随着技术人员操作机械臂，装载着一摞摞高纯钽靶材的巨型料架从设备缸体内缓缓升起……6月30日，位于浙江省余姚市，由宁波江丰电子材料股份有限公司（以下简称江丰电子）与四川航空工业川西机器有限责任公司（以下简称川西机器）联合研制的超大规格热等静压设备投产。
“这是目前国内有效热区容积最大的热等静压设备，可制备长度4米的超长规格高纯溅射靶材。” 江丰电子董事长兼首席技术官姚力军博士介绍，该设备完全国产化，相关技术参数均达到国际先进水平，可为我国战略性新兴材料的自主可控提供关键的工艺装备。
超大规格设备应需而生
高纯溅射靶材是国家中长期发展规划中明确重点发展的战略性新兴材料，广泛应用于半导体芯片、平面显示器、太阳能电池、信息存储和光学应用等行业。
近年来，国内开始出现少量专业从事高纯溅射靶材研发和生产的企业，突破靶材专业技术门槛，已在国内靶材市场占据一定份额。
“一些知名品牌智能手机芯片的制造，用的就是江丰电子生产的高纯度溅射靶材。” 姚力军介绍，江丰电子陆续实现了铝、钛、钽、铜、钨等超高纯金属溅射靶材的研发生产，成为诸多国内外知名厂商的高纯溅射靶材供应商。
据介绍，超高纯材料的致密化是制备电子信息产业靶材的基础。热等静压设备可实现高纯粉末冶金溅射靶材有效致密化、靶材基板异种金属大面积扩散焊接，可对超高纯原材料的制备提供消除缺陷、达到完美致密工艺要求的设备保障。
“不妨将靶材和热等静压设备比作食材和高压锅，现有技术条件下，烧制时间变化不大。为提高制备效率，我们需要更大的‘高压锅’，无论制备超长规格的高纯溅射靶材、还是小尺寸靶材，都能提高单位时间的产量。” 宁波江丰热等静压技术有限公司总经理曹欢欢介绍，目前全球芯片处于短缺的状态，江丰电子作为芯片制造领域上游企业，力求保障供应链稳定。
2018年，江丰电子与川西机器就超大规格热等静压设备进行签约，其有效热区工作高度4.5米、直径1.25米，最高加热温度可达1500℃，最大压力可达2000个大气压。
技术攻坚创造极端条件
作为国内静压设备研制领域的龙头企业，川西机器针对该设备在研制过程中可能存在的热区均匀性、气体压力曲线比例控制、加热部件运输等三大风险进行分析，制定了相应的技术路线和处置措施，确保该台超大规格设备研制顺利进行。
“这台设备有效热区高度为目前国内同类设备热区最高。”川西机器总工程师吴小平告诉记者，4.5米的高度，使得垂直方向上有效热区均匀性±10摄氏度的温度极难保障。
据介绍，技术团队通过采用加热炉分区控制、变径协调和螺旋绕丝等技术措施，解决了这项技术难题。
“有效热区是在圆柱形的缸体内，外侧用保温棉缠绕、加装不锈钢隔热桶。其中底座实现单独控温，加热方式可参考电水壶底部的电炉丝。”吴小平介绍道，缸体内被划分为5个温区，为确保对内部温度的实时监测，每区配有两个同时运作的温度传感器。
此外，由于高纯溅射靶材特殊的工艺需求，要求热等静压设备具有控制精度为±1兆帕的气体压力比例控制功能。川西机器技术团队专门研制了一台具有高精度比例控制功能的气体压缩机以满足其工艺要求。
“能自主研发这一超大规格热等静压设备，自己以往‘做梦都不敢想’。”姚力军表示，它实现了对控制、压力、机械、温度等多方面技术的整合，补齐了我国在电子材料产业领域的设备短板，将为保障全球半导体产能提供技术支撑。（洪恒飞 徐添怡 记者 江 耘）
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