磁記錄用鎳靶材，作為物理氣相沉積（PVD）技術(shù)的核心濺射源材料，專用于在磁盤、磁帶或傳感器基片上制備具有特定磁性能的功能性薄膜。隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度從傳統(tǒng)水平記錄向垂直磁記錄乃至熱輔助磁記錄演進(jìn)，對(duì)記錄介質(zhì)薄膜的晶粒尺寸、取向與熱穩(wěn)定性的要求達(dá)到了納米級(jí)精度，這使得高性能鎳基合金靶材從“可選”變?yōu)椤氨匦琛保蔀閷?shí)現(xiàn)高密度、高穩(wěn)定性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物質(zhì)基礎(chǔ)。
一、 定義與材質(zhì)
定義：磁記錄用鎳靶材，特指用于磁控濺射工藝，以高純鎳或鎳基合金為主要成分，旨在沉積構(gòu)成磁記錄介質(zhì)關(guān)鍵功能層（如種子層、磁性層）的固態(tài)靶材。在真空腔體內(nèi)，高能粒子轟擊靶材表面，使鎳及其合金原子被濺射出來，精確沉積于基片，形成控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能的納米薄膜。
主要材質(zhì)：
| 材質(zhì)類別 | 典型成分與示例 | 核心功能與設(shè)計(jì)目的 |
| 鎳基二元/三元合金靶 | NI-X, NI-Y, NI-X-Y 合金 (X、Y為特定添加元素) | 這是垂直磁記錄介質(zhì)種子層的核心材料。通過添加特定元素，調(diào)控沉積薄膜的晶格常數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)，為上層磁性記錄層提供晶粒細(xì)化、降低晶格失配的完美外延生長模板。 |
| 鎳鐵（NiFe）合金靶 | Ni??Fe?? (坡莫合金)、Ni??Fe??等高Fe含量合金 | 傳統(tǒng)用于薄膜磁頭磁芯，具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力等軟磁特性。在傳感器領(lǐng)域，用于制備磁阻傳感器等薄膜器件。 |
| 氧化物彌散強(qiáng)化合金靶 | 上述鎳合金與金屬氧化物進(jìn)一步合金化 | 旨在形成顆粒狀微觀結(jié)構(gòu)的種子層薄膜：金屬晶粒被富氧晶界包圍。這種結(jié)構(gòu)能更有效地細(xì)化上層磁性晶粒、抑制晶粒間交換耦合，是提升記錄介質(zhì)信噪比的關(guān)鍵技術(shù)路徑。 |
| 特種功能鎳合金靶 | Ni-Mn-Ga等磁驅(qū)動(dòng)記憶合金 | 用于制備新型磁傳感器或微執(zhí)行器薄膜，利用其獨(dú)特的磁致形狀記憶效應(yīng)。 |
二、 關(guān)鍵性能特點(diǎn)
磁記錄領(lǐng)域?qū)︽嚢胁牡囊螅耆?wù)于最終薄膜的磁記錄功能，核心可概括為 “結(jié)構(gòu)調(diào)控”、“極致均勻”與“性能精確”。
精確的晶格匹配與結(jié)構(gòu)導(dǎo)向性：靶材的合金成分（元素X、Y的種類與含量）需經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，確保濺射所得薄膜具有特定的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)。這層薄膜作為種子層，必須與上層鈷鉻鉑（CoCrPt）等磁性記錄層實(shí)現(xiàn)近乎完美的晶格匹配，以誘導(dǎo)其形成尺寸均一、取向一致（尤其是垂直取向）的磁性晶粒，這是實(shí)現(xiàn)高密度垂直磁記錄的先決條件。
細(xì)化晶粒與隔離晶界的能力：無論是通過合金元素偏聚，還是通過引入氧化物晶界，靶材的終極目標(biāo)是沉積出能夠有效隔離相鄰磁性晶粒的薄膜結(jié)構(gòu)。這能降低介質(zhì)噪聲，是提升存儲(chǔ)面密度的關(guān)鍵。
極高的純度與微觀均勻性：靶材純度是基礎(chǔ)。高純度（通常≥99.9%）確保薄膜成分純凈，避免雜質(zhì)引入磁性干擾中心。同時(shí)，靶材內(nèi)部必須實(shí)現(xiàn)納米尺度的成分與組織均勻，任何偏析或缺陷都會(huì)在沉積薄膜中被放大，導(dǎo)致磁性能不均一。
優(yōu)異的加工與熱穩(wěn)定性：在濺射過程中及后續(xù)薄膜熱處理時(shí)，靶材成分與結(jié)構(gòu)需保持穩(wěn)定。對(duì)于用于熱輔助磁記錄（HAMR）相關(guān)部件的鎳合金，還需考慮其在高溫下的抗氧化與抗擴(kuò)散性能。
三、 主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
磁記錄用鎳靶材遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，其中國家標(biāo)準(zhǔn)與客戶定制協(xié)議并重。
國家標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T 44759-2024 高純鎳靶材》 是最新、最核心的國家標(biāo)準(zhǔn)。它明確了用于半導(dǎo)體、磁記錄等領(lǐng)域的高純鎳靶材的化學(xué)成分（主成分≥99.99%，雜質(zhì)分三級(jí)管控）、物理性能（平均晶粒度≤100μm）、焊接質(zhì)量（釬焊結(jié)合率≥95%）等14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)于2024年10月發(fā)布，2025年5月1日正式實(shí)施。
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與客戶協(xié)議：實(shí)際生產(chǎn)中，硬盤制造商（如希捷、西部數(shù)據(jù)）會(huì)提出遠(yuǎn)高于通用標(biāo)準(zhǔn)的定制化技術(shù)協(xié)議，對(duì)合金靶材的具體成分、晶粒取向、缺陷密度、綁定焊接的超聲波探傷合格率（要求100%）等進(jìn)行極其嚴(yán)苛的規(guī)定。這是靶材供應(yīng)商進(jìn)入供應(yīng)鏈的主要技術(shù)門檻。
四、 加工工藝、關(guān)鍵技術(shù)及流程
高品質(zhì)磁記錄鎳靶材的制造是粉末冶金或熔鑄技術(shù)與精密熱加工的深度結(jié)合。
1. 核心加工流程：
高純原料準(zhǔn)備（鎳及合金元素粉末/錠）→ 成型制備（粉末冶金或熔鑄）→ 致密化加工（熱等靜壓或鍛造）→ 熱處理（均勻化/再結(jié)晶退火）→ 精密機(jī)械加工 → 背板焊接（與無氧銅背板擴(kuò)散焊或釬焊）→ 精密加工與超凈清洗 → 全指標(biāo)檢測與真空包裝。
2. 關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：
合金成分均勻化技術(shù)：采用粉末冶金或特定熔鑄加工技術(shù)是主流。粉末冶金法能更好地實(shí)現(xiàn)多組元（尤其是含氧化物）的均勻混合，而先進(jìn)的熔鑄技術(shù)結(jié)合后續(xù)均勻化熱處理，是保證鑄錠成分無偏析的關(guān)鍵。
微觀組織納米化調(diào)控技術(shù)：通過大變形量熱機(jī)械加工（如軋制、鍛造）和精確的再結(jié)晶退火，將靶材晶粒尺寸控制在微米級(jí)以下，并確保晶粒尺寸分布均勻，以滿足標(biāo)準(zhǔn)中晶粒度≤100μm的要求，并為薄膜的均勻性奠定基礎(chǔ)。
超高純冶煉與潔凈控制：采用真空感應(yīng)熔煉、電子束熔煉等技術(shù)，嚴(yán)格控制氧、硫等雜質(zhì)含量。全過程在超凈環(huán)境下進(jìn)行，防止污染。
無缺陷焊接與精密加工技術(shù)：靶材與背板的焊接結(jié)合率必須≥95%，并通過100%超聲波探傷。高精度數(shù)控加工確保靶材尺寸和平整度滿足安裝要求，這對(duì)保證濺射工藝穩(wěn)定性至關(guān)重要。
五、 具體應(yīng)用領(lǐng)域
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 具體功能與作用 | 技術(shù)要求與工藝特點(diǎn) |
| 硬盤核心磁層 | 1. 垂直磁記錄種子層：使用NI-X-Y合金靶濺射沉積種子層，為上層CoCrPt-SiO?磁性記錄層提供垂直晶格取向和細(xì)化的晶粒模板。
2. 熱輔助磁記錄部件：鎳合金（如NiRu）用于制造HAMR磁頭中的接觸墊等部件，要求材料在高溫激光照射下具有穩(wěn)定的機(jī)械與電氣性能。 | 對(duì)薄膜的晶體織構(gòu)、晶粒尺寸均勻性要求達(dá)到原子級(jí)。濺射工藝需實(shí)現(xiàn)大面積超薄薄膜的極致均勻。 |
| 磁卡與磁條 | 用于制備磁條中的高矯頑力磁性涂層。雖然部分低端產(chǎn)品仍采用涂布工藝，但高端或特殊規(guī)格產(chǎn)品已開始采用濺射鎳基合金薄膜，以實(shí)現(xiàn)更精確、更穩(wěn)定的磁性能。 | 更側(cè)重于薄膜磁性能（矯頑力、剩磁）的均勻性和一致性，對(duì)純度的要求相對(duì)低于硬盤介質(zhì)。 |
| 磁傳感器 | 1. 磁阻傳感器薄膜：使用NiFe合金靶制備各向異性磁阻或巨磁阻傳感器中的敏感磁層。
2. 特種傳感器材料：使用Ni-Mn-Ga等記憶合金靶制備磁致伸縮或形狀記憶傳感器薄膜。 | 關(guān)注薄膜的磁電阻變化率、靈敏度、熱穩(wěn)定性及與硅基微加工工藝的兼容性。 |
六、 與其他領(lǐng)域用鎳靶材的對(duì)比分析
| 對(duì)比維度 | 磁記錄領(lǐng)域 | 半導(dǎo)體與微電子 | 顯示面板 | 電池與儲(chǔ)能 | 裝飾與工具鍍膜 |
| 核心要求 | 磁學(xué)性能導(dǎo)向：精確控制薄膜晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸與磁學(xué)性能（矯頑力、各向異性）。 | 電學(xué)可靠性導(dǎo)向：超高純度（常達(dá)5N以上）、超低缺陷密度、作為擴(kuò)散阻擋層或接觸層的電學(xué)穩(wěn)定性。 | 大面積均勻性：超大尺寸靶材（G10.5以上）、鍍膜的光電性能（如透明導(dǎo)電性）均勻。 | 電化學(xué)活性/穩(wěn)定性：作為電極材料或集流體涂層的導(dǎo)電性、與電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性、循環(huán)壽命。 | 表面性能/成本：鍍層色澤（如仿古鎳）、硬度、耐磨耐蝕性，成本控制至關(guān)重要。 |
| 典型材質(zhì) | 鎳基功能合金（Ni-X-Y， NiFe）為主，成分設(shè)計(jì)復(fù)雜。 | 超高純鎳（4N-5N+）為主，或簡單的鎳硅化合物。 | 高純鎳或鎳合金（如用于電極），純度要求高（4N-5N）。 | 鎳或鎳鈷合金，純度要求較高。 | 純鎳或鎳磷合金，純度要求最低（2N-3N）。 |
| 純度要求 | 高（≥99.9%-4N），嚴(yán)格控制磁性雜質(zhì)。 | 極高（4N5-5N+），所有雜質(zhì)元素總量常要求<10ppm。 | 高（4N-5N），保證電學(xué)均勻。 | 中高（3N5-4N5），側(cè)重有害金屬雜質(zhì)控制。 | 低（2N-3N），滿足基本性能即可。 |
| 技術(shù)焦點(diǎn) | 薄膜的納米級(jí)磁結(jié)構(gòu)與外延生長控制。 | 原子級(jí)缺陷控制、超潔凈工藝、與硅工藝的完美兼容。 | 超大靶材的鑄造與焊接均勻性、高利用率濺射。 | 涂層的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、界面阻抗與附著力。 | 反應(yīng)濺射工藝穩(wěn)定性、色彩與光澤重現(xiàn)性。 |
| 市場與認(rèn)證 | 技術(shù)壁壘高，市場由日美及國內(nèi)少數(shù)企業(yè)主導(dǎo)，認(rèn)證周期長（2-3年）。 | 壁壘最高，供應(yīng)鏈安全戰(zhàn)略意義重大，認(rèn)證極其嚴(yán)格。 | 與面板世代線深度綁定，認(rèn)證周期長，成本敏感。 | 認(rèn)證側(cè)重于電化學(xué)性能測試，周期中等。 | 門檻低，市場完全競爭且國產(chǎn)化充分，認(rèn)證簡單。 |
注：在航空航天領(lǐng)域，鎳基高溫合金靶材用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件抗高溫氧化涂層，核心是耐高溫與耐腐蝕。在化工防腐領(lǐng)域，純鎳靶用于沉積耐蝕涂層，更關(guān)注在特定酸堿介質(zhì)中的長期化學(xué)穩(wěn)定性。
七、 未來發(fā)展新領(lǐng)域與方向
面向超高密度存儲(chǔ)的技術(shù)迭代：
熱輔助磁記錄：HAMR技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)推進(jìn)至新高度。未來需要開發(fā)用于近場 transducer 周邊部件（如散熱器、電極）的新型鎳合金靶材，這些材料需在高溫（~300°C）、高激光功率環(huán)境下保持尺寸穩(wěn)定性和低擴(kuò)散率。
能量輔助記錄介質(zhì)：為下一代存儲(chǔ)技術(shù)（如微波輔助記錄）開發(fā)具有更精細(xì)晶界結(jié)構(gòu)、更高熱穩(wěn)定性的復(fù)合種子層材料，鎳基氧化物彌散強(qiáng)化靶材仍是重要研究方向。
超越傳統(tǒng)硬盤的磁存儲(chǔ)應(yīng)用：
固態(tài)磁存儲(chǔ)器：隨著存算一體、類腦計(jì)算興起，基于磁阻效應(yīng)的隨機(jī)存儲(chǔ)器需要性能更優(yōu)的磁性薄膜。開發(fā)用于高自旋極化率磁性層或特殊反鐵磁釘扎層的鎳基合金靶材，是一個(gè)前沿方向。
磁性與自旋電子學(xué)傳感器：用于物聯(lián)網(wǎng)、生物檢測的高靈敏度磁傳感器，需要新型鎳基非晶、多層膜或赫斯勒合金靶材，以實(shí)現(xiàn)更低的噪聲、更高的靈敏度和更優(yōu)的頻率響應(yīng)。
綠色制造與全鏈條自主可控：
靶材回收與再制造：建立從廢舊靶材、加工廢料中高效回收高價(jià)值鎳、鈷、鉑族金屬的閉環(huán)技術(shù)，對(duì)成本控制和資源安全至關(guān)重要。
上游材料自主化：實(shí)現(xiàn)從超高純鎳、鈷原料到復(fù)雜合金靶材制備的全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)自主，是我國突破高端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料瓶頸、保障信息產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈安全的戰(zhàn)略核心。
總而言之，磁記錄用鎳靶材的發(fā)展歷程，是一部隨著存儲(chǔ)密度“摩爾定律”而不斷突破材料極限的微觀史詩。其未來不僅在于現(xiàn)有合金體系的持續(xù)優(yōu)化，更在于為能量輔助記錄、固態(tài)磁存儲(chǔ)等顛覆性技術(shù)提供全新的材料解決方案，并通過智能化制造與綠色循環(huán)，構(gòu)建安全、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
