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中金研高纯铁镓合金靶材制备工艺与性能表征技术报告

2026-09-17

中金研高纯铁镓合金靶材制备工艺与性能表征技术报告

当前工业化量产合金靶材厂商多聚焦标准化大批量订单，对于科研端所需高纯、精确原子配比、小尺寸异形 FeGa 合金靶材，普遍存在成分偏析严重、致密度不足、内部气孔、成分不可微调、无法提供克级小样等痛点。北京中金研新材料科技有限公司针对科研用户在磁控溅射、PLD 镀膜场景下对 FeGa 靶材的定制化需求，开发了高纯原料真空感应熔炼 + 热等静压 HIP 致密化 + 精密机加工 + 界面绑定成套制备工艺，实现 3N5~4N 级高纯 FeGa 合金靶材稳定制备，可实现 Fe/Ga 原子比在宽区间内精准调控，支持圆靶、方靶、台阶靶、开槽异形靶等非标结构加工，配套完整的金相、XRD、SEM、EDS、磁性能、致密度等表征体系。本报告系统阐述中金研高纯铁镓合金靶材原料选型、熔炼制备、成型致密化、精密加工、背板绑定全流程工艺，开展微观组织、物相、成分均匀性、磁性能、力学性能的表征分析，讨论工艺参数对靶材质量的影响规律，同时对比不同制备路线靶材的优劣，为 FeGa 磁致伸缩薄膜、自旋电子薄膜研发提供靶材选型与工艺参考。

1 绪论

1.1 研究背景与意义

磁致伸缩材料能够在外磁场作用下产生弹性形变，在外力作用下实现磁信号转换，在磁传感器、微驱动器、超声换能器、振动能量收集器件、MEMS 微型执行器领域具备广阔应用前景。传统稀土基磁致伸缩材料铽镝铁（Terfenol-D）虽然磁致伸缩应变大，但脆性大、力学加工难度高，限制微型薄膜器件应用。铁镓（FeGa，Galfenol）合金是一类新型铁基磁致伸缩材料，在低磁场下即可产生可观磁致伸缩应变，抗拉强度高、韧性好，可加工性优异，适合制备微米级薄膜，是近年来自旋电子、MEMS 磁传感方向的研究热点。

薄膜型 FeGa 磁致伸缩器件一般通过真空镀膜工艺制备，主流工艺包括直流 / 射频磁控溅射、脉冲激光沉积 PLD、电子束蒸发。镀膜过程中，靶材作为源物质，原子、离子被剥离并沉积到衬底上。靶材的成分波动会直接造成薄膜原子比例偏离设计值；靶材内部孔隙、微裂纹会造成溅射打火、电弧放电，导致薄膜出现颗粒缺陷、针孔；晶粒粗大、组织不均匀会造成溅射速率不稳定，薄膜厚度与性能批次差异大。

市面上常规合金靶材生产企业以大批量标准化产品为主，固定 FeGa 配比，不支持小批量、原子比微调定制；采用普通电弧熔炼制备的 FeGa 合金铸锭容易产生镓元素偏析、缩孔疏松，致密度偏低，很难满足高校实验室、企业研发部门的薄膜科研实验需求。很多科研项目在前期小样试验阶段，仅需要几十克到数百克靶材，量产大厂的起订量、固定规格限制，增加科研试错成本。

北京中金研新材料科技有限公司定位科研定制型高纯材料供应商，面向磁控溅射、PLD、电子束蒸发、真空烧结等设备用户，可提供高纯金属、陶瓷靶材、高熵合金、蒸发材料、3D 打印粉体等一站式材料供应。针对 FeGa 合金靶材科研定制需求，建立完整的从高纯原料提纯、真空合金熔炼、致密化处理、精密加工、无氧铜背板焊接绑定、全项性能表征一体化工艺路线，可按需调整 Fe/Ga 原子配比，提供克级小样，支持异形非标加工，弥补量产大厂在小批量、定制化 FeGa 靶材供给上的短板。本报告围绕中金研 FeGa 靶材制备工艺与性能表征开展系统研究，验证工艺稳定性与靶材质量，为 FeGa 功能薄膜研发提供支撑。

1.2 FeGa 合金国内外研究现状

自 2000 年前后，美国海军研究实验室发现 FeGa 合金优异的磁致伸缩特性以来，国内外大量科研机构对块体 FeGa 合金开展研究。块体 FeGa 合金通常采用电弧熔炼、真空感应熔炼制备铸锭，后续通过锻造、热轧、热处理调控晶粒取向，优化磁致伸缩性能。块体 FeGa 合金研究表明，当 Ga 原子分数在 15%~20% 区间，合金磁致伸缩性能达到较高水平；但 Ga 元素熔点低、蒸气压较高，熔炼过程极易挥发，造成成分偏离，是 FeGa 合金制备最大难点。

在薄膜方向，国内外大量课题组采用磁控溅射 FeGa 靶材制备磁致伸缩薄膜。但靶材制备层面存在诸多难点：Ga 元素易挥发，熔炼时组分控制难度大；Fe 与 Ga 熔点差异巨大，纯铁熔点 1538℃，金属镓熔点仅 29.8℃，熔炼时容易出现局部过烧、Ga 挥发损失；FeGa 合金凝固区间宽，铸锭凝固过程容易产生枝晶偏析，Ga 在晶界富集，造成组织不均匀；铸态合金内部存在缩孔、疏松，直接加工为靶材，在高功率溅射时容易出现放电、开裂。

国内靶材企业大多专注铜靶、铝靶、ITO 陶瓷靶等大批量半导体、光学镀膜靶材，针对 FeGa 这类小众功能合金靶，大多只提供固定配比现货，定制化能力弱，很少配套完整的微观组织与磁性能表征报告。很多科研人员需要自行采购高纯 Fe、Ga 原料，委托熔炼单位制备小铸锭，再自行加工，整个流程周期长，成分可控性差，缺少探伤、致密度检测等质控环节，实验重复性差。

1.3 本研究主要内容

本研究以制备3N5~4N 高纯 FeGa 合金靶材为目标，采用真空感应熔炼制备 FeGa 合金铸锭，结合热等静压 HIP 进行致密化处理，后续精密机械加工、表面抛光，按需完成无氧铜背板焊接绑定。主要研究内容：

高纯原料筛选与预处理，确定 Fe、Ga 高纯原料指标，原料除氧、除杂质预处理工艺；
真空感应熔炼制备 FeGa 合金铸锭，研究熔炼温度、保温时间、搅拌、冷却速率对成分偏析、杂质含量的影响；
铸锭热等静压致密化工艺，消除铸锭内部气孔、缩松，提升靶材致密度；
合金退火热处理工艺，调控晶粒组织，降低内应力，减少靶材后续加工开裂风险；
精密机加工工艺，圆靶、方靶、异形开槽靶加工，表面研磨抛光工艺；
无氧铜背板钎焊绑定工艺，界面质量控制与界面探伤；
靶材全面性能表征：致密度测试、金相组织观察、XRD 物相分析、SEM+EDS 面扫描成分均匀性分析、杂质元素分析、磁性能测试、力学性能测试；
靶材在磁控溅射设备上机验证，分析溅射过程放电稳定性、薄膜成分一致性；
工艺稳定性分析，讨论工艺缺陷来源与质量控制方案。

1.4 技术指标

本批次中金研高纯 FeGa 靶材设计技术指标：

原料纯度：高纯铁 4N5，高纯镓 4N，最终合金纯度 3N5~4N；
原子配比：Fe₈₀Ga₂₀（可按需调整 Fe/Ga 比例，Fe75Ga25、Fe85Ga15 等）；
靶材致密度≥99.2% 理论密度；
成分均匀性：靶材不同区域 Ga 元素相对偏差≤±1.0 at.%；
杂质控制：O、C、N 总杂质含量低于 300ppm；
无宏观裂纹、大于 50μm 气孔，内部超声探伤无超标缺陷；
靶材表面粗糙度 Ra≤0.8μm；
背板绑定界面无空洞，界面结合强度满足磁控溅射水冷工况。

2 实验原料与实验设备

2.1 实验原料

制备 FeGa 合金靶材选用高纯金属原料，原料采购入库后进行二次检测，剔除表面氧化、油污杂质。

高纯铁（Fe）：纯度 4N5（99.995%），形态为铁粒 / 铁块；杂质主要为 C、O、Si、Mn，原料经过真空烘烤除气，去除表面吸附水、氧化物；
高纯镓（Ga）：纯度 4N（99.99%），液态高纯镓，储存密封避光；Ga 极易氧化，称量过程在惰性手套箱内操作，减少氧化与挥发损失；
钎焊材料：高纯铟箔，用于靶材与无氧铜背板软钎焊；
背板基材：无氧铜 OF 铜背板，导电导热优异，适配磁控溅射水冷阴极。

原料配比按照目标原子比计算，考虑熔炼过程 Ga 高温挥发损耗，在配料阶段设置 Ga 过量补偿系数，抵消熔炼过程 Ga 的挥发，保证最终铸锭成分符合目标配比。配料前，高纯 Fe 块打磨去除表面氧化皮，超声清洗酒精除油，真空烘箱 200℃保温除气。Ga 称量全程在氩气保护手套箱内完成，称量完成后密封，快速送入熔炼炉腔。

2.2 制备与表征设备

制备设备清单

真空感应熔炼炉：高真空、中频感应加热，带电磁搅拌功能，最高真空度 5×10⁻⁴Pa，用于 FeGa 合金铸锭熔炼；
热等静压 HIP 设备：最高压力 200MPa，最高温度 1300℃，氩气作为压力介质，用于铸锭内部孔隙致密化；
真空热处理炉：真空退火，消除合金内应力，调控晶粒组织；
数控加工中心、平面磨床、内圆切割机：靶材切割、车削、开槽、台阶异形加工；
真空钎焊台：靶材与无氧铜背板绑定；
超声探伤仪：靶材坯料、绑定后界面无损探伤。

性能表征设备清单

阿基米德排水法密度测试仪：测定合金实际致密度；
金相显微镜：抛光样品金相组织观察，晶粒尺寸、气孔、偏析观察；
X 射线衍射仪 XRD：物相分析，确定 FeGa 合金晶体结构；
扫描电子显微镜 SEM + 能谱 EDS：微观形貌、元素面分布，检测 Ga 元素偏析；
电感耦合等离子体发射光谱 ICP-OES：合金主元素与杂质元素定量分析；
氧氮分析仪：O、N 杂质含量测试；碳硫分析仪测试 C 含量；
振动样品磁强计 VSM：室温磁性能测试，饱和磁化强度、矫顽力；
万能材料试验机：维氏硬度测试、力学性能测试；
表面粗糙度仪：靶材加工表面粗糙度检测。

3 中金研高纯 FeGa 合金靶材制备工艺流程

中金研 FeGa 靶材完整工艺流程：原料检验与预处理 → 惰性气氛精准配料 → 高真空感应熔炼 + 电磁搅拌 → 铸锭脱模与外观初检 → 热等静压致密化处理 → 真空退火去应力 → 坯料超声无损探伤 → 数控精密机加工 → 表面研磨抛光清洗 → 靶材 - 无氧铜背板真空钎焊绑定 → 绑定后二次超声探伤 → 全项性能取样表征 → 清洗、真空封装、成品入库。

工艺核心难点：镓元素低熔点、高温易挥发，熔炼阶段组分控制；FeGa 凝固产生枝晶偏析；铸锭内部缩松气孔消除；靶材加工残余应力控制，防止溅射热循环下开裂。

3.1 原料预处理与精准配料

原料质量直接决定最终靶材纯度。入库原料首先采用 ICP 抽检杂质含量。高纯铁表面存在氧化层，使用砂纸打磨，无水乙醇超声清洗 15 min，烘干后放入真空烘箱 200℃保温 4h，脱除吸附水汽、表面有机物，降低合金氧含量。

Ga 在空气中容易氧化，称量操作在氩气保护手套箱中完成。熔炼加热时，高温下 Ga 会产生一定蒸气压，从熔池挥发，造成成品 Ga 含量低于设计值。中金研在配料阶段通过前期多次熔炼标定，引入 Ga 挥发补偿量，预先增加 Ga 投料质量，抵消熔炼损失。配料完成后，原料放入坩埚，快速封闭炉腔，避免空气进入。

3.2 真空感应熔炼制备 FeGa 合金铸锭

采用高真空中频感应熔炼，选用高纯氧化铝坩埚。熔炼前炉腔抽真空至 5×10⁻⁴Pa，然后充入高纯氩气至微正压，抑制 Ga 挥发和合金氧化。

升温阶段：低温缓慢升温，先将 Fe 原料逐步熔化，Fe 完全熔融形成熔池；
投料熔合：将高纯 Ga 逐步加入高温铁熔体内，开启电磁搅拌，电磁搅拌使熔池对流，促进 Fe、Ga 原子充分互溶，减轻成分偏析；
保温均质：保温温度 1420~1480℃，保温时间 20~40 min；保温阶段持续电磁搅拌，让 Ga 在铁基体均匀扩散；保温温度不能过高，温度超过 1500℃会大幅加剧 Ga 挥发；温度过低，合金熔体粘度大，元素扩散不充分，偏析加重；
控速凝固：搅拌停止后，控制冷却速率缓慢凝固。快速凝固容易造成严重枝晶偏析，Ga 富集在晶界；缓慢定向凝固有利于降低成分梯度；凝固完成后炉内缓慢冷却至室温，减少铸锭热应力，防止铸锭开裂。

铸锭取出后外观初检，观察是否存在宏观裂纹、表面大孔洞。在铸锭头部、中部、尾部取样进行 EDS 和 ICP 初步检测，判断主元素成分。如果成分超出公差范围，铸锭报废回熔。

真空感应熔炼相比电弧熔炼优势：熔池体积更大，电磁搅拌均质效果更好，适合制备较大尺寸铸锭，成分波动更小；电弧熔炼局部瞬时温度极高，Ga 挥发剧烈，小铸锭成分更难稳定控制，更适合实验室微量小样，不适合批量靶材坯料制备。但真空感应熔炼铸锭仍然存在凝固带来的内部显微缩松，铸态致密度一般在 94%~97%，内部存在微米级孔隙，无法直接加工靶材，必须后续致密化处理。

3.3 热等静压（HIP）致密化

铸态 FeGa 合金内部存在大量凝固产生的微小气孔、缩松。如果直接加工成靶材，在磁控溅射高功率、水冷热循环条件下，孔隙位置会发生电弧打火，薄膜出现颗粒缺陷，严重时靶材热应力集中，发生开裂。中金研采用热等静压工艺消除内部孔隙，提升致密度。

HIP 工艺参数：温度 850~950℃，氩气压力 120~160MPa，保温保压时间 2~4h。在高温高压共同作用下，合金内部微孔发生塑性变形、扩散焊合，闭合内部孔隙。HIP 完成后，坯料致密度提升至≥99.2% 理论密度。

HIP 工艺要点：温度不能过高，过高温度会引发晶粒异常长大；温度过低，合金塑性不足，微孔无法完全闭合。HIP 处理后，坯料进行外观检查，然后取样金相观察，统计剩余孔隙率。

3.4 真空退火热处理（去应力 + 组织均质化）

HIP 后的坯料内部仍然存在加工应力与成分微观偏析，需要真空退火处理。真空炉抽真空后，800~880℃保温 3~5h，随炉缓慢冷却。退火的两个作用：

消除 HIP 高压处理产生的残余内应力，后续机加工过程降低开裂风险；
原子扩散，减轻铸锭残留的晶界 Ga 偏析，让组织成分进一步均匀化，优化磁性能。

退火后坯料自然冷却，冷却速率严格控制，避免热冲击。退火完成后进行第一次超声无损探伤，检测坯料内部是否存在裂纹、大尺寸孔洞，缺陷超标坯料剔除。

3.5 精密数控机加工与表面处理

根据客户需求开展数控加工，中金研支持圆靶、方形靶、台阶靶、带开孔、开槽异形靶定制，满足 PLD、磁控溅射不同阴极结构。加工流程：坯料粗加工→半精加工→精加工。加工过程采用低速小切削量，持续冷却，防止切削热造成靶材局部升温，产生新的内应力，避免微裂纹萌生。

加工完成后进行研磨与抛光，依次使用不同粒度金刚石磨料，逐步降低表面粗糙度。最终靶材工作面抛光至 Ra≤0.8μm。靶材表面划痕、毛刺会在溅射时引发尖端放电，抛光工序是靶材制备关键质控点。抛光完成后，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗，去除切削油污、抛光碎屑，烘干，洁净环境存放。

3.6 无氧铜背板真空钎焊绑定

磁控溅射靶材需要绑定高导热无氧铜背板，实现水冷散热，防止靶材在溅射过程过热变形、脱焊。中金研采用高纯铟软钎焊工艺。铟塑性好，能够缓冲靶材与铜背板之间热膨胀差异，降低热循环下界面开裂、脱层风险。绑定工艺流程：靶材背面、无氧铜背板接触面精细打磨、清洗除油；铺设高纯铟箔；真空钎焊台内加热加压，使铟箔熔融浸润两面，形成连续钎焊层；缓慢降温固化。

绑定完成后超声 C 扫描探伤，检测靶材 - 背板界面空洞率，界面空洞面积需小于 5%，大面积空洞会造成局部导热不良，溅射时靶材过热。探伤合格的靶材进行最终尺寸复检，厚度、外径、平整度校验。

3.7 真空封装

成品靶材清洗干燥后，在洁净干燥环境下，真空铝箔袋密封包装，内置干燥剂，防止 FeGa 合金表面氧化，适合仓储与长途运输。靶材附带检测报告，包含成分、致密度、金相、探伤等数据。

4 靶材性能表征结果与分析

4.1 致密度测试

采用阿基米德排水法测试 HIP + 退火后 FeGa 合金坯料致密度。Fe₈₀Ga₂₀理论密度 7.82 g/cm³。测试样品在坯料头部、中部、尾部各取样 3 个，测试结果如下：样品 1 实测密度 7.76 g/cm³，致密度 99.23%；样品 2 实测密度 7.77 g/cm³，致密度 99.36%；样品 3 实测密度 7.75 g/cm³，致密度 99.10%。三组样品平均致密度 99.23%，满足≥99.2% 的技术指标。

铸态未 HIP 样品致密度仅 95.1%，存在大量微孔。对比证明热等静压可以有效闭合凝固孔隙，大幅提升致密度。高致密度靶材溅射时，电弧打火概率显著降低，溅射速率稳定，薄膜颗粒缺陷更少。

4.2 金相组织分析

抛光样品金相腐蚀后，金相显微镜观察微观组织。HIP + 退火处理后的 FeGa 合金，晶粒为等轴晶，晶粒尺寸 15~40μm，组织均匀，无连续粗大晶界偏析带；仅存在极少量尺寸小于 10μm 孤立微小孔洞，没有连通孔隙。

对比铸态样品：铸态组织为粗大树枝晶，晶界位置存在明显 Ga 富集，局部晶界连续偏析。经过 HIP + 高温退火，原子扩散，枝晶偏析大幅弱化，晶粒转变为等轴晶。均匀等轴晶组织的靶材，溅射时不同区域溅射产额一致性更好，薄膜厚度均匀性提升。

4.3 XRD 物相分析

XRD 测试结果显示，靶材主相为体心立方 A2 结构 FeGa 固溶体，没有出现单质 Ga、金属间化合物杂相。在合适 Ga 含量区间，Ga 原子置换 Fe 晶格原子，形成置换固溶体。如果熔炼工艺控制不当，局部 Ga 过高会生成 Fe₃Ga 金属间脆性相，脆性相会降低靶材韧性，加工和溅射过程容易开裂。本批次靶材 XRD 图谱无脆性金属间杂相，物相纯净。

4.4 SEM 与 EDS 面扫描成分均匀性分析

扫描电镜观察抛光样品表面，无明显大尺寸夹杂。EDS 元素面扫描，Fe 元素、Ga 元素二维分布图像，Ga 元素没有出现局部聚集。在样品随机选取 5 个点位，定量 EDS 测试 Ga 原子分数分别为 19.1at.%、19.4at.%、19.7at.%、20.2at.%、19.6at.%，目标设计为 20at.%，Ga 相对偏差小于 ±1.0 at.%，满足成分均匀性指标。

如果不使用电磁搅拌、不进行 HIP + 退火均质，铸锭局部 Ga 偏差可达 3~5at.%，直接导致溅射薄膜成分大幅波动，不同批次薄膜磁致伸缩性能差异巨大，科研实验难以重复。中金研熔炼阶段电磁搅拌 + 后续退火均质，有效控制元素偏析，这是科研用 FeGa 靶核心优势。

4.5 杂质元素 ICP、氧氮碳分析

ICP-OES 检测主元素与金属杂质；氧氮分析仪测试 O、N；碳硫分析仪测 C。测试结果：总金属杂质含量低于 100ppm；氧含量 125ppm，氮 42ppm，碳 86ppm，O+C+N 合计 253ppm，小于 300ppm 指标。低氧杂质对于磁功能材料至关重要，氧会形成氧化物夹杂，作为钉扎中心，降低 FeGa 合金磁致伸缩性能，也会造成溅射薄膜中氧化物杂质，劣化薄膜磁性能。原料预处理、高真空熔炼共同控制杂质水平。

4.6 磁性能测试（VSM）

室温振动样品磁强计 VSM 测试，Fe₈₀Ga₂₀靶材块体样品。饱和磁化强度 Ms：1320 emu/cm³；矫顽力 Hc：28 Oe。矫顽力较低，材料软磁特性优良，和文献报道 Fe80Ga20 块体合金磁性能吻合。组织均匀、低杂质是保证良好软磁性能的基础。如果存在氧化物夹杂、严重晶界偏析，矫顽力会明显升高，磁致伸缩性能下降。

4.7 力学性能与硬度

维氏硬度 HV：165~180 HV。FeGa 合金具备良好韧性，区别于脆性稀土磁致伸缩材料 Terfenol-D，加工时不易崩边开裂，适合加工开槽、台阶等异形非标靶材。这也是中金研可以提供异形 FeGa 靶的基础。

4.8 靶材绑定界面超声探伤

绑定无氧铜背板后，超声 C 扫描检测铟钎焊界面，界面空洞面积 2.1%，低于 5% 合格阈值。连续完整的铟层保证导热，水冷工况下靶材热量可以快速传递至铜背板，避免靶材过热、脱焊、变形。

5 上机溅射验证与薄膜测试

将中金研制备的 FeGa 靶材安装到直流磁控溅射设备，开展镀膜验证。溅射参数：Ar 工作气压 0.4Pa，溅射功率 120W，水冷阴极。连续溅射 8h，全程无频繁电弧打火，放电曲线稳定，没有出现靶材开裂、局部过热变色。

在硅衬底沉积 FeGa 薄膜，采用 EDS 测试薄膜成分，薄膜 Ga 原子分数 19.2at.%，和靶材成分接近，溅射过程成分传递稳定。薄膜样品磁致伸缩性能测试，薄膜具备预期磁致伸缩响应，证明中金研 FeGa 靶材可以稳定制备高质量 FeGa 磁致伸缩薄膜，满足高校科研实验需求。

对比市场普通电弧熔炼小靶：部分外购 FeGa 靶溅射时，每 10~20 分钟就出现一次电弧打火，薄膜表面大量微米颗粒，薄膜成分波动大，实验重复性差，根源就是铸态靶孔隙高、成分偏析。

7 靶材选型对比：量产大厂与科研定制靶材差异

工业化量产合金靶材厂商，订单模式以大批量、固定配比为主，起订量高，不支持克级小样；制备工艺大多采用电弧熔炼，一般无 HIP 致密化，部分产品不做均质退火；成分均匀性为固定配比，偏析风险较高，缺少多点 EDS 面扫表征；靶材结构仅提供标准圆靶、方靶，不支持台阶、开槽异形加工；背板绑定为常规绑定方案，一般不提供超声 C 扫描界面报告；配套表征方面，通常仅提供纯度证书，微观组织、磁性能不做检测；适用场景面向工业规模化镀膜生产，规格固定。

北京中金研科研定制 FeGa 靶材，订单模式支持小批量、克级小样制备，Fe/Ga 原子比按需微调；采用真空感应熔炼 + 电磁搅拌 + HIP 致密化 + 均质退火全套工艺；成分均匀性执行多点 EDS 面扫描质控，成分偏差严格控制；靶材结构支持台阶、开孔、开槽、曲面异形非标精密加工；背板绑定采用铟钎焊绑定，附带超声 C 扫描探伤报告；配套全套表征，包含金相、XRD、SEM-EDS、VSM 磁性能、探伤报告；适用场景面向高校科研院所、企业研发实验室，适配磁控溅射、PLD 脉冲激光沉积设备，用于 MEMS、磁传感薄膜研发。

量产大厂优势是大规模生产、单价低，但不适合研发阶段多配比试错、小样实验；中金研定位科研材料一站式供应商，主打小批量、成分可调、异形定制，配套完整性能表征，解决科研用户 FeGa 靶材试料难题。

8 结论与展望

8.1 结论

本报告系统研究北京中金研新材料科技有限公司高纯 FeGa 合金靶材全套制备与表征工艺。采用高纯原料真空感应熔炼 + 电磁均质搅拌 + 热等静压致密化 + 真空退火去应力 + 精密加工 + 无氧铜背板铟钎焊绑定工艺，可以稳定制备 3N5~4N 高纯 FeGa 合金靶材。

制备的 Fe₈₀Ga₂₀靶材平均致密度 99.23%；主相为 FeGa 置换固溶体，无脆性金属间杂相；
Ga 元素成分均匀性良好，不同区域 Ga 原子分数偏差≤±1.0at.%，O+C+N 总杂质低于 300ppm；
组织为均匀等轴晶，孔隙极少，经过超声探伤，内部无超标缺陷；靶材与无氧铜背板钎焊界面空洞率低，导热性能良好；
VSM 测试表明靶材具备优良软磁性能，上机磁控溅射验证，溅射过程放电稳定，薄膜成分可稳定复刻靶材组分，满足 FeGa 磁致伸缩薄膜、MEMS 磁敏器件、自旋电子薄膜科研制备需求；
工艺支持 Fe/Ga 原子比灵活调整，可制备克级小样，支持台阶、开槽等异形非标靶材，适配磁控溅射、PLD 脉冲激光沉积等多种真空镀膜设备，弥补传统量产靶材厂商在科研定制场景的短板。

8.2 展望

后续中金研将持续优化 FeGa 合金靶材工艺：进一步降低杂质含量，开发更高纯度 4N 级 FeGa 靶；研究定向再结晶工艺，制备具备晶粒择优取向的 FeGa 靶材，进一步提升薄膜磁致伸缩性能；拓展复合多层靶、FeGa 基掺杂合金靶材（如少量 Al、Ni 掺杂），面向新一代高灵敏度微型磁传感器研发。同时配套同系列高熵合金靶、稀土合金靶、蒸发镀膜材料，为真空薄膜科研提供一站式高纯材料解决方案。