Objetivo de titanio

El objetivo de titanio es un material especial que se utiliza principalmente en la tecnología de deposición física de vapor (PVD) y pulverización catódica por magnetrón (Magnetron Sputtering). Entre ellos, la tecnología PVD se usa ampliamente en la producción de recubrimientos avanzados, mientras que la pulverización catódica con magnetrón se usa comúnmente en el proceso de fabricación de chips semiconductores y componentes electrónicos. Las dianas de titanio están hechas de titanio puro o de una aleación de titanio como componente principal y se fabrican cuidadosamente. Sus ventajas únicas incluyen una dureza y densidad extremadamente altas, así como una excelente resistencia a la corrosión, lo que lo hace estable en una variedad de entornos. Además, los objetivos de titanio tienen buena conductividad térmica y alta pureza, lo que proporciona un rendimiento excelente para la tecnología de película delgada de pulverización catódica.
El objetivo de titanio es un material de losa de titanio o aleación de titanio de alta pureza elaborado mediante un proceso de fundición a la cera perdida al vacío. Sus propiedades más destacables son la alta pureza y la excelente densidad. La densidad de los objetivos de titanio de alta calidad puede alcanzar más del 99,5% y los elementos de impureza son extremadamente bajos, como Fe, Si, O, N, H y otros elementos, menos de 100 ppm. Esto hace que las propiedades físicas y químicas del objetivo de titanio superen con creces las del titanio puro industrial ordinario.
Además, los objetivos de titanio ofrecen una excelente uniformidad. Durante el proceso de preparación, se utilizaron múltiples tratamientos de fusión y enfriamiento para mejorar eficazmente la uniformidad estructural del objetivo de titanio. La superficie objetivo es lisa y limpia, la estructura interna es densa y los granos finos, lo que garantiza la uniformidad de la capa de película depositada. Los objetivos de titanio también tienen una excelente conductividad térmica y una pequeña tensión térmica, lo que los hace menos propensos a agrietarse y capaces de resistir procesos de evaporación por arco o pulverización catódica de alta potencia. Además, el objetivo de titanio tiene una alta resistencia mecánica, lo que puede extender efectivamente su vida útil y reducir la pérdida del objetivo, mejorando así su rendimiento general y su valor de uso.

⑴ Sputtering magnetrón:
Preparación de recubrimientos ópticos, como recubrimientos antirreflectantes para lentes de gafas, recubrimientos antirreflectantes para lentes, etc.
Prepare registros magnéticos a base de titanio para el almacenamiento de datos, como discos duros de computadoras.
Preparación de películas conductoras a base de titanio para uso como electrodos en pantallas LCD.
⑵Dispersión láser:
Prepare una capa de superficie endurecida de piezas mecánicas para mejorar la resistencia al desgaste.
Preparación de recubrimientos superficiales sobre materiales biomédicos de aleaciones de titanio para mejorar la biocompatibilidad.
⑶Evaporación del arco:
Preparación de película conductora transparente para electrodo frontal de célula solar.
Preparación de capas de refuerzo de materiales compuestos a base de titanio.
⑷Evaporación por haz de electrones:
Preparación de electrodo posterior para células solares de rutilo.
Preparación de películas antirreflectantes y películas de pasivación para dispositivos fotovoltaicos.
Preparación de recubrimientos para amortiguadores automotrices.
⑸Recubrimiento de iones:
Preparación de recubrimientos bioactivos para implantes de aleación de titanio en cirugía dental y ortopédica para mejorar la fuerza de unión entre hueso e implantes.
Preparación de recubrimientos resistentes al desgaste y anticorrosión para pistones de motores de automóviles.
Prepare una capa de superficie endurecida de herramientas de corte de metal para mejorar el rendimiento de corte.
⑹ Revestimiento químico:
Preparación de capas conductoras de interconexión para placas de circuitos electrónicos.
Preparación de recubrimiento brillante para piezas decorativas de automóviles.
Preparación de recubrimientos de alta reflectividad para componentes ópticos.
⑺Deposición de capas atómicas (ALD):
Preparación de capas de barrera de difusión para nuevos tipos de memorias como interconexiones de cobre.
Preparación de filtros ópticos para sensores de imagen.
Preparación de capas superficiales para células solares.
⑻Impresión 3D:
Preparación de implantes y stents de aleación de titanio personalizados para uso médico.
Preparación de piezas estructurales ligeras para la industria aeroespacial.
Preparación de piezas funcionales metálicas para formas complejas.

⑴Metalurgia
Principio: La fundición por arco al vacío y otras tecnologías se utilizan para fundir titanio de alta pureza y luego se someten a múltiples tratamientos de fusión y enfriamiento, laminado en frío o forjado para fabricar objetivos de titanio.
Flujo del proceso: selección de materiales → fundición → temple y forjado → mecanizado → pruebas
Ventajas: El material objetivo de titanio tiene alta densidad, alta pureza y buena uniformidad.
Desventajas: proceso complejo, alto consumo de energía y alto costo.
⑵Método de sinterización de polvo
Principio: Se prensa y forma polvo de titanio de alta pureza, y luego se sinteriza y densifica para formar un objetivo de titanio.
Flujo del proceso: ingredientes → prensado → sinterización → mecanizado → pruebas
Ventajas: proceso sencillo y bajo coste.
Desventajas: La densidad es ligeramente menor, los poros son un poco más grandes y la uniformidad es ligeramente peor.

⑶Método de pulverización térmica
Principio: La tecnología de pulverización térmica se utiliza para pulverizar polvo de titanio fundido sobre el material base con un flujo de aire de alta velocidad para formar un objetivo de titanio.
Flujo del proceso: selección de materiales → pulverización térmica → procesamiento mecánico → pruebas
Ventajas: El proceso es simple, la calidad es controlable y se pueden preparar objetivos de titanio en varios sustratos.
Desventajas: La calidad de la superficie es ligeramente mala y requiere un procesamiento mecánico posterior.
⑷Impresión 3D
Principio: utilice fuentes de energía como láseres para sinterizar polvo de aleación de titanio capa por capa e imprimir y dar forma directamente a objetivos de titanio.
Flujo del proceso: ingredientes → impresión y moldeado 3D → posprocesamiento
Ventajas: Los objetivos de varias formas complejas se pueden personalizar según sea necesario.
Desventajas: velocidad de impresión más lenta y mayor costo.
⑸Método de pulverización giratoria
Principio: utilizando el método de pulverización por chorro de electrodo giratorio, el metal de titanio fundido se atomiza y se deposita en el colector para formar un objetivo de titanio en forma de escamas.
Flujo del proceso: fundición → moldeo por pulverización rotativa → tratamiento térmico → procesamiento mecánico → pruebas
Ventajas: velocidad de formación rápida y calidad relativamente uniforme.
Desventajas: La adherencia es ligeramente pobre y requiere un tratamiento térmico posterior.
⑹Método de unión por pulverización
Principio: Primero, se pulveriza una capa de película de titanio puro sobre el sustrato y luego se prepara el objetivo de titanio mediante unión por prensado en caliente a alta temperatura.
Flujo del proceso: procesamiento del sustrato → formación de película de pulverización catódica → unión por prensado en caliente → procesamiento mecánico → inspección
Ventajas: alta fuerza de unión, unión estrecha entre el material objetivo y el sustrato.
Desventajas: proceso complejo y largo tiempo de preparación.
⑺Método de implantación de iones
Principio: inyecta plasma de nitrógeno y carbono en una matriz de titanio de alta pureza y luego se somete a un tratamiento térmico para formar un compuesto de anión de titanio en la superficie para preparar un objetivo compuesto.
Flujo del proceso: tratamiento de bombardeo → implantación de iones → tratamiento térmico → procesamiento mecánico → detección
Ventajas: Se pueden preparar objetivos compuestos funcionalizados en superficie.
Desventajas: solo se pueden preparar objetivos delgados y es más difícil de usar en áreas grandes.

Los objetivos de titanio más gruesos tienen una vida útil más larga, reducen la frecuencia de los cambios de objetivo y mejoran la eficiencia del trabajo. Sin embargo, la distribución del espesor de la película es desigual y es necesario girar el objetivo para mejorarla. Los objetivos de titanio más delgados tienen una distribución del espesor de la película más uniforme.
La película preparada con material objetivo de titanio de alta pureza (como 99,99%) tiene alta pureza y buen rendimiento. Sin embargo, el material objetivo se desgasta rápidamente, lo que aumenta los costos operativos. Aunque los objetivos de titanio de baja pureza tienen ventajas económicas, el contenido de impurezas de la película depositada es alto, lo que afecta el rendimiento de la película.
La capa de película objetivo de titanio de alta densidad tiene buena densidad y fuerte adherencia. Sin embargo, una densidad demasiado alta también aumentará la tensión dentro de la membrana. Los objetivos de titanio con densidad moderada pueden obtener una capa de película con un rendimiento equilibrado.
El titanio brillante y plano apunta a películas de depósito con mejor calidad superficial. Pero el pulido excesivo también puede causar problemas de desprendimiento de partículas. La rugosidad superficial moderada ayuda a mejorar la adhesión de la película.
Los objetivos de titanio de gran tamaño tienen una alta eficiencia de trabajo, pero tienen poca uniformidad y una distribución desigual del espesor de la película. Los objetivos de áreas pequeñas pueden obtener una capa de película uniforme pero la eficiencia es baja.
Los objetivos de titanio de alta resistencia tienen alta resistencia mecánica, larga vida útil y buena resistencia al desgaste, pero el proceso de producción es difícil. Los objetivos de titanio comunes tienen baja resistencia mecánica, son propensos al desgaste y tienen una vida útil corta.
Un objetivo de titanio con densidad uniforme puede hacer que la densidad de cada área de la capa de película sea consistente y obtener una capa de película con un rendimiento uniforme. Los materiales objetivo con densidad desigual darán lugar a una calidad de película inestable.
Diferentes elementos de impureza tienen diferentes efectos sobre las propiedades de las películas de titanio. Por ejemplo, la contaminación con Fe afecta seriamente las propiedades eléctricas de la película, mientras que el Si afecta principalmente a las propiedades mecánicas. La elección de objetivos de titanio con tipos de impurezas adecuados puede optimizar el rendimiento de la película.
Las dianas de titanio de alto precio suelen tener un rendimiento excelente, pero el coste de uso también es elevado. La elección de productos rentables puede reducir los costos y al mismo tiempo garantizar la calidad de la película.

La producción objetivo de titanio de China en 2020 es de aproximadamente 12000 toneladas, lo que solo satisface aproximadamente 1/3 de la demanda del mercado interno. Se espera que para 2025, la capacidad de producción objetivo de titanio de China aumente a aproximadamente 20000 toneladas.
Los principales fabricantes de objetivos de titanio del mundo incluyen Praxair en los Estados Unidos, Toho Mining en Japón, Western Titanium Industry en China, Baoti Group, etc. Los cinco primeros en términos de participación de mercado representan aproximadamente el 65% de la producción total mundial.
En términos de tamaño objetivo, el tamaño de 2-4 pulgadas representa la mayor proporción de la producción, aproximadamente el 55% del total. Los objetivos de titanio de gran tamaño están creciendo más rápidamente y se espera que alcancen alrededor del 35% del total para 2023.
Desde la perspectiva de los materiales objetivo, los objetivos de titanio de alta pureza tienen la mayor demanda, representando aproximadamente el 60% del total en 2020. Los objetivos de aleación de titanio también tienen una fuerte demanda y su tasa de crecimiento es rápida.
Entre las aplicaciones posteriores de los objetivos de titanio, la industria de fabricación de semiconductores siempre ha sido la de mayor demanda. Sin embargo, la industria de vehículos de nueva energía tiene la demanda de más rápido crecimiento y se espera que su demanda supere la de la industria de semiconductores para 2025.

Perspectivas:
Debido a sus excelentes propiedades físicas y químicas, los objetivos de titanio se utilizan ampliamente en recubrimientos ópticos, recubrimientos decorativos, recubrimientos resistentes al desgaste, dispositivos electrónicos, células solares y otros campos, y sus perspectivas de desarrollo son muy amplias. Con el avance de la ciencia y la tecnología, constantemente se descubren nuevos campos de aplicación. Por ejemplo, en los campos de las nuevas energías, la biomedicina, etc., también se espera que se amplíe aún más la aplicación de objetivos de titanio.
Dificultades técnicas enfrentadas:
Mejora de la pureza de los objetivos de titanio: aunque la pureza actual de los objetivos de titanio ya puede satisfacer las necesidades de la mayoría de las aplicaciones, para algunas aplicaciones de alta gama, como células solares, materiales superconductores, etc., la pureza de los objetivos de titanio debe ser mayor. mejorado.
Optimización del proceso de preparación de objetivos de titanio: todavía existen algunos problemas en el proceso de preparación actual de objetivos de titanio, como alto costo, baja eficiencia, desempeño ambiental deficiente, etc., que deben resolverse mediante la innovación tecnológica y la mejora de procesos.
Mejorar la vida útil del objetivo de titanio: durante el proceso de recubrimiento, el objetivo de titanio será bombardeado por iones de alta energía, provocando desgaste en su superficie y afectando su vida útil. Por lo tanto, cómo mejorar la resistencia al desgaste y la vida útil de los objetivos de titanio es un problema técnico importante.
Dirección futura:
Desarrollar nuevos objetivos de titanio: a través de la ciencia de materiales y la innovación de procesos, se desarrollan nuevos objetivos de titanio para satisfacer las necesidades de aplicaciones de gama alta.
Optimice el proceso de preparación: mediante la optimización de procesos y la actualización de equipos, podemos mejorar la eficiencia de preparación de los materiales objetivo de titanio, reducir los costos de producción y mejorar el desempeño ambiental del producto.
Ampliar los campos de aplicación: a través de la investigación y el desarrollo de tecnología y el desarrollo del mercado, se ampliarán aún más los campos de aplicación de los objetivos de titanio, como nuevas energías, biomedicina, etc.
En general, los objetivos de titanio, como material de recubrimiento importante, tienen amplias perspectivas de desarrollo, pero también enfrentan algunos desafíos técnicos. A través de la innovación tecnológica continua y el desarrollo del mercado, se espera lograr un mayor desarrollo en el futuro.