เป้าหมายไทเทเนียม

เป้าหมายไทเทเนียมเป็นวัสดุพิเศษที่ใช้เป็นหลักในเทคโนโลยีการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และเทคโนโลยีแมกนีตรอนสปัตเตอร์ (แมกนีตรอนสปัตเตอร์ริ่ง) ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ เทคโนโลยี PVD ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตการเคลือบขั้นสูง ในขณะที่แมกนีตรอนสปัตเตอร์มักใช้ในกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เป้าหมายที่เป็นไทเทเนียมทำจากไทเทเนียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสมไทเทเนียมเป็นส่วนประกอบหลักและผลิตอย่างพิถีพิถัน ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ ได้แก่ ความแข็งและความหนาแน่นสูงมาก ตลอดจนความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ซึ่งทำให้มีเสถียรภาพในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย นอกจากนี้ เป้าหมายไทเทเนียมยังมีการนำความร้อนที่ดีและมีความบริสุทธิ์สูง ให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับเทคโนโลยีสปัตเตอร์ฟิล์มบาง
เป้าหมายไทเทเนียมเป็นวัสดุแผ่นไทเทเนียมหรือโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งทำผ่านกระบวนการหล่อการลงทุนด้วยการหลอมเหลวแบบสุญญากาศ คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดคือมีความบริสุทธิ์สูงและมีความหนาแน่นดีเยี่ยม ความหนาแน่นของเป้าหมายไทเทเนียมคุณภาพสูงสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 99.5% และองค์ประกอบสิ่งเจือปนต่ำมาก เช่น Fe, Si, O, N, H และองค์ประกอบอื่นๆ น้อยกว่า 100ppm ทำให้คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเป้าหมายไทเทเนียมสูงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมทั่วไปมาก
นอกจากนี้ เป้าหมายที่เป็นไทเทเนียมยังให้ความสม่ำเสมอที่ดีเยี่ยมอีกด้วย ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมการ มีการใช้การบำบัดด้วยการหลอมและการชุบแข็งหลายครั้งเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของโครงสร้างของชิ้นงานไทเทเนียมอย่างมีประสิทธิภาพ พื้นผิวเป้าหมายเรียบและสะอาด โครงสร้างภายในมีความหนาแน่น และเมล็ดละเอียด ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของชั้นฟิล์มที่สะสม เป้าหมายไทเทเนียมยังมีการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมและความเครียดจากความร้อนเล็กน้อย ทำให้มีโอกาสเกิดการแตกร้าวน้อยลง และสามารถทนต่อกระบวนการสปัตเตอร์กำลังสูงหรือการระเหยของส่วนโค้งได้ นอกจากนี้ เป้าหมายไทเทเนียมยังมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ซึ่งสามารถยืดอายุการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดการสูญเสียเป้าหมาย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและมูลค่าการใช้งาน

⑴แมกนีตรอนสปัตเตอร์:
การเตรียมการเคลือบป้องกันแสงสะท้อน เช่น การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนสำหรับเลนส์แว่นตา การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนสำหรับเลนส์ ฯลฯ
เตรียมบันทึกแม่เหล็กที่ใช้ไทเทเนียมเพื่อจัดเก็บข้อมูล เช่น ฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์
การเตรียมฟิล์มนำไฟฟ้าที่มีไททาเนียมเป็นส่วนประกอบหลักเพื่อใช้เป็นอิเล็กโทรดในจอ LCD
⑵เลเซอร์สปัตเตอร์:
เตรียมชั้นผิวแข็งของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ
การเตรียมการเคลือบผิวบนวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมชีวการแพทย์เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
⑶การระเหยของส่วนโค้ง:
การเตรียมฟิล์มใสนำไฟฟ้าสำหรับขั้วไฟฟ้าด้านหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์
การเตรียมชั้นเสริมแรงที่ใช้ไททาเนียมของวัสดุคอมโพสิต
⑷การระเหยของลำแสงอิเล็กตรอน:
การเตรียมอิเล็กโทรดด้านหลังสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์รูไทล์
การเตรียมฟิล์มป้องกันแสงสะท้อนและฟิล์มทู่สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
การเตรียมสารเคลือบสำหรับโช้คอัพรถยนต์
⑸การชุบไอออน:
การเตรียมสารเคลือบออกฤทธิ์ทางชีวภาพสำหรับการปลูกถ่ายโลหะผสมไททาเนียมในการผ่าตัดทางทันตกรรมและกระดูกเพื่อปรับปรุงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกระดูกและรากฟันเทียม
การเตรียมสารเคลือบป้องกันการสึกหรอและป้องกันการกัดกร่อนสำหรับลูกสูบเครื่องยนต์รถยนต์
เตรียมชั้นผิวแข็งของเครื่องมือตัดโลหะเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด
⑹ การชุบเคมี:
การเตรียมชั้นเชื่อมต่อระหว่างกันแบบนำไฟฟ้าสำหรับแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์
การเตรียมการเคลือบเงาชิ้นส่วนตกแต่งรถยนต์
การเตรียมสารเคลือบที่มีการสะท้อนแสงสูงสำหรับส่วนประกอบทางแสง
⑺การสะสมของชั้นอะตอม (ALD):
การเตรียมชั้นกั้นการแพร่กระจายสำหรับความทรงจำประเภทใหม่ เช่น การเชื่อมต่อระหว่างทองแดง
การเตรียมฟิลเตอร์ออปติคอลสำหรับเซนเซอร์ภาพ
การเตรียมชั้นผิวสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์
⑻การพิมพ์ 3 มิติ:
การเตรียมการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมและขดลวดไทเทเนียมแบบกำหนดเองเพื่อใช้ในทางการแพทย์
การเตรียมชิ้นส่วนโครงสร้างน้ำหนักเบาสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
การเตรียมชิ้นส่วนโลหะสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน

⑴โลหะวิทยา
หลักการ: การถลุงอาร์คสุญญากาศและเทคโนโลยีอื่น ๆ ใช้ในการถลุงไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง จากนั้นจึงผ่านการหลอมและการชุบแข็งหลายครั้ง การรีดเย็นหรือการปลอมแปลงเพื่อสร้างเป้าหมายไทเทเนียม
ผังกระบวนการ: การเลือกวัสดุ→การถลุง→การชุบแข็งและการปลอม→การตัดเฉือน→การทดสอบ
ข้อดี: วัสดุเป้าหมายไทเทเนียมมีความหนาแน่นสูง มีความบริสุทธิ์สูง และความสม่ำเสมอที่ดี
ข้อเสีย: กระบวนการที่ซับซ้อน ใช้พลังงานสูง และต้นทุนสูง
⑵วิธีการเผาผนึกแบบผง
หลักการ: ผงไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงถูกกดและขึ้นรูป จากนั้นจึงเผาและทำให้หนาแน่นเพื่อสร้างเป้าหมายไทเทเนียม
ผังกระบวนการ: ส่วนผสม→การขึ้นรูปกด→การเผาผนึก→การตัดเฉือน→การทดสอบ
ข้อดี: กระบวนการที่ง่ายและต้นทุนต่ำ
ข้อเสีย: ความหนาแน่นลดลงเล็กน้อย รูขุมขนกว้างขึ้นเล็กน้อย และความสม่ำเสมอแย่ลงเล็กน้อย

⑶วิธีการฉีดพ่นด้วยความร้อน
หลักการ: เทคโนโลยีการพ่นด้วยความร้อนใช้ในการพ่นผงไทเทเนียมหลอมเหลวบนวัสดุฐานด้วยการไหลของอากาศความเร็วสูงเพื่อสร้างเป้าหมายไทเทเนียม
การไหลของกระบวนการ: การเลือกใช้วัสดุ → การพ่นด้วยความร้อน → การแปรรูปทางกล → การทดสอบ
ข้อดี: กระบวนการนี้ง่าย สามารถควบคุมคุณภาพได้ และสามารถเตรียมเป้าหมายไทเทเนียมบนพื้นผิวต่างๆ ได้
ข้อเสีย: คุณภาพพื้นผิวไม่ดีเล็กน้อยและต้องมีการประมวลผลเชิงกลในภายหลัง
⑷การพิมพ์ 3 มิติ
หลักการ: ใช้แหล่งพลังงาน เช่น เลเซอร์ในการเผาผงโลหะผสมไทเทเนียมทีละชั้น และพิมพ์และสร้างรูปร่างเป้าหมายไทเทเนียมโดยตรง
ผังกระบวนการ: ส่วนผสม → การพิมพ์และการขึ้นรูป 3 มิติ → กระบวนการหลังการประมวลผล
ข้อดี: สามารถปรับแต่งเป้าหมายที่มีรูปร่างซับซ้อนต่างๆ ได้ตามต้องการ
ข้อเสีย: ความเร็วการพิมพ์ช้าลงและต้นทุนที่สูงขึ้น
⑸วิธีสเปรย์แบบหมุน
หลักการ: เมื่อใช้วิธีการพ่นไอพ่นอิเล็กโทรดแบบหมุน โลหะไททาเนียมที่หลอมละลายจะถูกทำให้เป็นอะตอมและสะสมบนตัวสะสมเพื่อสร้างเป้าหมายไทเทเนียมที่มีรูปร่างเป็นเกล็ด
การไหลของกระบวนการ: การถลุง → การพ่นแบบโรตารี่ → การอบชุบ → การแปรรูปทางกล → การทดสอบ
ข้อดี: ความเร็วในการขึ้นรูปที่รวดเร็วและคุณภาพค่อนข้างสม่ำเสมอ
ข้อเสีย: การยึดเกาะไม่ดีเล็กน้อยและต้องผ่านการบำบัดความร้อนในภายหลัง
⑹วิธีการติดสปัตเตอร์
หลักการ: ขั้นแรก ชั้นของฟิล์มไทเทเนียมบริสุทธิ์จะถูกสปัตเตอร์บนพื้นผิว จากนั้นจึงเตรียมเป้าหมายไทเทเนียมโดยการประสานด้วยการกดร้อนที่อุณหภูมิสูง
การไหลของกระบวนการ: การประมวลผลพื้นผิว → การสร้างฟิล์มสปัตเตอร์ → การเชื่อมแบบกดร้อน → การประมวลผลทางกล → การตรวจสอบ
ข้อดี: แรงยึดเกาะสูง การยึดเกาะที่แน่นหนาระหว่างวัสดุเป้าหมายและซับสเตรต
ข้อเสีย: กระบวนการที่ซับซ้อนและใช้เวลาเตรียมการนาน
⑺วิธีการปลูกถ่ายไอออน
หลักการ: ฉีดไนโตรเจนและคาร์บอนพลาสมาลงในเมทริกซ์ไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง จากนั้นจึงผ่านการบำบัดความร้อนเพื่อสร้างสารประกอบไอออนไทเทเนียมบนพื้นผิวเพื่อเตรียมเป้าหมายคอมโพสิต
การไหลของกระบวนการ: การบำบัดด้วยการทิ้งระเบิด → การฝังไอออน → การรักษาความร้อน → การแปรรูปทางกล → การตรวจจับ
ข้อดี: สามารถเตรียมชิ้นงานคอมโพสิตที่เน้นฟังก์ชันพื้นผิวได้
ข้อเสีย: สามารถเตรียมชิ้นงานขนาดบางได้เท่านั้น และใช้งานในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ยากกว่า

เป้าหมายไทเทเนียมที่หนาขึ้นจะมีอายุการสปัตเตอร์ที่ยาวนานขึ้น ลดความถี่ในการเปลี่ยนแปลงเป้าหมาย และปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน อย่างไรก็ตาม การกระจายความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ และจำเป็นต้องหมุนชิ้นงานเพื่อปรับปรุง เป้าหมายไทเทเนียมที่บางกว่าจะมีการกระจายความหนาของฟิล์มที่สม่ำเสมอมากกว่า
ฟิล์มที่เตรียมด้วยวัสดุเป้าหมายไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (เช่น 99.99%) มีความบริสุทธิ์สูงและประสิทธิภาพที่ดี อย่างไรก็ตาม วัสดุเป้าหมายจะสึกหรออย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น แม้ว่าเป้าหมายไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์ต่ำจะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุน แต่ปริมาณสิ่งเจือปนของฟิล์มที่สะสมอยู่ในระดับสูง ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของฟิล์ม
ชั้นฟิล์มเป้าหมายไททาเนียมความหนาแน่นสูงมีความหนาแน่นและการยึดเกาะที่ดี อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่สูงเกินไปก็จะเพิ่มความเครียดภายในเมมเบรนด้วย เป้าหมายไทเทเนียมที่มีความหนาแน่นปานกลางจะได้ชั้นฟิล์มที่มีประสิทธิภาพที่สมดุล
ไทเทเนียมที่สว่างและแบนมุ่งเป้าไปที่ฟิล์มสะสมที่มีคุณภาพพื้นผิวดีขึ้น แต่การขัดมากเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหากับการไหลของอนุภาคได้ ความหยาบของพื้นผิวปานกลางช่วยปรับปรุงการยึดเกาะของฟิล์ม
เป้าหมายไทเทเนียมขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง แต่มีความสม่ำเสมอต่ำและการกระจายความหนาของฟิล์มไม่สม่ำเสมอ เป้าหมายพื้นที่ขนาดเล็กสามารถมีชั้นฟิล์มที่สม่ำเสมอแต่มีประสิทธิภาพต่ำ
เป้าหมายไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงมีความแข็งแรงเชิงกลสูง อายุการใช้งานยาวนาน และต้านทานการสึกหรอได้ดี แต่กระบวนการผลิตนั้นยาก เป้าหมายไทเทเนียมทั่วไปมีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ มีแนวโน้มที่จะสึกหรอ และมีอายุการใช้งานสั้น
เป้าหมายไทเทเนียมที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอสามารถทำให้ความหนาแน่นของแต่ละพื้นที่ของชั้นฟิล์มสม่ำเสมอ และทำให้ได้ชั้นฟิล์มที่มีประสิทธิภาพสม่ำเสมอ วัสดุเป้าหมายที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากันจะทำให้ฟิล์มมีคุณภาพไม่เสถียร
องค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ต่างกันมีผลต่อคุณสมบัติของฟิล์มไทเทเนียมต่างกัน ตัวอย่างเช่น มลภาวะของ Fe ส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของฟิล์ม ในขณะที่ Si ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลเป็นหลัก การเลือกเป้าหมายไทเทเนียมที่มีประเภทสิ่งเจือปนที่เหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของฟิล์มได้
เป้าหมายไทเทเนียมที่มีราคาสูงมักจะมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม แต่ต้นทุนการใช้งานก็สูงเช่นกัน การเลือกผลิตภัณฑ์ที่คุ้มต้นทุนสามารถลดต้นทุนได้พร้อมทั้งรับประกันคุณภาพของฟิล์ม

เป้าหมายการผลิตไทเทเนียมของจีนในปี 2020 อยู่ที่ประมาณ 12,000 ตัน ซึ่งตอบสนองความต้องการของตลาดในประเทศได้เพียงประมาณ 1/3 เท่านั้น คาดว่าภายในปี 2568 กำลังการผลิตเป้าหมายไทเทเนียมของจีนจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 20,000 ตัน
ผู้ผลิตไทเทเนียมเป้าหมายรายใหญ่ของโลก ได้แก่ แพรกซ์แอร์ในสหรัฐอเมริกา, Toho Mining ในญี่ปุ่น, อุตสาหกรรมไทเทเนียมตะวันตกในจีน, Baoti Group เป็นต้น โดยห้าอันดับแรกในแง่ของส่วนแบ่งการตลาดคิดเป็นประมาณ 65% ของการผลิตทั้งหมดทั่วโลก
ในแง่ของขนาดเป้าหมาย ขนาด 2-4 นิ้วถือเป็นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดของผลผลิต ซึ่งคิดเป็นประมาณ 55% ของทั้งหมด เป้าหมายไทเทเนียมขนาดใหญ่กำลังเติบโตเร็วขึ้น และคาดว่าจะถึงประมาณ 35% ของทั้งหมดภายในปี 2566
จากมุมมองของวัสดุเป้าหมาย เป้าหมายไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงมีความต้องการมากที่สุด คิดเป็นประมาณ 60% ของทั้งหมดในปี 2020 เป้าหมายโลหะผสมไทเทเนียมก็มีความต้องการที่แข็งแกร่งเช่นกัน และมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็ว
ในบรรดาการใช้งานปลายน้ำของเป้าหมายไทเทเนียม อุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ถือเป็นจุดสิ้นสุดของความต้องการที่ใหญ่ที่สุดมาโดยตลอด อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่มีความต้องการที่เติบโตเร็วที่สุด และคาดว่าความต้องการจะเกินกว่าความต้องการของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ภายในปี 2568

อนาคต:
เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยม เป้าหมายไทเทเนียมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบออปติก การเคลือบเพื่อการตกแต่ง การเคลือบที่ทนต่อการสึกหรอ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เซลล์แสงอาทิตย์ และสาขาอื่นๆ และโอกาสในการพัฒนาของเป้าหมายนั้นกว้างมาก ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แอปพลิเคชั่นใหม่ๆ จึงมีการค้นพบอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น ในสาขาพลังงานใหม่ ชีวเวชศาสตร์ ฯลฯ คาดว่าจะขยายการใช้งานเป้าหมายไทเทเนียมด้วย
ประสบปัญหาทางเทคนิค:
การปรับปรุงความบริสุทธิ์ของเป้าหมายไทเทเนียม: แม้ว่าความบริสุทธิ์ในปัจจุบันของเป้าหมายไทเทเนียมสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานส่วนใหญ่ได้แล้ว แต่สำหรับการใช้งานระดับไฮเอนด์บางอย่าง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ วัสดุตัวนำยิ่งยวด ฯลฯ ความบริสุทธิ์ของเป้าหมายไทเทเนียมจำเป็นต้องมีเพิ่มเติม ดีขึ้น
การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเตรียมเป้าหมายไทเทเนียม: ยังคงมีปัญหาบางประการในกระบวนการเตรียมเป้าหมายไทเทเนียมในปัจจุบัน เช่น ต้นทุนสูง ประสิทธิภาพต่ำ ประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมต่ำ ฯลฯ ซึ่งจำเป็นต้องแก้ไขด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงกระบวนการ
ปรับปรุงอายุการใช้งานของเป้าหมายไทเทเนียม: ในระหว่างกระบวนการเคลือบ เป้าหมายไทเทเนียมจะถูกโจมตีด้วยไอออนพลังงานสูง ทำให้เกิดการสึกหรอบนพื้นผิวและส่งผลต่ออายุการใช้งาน ดังนั้น วิธีปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและอายุการใช้งานของชิ้นงานไทเทเนียมจึงถือเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญ
ทิศทางในอนาคต:
พัฒนาเป้าหมายไทเทเนียมใหม่: เป้าหมายไทเทเนียมใหม่ได้รับการพัฒนาผ่านวัสดุศาสตร์และนวัตกรรมกระบวนการเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานระดับสูง
ปรับกระบวนการเตรียมการให้เหมาะสม: ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการอัพเกรดอุปกรณ์ เราสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเตรียมวัสดุเป้าหมายไทเทเนียม ลดต้นทุนการผลิต และปรับปรุงประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์
ขยายขอบเขตการใช้งาน: ด้วยการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีและการพัฒนาตลาด ขอบเขตการใช้งานของเป้าหมายไทเทเนียมจะถูกขยายเพิ่มเติม เช่น พลังงานใหม่ ชีวเวชศาสตร์ ฯลฯ
โดยทั่วไป เป้าหมายไทเทเนียมซึ่งเป็นวัสดุเคลือบที่สำคัญ มีโอกาสในการพัฒนาในวงกว้าง แต่ก็เผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคบางประการเช่นกัน ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการพัฒนาตลาด คาดว่าจะบรรลุการพัฒนาที่ยิ่งใหญ่ยิ่งขึ้นในอนาคต