陶瓷靶材的制备工艺需结合材料特性与应用需求，通过多步骤控制实现高纯度、高密度及精准结构。以下为系统性分类与技术解析：

一、主流制备工艺

1. 粉末冶金法

• 核心流程：
  原料粉末（纯度＞99.9%）→ 球磨混合（添加粘结剂如 PVA）→ 模压成型（50-200MPa）→ 脱脂（400-600℃）→ 常压烧结（1600-2000℃）

• 技术特点：

• 适合规模化生产，成本低（约为 HIP 的 1/3）

• 致密度可达 95-98%，但存在孔隙率（0.5-2%）

• 典型应用：
  普通工业用 Al₂O₃靶材（如建筑玻璃涂层）

2. 热压烧结（HP）

• 工艺参数：
  温度 1800-2200℃，压力 20-50MPa，保温时间 2-4h

• 优势：

• 晶粒细化（平均粒径＜5μm），力学性能提升 30%

• 可制备复杂形状靶材（如弧面靶）

• 局限性：
  模具损耗大（石墨模具寿命约 50 次），生产效率低

• 应用领域：
  精密光学元件用 TiO₂靶材

3. 热等静压（HIP）

• 技术原理：
  氩气介质中施加 100-200MPa 压力，温度 1600-2000℃，实现三维均匀致密化

• 性能指标：

• 致密度＞99.5%，气孔率＜0.1%

• 抗弯强度达 500-800MPa（对比常压烧结提高 50%）

• 典型案例：
  半导体用 Ta₂O₅靶材（满足 SEMI F47-0716 标准）

4. 放电等离子烧结（SPS）

• 技术突破：
  脉冲电流加热（升温速率 100-500℃/min）+ 轴向压力（50-100MPa）

• 应用方向：
  纳米结构靶材（如 nc-Si₃N₄用于刀具涂层）

二、特种制备技术

1. 化学气相沉积（CVD）

• 工艺路径：
  前驱体气体（如 SiCl₄+NH₃）→ 高温分解（1000-1400℃）→ 沉积成靶材

• 技术优势：

• 成分均匀性 ±0.5%，适合复杂成分靶材（如 TiAlN）

• 可直接制备涂层 / 靶材一体化结构

• 应用限制：
  设备投资高（单台＞500 万元），沉积速率低（＜10μm/h）

2. 溶胶 - 凝胶法

• 关键步骤：
  金属醇盐水解→溶胶→凝胶→干燥→煅烧（800-1200℃）

• 材料特性：

• 纯度可达 5N 级（99.999%），适合光电领域

• 薄膜靶材厚度控制精度 ±5nm

• 典型产品：
  激光晶体用 YAG 透明陶瓷靶材

三、后处理工艺

1. 精密加工：

• 金刚石砂轮磨削（平面度＜10μm）

• 超声清洗（去除亚微米级颗粒）

2. 表面改性：

• 离子束刻蚀（粗糙度 Ra＜0.1μm）

• 金属化处理（Mo/Al 背靶焊接）

四、工艺选择指南

五、前沿发展动态

1. 微波烧结：
   2.45GHz 微波加热使能耗降低 25%，已用于 ZrO₂靶材工业化生产

2. 3D 打印制备：
   激光选区烧结（SLS）实现复杂内部结构（如多孔支撑靶材）

3. 原位反应合成：
   利用 Ti+C→TiC 放热反应（ΔH=-184kJ/mol），缩短烧结周期 50%

某航天材料企业采用 SPS+HIP 联合工艺制备的 B₄C 靶材，其抗冲击性能较传统工艺提升 70%，成功应用于卫星太阳能板防护层。未来，智能化工艺控制（如 AI 预测烧结缺陷）将成为提升陶瓷靶材性能的关键方向。