一种用于显示高纯AL-0.5%Cu靶材金相组织的腐蚀液及腐蚀方法 |
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| 申请号 | CN202311263718.5 | 申请日 | 2023-09-27 | 公开(公告)号 | CN117721468A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 宁波同创普润新材料有限公司; 同创普润(上海)机电高科技有限公司; 哈尔滨同创普润集团有限公司; | 发明人 | 姚力军; 钟伟攀; 张炳青; 仝连海; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的 腐蚀 液及腐蚀方法。所述腐蚀液包括 盐酸 、 硝酸 、 氢氟酸 和 水 ；所述盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比为(2～3):(15～25):(3～8):(50～60)。采用本发明提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀后可以直接用普通光学 显微镜 观察金相组织，无需加装专业的偏光装置，操作简便，成本较低，为更好的研究高纯AL‑0.5％Cu靶材的晶粒组织提供了一种实用、高效的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀液，其特征在于，所述腐蚀液包括盐酸、硝酸、氢氟酸和水； |
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| 说明书全文 | 一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀液及腐蚀方法 技术领域背景技术[0002] 高纯AL‑0.5％Cu靶材具有一系列优良的物理和化学性能，密度小，热导率与电导率高，对光的反射率也高，对大气有很强的抗腐蚀能力，加工成形性能好，没有低温脆性，其强度与塑性均随着温度的下降而升高，在电子工业及航空航天领域有着广泛的应用。 [0003] 据统计，5N5～6N的高纯AL‑0.5％Cu靶材中96％用于半导体器件制造行业，溅射金属靶材中用量最大的就是高纯AL‑0.5％Cu靶材靶材，但目前我国的高纯AL‑0.5％Cu靶材靶材主要依赖进口，国内企业不能稳定生产出合格的高纯AL‑0.5％Cu靶材靶材，制约我国高纯AL‑0.5％Cu靶材靶材生产的关键技术有两个，一是高纯AL‑0.5％Cu靶材的提纯技术，二是高纯AL‑0.5％Cu靶材晶粒的细化技术。而要想在高纯AL‑0.5％Cu靶材晶粒细化方面取得突破，简单、高效的金相试样制备技术是其基础。 [0004] 高纯AL‑0.5％Cu靶材的杂质含量极少，如用普通化学方法腐蚀，晶界与晶内的原电池腐蚀作用不显著，腐蚀效果差，很难用于金相观察。目前，高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相试样制备主要采用阳极覆膜配合偏光显微镜观察的方法，但是阳极覆膜技术所需要的电压较高，且偏光下取向相同的相邻晶粒组织较难区分。 [0005] CN 103837382A公开了一种高纯铝金相试样制备方法，其具体公开了采用阳极覆膜的方式来制备高纯铝金相试样，但其覆膜液中含有硼氟酸，价格为硼酸的两倍左右，且需要专业的抛光仪电源，实验成本较高。 [0006] CN 104006994A公开了一种显示纯铝彩色金相组织的方法，其提出用了采用机械抛光+振动抛光+阳极覆膜的方法制备金相试样，采用偏光显微镜观察金相组织，步骤较为复杂，且需要专业的振动抛光仪和偏光显微镜，实验成本较高，通用性不强。 发明内容[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀液及腐蚀方法。抛光后的试样经过腐蚀后可直接用普通光学显微镜观察金相组织，无需加装专业的偏光装置，操作简便，成本较低，为更好的研究高纯AL‑0.5％Cu靶材的晶粒组织提供了一种实用、高效的方法。 [0009] 为达此目的，本发明采用以下技术方案： [0011] 所述盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比为(2～3):(15～25):(3～8):(50～60)。 [0012] 本发明通过将盐酸、硝酸和氢氟酸的混合液腐蚀高纯AL‑0.5％Cu靶材后可以直接用普通光学显微镜观察金相组织，无需加装专业的偏光装置，操作简便，成本较低。 [0013] 本发明所述盐酸、硝酸和氢氟酸协同作用，缺少其中任意一种均会影响其对高纯AL‑0.5％Cu靶材的腐蚀效果。其中盐酸是增强各个组分能力的轮廓；硝酸则主要起到硝化作用，能有效提升氧化还原性，形成离子可以有效刻蚀高纯AL‑0.5％Cu靶材表面；氢氟酸的腐蚀作用主要是通过其强酸性和氟离子的侵蚀作用实现的，首先，氢氟酸具有的酸性，能够与金属表面的氧化物和氢氧化物反应，形成可溶性的金属氟化物，该反应会导致金属表面发生腐蚀和溶解，从而破坏材料的完整性和稳定性；其次，氢氟酸中的氟离子具有很强的侵蚀能力，氟离子能够与金属表面的氧化层反应，形成不溶性的金属氟化物，该反应会导致金属表面发生腐蚀、剥落，从而加速材料的损坏和腐蚀。 [0014] 示例性的，所述盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比为(2～3):(15～25):(3～8):(50～60)，例如可以是2:15:3:50、3:15:3:50、2:25:8:60、3:25:8:60或2.2:18:6:52，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0015] 优选地，所述盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比为(2.2～2.8):(18～22):(4～6):(52～58)，例如可以是2.2:18:4:52、2.8:20:5.5:56、2.6:22:5.1:56或2.5:21:4.5:52.9，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用；优选为2.5:20:5:55。 [0016] 本发明所述盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比为(2～3):(15～25):(3～8):(50～60)，其中若盐酸含量过少会导致晶界腐蚀的不够明显，盐酸含量过高则会导致晶界处的物质黑化，无法清晰识别第二相的结构；若硝酸含量过少会导致腐蚀时间变长，降低反应效率，硝酸含量过高则会使得腐蚀速率加快，无法识别晶粒；氢氟酸导致金属表面发生腐蚀、剥落，从而加速材料的损坏，若氢氟酸含量过低会导致腐蚀时间变长，降低反应效率，氢氟酸含量过高则会使得腐蚀速率加快，无法识别晶粒。 [0017] 作为本发明的一个优选技术方案，所述盐酸的浓度为30～40wt％，例如可以是32wt％、34wt％、36wt％或38wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0018] 优选地，所述硝酸的浓度为60～70wt％，例如可以是62wt％、64wt％、66wt％或68wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0019] 优选地，所述氢氟酸的浓度为30～40wt％，例如可以是32wt％、34wt％、36wt％或38wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0020] 第二方面，本发明提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法采用第一方面提供的腐蚀液进行。 [0021] 作为本发明的一个优选技术方案，所述腐蚀方法包括如下步骤： [0022] (1)取样：采用线切割方法提取高纯AL‑0.5％Cu靶材样品，要求切割面平整，无明显凹凸状； [0023] (2)预处理：对步骤(1)所得高纯AL‑0.5％Cu靶材样品依次进行粗磨、精磨、以及电解抛光后得到待腐蚀样品； [0024] (3)腐蚀：采用揩式法蘸取所述腐蚀液，涂抹在步骤(2)所得待腐蚀样品表面上进行腐蚀，得到试样； [0025] (4)观察：采用光学显微镜观察步骤(3)所得试样，得到高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织。 [0026] 作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述粗磨包括采用不同多个细度依次递减的砂纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光。 [0028] 优选地，所述粗磨中的转速为300～400r/min，例如可以是320r/min、340r/min、360r/min或380r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0029] 优选地，所述粗磨的终点为：磨平上道工序的划痕。 [0030] 作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述精磨包括采用不同多个细度依次递减的砂纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光； [0031] 优选地，所述精磨包括依次采用1000#、2000#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光。 [0032] 优选地，所述精磨中的转速为450～550r/min，例如可以是470r/min、490r/min、510r/min或530r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0033] 优选地，所述精磨的终点为：磨平上道工序的划痕。 [0034] 值得注意的是，本发明所述粗磨和精磨过程中每次更换砂纸时，均会将待磨样品旋转90°。 [0035] 作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述电解抛光中的电压为15～30V，例如可以是15V、18V、20V、22V、24V、26V、28V或30V，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0036] 优选地，所述电解抛光的温度为20～30℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃或30℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0037] 优选地，所述电解抛光的时间为60～180s，例如可以是60s、100s、120s、140s、160s或180s，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0039] 优选地，所述高氯酸和无水乙醇的体积比为(2～5):15，例如可以是2:15、3:15、4:15或5:15，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0040] 优选地，所述电解抛光后还包括依次进行的洗涤以及干燥。 [0041] 作为本发明的一个优选技术方案，步骤(2)所述待腐蚀样品的平面度为18～22μm，例如可以是19μm、20μm或21μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0042] 优选地，步骤(2)所述待腐蚀样品的粗糙度为0.1～0.25μm，例如可以是0.12μm、0.14μm、0.18μm、0.20μm、0.22μm或0.24μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0043] 作为本发明的一个优选技术方案，步骤(3)所述腐蚀的时间为1～3min，例如可以是1min、1.4min、1.8min、2.2min、2.6min或3min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0044] 优选地，所述腐蚀的终点为：所述试样的光泽由光亮变为暗淡。 [0045] 优选地，所述光亮的光泽度为82～88Gs，例如可以是83Gs、84Gs、85Gs、86Gs、87Gs或88Gs，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0046] 优选地，所述暗淡的光泽度为65～75Gs，例如可以是66Gs、68Gs、70Gs、72Gs或74Gs，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。 [0047] 本发明所述腐蚀过程具体为：采用揩式法蘸取腐蚀液，不停地来回擦拭试样表面上，等到试样表面由光亮变得暗淡即可。 [0048] 本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。 [0049] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0050] 采用本发明提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀后可以直接用普通光学显微镜观察金相组织，无需加装专业的偏光装置，操作简便，成本较低，为更好的研究高纯AL‑0.5％Cu靶材的晶粒组织提供了一种实用、高效的方法。附图说明 [0051] 图1是本发明实施例1所得高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织照片； [0052] 图2是本发明实施例2所得高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织照片。 具体实施方式[0053] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。 [0054] 为了表明本发明所述腐蚀液的腐蚀效果，本发明具体实施方法中所腐蚀的高纯AL‑0.5％Cu靶材为同一种材料，具体为5N Al‑0.5Cu靶材。 [0055] 实施例1 [0056] 本实施例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法包括如下步骤： [0057] (1)取样：采用线切割方法提取高纯AL‑0.5％Cu靶材样品，要求切割面平整，无明显凹凸状； [0058] (2)预处理：对步骤(1)所得高纯AL‑0.5％Cu靶材样品依次进行粗磨、精磨、电解抛光、洗涤以及干燥后得到待腐蚀样品； [0059] 其中，所述粗磨包括以350r/min的转速依次采用200#、600#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0060] 所述精磨包括以500r/min的转速依次采用1000#、2000#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0061] 所述电解抛光中的电压为25V，温度为25℃，时间为120s；抛光液为体积比为2:15的高氯酸和无水乙醇； [0062] 所述待腐蚀样品的平面度为20μm，粗糙度为0.2μm； [0063] (3)腐蚀：采用揩式法蘸取所述腐蚀液，涂抹在步骤(2)所得待腐蚀样品表面上进行腐蚀，直至试样的光泽度由80Gs变为70Gs，得到试样； [0064] 其中，所述腐蚀液为体积比为2.5:20:5:55的盐酸、硝酸、氢氟酸和水的混合物； [0065] (4)观察：采用光学显微镜观察步骤(3)所得试样，得到如图1所示的高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织。 [0066] 实施例2 [0067] 本实施例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法包括如下步骤： [0068] (1)取样：采用线切割方法提取高纯AL‑0.5％Cu靶材样品，要求切割面平整，无明显凹凸状； [0069] (2)预处理：对步骤(1)所得高纯AL‑0.5％Cu靶材样品依次进行粗磨、精磨、电解抛光、洗涤以及干燥后得到待腐蚀样品； [0070] 其中，所述粗磨包括以300r/min的转速依次采用200#、600#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0071] 所述精磨包括以450r/min的转速依次采用1000#、2000#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0072] 所述电解抛光中的电压为15V，温度为20℃，时间为180s；抛光液为体积比为3:15的高氯酸和无水乙醇； [0073] 所述待腐蚀样品的平面度为18μm，粗糙度为0.1μm； [0074] (3)腐蚀：采用揩式法蘸取所述腐蚀液，涂抹在步骤(2)所得待腐蚀样品表面上进行腐蚀，直至试样的光泽度由82Gs变为65Gs，得到试样； [0075] 其中，所述腐蚀液为体积比为2:15:5:50的盐酸、硝酸、氢氟酸和水的混合物； [0076] (4)观察：采用光学显微镜观察步骤(3)所得试样，得到如图2所示的高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织。 [0077] 实施例3 [0078] 本实施例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法包括如下步骤： [0079] (1)取样：采用线切割方法提取高纯AL‑0.5％Cu靶材样品，要求切割面平整，无明显凹凸状； [0080] (2)预处理：对步骤(1)所得高纯AL‑0.5％Cu靶材样品依次进行粗磨、精磨、电解抛光、洗涤以及干燥后得到待腐蚀样品； [0081] 其中，所述粗磨包括以400r/min的转速依次采用200#、600#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0082] 所述精磨包括以550r/min的转速依次采用1000#、2000#的碳化硅水磨纸对所述高纯AL‑0.5％Cu靶材样品进行带水磨光，直至磨平上道工序的划痕； [0083] 所述电解抛光中的电压为30V，温度为30℃，时间为60s；抛光液为体积比为5:15的高氯酸和无水乙醇； [0084] 所述待腐蚀样品的平面度为22μm，粗糙度为0.25μm； [0085] (3)腐蚀：采用揩式法蘸取所述腐蚀液，涂抹在步骤(2)所得待腐蚀样品表面上进行腐蚀，直至试样的光泽度由85Gs变为75Gs，得到试样； [0086] 其中，所述腐蚀液为体积比为3:20:8:60的盐酸、硝酸、氢氟酸和水的混合物； [0087] (4)观察：采用光学显微镜观察步骤(3)所得试样，得到高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织。 [0088] 实施例4 [0089] 本实施例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0090] 本实施例省略了电解抛光的过程。 [0091] 采用本实施例提供的方法对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀的过程中，采用砂纸研磨后会使得高纯AL‑0.5％Cu靶材表面带有划痕，容易引入杂质；若不采用电解抛光无法实现材料表面的均匀性，无法清晰识别晶粒。 [0092] 实施例5 [0093] 本实施例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0095] 采用本实施例提供的方法对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，无法看到高纯AL‑0.5％Cu靶材的金相组织。 [0096] 对比例1 [0097] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0098] 本对比例将腐蚀液中盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比修改为5:20:5:55。 [0099] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，采用的盐酸含量过高会使得晶界腐蚀过量，无法看到第二相的物质。 [0100] 对比例2 [0101] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0102] 本对比例将腐蚀液中盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比修改为1.5:20:5:55。 [0103] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，盐酸按量过低会使得腐蚀结束后无法形成清晰明了的晶粒轮廓。 [0104] 对比例3 [0105] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0106] 本对比例将腐蚀液中盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比修改为2.5:30:5:55。 [0107] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，硝酸含量过高会使得腐蚀过渡，破坏所述高纯AL‑0.5％Cu靶材的内部结构。 [0108] 对比例4 [0109] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0110] 本对比例将腐蚀液中盐酸、硝酸、氢氟酸和水的体积比修改为2.5:20:10:55。 [0111] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，氢氟酸含量过高会使得腐蚀过渡，破坏所述高纯AL‑0.5％Cu靶材的内部结构。 [0112] 对比例5 [0113] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0114] 本对比例省略了腐蚀液中的盐酸。 [0115] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，无法形成清晰明了的晶粒轮廓。 [0116] 对比例6 [0117] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0118] 本对比例省略了腐蚀液中的硝酸。 [0119] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，会增加腐蚀时间，降低反应效率，甚至毫无反应。 [0120] 对比例7 [0121] 本对比例提供了一种用于显示高纯AL‑0.5％Cu靶材金相组织的腐蚀方法，所述腐蚀方法与实施例1的区别仅在于： [0122] 本对比例省略了腐蚀液中的氢氟酸。 [0123] 采用本对比例提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀时，会增加腐蚀时间，降低反应效率，甚至毫无反应。 [0124] 综上所述，采用本发明提供的腐蚀液对高纯AL‑0.5％Cu靶材进行腐蚀后可以直接用普通光学显微镜观察金相组织，无需加装专业的偏光装置，操作简便，成本较低，为更好的研究高纯AL‑0.5％Cu靶材的晶粒组织提供了一种实用、高效的方法。 [0125] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。 [0126] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。 |
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