Bersaglio in titanio

Il bersaglio in titanio è un materiale speciale utilizzato principalmente nella tecnologia di deposizione fisica in fase di vapore (PVD) e magnetron sputtering (Magnetron Sputtering). Tra questi, la tecnologia PVD è ampiamente utilizzata nella produzione di rivestimenti avanzati, mentre lo sputtering con magnetron è comunemente utilizzato nel processo di produzione di chip semiconduttori e componenti elettronici. I target in titanio sono realizzati in titanio puro o lega di titanio come componente principale e sono fabbricati con cura. I suoi vantaggi unici includono durezza e densità estremamente elevate, nonché un'eccellente resistenza alla corrosione, che lo rende stabile in una varietà di ambienti. Inoltre, i target in titanio hanno una buona conduttività termica e un'elevata purezza, fornendo prestazioni eccellenti per la tecnologia a film sottile di sputtering.
Il target in titanio è un materiale per lastre in titanio o lega di titanio di elevata purezza realizzato mediante un processo di fusione a cera persa sotto vuoto. Le sue proprietà più notevoli sono l'elevata purezza e l'eccellente densità. La densità dei target in titanio di alta qualità può raggiungere oltre il 99,5% e gli elementi impuri sono estremamente bassi, come Fe, Si, O, N, H e altri elementi sono inferiori a 100 ppm. Ciò fa sì che le proprietà fisiche e chimiche del bersaglio in titanio superino di gran lunga quelle del normale titanio puro industriale.
Inoltre, i target in titanio offrono un'eccellente uniformità. Durante il processo di preparazione, sono stati utilizzati molteplici trattamenti di fusione e tempra per migliorare efficacemente l'uniformità strutturale del target in titanio. La superficie target è liscia e pulita, la struttura interna è densa e la grana è fine, il che garantisce l'uniformità dello strato di pellicola depositato. I target in titanio hanno anche un'eccellente conduttività termica e un ridotto stress termico, il che li rende meno soggetti a fessurazioni e in grado di resistere ai processi di sputtering ad alta potenza o di evaporazione ad arco. Inoltre, il bersaglio in titanio ha un'elevata resistenza meccanica, che può prolungarne efficacemente la durata e ridurre la perdita del bersaglio, migliorando così le prestazioni complessive e il valore d'uso.

⑴Sputtering del magnetron:
Preparazione di rivestimenti ottici, come rivestimenti antiriflesso per lenti per occhiali, rivestimenti antiriflesso per lenti, ecc.
Preparare dischi magnetici a base di titanio per l'archiviazione di dati come i dischi rigidi dei computer.
Preparazione di film conduttivi a base di titanio da utilizzare come elettrodi nei display LCD.
⑵Sputtering laser:
Preparare lo strato superficiale indurito delle parti meccaniche per migliorare la resistenza all'usura.
Preparazione di rivestimenti superficiali su materiali in lega di titanio biomedico per migliorare la biocompatibilità.
⑶Evaporazione ad arco:
Preparazione della pellicola conduttiva trasparente per l'elettrodo anteriore della cella solare.
Preparazione di strati di rinforzo a base di titanio di materiali compositi.
⑷Evaporazione del fascio di elettroni:
Preparazione dell'elettrodo posteriore per celle solari rutili.
Preparazione di film antiriflesso e film di passivazione per dispositivi fotovoltaici.
Preparazione di rivestimenti per ammortizzatori automobilistici.
⑸Placcatura ionica:
Preparazione di rivestimenti bioattivi per impianti in lega di titanio in chirurgia odontoiatrica e ortopedica per migliorare la forza di legame tra osso e impianti.
Preparazione di rivestimenti resistenti all'usura e anticorrosione per pistoni di motori di automobili.
Preparare lo strato superficiale indurito degli utensili da taglio in metallo per migliorare le prestazioni di taglio.
⑹ Placcatura chimica:
Preparazione di strati conduttivi di interconnessione per schede elettroniche.
Preparazione del rivestimento lucido per parti decorative di automobili.
Preparazione di rivestimenti ad alta riflettività per componenti ottici.
⑺Deposizione di strati atomici (ALD):
Preparazione di strati di barriera alla diffusione per nuovi tipi di memorie come le interconnessioni in rame.
Preparazione di filtri ottici per sensori di immagine.
Preparazione degli strati superficiali per celle solari.
⑻Stampa 3D:
Preparazione di impianti e stent personalizzati in lega di titanio per uso medico.
Preparazione di parti strutturali leggere per l'industria aerospaziale.
Preparazione di parti funzionali metalliche per forme complesse.

⑴Metallurgia
Principio: la fusione ad arco sotto vuoto e altre tecnologie vengono utilizzate per fondere il titanio di elevata purezza e quindi sottoposte a molteplici trattamenti di fusione e tempra, laminazione a freddo o forgiatura per realizzare bersagli in titanio.
Flusso del processo: selezione del materiale→fusione→tempra e forgiatura→lavorazione meccanica→test
Vantaggi: il materiale target in titanio ha alta densità, elevata purezza e buona uniformità.
Svantaggi: processo complesso, elevato consumo energetico e costi elevati.
⑵Metodo di sinterizzazione della polvere
Principio: la polvere di titanio ad elevata purezza viene pressata e formata, quindi sinterizzata e densificata per creare un bersaglio in titanio.
Flusso del processo: ingredienti→pressatura→sinterizzazione→lavorazione meccanica→test
Vantaggi: processo semplice e basso costo.
Svantaggi: la densità è leggermente inferiore, i pori sono leggermente più numerosi e l'uniformità è leggermente peggiore.

⑶Metodo di spruzzatura termica
Principio: la tecnologia di spruzzatura termica viene utilizzata per spruzzare polvere di titanio fuso sul materiale di base con un flusso d'aria ad alta velocità per formare un bersaglio di titanio.
Flusso del processo: selezione del materiale → spruzzatura termica → lavorazione meccanica → test
Vantaggi: il processo è semplice, la qualità è controllabile e i target in titanio possono essere preparati su vari substrati.
Svantaggi: La qualità della superficie è leggermente scadente e richiede una successiva lavorazione meccanica.
⑷Stampa 3D
Principio: utilizzare fonti di energia come i laser per sinterizzare la polvere di lega di titanio strato per strato e stampare e modellare direttamente i bersagli in titanio.
Flusso del processo: ingredienti → stampa e stampaggio 3D → post-elaborazione
Vantaggi: bersagli di varie forme complesse possono essere personalizzati secondo necessità.
Svantaggi: velocità di stampa più lenta e costi più elevati.
⑸Metodo spray rotante
Principio: utilizzando il metodo di spruzzatura a getto con elettrodo rotante, il metallo di titanio fuso viene atomizzato e depositato sul collettore per formare un bersaglio di titanio a forma di scaglia.
Flusso del processo: fusione → stampaggio a spruzzo rotativo → trattamento termico → lavorazione meccanica → collaudo
Vantaggi: velocità di formatura rapida e qualità relativamente uniforme.
Svantaggi: L'adesione è leggermente scarsa e richiede un successivo trattamento termico.
⑹Metodo di incollaggio sputtering
Principio: innanzitutto, uno strato di pellicola di titanio puro viene spruzzato sul substrato, quindi il target di titanio viene preparato mediante incollaggio con pressatura a caldo ad alta temperatura.
Flusso del processo: lavorazione del substrato → formazione di film di sputtering → incollaggio con pressa a caldo → lavorazione meccanica → ispezione
Vantaggi: elevata forza adesiva, legame stretto tra materiale target e substrato.
Svantaggi: processo complesso e tempi di preparazione lunghi.
⑺Metodo di impianto ionico
Principio: iniettare plasma di azoto e carbonio in una matrice di titanio ad elevata purezza, quindi sottoporsi a trattamento termico per formare un composto anionico di titanio sulla superficie per preparare un bersaglio composito.
Flusso del processo: trattamento di bombardamento → impianto ionico → trattamento termico → lavorazione meccanica → rilevamento
Vantaggi: È possibile preparare target compositi funzionalizzati in superficie.
Svantaggi: è possibile preparare solo target sottili ed è più difficile da utilizzare su aree estese.

I target in titanio più spessi hanno una durata di sputtering più lunga, riducono la frequenza dei cambi di target e migliorano l'efficienza del lavoro. Tuttavia, la distribuzione dello spessore della pellicola non è uniforme e il target deve essere ruotato per migliorarla. I target in titanio più sottili hanno una distribuzione dello spessore della pellicola più uniforme.
La pellicola preparata con materiale target in titanio ad elevata purezza (come il 99,99%) ha un'elevata purezza e buone prestazioni. Tuttavia, il materiale target si consuma rapidamente, aumentando i costi operativi. Sebbene i target in titanio a bassa purezza presentino vantaggi in termini di costi, il contenuto di impurità della pellicola depositata è elevato, il che influisce sulle prestazioni della pellicola.
Lo strato di pellicola target in titanio ad alta densità ha una buona densità e una forte adesione. Tuttavia, una densità troppo elevata aumenterà anche lo stress all’interno della membrana. I target in titanio con densità moderata possono ottenere uno strato di pellicola con prestazioni bilanciate.
I bersagli in titanio lucidi e piatti depositano pellicole con una migliore qualità della superficie. Ma una lucidatura eccessiva può anche causare problemi con la perdita di particelle. La moderata ruvidità superficiale aiuta a migliorare l'adesione della pellicola.
I target in titanio di grandi dimensioni hanno un'elevata efficienza di lavoro, ma hanno una scarsa uniformità e una distribuzione non uniforme dello spessore della pellicola. I target di piccola area possono ottenere uno strato di pellicola uniforme ma l'efficienza è bassa.
I target in titanio ad alta resistenza hanno un'elevata resistenza meccanica, una lunga durata e una buona resistenza all'usura, ma il processo di produzione è difficile. I comuni target in titanio hanno una bassa resistenza meccanica, sono soggetti a usura e hanno una vita utile breve.
Un target in titanio con densità uniforme può rendere coerente la densità di ciascuna area dello strato di pellicola e ottenere uno strato di pellicola con prestazioni uniformi. I materiali target con densità non uniforme porteranno a una qualità della pellicola instabile.
Diversi elementi di impurità hanno effetti diversi sulle proprietà delle pellicole di titanio. Ad esempio, l'inquinamento da Fe influisce gravemente sulle proprietà elettriche del film, mentre il Si influisce principalmente sulle proprietà meccaniche. La scelta di target in titanio con tipi di impurità appropriati può ottimizzare le prestazioni della pellicola.
I target in titanio costosi di solito hanno prestazioni eccellenti, ma anche il costo di utilizzo è elevato. La scelta di prodotti convenienti può ridurre i costi garantendo al tempo stesso la qualità della pellicola.

La produzione target di titanio della Cina nel 2020 è di circa 12,000 tonnellate, che soddisfano solo circa 1/3 della domanda del mercato interno. Si prevede che entro il 2025 la capacità produttiva prevista della Cina per il titanio aumenterà fino a circa 20,000 tonnellate.
I principali produttori mondiali di target in titanio includono Praxair negli Stati Uniti, Toho Mining in Giappone, Western Titanium Industry in Cina, Baoti Group, ecc. I primi cinque in termini di quota di mercato rappresentano circa il 65% della produzione totale globale.
In termini di dimensione target, la dimensione da 2-4 pollici rappresenta la percentuale maggiore della produzione, rappresentando circa il 55% del totale. Gli obiettivi in ​​titanio di grandi dimensioni stanno crescendo più rapidamente e si prevede che raggiungeranno circa il 35% del totale entro il 2023.
Dal punto di vista dei materiali target, i target in titanio di elevata purezza hanno la domanda maggiore, rappresentando circa il 60% del totale nel 2020. Anche i target in lega di titanio hanno una forte domanda e il loro tasso di crescita è rapido.
Tra le applicazioni a valle dei target in titanio, l'industria manifatturiera dei semiconduttori è sempre stata quella con la maggiore domanda. Tuttavia, l’industria dei veicoli a nuova energia è quella che registra la domanda in più rapida crescita e si prevede che entro il 2025 la sua domanda supererà quella dell’industria dei semiconduttori.

Prospettive:
Grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche, i target in titanio sono ampiamente utilizzati nei rivestimenti ottici, nei rivestimenti decorativi, nei rivestimenti resistenti all'usura, nei dispositivi elettronici, nelle celle solari e in altri campi e le loro prospettive di sviluppo sono molto ampie. Con il progresso della scienza e della tecnologia si scoprono costantemente nuovi campi di applicazione. Ad esempio, anche nei settori delle nuove energie, della biomedicina ecc. si prevede un ulteriore ampliamento dell'applicazione dei target in titanio.
Difficoltà tecniche affrontate:
Miglioramento della purezza dei target in titanio: sebbene l'attuale purezza dei target in titanio possa già soddisfare le esigenze della maggior parte delle applicazioni, per alcune applicazioni di fascia alta, come celle solari, materiali superconduttori, ecc., la purezza dei target in titanio deve essere ulteriormente migliorata. migliorato.
Ottimizzazione del processo di preparazione dei target in titanio: ci sono ancora alcuni problemi nell'attuale processo di preparazione dei target in titanio, come costi elevati, bassa efficienza, scarse prestazioni ambientali, ecc., che devono essere risolti attraverso l'innovazione tecnologica e il miglioramento dei processi.
Migliora la durata del target in titanio: durante il processo di rivestimento, il target in titanio verrà bombardato da ioni ad alta energia, causando l'usura della sua superficie e influenzandone la durata. Pertanto, come migliorare la resistenza all'usura e la durata dei bersagli in titanio è un importante problema tecnico.
Direzione futura:
Sviluppare nuovi target in titanio: attraverso la scienza dei materiali e l'innovazione dei processi, vengono sviluppati nuovi target in titanio per soddisfare le esigenze di applicazioni di fascia alta.
Ottimizzare il processo di preparazione: attraverso l'ottimizzazione del processo e il miglioramento delle apparecchiature, possiamo migliorare l'efficienza della preparazione dei materiali target in titanio, ridurre i costi di produzione e migliorare le prestazioni ambientali del prodotto.
Ampliare i campi di applicazione: attraverso la ricerca e lo sviluppo tecnologico e lo sviluppo del mercato, i campi di applicazione degli obiettivi in ​​titanio saranno ulteriormente ampliati, come la nuova energia, la biomedicina, ecc.
In generale, i target in titanio, in quanto importante materiale di rivestimento, hanno ampie prospettive di sviluppo, ma devono anche affrontare alcune sfide tecniche. Attraverso la continua innovazione tecnologica e lo sviluppo del mercato, si prevede di raggiungere un maggiore sviluppo in futuro.