冷等静压（CIP）是制造高质量溅射靶材的关键预烧结致密化步骤。通过从所有方向施加均匀的液体压力，它将氧化铟锡（ITO）或钌等原材料粉末压缩成坚固的“生坯”预制件。该工艺为靶材在高温烧结中得以幸存并实现高最终密度奠定了结构基础。
CIP 在靶材制造中的主要价值在于其消除内部密度梯度能力。通过在烧结前确保均匀、高密度的结构，制造商可以生产无裂纹的靶材，使其能够承受溅射固有的高能离子轰击。
CIP 工艺的力学原理
全方位液体压力
与单向加压不同，CIP 利用流体介质各向同性（从所有侧面）施加压力。
将钌或掺铝氧化锌（AZO）等粉末封装在柔性模具中并浸入液体中。
施加高压，通常达到 250 MPa 或 1.5 kbar 的水平，对流体施加压力以均匀压缩材料。
“生坯”的形成
该工艺的直接结果是形成“生坯”或陶瓷预制件。
该预制件并非最终产品；而是一种压实的固体，能够保持其形状，但需要进行热处理才能达到完全硬度。
对于碳-13 等材料，通常在压制前将粘合剂与前驱粉末混合，以确保生坯保持其完整性。
CIP 对靶材性能至关重要的原因
实现最大密度
高密度是溅射靶材最重要的指标，因为它直接影响所沉积薄膜的质量。
CIP 在微观层面压实粉末颗粒，显著提高了材料的初始相对密度。
主要参考数据显示，对于 ITO 等材料，该方法在最终烧结阶段实现高达 95% 的理论密度方面发挥着重要作用。
消除内部缺陷
标准的压制方法通常会留下“密度梯度”——即某些区域比其他区域的粉末压得更紧。
CIP 通过对模具的每个表面施加相等的力，有效地消除了这些梯度和内部气孔。
这导致了均匀的成分分布，这对于非晶态氧化硅铟锌（a-SIZO）等材料至关重要。
防止烧结失败
CIP 过程中实现的均匀性对于后续高温烧结过程的成功至关重要。
如果生坯密度不均匀，加热时会收缩不均匀，导致翘曲或开裂。
通过在早期最小化内部应力梯度，CIP 可确保靶材在从生坯到成品陶瓷的过渡过程中保持物理稳定且无裂纹。
理解权衡
它不是独立的解决方案
重要的是要理解，CIP 严格来说是一种成型和致密化技术，而不是一种精加工工艺。
虽然它能形成高质量的预制件，但靶材仍需经过烧结（热处理）或热压才能将颗粒熔融成固体陶瓷。
工艺复杂性
CIP 需要仔细准备原材料，通常涉及粘合剂的混合或使用特定的柔性工具。
不当的封装或粘合剂选择可能导致生坯出现缺陷，而这些缺陷无论施加多少压力都无法纠正。
为您的目标做出正确选择
要确定冷等静压是否是您靶材制造的正确方法，请考虑您的具体最终目标：
- 如果您的主要重点是最大密度（>95%）：CIP 对于实现烧结后达到接近理论密度所需的高初始堆积密度至关重要。
- 如果您的主要重点是大批量生产：CIP 非常适合生产需要在大体积范围内保持密度一致的大型陶瓷预制件（如 ITO）。
- 如果您的主要重点是减少缺陷：使用 CIP 来消除导致高温烧结阶段开裂和翘曲的密度梯度。
通过在工艺早期稳定粉末结构，CIP 可确保最终溅射靶材在薄膜沉积过程中提供一致、可靠的性能。
总结表：
| 特性 | 对溅射靶材的好处 |
|---|---|
| 压力方向 | 全方位（各向同性），实现均匀的密度分布 |
| 预制件状态 | 形成稳定的“生坯”，可进行烧结 |
| 缺陷控制 | 消除内部梯度，防止开裂和翘曲 |
| 最终密度 | 烧结后可实现接近理论密度（高达 95% 以上） |
| 材料范围 | 非常适合 ITO、钌、AZO 和 a-SIZO 粉末 |
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