺射靶材作為核心原材料，其性能直接決定了薄膜的質(zhì)量與設(shè)備效率，而在靶材生產(chǎn)過程中，冷熱系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制是提升靶材致密度、純度及穩(wěn)定性的關(guān)鍵。本文將深入解析冷熱系統(tǒng)在濺射靶材生產(chǎn)中的核心技術(shù)要求與優(yōu)化策略。

一、熔煉與燒結(jié):高溫與冷卻的平衡藝術(shù)

在濺射靶材的初始制備階段，熔煉與燒結(jié)工藝對(duì)材料性能影響深遠(yuǎn)。例如，鈦、鋁等高熔點(diǎn)金屬需在真空電弧熔煉爐中加熱至1668℃以上，同時(shí)需惰性氣體保護(hù)以防止氧化。燒結(jié)環(huán)節(jié)則需將溫度精確控制在1300-1500℃，并通過梯度升溫與保溫設(shè)計(jì)，促進(jìn)顆粒間的冶金結(jié)合，從而提升靶材密度。

冷卻速率管理同樣至關(guān)重要。液態(tài)材料凝固時(shí)，過快的冷卻易導(dǎo)致晶粒粗化或裂紋，因此需采用模具控溫或緩冷工藝，確保微觀結(jié)構(gòu)均勻性。

二、熱處理:微觀結(jié)構(gòu)的精密調(diào)控

熱處理環(huán)節(jié)(如退火、固溶處理)是改善靶材韌性與晶粒結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。此階段需將溫度波動(dòng)控制在±5℃以內(nèi)(800-1000℃℃)，并通過空冷或水冷實(shí)現(xiàn)均勻散熱，避免熱應(yīng)力引發(fā)的靶材變形。例如，水冷系統(tǒng)需精準(zhǔn)調(diào)控流量(≥0.5L/min)與水溫(±0.1°℃)，以確保材料性能的一致性。

三、濺射工藝:高效散熱保障穩(wěn)定性

在磁控濺射過程中，靶材表面因電子轟擊溫度可超200℃，若不及時(shí)冷卻，易導(dǎo)致靶材變形甚至性能退化。

此時(shí)需采用水冷系統(tǒng)(如循環(huán)冷水機(jī)或水套)將靶材溫度穩(wěn)定在60℃以下。

此外，設(shè)備散熱同樣不可忽視。中頻電源、磁控頭等部件因電流集膚效應(yīng)產(chǎn)生熱量，需通過風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)及時(shí)散熱，保障設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

四、后處理:分步冷卻與雜質(zhì)控制

后處理環(huán)節(jié)的冷卻設(shè)計(jì)直接影響靶材成品質(zhì)量。采用三級(jí)冷卻系統(tǒng)(常溫水清洗一冰水速冷一冷風(fēng)干燥)可避免驟冷導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)去除表面雜質(zhì)，例如，冰水快速降溫能鎖定靶材微觀結(jié)構(gòu)，而冷風(fēng)干燥則確保表面潔凈度。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)還需配備多層過濾裝置(如金屬碎屑過濾網(wǎng))，防止噴嘴堵塞或靶材二次污染，進(jìn)一步提升產(chǎn)品良率。

五、系統(tǒng)優(yōu)化:材料適配與能效提升

1.熱導(dǎo)率匹配:高純度鋁靶材因?qū)嵝詢?yōu)異，可有效降低局部過熱風(fēng)險(xiǎn);

2.冷卻介質(zhì)選擇:高功率濺射優(yōu)先水冷，精密部件采用風(fēng)冷，快速降溫場(chǎng)景使用冰水;3.設(shè)備能效升級(jí):配置多溫段冷水機(jī)(-80℃~300℃)與雙循環(huán)水泵，獨(dú)立控制不同冷卻室，搭配高效壓縮機(jī)，降低能耗30%以上。

結(jié)語:冷熱系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)靶材工藝革新

從熔煉到后處理，冷熱系統(tǒng)的精準(zhǔn)控溫與高效散熱貫穿濺射靶材生產(chǎn)全流程。通過優(yōu)化冷卻速率、介質(zhì)選擇及設(shè)備能效，企業(yè)可顯著提升靶材致密度、純度與生產(chǎn)穩(wěn)定性，滿足半導(dǎo)體、光伏等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅馨胁牡膰?yán)苛需求。未來，隨著智能化溫控技術(shù)的發(fā)展，冷熱系統(tǒng)將在靶材工藝中發(fā)揮更關(guān)鍵的作用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)邁向更高精度與可持續(xù)化