Titaanist sihtmärk

Titaansihtmärk on spetsiaalne materjal, mida kasutatakse peamiselt füüsilise aurustamise-sadestamise (PVD) ja magnetroni pihustamise (Magnetron Sputtering) tehnoloogias. Nende hulgas kasutatakse PVD-tehnoloogiat laialdaselt täiustatud katete tootmisel, samas kui magnetroni pihustamist kasutatakse tavaliselt pooljuhtkiipide ja elektroonikakomponentide tootmisprotsessis. Titaansihtmärgid on põhikomponendina valmistatud puhtast titaanist või titaanisulamist ja on hoolikalt valmistatud. Selle ainulaadsete eeliste hulka kuulub ülikõrge kõvadus ja tihedus, samuti suurepärane korrosioonikindlus, mis muudab selle stabiilseks erinevates keskkondades. Lisaks on titaansihtmärkidel hea soojusjuhtivus ja kõrge puhtusaste, mis tagab suurepärase jõudluse õhukese kile tehnoloogia pihustamiseks.
Titaansihtmärk on kõrge puhtusastmega titaanist või titaanisulamist plaatmaterjal, mis on valmistatud vaakumsulatusvalumeetodil. Selle kõige tähelepanuväärsemad omadused on kõrge puhtus ja suurepärane tihedus. Kvaliteetsete titaani sihtmärkide tihedus võib ulatuda üle 99,5% ja lisandite elemendid on äärmiselt madalad, nagu Fe, Si, O, N, H ja muud elemendid on alla 100 ppm. See muudab titaani sihtmärgi füüsikalised ja keemilised omadused palju suuremaks kui tavalise tööstusliku puhta titaani omad.
Lisaks pakuvad titaanist sihtmärgid suurepärast ühtlust. Ettevalmistusprotsessi käigus kasutati titaani sihtmärgi struktuuri ühtluse tõhusaks parandamiseks mitut sulamis- ja karastustöötlust. Sihtpind on sile ja puhas, sisemine struktuur on tihe ja terad on peened, mis tagab ladestunud kilekihi ühtluse. Titaanist sihtmärkidel on ka suurepärane soojusjuhtivus ja väike termiline pinge, mis muudab need vähem vastuvõtlikuks pragunemisele ja talub suure võimsusega pihustus- või kaareaurumisprotsesse. Lisaks on titaansihtmärgil kõrge mehaaniline tugevus, mis võib tõhusalt pikendada selle kasutusiga ja vähendada sihtmärgi kadu, parandades seega selle üldist jõudlust ja kasutusväärtust.

⑴ Magnetroni pihustamine:
Optiliste katete, näiteks prilliklaaside peegeldusvastased katted, läätsede peegeldusvastased katted jne, valmistamine.
Valmistage ette titaanipõhised magnetkirjed andmete salvestamiseks (nt arvuti kõvakettad).
Titaanil põhinevate juhtivate kilede valmistamine vedelkristallekraanidel elektroodidena kasutamiseks.
⑵ Laserpihustamine:
Kulumiskindluse parandamiseks valmistage ette mehaaniliste osade pinnaga karastatud kiht.
Biomeditsiiniliste titaanisulamist materjalide pinnakatete valmistamine biosobivuse parandamiseks.
⑶ Kaare aurustumine:
Läbipaistva juhtiva kile valmistamine päikesepatarei esielektroodi jaoks.
Titaanipõhiste komposiitmaterjalide tugevduskihtide valmistamine.
⑷ Elektronkiire aurustamine:
Rutiil-päikesepatareide tagumise elektroodi ettevalmistamine.
Peegeldusvastaste kilede ja passiveerimiskilede valmistamine fotogalvaanilistele seadmetele.
Autode amortisaatorite katete ettevalmistamine.
⑸Ioonplaat:
Bioaktiivsete katete valmistamine titaanisulamist implantaatidele hamba- ja ortopeedilises kirurgias, et parandada luu ja implantaatide vahelist sidejõudu.
Automootorite kolbide kulumis- ja korrosioonivastaste katete valmistamine.
Lõiketulemuse parandamiseks valmistage ette metallist lõikeriistade pindkarastatud kiht.
⑹ keemiline katmine:
Elektrooniliste trükkplaatide juhtivate ühenduskihtide ettevalmistamine.
Autode dekoratiivdetailide läikega katte ettevalmistamine.
Optiliste komponentide suure peegeldusvõimega katete valmistamine.
⑺Aatomkihtsadestamine (ALD):
Difusioonitõkkekihtide ettevalmistamine uut tüüpi mäludele, nagu vasest ühendused.
Pildiandurite optiliste filtrite ettevalmistamine.
Pinnakihtide ettevalmistamine päikesepatareidele.
⑻ 3D printimine:
Eritellimusel titaanisulamist implantaatide ja stentide valmistamine meditsiiniliseks kasutamiseks.
Kergekaaluliste konstruktsiooniosade valmistamine kosmosetööstusele.
Metallist funktsionaalsete osade ettevalmistamine keerukate kujundite jaoks.

⑴Metallurgia
Põhimõte: Kõrge puhtusastmega titaani sulatamiseks kasutatakse vaakumkaarsulatamist ja muid tehnoloogiaid ning seejärel mitmekordset sulatamist ja kustutamist, külmvaltsimist või sepistamist, et valmistada titaani sihtmärke.
Protsessi kulg: materjali valik → sulatamine → karastamine ja sepistamine → töötlemine → katsetamine
Eelised: titaanist sihtmaterjalil on kõrge tihedus, kõrge puhtus ja hea ühtlus.
Puudused: keeruline protsess, suur energiatarve ja kõrge hind.
⑵ Pulberpaagutamise meetod
Põhimõte: Kõrge puhtusastmega titaanipulber pressitakse ja vormitakse ning seejärel paagutatakse ja tihendatakse, et saada titaani sihtmärk.
Protsessi kulg: koostisosad → pressvormimine → paagutamine → töötlemine → testimine
Eelised: lihtne protsess ja madal hind.
Puudused: Tihedus on veidi väiksem, poorid on veidi rohkem ja ühtlus on veidi halvem.

⑶ Termiline pihustamismeetod
Põhimõte: Termilist pihustustehnoloogiat kasutatakse sula titaanipulbri pihustamiseks alusmaterjalile kiire õhuvooluga, et moodustada titaanist sihtmärk.
Protsessi kulg: materjali valik → termiline pihustamine → mehaaniline töötlemine → testimine
Eelised: protsess on lihtne, kvaliteet on kontrollitav ja titaansihtmärke saab valmistada erinevatel aluspindadel.
Puudused: Pinnakvaliteet on veidi halb ja vajab hilisemat mehaanilist töötlemist.
⑷3D printimine
Põhimõte: kasutage energiaallikaid, nagu laserid, et paagutada titaanisulamist pulbrit kihthaaval ning printida ja kujundada otse titaani sihtmärke.
Protsessi kulg: koostisosad → 3D printimine ja vormimine → järeltöötlus
Eelised: erineva keeruka kujuga sihtmärke saab vastavalt vajadusele kohandada.
Puudused: aeglasem printimiskiirus ja kõrgem hind.
⑸ Spin spray meetod
Põhimõte: Kasutades pöörleva elektroodiga pihustusmeetodit, pihustatakse sula titaanmetall ja sadestatakse kollektorile, moodustades helbekujulise titaani sihtmärgi.
Protsessi voog: sulatamine → pöörlev pihustusvormimine → kuumtöötlus → mehaaniline töötlemine → testimine
Eelised: kiire vormimiskiirus ja suhteliselt ühtlane kvaliteet.
Puudused: Haardumine on veidi halb ja vajab järgnevat kuumtöötlust.
⑹ Pritsimisliimimismeetod
Põhimõte: Esmalt pihustatakse aluspinnale kiht puhast titaankilet ja seejärel valmistatakse titaani sihtmärk kõrgtemperatuurse kuumpressimise teel.
Protsessi voog: substraadi töötlemine → pihustuskile moodustamine → kuumpressimisega sidumine → mehaaniline töötlemine → kontroll
Eelised: kõrge nakkuvustugevus, tihe sidumine sihtmaterjali ja aluspinna vahel.
Puudused: keeruline protsess ja pikk ettevalmistusaeg.
⑺Ioonide implanteerimise meetod
Põhimõte: süstige lämmastik ja süsinikplasma kõrge puhtusastmega titaanmaatriksisse ja seejärel läbige kuumtöötlus, et moodustada pinnale titaananioonühend, et valmistada komposiitmärklaud.
Protsessi voog: pommitamine → ioonide implanteerimine → kuumtöötlus → mehaaniline töötlemine → tuvastamine
Eelised: Pinna funktsionaliseeritud liitsihtmärke saab valmistada.
Puudused: valmistada saab ainult õhukesi sihtmärke ja seda on raskem kasutada suurtel aladel.

Paksematel titaanist sihtmärkidel on pikem pihustusiga, need vähendavad sihtmärkide muutmise sagedust ja parandavad töö efektiivsust. Kile paksuse jaotus on aga ebaühtlane ja selle parandamiseks tuleb sihtmärki pöörata. Õhematel titaanist sihtmärkidel on ühtlasem kile paksuse jaotus.
Kõrge puhtusastmega titaanist sihtmaterjalist (näiteks 99,99%) valmistatud kile on kõrge puhtusega ja hea jõudlusega. Kuid sihtmaterjal kulub kiiresti, suurendades tegevuskulusid. Kuigi madala puhtusastmega titaani sihtmärkidel on kulueeliseid, on ladestatud kile lisandite sisaldus kõrge, mis mõjutab kile jõudlust.
Suure tihedusega titaanist sihtkile kiht on hea tihedusega ja tugeva nakkuvusega. Liiga suur tihedus suurendab aga ka pinget membraanis. Mõõduka tihedusega titaansihtmärgid võivad saada tasakaalustatud jõudlusega kilekihi.
Heledad ja lamedad titaansihikud ladestavad parema pinnakvaliteediga kilesid. Kuid liigne poleerimine võib põhjustada probleeme ka osakeste eemaldamisega. Mõõdukas pinnakaredus aitab parandada kile nakkumist.
Suuremõõtmelistel titaanist sihtmärkidel on kõrge töötõhusus, kuid neil on halb ühtlus ja ebaühtlane kile paksuse jaotus. Väikese pindalaga sihtmärgid võivad saada ühtlase kilekihi, kuid efektiivsus on madal.
Kõrge tugevusega titaanist sihtmärkidel on kõrge mehaaniline tugevus, pikk kasutusiga ja hea kulumiskindlus, kuid tootmisprotsess on keeruline. Tavalistel titaanist sihtmärkidel on madal mehaaniline tugevus, need kuluvad ja neil on lühike kasutusiga.
Ühtse tihedusega titaansihtmärk võib muuta kilekihi iga ala tiheduse ühtlaseks ja saada ühtlase jõudlusega kilekihi. Ebaühtlase tihedusega sihtmaterjalid põhjustavad ebastabiilse kilekvaliteedi.
Erinevad lisandite elemendid mõjutavad titaankilede omadusi erinevalt. Näiteks Fe-reostus mõjutab tõsiselt kile elektrilisi omadusi, samas kui Si mõjutab peamiselt mehaanilisi omadusi. Sobivate lisanditüüpidega titaansihtmärkide valimine võib optimeerida kile jõudlust.
Kõrge hinnaga titaansihtmärkidel on tavaliselt suurepärane jõudlus, kuid ka kasutuskulud on kõrged. Kulusäästlike toodete valimine võib vähendada kulusid, tagades samal ajal kile kvaliteedi.

Hiina titaani toodang 2020. aastal on umbes 12,{2}} tonni, mis rahuldab vaid umbes 1/3 siseturu nõudlusest. Eeldatakse, et 2025. aastaks suureneb Hiina sihtotstarbeline titaanitootmisvõimsus ligikaudu 20,000 tonnini.
Maailma suuremate sihtmärgiks olevate titaanitootjate hulka kuuluvad Praxair Ameerika Ühendriikides, Toho Mining Jaapanis, Western Titanium Industry Hiinas, Baoti Group jne. Turuosa esiviisikus moodustab ligikaudu 65% maailma kogutoodangust.
Sihtsuuruse osas moodustab 2-4 tolline suurus suurima osa väljundist, moodustades umbes 55% kogumahust. Suuremõõtmelised titaani sihtmärgid kasvavad kiiremini ja eeldatavasti ulatuvad 2023. aastaks umbes 35% koguarvust.
Sihtmaterjalide vaatenurgast on kõige suurem nõudlus kõrge puhtusastmega titaansihtide järele, mis moodustavad 2020. aastal ligikaudu 60% kogutoodangust. Titaanisulamist sihtmärkide järele on samuti suur nõudlus ja nende kasvutempo on kiire.
Titaani sihtmärkide allavoolu rakenduste hulgas on pooljuhtide tootmine alati olnud suurim nõudluse osa. Kõige kiiremini kasvav nõudlus on aga uute energiasõidukite tööstuses, mille nõudlus ületab 2025. aastaks eeldatavasti pooljuhtide tööstuse.

Väljavaated:
Tänu oma suurepärastele füüsikalistele ja keemilistele omadustele kasutatakse titaansihtmärke laialdaselt optilistes pinnakatetes, dekoratiivkatetes, kulumiskindlates kattekihtides, elektroonikaseadmetes, päikesepatareides ja muudes valdkondades ning nende arenguperspektiivid on väga laiad. Teaduse ja tehnoloogia arenguga avastatakse pidevalt uusi rakendusvaldkondi. Näiteks uue energeetika, biomeditsiini jm valdkondades loodetakse veelgi laiendada titaansihtide rakendust.
Tehnilised raskused:
Titaansihtmärkide puhtuse parandamine: kuigi praegune titaansihtmärkide puhtus vastab enamiku rakenduste vajadustele, tuleb mõne tipptasemel rakenduste (nt päikesepatareide, ülijuhtivate materjalide jne) puhul suurendada titaansihtmärkide puhtust. paranenud.
Titaansihtide ettevalmistamise protsessi optimeerimine: praeguses titaansihtide ettevalmistamise protsessis on endiselt probleeme, nagu kõrge hind, madal efektiivsus, halb keskkonnatoime jne, mis tuleb lahendada tehnoloogilise innovatsiooni ja protsessi täiustamise kaudu.
Titaani sihtmärgi kasutusea parandamine: katmisprotsessi ajal pommitatakse titaani sihtmärki suure energiaga ioonidega, mis põhjustab selle pinna kulumist ja mõjutab selle kasutusiga. Seetõttu on oluline tehniline probleem, kuidas parandada titaansihtide kulumiskindlust ja kasutusiga.
Tuleviku suund:
Uute titaansihtmärkide väljatöötamine: materjaliteaduse ja protsessiinnovatsiooni abil töötatakse välja uued titaani sihtmärgid, et vastata kõrgema klassi rakenduste vajadustele.
Ettevalmistusprotsessi optimeerimine: protsessi optimeerimise ja seadmete uuendamise kaudu saame parandada titaani sihtmaterjalide valmistamise efektiivsust, vähendada tootmiskulusid ja parandada toote keskkonnamõju.
Laiendage rakendusvaldkondi: Tehnoloogiaalase uurimis- ja arendustegevuse ning turuarenduse kaudu laiendatakse veelgi titaani sihtmärkide rakendusvaldkondi, nagu uus energia, biomeditsiin jne.
Üldiselt on titaanist sihtmärkidel kui olulisel kattematerjalil laialdased arenguväljavaated, kuid neil on ka mõningaid tehnilisi väljakutseid. Läbi pideva tehnoloogilise innovatsiooni ja turu arendamise loodetakse tulevikus saavutada suuremat arengut.