随着半导体、光学工程、航空航天与能源技术的持续升级，薄膜材料的工作环境愈发严苛——更高的温度、更长的服役周期、更强的腐蚀性环境和更复杂的机械负载，都对薄膜涂层提出了新的要求。在众多可用于 PVD / 磁控溅射的材料中，钨硼（Tungsten Boride，WB）以其极高硬度、超高熔点、强耐磨性和优秀耐腐蚀性，成为科研和工业用户为严苛环境薄膜首选的核心材料之一。
苏州科跃材料科技有限公司长期为全球薄膜行业提供高纯钨硼靶材及相关复合体系，本文将深度解析该材料体系的结构机理、薄膜性能、沉积优势、工艺兼容性以及典型应用，并延伸到更高性能的 WNiB、WZrB 等工程化复合靶材。
1. 材料体系解析：什么是钨硼（Tungsten Boride）？
钨硼材料是由难熔金属钨（W）与高硬度元素硼（B）构成的化合物，属于典型的高熵难熔化合物体系（Refractory Borides），结构稳定、致密且化学键强度极高。其常见晶相包括：
● WB：
平衡型材料，兼具适中硬度、电导率与热稳定性。
● WB₂：
典型高硬度陶瓷类化合物，硬度显著高于单一金属 W 或 W₂B。
● WB₄：
超硬材料之一，与部分超硬陶瓷接近，适用于要求极高耐磨性的薄膜场景。
这些材料均可根据薄膜要求定制相结构与 B/W 比例，科跃材料可通过粉末工程与反应烧结控制相占比。
2. 钨硼的微观结构优势
钨硼靶材常呈现以下微结构特征：
- 高致密度（>95% 理论密度）：减少溅射孔洞，提升膜层均匀性
- 细晶粒结构（数微米至亚微米）：有利于降低膜层缺陷
- 强 W–B 共价键：提供材料硬度与耐磨性的根源
- 低氧含量（可控制 <0.1%）：避免薄膜中形成局部氧化缺陷
这些特性可直接影响薄膜性能，如更高硬度、更好界面黏附性、更低薄膜应力、更优耐腐蚀性与耐氧化性等。
3. WB 溅射靶材的核心优势（深度解析）
3.1 极高硬度和耐磨性
WB 系薄膜表面硬度可达到 25–35 GPa（具体随相结构变化），远高于常见金属膜层，可极大提升：
- 抗刮伤能力
- 抗微粒侵蚀能力
- 高速摩擦部件的耐久度
在微机电器件（MEMS）、光学保护膜、刀具涂层等领域具有显著优势。
3.2 卓越的热稳定性
即使在 >1000°C 的极端环境中，WB 薄膜依然可保持晶体结构和薄膜完整性，适用于：
- 高温扩散环境
- 等离子体暴露
- 航天推进部件
- 高温电子器件
相比常见 TiN、CrN，WB 的高温结构稳定性更优。
3.3 强抗腐蚀与耐氧化能力
WB 的氧化膜致密、稳定，可显著减缓高温或强酸碱环境的腐蚀，这使其非常适用于：
- 氢能 / 燃料电池
- 太阳能热电转换器件
- 电化学防护涂层
- 涡轮高温部件
3.4 高致密薄膜 + 良好附着力
科跃材料的 WB 靶材可沉积低缺陷密度薄膜，与 Si、玻璃、氧化物基底均具备高结合强度，薄膜界面缺陷少、稳定性强。
3.5 工艺兼容性强
WB 靶材可用于：
- DC Magnetron Sputtering（适用于导电性较优的 WB）
- RF Sputtering（针对高电阻相 WB₄、WB₂）
- Reactive sputtering（制备 W–B–N 或 W–B–O 功能层）
可覆盖 R&D 到量产线的多种工艺要求。
4. WB 薄膜的典型性能与材料机理
薄膜性能随相结构、工艺气氛、基底温度等有所变化，以下是普遍特征：
硬度：25–35 GPa（B 含量越高越硬）
摩擦系数：0.15–0.30（远低于金属薄膜）
电阻率：50–300 μΩ·cm（WB < WB₂ < WB₄）
工作温度：≥1200°C
抗腐蚀性：极强
这些参数使其在各种高端薄膜工程中极具竞争力。
5. 钨硼溅射靶材的主要应用（深度扩展版）
5.1 半导体与微电子
WB 系薄膜可用于：
- 扩散阻挡层（替代 WSi、TiW 等）
- 栅极材料（改善高温稳定性）
- 高硬度保护层
- 互连金属的抗迁移涂层
在要求高耐久性的高端 IC 与功率器件中具有优势。
5.2 航空航天与国防工业
适用于飞机与火箭发动机的关键部件：
- 涡轮叶片抗氧化涂层
- 超声速气流冲刷部位的耐侵蚀层
- 高温喷嘴（鲁棒性优于 TiAlN）
- 飞行器外层的抗烧蚀涂层
高温性能与抗机械冲击能力是其关键价值。
5.3 精密光学与工程光学镀膜
WB 的高硬度与化学惰性适用于：
- 光学仪器的耐磨保护层
- 工业扫描仪和高端镜头涂层
- 低反射率硬质膜（通过调控厚度）
相比 DLC，WB 在高温下更稳定。
5.4 新能源领域
在氢能与太阳能器件中具有应用潜力：
- 电极保护层（抗腐蚀）
- 太阳能热选择性吸收膜
- 氢储能与电化学电极
WB 的化学稳定性大大提升器件寿命。
5.5 高硬度机械涂层与模具工业
包括：
- 刀具、铣刀涂层
- 注塑模具的抗磨层
- 冷/热冲压模具
- 汽车零部件耐磨涂层
可显著提升耐磨寿命与表面稳定性。
6. 工程化复合体系：WNiB、WZrB 等靶材（进一步提升薄膜性能）
科跃材料可提供多种复合体系，用于解决纯 WB 的脆性或改善特定性能：
6.1 WNiB：提高韧性与膜层延展性
Ni 元素可显著改善：
- WB 薄膜的断裂韧性
- 膜层应力分布
- 低温冲击性能
适用于 MEMS 或高应力器件。
6.2 WZrB：增强耐腐蚀与结构稳定性
Zr 具有强烈亲氧性，可在界面形成稳定氧化膜，使其更适合：
- 强酸/强碱环境
- 电化学高腐蚀区域
- 超高温氧化氛围
在燃料电池与航空发动机中应用潜力巨大。
7. 技术规格（可完全定制）
纯度： 99.5% – 99.99%
尺寸范围：
- 圆形靶 20–205 mm
- 方形/矩形靶
- 旋转靶（大面积镀膜线）
厚度： 3–10 mm 或客户图纸
背板 / 复合结构：
- 铜背板
- 钛背板
- 铟焊或弹性复合
检测项目：
- ICP-MS
- XRF 成分
- 氧氮氢分析
- 显微组织分析
- 密度与孔隙率检测
8. 为什么选择苏州科跃材料科技有限公司？
苏州科跃材料深耕高纯材料与溅射靶材制造，具备以下优势：
① 完整的难熔金属与化合物靶材体系
从粉末工程、烧结、高温 HIP，到表面加工与背板焊接，一站式自有生产。
② 微结构可控
可根据薄膜目标特性（硬度、应力、电阻率）调整：
- 晶相
- B/W 比例
- 氧含量
- 颗粒与致密度
③ 高稳定性批次控制
适用于科研、小批量、多批次一致性要求的高端客户。
④ 全球供应
产品远销美国、欧洲、日本、以色列、澳大利亚等超过 40 个国家地区。
⑤ 强技术支持
从材料选型、溅射工艺参数建议，到薄膜问题分析，均可提供技术支持。
9. 常见问题（FAQ）
Q1：能否提供 WB₂ 或 WB₄ 指定相？
可以，可根据用户膜层硬度需求调整相结构。
Q2：WB 是否适合 RF 溅射？
适用于 RF 与 DC，两者根据靶材电阻率选择。
Q3：可以用在光学镀膜吗？
可以，WB 是极佳的耐磨硬质光学保护膜材料。
Q4：能否提供旋转靶？
支持，可用于大面积生产线。
Q5：能否提供 WNiB、WZrB、WCrB 等复合体系？
可按图纸或性能需求定制。
Q6：薄膜应力较大怎么办？
可通过 B/W 调整、Ni 掺杂或参数建议改善。
Q7：科跃是否提供工艺指导？
可提供膜层结构、气压、偏压、电源匹配等建议。
10. 联系我们
如需定制 WB、WNiB、WZrB、WB₂、WB₄ 等高纯溅射靶材，欢迎联系：
📩 sales@keyuematerials.com
苏州科跃材料科技有限公司
