中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為核心材料之一的金屬類濺射靶材的市場(chǎng)需求旺盛。其中，高純度濺射靶材主要用在對(duì)材料純度和穩(wěn)定性要求更高的領(lǐng)域，如集成電路、信息儲(chǔ)存、液晶顯示屏、激光儲(chǔ)存器、電子控制器件等。在材料選擇中，金屬鉭以高導(dǎo)電性、高熱穩(wěn)定性及優(yōu)異的耐腐蝕性能而廣受關(guān)注，是集成電路中銅與硅基板的阻隔層濺射靶材的首選材料。
隨著AI生態(tài)的不斷拓寬有望拉動(dòng)芯片需求，從而帶動(dòng)鉭靶材需求增長(zhǎng)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在半導(dǎo)體用靶材市場(chǎng)上，鉭靶材制備技術(shù)難度非常高，需要嚴(yán)格控制鉭靶的晶粒尺寸和織構(gòu)取向，保證晶粒均勻分布。我國(guó)生產(chǎn)濺射鉭靶材用的高純鉭原料主要依賴進(jìn)口，在高純度鉭靶材的制備技術(shù)，尤其是組織均勻性控制及取向分布等方面與國(guó)外存在差距，導(dǎo)致濺射薄膜均勻性不穩(wěn)定。
作為噴涂靶材的原料，鉭粉的球形度直接影響噴涂的效果和涂層的品質(zhì)，因此制備高球形度的鉭粉非常重要。在鉭粉球化制備方面，國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究。其中具有代表性的是采用感應(yīng)等離子球化技術(shù)對(duì)粉末進(jìn)行球化整形，以提升粉末球形度。
感應(yīng)等離子具有溫度高、能量密度高、加熱強(qiáng)度大、等離子體炬的體積大、處理材料工藝簡(jiǎn)單、基本無污染、傳熱和冷卻速度快等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是制備組分均勻、球形度高、流動(dòng)性好的球形粉末的較佳方法。對(duì)于高熔點(diǎn)的鉭元素，利用高熱焓的等離子體加熱和充分熔化粉末，可以在極短的時(shí)間內(nèi)整形獲得球形鉭粉，因此較其他工藝具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
除了半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的需求之外，在生物醫(yī)療領(lǐng)域，金屬鉭的研究和應(yīng)用更加受到關(guān)注。
1802年瑞典化學(xué)家安德斯·�？瞬�(Anders Ekeberg)首次從礦物中提取了73號(hào)元素——鉭(tantalum)，其命名就源于其在酸中極佳的耐腐蝕性。鉭具有比鈦更優(yōu)異的耐腐蝕性，只受強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境影響，在人體內(nèi)保持相對(duì)惰性，從而可避免干擾生物組織。通過在模擬體液中形成類似骨骼的磷灰石層，鉭被證明具有生物活性并可與骨骼發(fā)生生物結(jié)合。
此外，純鉭及其主要氧化物均具有低的溶解度和毒性，自1940年以來就一直在臨床上使用，并廣泛應(yīng)用于診斷和植入物，總體效果顯著。在骨科、顱面和牙科相關(guān)研究中顯示出優(yōu)秀的生物相容性和安全性，使用致密鉭金屬植入物骨整合術(shù)已被證明應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8~12年。
在過去二十多年中，多孔鉭植入物冠以骨小梁金屬TM(美國(guó)捷邁公司的Trabecular MetalTM)廣泛應(yīng)用于人體髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及脊柱等全身部位。多孔鉭的特性類似松質(zhì)骨，與骨組織匹配的彈性模量、足夠的機(jī)械支撐、較長(zhǎng)的疲勞壽命、優(yōu)異的耐腐蝕性和骨整合性能力保證了其在骨科和牙科等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，增材制造多孔鉭憑借個(gè)性化優(yōu)勢(shì)已在髖、膝等多個(gè)部位實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。
3D打印多孔鉭髖臼杯（圖源：東方鉭業(yè)）
目前，主流的多孔鉭增材制造工藝為粉末床熔融，其原材料為15~150μm粒徑范圍的醫(yī)用球形鉭粉。隨著增材制造裝備的成熟以及個(gè)性化多孔鉭植入物需求的增加，從2015年開始，各國(guó)科研機(jī)構(gòu)及粉末制造企業(yè)先后進(jìn)行了球形鉭粉工藝的開發(fā)，在鉭粉球形度、流動(dòng)性、松裝密度、振實(shí)密度和空心粉率等方面得到了很好的控制，目前其主要制備技術(shù)為等離子球化(PS)和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)。
加拿大Tekna研制的射頻等離子體球化設(shè)備已實(shí)現(xiàn)對(duì)鉭鈮等難熔金屬的球化處理，其設(shè)備在全球射頻等離子體球化方面領(lǐng)先，在球化過程中冷卻室內(nèi)部空間大，且需要通入高純度惰性氣體，導(dǎo)致制粉成本昂貴。
PREP技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)和國(guó)外還存在一定差距，設(shè)備穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行能力較差，高端設(shè)備大多依靠進(jìn)口。因?yàn)榈入x子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)使用加工成本較低的熔煉棒材作為原材料，所以其制備的粉末綜合成本較低，但該技術(shù)制備粒徑在45μm以下的球形鉭粉時(shí)細(xì)粉收得率較低，因此進(jìn)一步提高粉末細(xì)粉收得率是該技術(shù)的主要發(fā)展方向。
除了PS和PREP技術(shù)，另外一種制粉方法——等離子絲材霧化法（PA）也有被提及。AP&C公司等離子絲材霧化技術(shù)采用金屬絲為原材料，與傳統(tǒng)的霧化過程相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，金屬絲受高溫等離子炬熔融的過程中，不會(huì)與等離子炬噴嘴產(chǎn)生接觸，保證粉末純度的同時(shí)，也能減少傳統(tǒng)霧化過程中加熱陶瓷坩堝的成本，相對(duì)于其他制粉技術(shù)具有一定技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但是高性能球形鉭粉的價(jià)格相對(duì)還是較高，且相關(guān)技術(shù)采取嚴(yán)格的保密手段，很少有關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備和產(chǎn)品粉末的性能報(bào)道。
參考來源：
[1]龐小肖等：感應(yīng)等離子制備噴涂靶材用球化鉭粉工藝研究，礦冶科技集團(tuán)有限公司
[2]林惠嫻，等：生物醫(yī)用增材制造多孔鉭的研究進(jìn)展，廣州賽隆增材制造有限責(zé)任公司
[3]王新宇：等離子絲材霧化球形鉭粉仿真研究，河北科技大學(xué)
[4]證券時(shí)報(bào)：攻克高純鉭靶坯關(guān)鍵技術(shù)東方鉭業(yè)首發(fā)產(chǎn)品加速國(guó)產(chǎn)替代
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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