Cible en titane

La cible en titane est un matériau spécial principalement utilisé dans la technologie de dépôt physique en phase vapeur (PVD) et de pulvérisation magnétron (pulvérisation magnétron). Parmi elles, la technologie PVD est largement utilisée dans la production de revêtements avancés, tandis que la pulvérisation magnétron est couramment utilisée dans le processus de fabrication de puces semi-conductrices et de composants électroniques. Les cibles en titane sont constituées de titane pur ou d'alliage de titane comme composant principal et sont soigneusement fabriquées. Ses avantages uniques incluent une dureté et une densité extrêmement élevées, ainsi qu'une excellente résistance à la corrosion, ce qui le rend stable dans une variété d'environnements. De plus, les cibles en titane ont une bonne conductivité thermique et une pureté élevée, offrant d'excellentes performances pour la technologie de pulvérisation de couches minces.
La cible en titane est un matériau de plaque de titane ou d'alliage de titane de haute pureté fabriqué par un processus de fusion sous vide et de moulage à modèle perdu. Ses propriétés les plus remarquables sont une grande pureté et une excellente densité. La densité des cibles en titane de haute qualité peut atteindre plus de 99,5 % et les éléments d'impuretés sont extrêmement faibles, tels que Fe, Si, O, N, H et d'autres éléments sont inférieurs à 100 ppm. Cela fait que les propriétés physiques et chimiques de la cible en titane dépassent de loin celles du titane pur industriel ordinaire.
De plus, les cibles en titane offrent une excellente uniformité. Au cours du processus de préparation, plusieurs traitements de fusion et de trempe ont été utilisés pour améliorer efficacement l'uniformité structurelle de la cible en titane. La surface cible est lisse et propre, la structure interne est dense et les grains sont fins, ce qui garantit l'uniformité de la couche de film déposée. Les cibles en titane ont également une excellente conductivité thermique et de faibles contraintes thermiques, ce qui les rend moins sujettes à la fissuration et capables de résister aux processus de pulvérisation à haute puissance ou d'évaporation de l'arc. De plus, la cible en titane présente une résistance mécanique élevée, ce qui peut effectivement prolonger sa durée de vie et réduire la perte de cible, améliorant ainsi ses performances globales et sa valeur d'utilisation.

⑴Pulvérisation magnétron :
Préparation de revêtements optiques, tels que revêtements antireflet pour verres de lunettes, revêtements antireflet pour verres, etc.
Préparez des enregistrements magnétiques à base de titane pour le stockage de données tels que les disques durs d'ordinateurs.
Préparation de films conducteurs à base de titane destinés à être utilisés comme électrodes dans les écrans LCD.
⑵Pulvérisation laser :
Préparez une couche de surface durcie de pièces mécaniques pour améliorer la résistance à l'usure.
Préparation de revêtements de surface sur des matériaux biomédicaux en alliage de titane pour améliorer la biocompatibilité.
⑶Évaporation de l'arc :
Préparation d'un film conducteur transparent pour l'électrode avant de la cellule solaire.
Préparation de couches de renfort à base de titane de matériaux composites.
⑷Évaporation par faisceau d'électrons :
Préparation de l'électrode arrière pour les cellules solaires rutiles.
Préparation de films antireflet et de films de passivation pour appareils photovoltaïques.
Préparation de revêtements pour amortisseurs automobiles.
⑸Placage ionique :
Préparation de revêtements bioactifs pour implants en alliage de titane en chirurgie dentaire et orthopédique afin d'améliorer la force de liaison entre l'os et les implants.
Préparation de revêtements résistants à l'usure et anticorrosion pour pistons de moteurs automobiles.
Préparez une couche de surface durcie d'outils de coupe en métal pour améliorer les performances de coupe.
⑹Placage chimique :
Préparation de couches d'interconnexion conductrices pour cartes de circuits électroniques.
Préparation de revêtement brillant pour pièces décoratives automobiles.
Préparation de revêtements à haute réflectivité pour composants optiques.
⑺Dépôt de couche atomique (ALD) :
Préparation de couches barrières de diffusion pour de nouveaux types de mémoires telles que les interconnexions en cuivre.
Préparation de filtres optiques pour capteurs d'images.
Préparation des couches superficielles pour cellules solaires.
⑻Impression 3D :
Préparation d'implants et de stents sur mesure en alliage de titane à usage médical.
Préparation de pièces de structure légères pour l'industrie aérospatiale.
Préparation de pièces fonctionnelles métalliques pour formes complexes.

⑴Métallurgie
Principe : La fusion à l'arc sous vide et d'autres technologies sont utilisées pour fondre du titane de haute pureté, puis subir de multiples traitements de fusion et de trempe, de laminage à froid ou de forgeage pour fabriquer des cibles en titane.
Flux de processus : sélection des matériaux → fusion → trempe et forgeage → usinage → tests
Avantages : Le matériau cible en titane a une densité élevée, une pureté élevée et une bonne uniformité.
Inconvénients : processus complexe, consommation d’énergie élevée et coût élevé.
⑵Méthode de frittage de poudre
Principe : De la poudre de titane de haute pureté est pressée et formée, puis frittée et densifiée pour constituer une cible en titane.
Flux de processus : ingrédients → formage à la presse → frittage → usinage → tests
Avantages : procédé simple et faible coût.
Inconvénients : La densité est légèrement inférieure, les pores sont légèrement plus nombreux et l'uniformité est légèrement moins bonne.

⑶Méthode de pulvérisation thermique
Principe : La technologie de pulvérisation thermique est utilisée pour pulvériser de la poudre de titane fondue sur le matériau de base avec un flux d'air à grande vitesse afin de former une cible en titane.
Flux de processus : sélection des matériaux → projection thermique → traitement mécanique → tests
Avantages : Le processus est simple, la qualité est contrôlable et les cibles en titane peuvent être préparées sur différents substrats.
Inconvénients : La qualité de la surface est légèrement médiocre et nécessite un traitement mécanique ultérieur.
⑷Impression 3D
Principe : Utiliser des sources d'énergie telles que des lasers pour fritter couche par couche de poudre d'alliage de titane et imprimer et façonner directement des cibles en titane.
Flux de processus : ingrédients → impression et moulage 3D → post-traitement
Avantages : Des cibles de différentes formes complexes peuvent être personnalisées selon les besoins.
Inconvénients : vitesse d’impression plus lente et coût plus élevé.
⑸Méthode de pulvérisation par rotation
Principe : Grâce à la méthode de pulvérisation par jet d'électrode rotative, le titane métallique fondu est atomisé et déposé sur le collecteur pour former une cible en titane en forme de flocons.
Flux de processus : fusion → moulage par pulvérisation rotative → traitement thermique → traitement mécanique → tests
Avantages : vitesse de formage rapide et qualité relativement uniforme.
Inconvénients : L'adhérence est légèrement mauvaise et nécessite un traitement thermique ultérieur.
⑹Méthode de liaison par pulvérisation
Principe : Tout d'abord, une couche de film de titane pur est pulvérisée sur le substrat, puis la cible en titane est préparée par liaison par pressage à chaud à haute température.
Flux de processus : traitement du substrat → formation de film par pulvérisation → collage par presse à chaud → traitement mécanique → inspection
Avantages : force de liaison élevée, liaison étroite entre le matériau cible et le substrat.
Inconvénients : processus complexe et temps de préparation long.
⑺Méthode d'implantation ionique
Principe : injecter du plasma d'azote et de carbone dans une matrice de titane de haute pureté, puis subir un traitement thermique pour former un composé anionique de titane sur la surface afin de préparer une cible composite.
Flux de processus : traitement par bombardement → implantation ionique → traitement thermique → traitement mécanique → détection
Avantages : Des cibles composites fonctionnalisées en surface peuvent être préparées.
Inconvénients : Seules des cibles minces peuvent être préparées et il est plus difficile à utiliser sur de grandes surfaces.

Les cibles en titane plus épaisses ont une durée de vie de pulvérisation plus longue, réduisent la fréquence des changements de cible et améliorent l'efficacité du travail. Cependant, la répartition de l’épaisseur du film est inégale et la cible doit être tournée pour l’améliorer. Les cibles en titane plus fines ont une répartition plus uniforme de l'épaisseur du film.
Le film préparé à partir d'un matériau cible en titane de haute pureté (tel que 99,99 %) présente une pureté élevée et de bonnes performances. Cependant, le matériau cible s’use rapidement, ce qui augmente les coûts d’exploitation. Bien que les cibles en titane de faible pureté présentent des avantages en termes de coût, la teneur en impuretés du film déposé est élevée, ce qui affecte les performances du film.
La couche de film cible en titane haute densité a une bonne densité et une forte adhérence. Cependant, une densité trop élevée augmentera également les contraintes au sein de la membrane. Les cibles en titane de densité modérée peuvent obtenir une couche de film aux performances équilibrées.
Le titane brillant et plat cible les films de dépôt avec une meilleure qualité de surface. Mais un polissage excessif peut également entraîner des problèmes de perte de particules. Une rugosité de surface modérée contribue à améliorer l’adhérence du film.
Les cibles en titane de grande taille ont une efficacité de travail élevée, mais ont une mauvaise uniformité et une répartition inégale de l'épaisseur du film. Les cibles de petite surface peuvent obtenir une couche de film uniforme mais l'efficacité est faible.
Les cibles en titane à haute résistance ont une résistance mécanique élevée, une longue durée de vie et une bonne résistance à l'usure, mais le processus de production est difficile. Les cibles en titane ordinaires ont une faible résistance mécanique, sont sujettes à l'usure et ont une courte durée de vie.
Une cible en titane avec une densité uniforme peut rendre la densité de chaque zone de la couche de film cohérente et obtenir une couche de film aux performances uniformes. Les matériaux cibles ayant une densité inégale conduiront à une qualité de film instable.
Différents éléments d'impuretés ont des effets différents sur les propriétés des films de titane. Par exemple, la pollution au Fe affecte sérieusement les propriétés électriques du film, tandis que le Si affecte principalement les propriétés mécaniques. Le choix de cibles en titane avec les types d'impuretés appropriés peut optimiser les performances du film.
Les cibles en titane onéreuses ont généralement d'excellentes performances, mais le coût d'utilisation est également élevé. Choisir des produits rentables peut réduire les coûts tout en garantissant la qualité du film.

La production cible de titane de la Chine en 2020 est d'environ 12 000 tonnes, ce qui ne répond qu'à environ un tiers de la demande du marché intérieur. On s'attend à ce que d'ici 2025, la capacité de production de cibles de titane de la Chine augmente à environ 20 000 tonnes.
Les principaux fabricants mondiaux de cibles en titane comprennent Praxair aux États-Unis, Toho Mining au Japon, Western Titanium Industry en Chine, Baoti Group, etc. Les cinq premiers en termes de part de marché représentent environ 65 % de la production totale mondiale.
En termes de taille cible, la taille de 2-4 pouces représente la plus grande proportion de la production, soit environ 55 % du total. Les cibles de titane de grande taille connaissent une croissance plus rapide et devraient atteindre environ 35 % du total d’ici 2023.
Du point de vue des matériaux cibles, les cibles en titane de haute pureté sont les plus demandées, représentant environ 60 % du total en 2020. Les cibles en alliage de titane ont également une forte demande et leur taux de croissance est rapide.
Parmi les applications en aval des cibles en titane, l’industrie de fabrication de semi-conducteurs a toujours été la plus grande demande. Cependant, c'est dans le secteur des véhicules à énergie nouvelle que la demande connaît la croissance la plus rapide, et on s'attend à ce que sa demande dépasse celle de l'industrie des semi-conducteurs d'ici 2025.

Perspectives :
En raison de ses excellentes propriétés physiques et chimiques, les cibles en titane sont largement utilisées dans les revêtements optiques, les revêtements décoratifs, les revêtements résistants à l'usure, les appareils électroniques, les cellules solaires et d'autres domaines, et leurs perspectives de développement sont très larges. Avec les progrès de la science et de la technologie, de nouveaux domaines d’application sont constamment découverts. Par exemple, dans les domaines des énergies nouvelles, de la biomédecine, etc., l'application des cibles en titane devrait également être encore élargie.
Difficultés techniques rencontrées :
Améliorer la pureté des cibles en titane : bien que la pureté actuelle des cibles en titane puisse déjà répondre aux besoins de la plupart des applications, pour certaines applications haut de gamme, telles que les cellules solaires, les matériaux supraconducteurs, etc., la pureté des cibles en titane doit être améliorée. amélioré.
Optimisation du processus de préparation des cibles en titane : Il existe encore certains problèmes dans le processus actuel de préparation des cibles en titane, tels qu'un coût élevé, une faible efficacité, de mauvaises performances environnementales, etc., qui doivent être résolus grâce à l'innovation technologique et à l'amélioration des processus.
Améliorer la durée de vie de la cible en titane : pendant le processus de revêtement, la cible en titane sera bombardée par des ions à haute énergie, provoquant une usure de sa surface et affectant sa durée de vie. Par conséquent, comment améliorer la résistance à l’usure et la durée de vie des cibles en titane constitue un problème technique important.
Orientation future :
Développer de nouvelles cibles en titane : grâce à la science des matériaux et à l'innovation des processus, de nouvelles cibles en titane sont développées pour répondre aux besoins des applications haut de gamme.
Optimiser le processus de préparation : grâce à l'optimisation des processus et à la mise à niveau des équipements, nous pouvons améliorer l'efficacité de la préparation des matériaux cibles en titane, réduire les coûts de production et améliorer les performances environnementales du produit.
Élargir les champs d'application : grâce à la recherche et au développement technologique et au développement du marché, les domaines d'application des cibles en titane seront encore élargis, tels que les nouvelles énergies, la biomédecine, etc.
En général, les cibles en titane, en tant que matériau de revêtement important, ont de larges perspectives de développement, mais elles sont également confrontées à certains défis techniques. Grâce à l'innovation technologique continue et au développement du marché, il devrait connaître un plus grand développement à l'avenir.