中國粉體網訊 隨著電子信息產業的發展，作為核心材料之一的金屬類濺射靶材的市場需求旺盛。其中，高純度濺射靶材主要用在對材料純度和穩定性要求更高的領域，如集成電路、信息儲存、液晶顯示屏、激光儲存器、電子控制器件等。在材料選擇中，金屬鉭以高導電性、高熱穩定性及優異的耐腐蝕性能而廣受關注，是集成電路中銅與硅基板的阻隔層濺射靶材的首選材料。
隨著AI生態的不斷拓寬有望拉動芯片需求，從而帶動鉭靶材需求增長。據業內人士透露，在半導體用靶材市場上，鉭靶材制備技術難度非常高，需要嚴格控制鉭靶的晶粒尺寸和織構取向，保證晶粒均勻分布。我國生產濺射鉭靶材用的高純鉭原料主要依賴進口，在高純度鉭靶材的制備技術，尤其是組織均勻性控制及取向分布等方面與國外存在差距，導致濺射薄膜均勻性不穩定。
作為噴涂靶材的原料，鉭粉的球形度直接影響噴涂的效果和涂層的品質，因此制備高球形度的鉭粉非常重要。在鉭粉球化制備方面，國內外一些研究機構開展了相關研究。其中具有代表性的是采用感應等離子球化技術對粉末進行球化整形，以提升粉末球形度。
感應等離子具有溫度高、能量密度高、加熱強度大、等離子體炬的體積大、處理材料工藝簡單、基本無污染、傳熱和冷卻速度快等優點，被認為是制備組分均勻、球形度高、流動性好的球形粉末的較佳方法。對于高熔點的鉭元素，利用高熱焓的等離子體加熱和充分熔化粉末，可以在極短的時間內整形獲得球形鉭粉，因此較其他工藝具有較大的技術優勢。
除了半導體芯片領域的需求之外，在生物醫療領域，金屬鉭的研究和應用更加受到關注。
1802年瑞典化學家安德斯·埃克伯格(Anders Ekeberg)首次從礦物中提取了73號元素——鉭(tantalum)，其命名就源于其在酸中極佳的耐腐蝕性。鉭具有比鈦更優異的耐腐蝕性，只受強酸強堿環境影響，在人體內保持相對惰性，從而可避免干擾生物組織。通過在模擬體液中形成類似骨骼的磷灰石層，鉭被證明具有生物活性并可與骨骼發生生物結合。
此外，純鉭及其主要氧化物均具有低的溶解度和毒性，自1940年以來就一直在臨床上使用，并廣泛應用于診斷和植入物，總體效果顯著。在骨科、顱面和牙科相關研究中顯示出優秀的生物相容性和安全性，使用致密鉭金屬植入物骨整合術已被證明應用時間長達8~12年。
在過去二十多年中，多孔鉭植入物冠以骨小梁金屬TM(美國捷邁公司的Trabecular MetalTM)廣泛應用于人體髖關節、膝關節及脊柱等全身部位。多孔鉭的特性類似松質骨，與骨組織匹配的彈性模量、足夠的機械支撐、較長的疲勞壽命、優異的耐腐蝕性和骨整合性能力保證了其在骨科和牙科等領域的應用前景。隨著增材制造技術的發展，增材制造多孔鉭憑借個性化優勢已在髖、膝等多個部位實現臨床應用。
3D打印多孔鉭髖臼杯（圖源：東方鉭業）
目前，主流的多孔鉭增材制造工藝為粉末床熔融，其原材料為15~150μm粒徑范圍的醫用球形鉭粉。隨著增材制造裝備的成熟以及個性化多孔鉭植入物需求的增加，從2015年開始，各國科研機構及粉末制造企業先后進行了球形鉭粉工藝的開發，在鉭粉球形度、流動性、松裝密度、振實密度和空心粉率等方面得到了很好的控制，目前其主要制備技術為等離子球化(PS)和等離子旋轉電極霧化(PREP)。
加拿大Tekna研制的射頻等離子體球化設備已實現對鉭鈮等難熔金屬的球化處理，其設備在全球射頻等離子體球化方面領先，在球化過程中冷卻室內部空間大，且需要通入高純度惰性氣體，導致制粉成本昂貴。
PREP技術方面，國內和國外還存在一定差距，設備穩定長期運行能力較差，高端設備大多依靠進口。因為等離子旋轉電極霧化技術使用加工成本較低的熔煉棒材作為原材料，所以其制備的粉末綜合成本較低，但該技術制備粒徑在45μm以下的球形鉭粉時細粉收得率較低，因此進一步提高粉末細粉收得率是該技術的主要發展方向。
除了PS和PREP技術，另外一種制粉方法——等離子絲材霧化法（PA）也有被提及。AP&C公司等離子絲材霧化技術采用金屬絲為原材料，與傳統的霧化過程相比具有很多優點，金屬絲受高溫等離子炬熔融的過程中，不會與等離子炬噴嘴產生接觸，保證粉末純度的同時，也能減少傳統霧化過程中加熱陶瓷坩堝的成本，相對于其他制粉技術具有一定技術競爭優勢，但是高性能球形鉭粉的價格相對還是較高，且相關技術采取嚴格的保密手段，很少有關于此項技術的設備和產品粉末的性能報道。
參考來源：
[1]龐小肖等：感應等離子制備噴涂靶材用球化鉭粉工藝研究，礦冶科技集團有限公司
[2]林惠嫻，等：生物醫用增材制造多孔鉭的研究進展，廣州賽隆增材制造有限責任公司
[3]王新宇：等離子絲材霧化球形鉭粉仿真研究，河北科技大學
[4]證券時報：攻克高純鉭靶坯關鍵技術東方鉭業首發產品加速國產替代
（中國粉體網編輯整理/平安）
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