磁記錄用鎳靶材，作為物理氣相沉積（PVD）技術的核心濺射源材料，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。隨著數據存儲密度從傳統水平記錄向垂直磁記錄乃至熱輔助磁記錄演進，對記錄介質薄膜的晶粒尺寸、取向與熱穩定性的要求達到了納米級精度，這使得高性能鎳基合金靶材從“可選”變為“必需”，成為實現高密度、高穩定性數據存儲的物質基礎。
一、 定義與材質
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，旨在沉積構成磁記錄介質關鍵功能層（如種子層、磁性層）的固態靶材。在真空腔體內，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，形成控制數據存儲性能的納米薄膜。
主要材質：
| 材質類別 | 典型成分與示例 | 核心功能與設計目的 |
| 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種子層的核心材料。通過添加特定元素，調控沉積薄膜的晶格常數和微觀結構，為上層磁性記錄層提供晶粒細化、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 | 傳統用于薄膜磁頭磁芯，具有高磁導率、低矯頑力等軟磁特性。在傳感器領域，用于制備磁阻傳感器等薄膜器件。 |
| 氧化物彌散強化合金靶 | 上述鎳合金與金屬氧化物進一步合金化 | 旨在形成顆粒狀微觀結構的種子層薄膜：金屬晶粒被富氧晶界包圍。這種結構能更有效地細化上層磁性晶粒、抑制晶粒間交換耦合，是提升記錄介質信噪比的關鍵技術路徑。 |
| 特種功能鎳合金靶 | Ni-Mn-Ga等磁驅動記憶合金 | 用于制備新型磁傳感器或微執行器薄膜，利用其獨特的磁致形狀記憶效應。 |
二、 關鍵性能特點
磁記錄領域對鎳靶材的要求，完全服務于最終薄膜的磁記錄功能，核心可概括為 “結構調控”、“極致均勻”與“性能精確”。
精確的晶格匹配與結構導向性：靶材的合金成分（元素X、Y的種類與含量）需經過精心設計，確保濺射所得薄膜具有特定的晶體結構和晶格常數。這層薄膜作為種子層，必須與上層鈷鉻鉑（CoCrPt）等磁性記錄層實現近乎完美的晶格匹配，以誘導其形成尺寸均一、取向一致（尤其是垂直取向）的磁性晶粒，這是實現高密度垂直磁記錄的先決條件。
細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，靶材的終極目標是沉積出能夠有效隔離相鄰磁性晶粒的薄膜結構。這能降低介質噪聲，是提升存儲面密度的關鍵。
極高的純度與微觀均勻性：靶材純度是基礎。高純度（通?！?9.9%）確保薄膜成分純凈，避免雜質引入磁性干擾中心。同時，靶材內部必須實現納米尺度的成分與組織均勻，任何偏析或缺陷都會在沉積薄膜中被放大，導致磁性能不均一。
優異的加工與熱穩定性：在濺射過程中及后續薄膜熱處理時，靶材成分與結構需保持穩定。對于用于熱輔助磁記錄（HAMR）相關部件的鎳合金，還需考慮其在高溫下的抗氧化與抗擴散性能。
三、 主要執行標準
磁記錄用鎳靶材遵循嚴格的標準，其中國家標準與客戶定制協議并重。
國家標準：《GB/T 44759-2024 高純鎳靶材》 是最新、最核心的國家標準。它明確了用于半導體、磁記錄等領域的高純鎳靶材的化學成分（主成分≥99.99%，雜質分三級管控）、物理性能（平均晶粒度≤100μm）、焊接質量（釬焊結合率≥95%）等14項關鍵技術指標。該標準于2024年10月發布，2025年5月1日正式實施。
企業標準與客戶協議：實際生產中，硬盤制造商（如希捷、西部數據）會提出遠高于通用標準的定制化技術協議，對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%）等進行極其嚴苛的規定。這是靶材供應商進入供應鏈的主要技術門檻。
四、 加工工藝、關鍵技術及流程
高品質磁記錄鎳靶材的制造是粉末冶金或熔鑄技術與精密熱加工的深度結合。
1. 核心加工流程：
高純原料準備（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/再結晶退火）→ 精密機械加工 → 背板焊接（與無氧銅背板擴散焊或釬焊）→ 精密加工與超凈清洗 → 全指標檢測與真空包裝。
2. 關鍵技術環節：
合金成分均勻化技術：采用粉末冶金或特定熔鑄加工技術是主流。粉末冶金法能更好地實現多組元（尤其是含氧化物）的均勻混合，而先進的熔鑄技術結合后續均勻化熱處理，是保證鑄錠成分無偏析的關鍵。
微觀組織納米化調控技術：通過大變形量熱機械加工（如軋制、鍛造）和精確的再結晶退火，將靶材晶粒尺寸控制在微米級以下，并確保晶粒尺寸分布均勻，以滿足標準中晶粒度≤100μm的要求，并為薄膜的均勻性奠定基礎。
超高純冶煉與潔凈控制：采用真空感應熔煉、電子束熔煉等技術，嚴格控制氧、硫等雜質含量。全過程在超凈環境下進行，防止污染。
無缺陷焊接與精密加工技術：靶材與背板的焊接結合率必須≥95%，并通過100%超聲波探傷。高精度數控加工確保靶材尺寸和平整度滿足安裝要求，這對保證濺射工藝穩定性至關重要。
五、 具體應用領域
| 應用領域 | 具體功能與作用 | 技術要求與工藝特點 |
| 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定的機械與電氣性能。 | 對薄膜的晶體織構、晶粒尺寸均勻性要求達到原子級。濺射工藝需實現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。雖然部分低端產品仍采用涂布工藝，但高端或特殊規格產品已開始采用濺射鎳基合金薄膜，以實現更精確、更穩定的磁性能。 | 更側重于薄膜磁性能（矯頑力、剩磁）的均勻性和一致性，對純度的要求相對低于硬盤介質。 |
| 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。 | 關注薄膜的磁電阻變化率、靈敏度、熱穩定性及與硅基微加工工藝的兼容性。 |
六、 與其他領域用鎳靶材的對比分析
| 對比維度 | 磁記錄領域 | 半導體與微電子 | 顯示面板 | 電池與儲能 | 裝飾與工具鍍膜 |
| 核心要求 | 磁學性能導向：精確控制薄膜晶體結構、晶粒尺寸與磁學性能（矯頑力、各向異性）。 | 電學可靠性導向：超高純度（常達5N以上）、超低缺陷密度、作為擴散阻擋層或接觸層的電學穩定性。 | 大面積均勻性：超大尺寸靶材（G10.5以上）、鍍膜的光電性能（如透明導電性）均勻。 | 電化學活性/穩定性：作為電極材料或集流體涂層的導電性、與電解質的界面穩定性、循環壽命。 | 表面性能/成本：鍍層色澤（如仿古鎳）、硬度、耐磨耐蝕性，成本控制至關重要。 |
| 典型材質 | 鎳基功能合金（Ni-X-Y， NiFe）為主，成分設計復雜。 | 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），嚴格控制磁性雜質。 | 極高（4N5-5N+），所有雜質元素總量常要求<10ppm。 | 高（4N-5N），保證電學均勻。 | 中高（3N5-4N5），側重有害金屬雜質控制。 | 低（2N-3N），滿足基本性能即可。 |
| 技術焦點 | 薄膜的納米級磁結構與外延生長控制。 | 原子級缺陷控制、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。 | 涂層的導電網絡結構、界面阻抗與附著力。 | 反應濺射工藝穩定性、色彩與光澤重現性。 |
| 市場與認證 | 技術壁壘高，市場由日美及國內少數企業主導，認證周期長（2-3年）。 | 壁壘最高，供應鏈安全戰略意義重大，認證極其嚴格。 | 與面板世代線深度綁定，認證周期長，成本敏感。 | 認證側重于電化學性能測試，周期中等。 | 門檻低，市場完全競爭且國產化充分，認證簡單。 |
注：在航空航天領域，鎳基高溫合金靶材用于發動機部件抗高溫氧化涂層，核心是耐高溫與耐腐蝕。在化工防腐領域，純鎳靶用于沉積耐蝕涂層，更關注在特定酸堿介質中的長期化學穩定性。
七、 未來發展新領域與方向
面向超高密度存儲的技術迭代：
熱輔助磁記錄：HAMR技術將數據存儲推進至新高度。未來需要開發用于近場 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）、高激光功率環境下保持尺寸穩定性和低擴散率。
能量輔助記錄介質：為下一代存儲技術（如微波輔助記錄）開發具有更精細晶界結構、更高熱穩定性的復合種子層材料，鎳基氧化物彌散強化靶材仍是重要研究方向。
超越傳統硬盤的磁存儲應用：
固態磁存儲器：隨著存算一體、類腦計算興起，基于磁阻效應的隨機存儲器需要性能更優的磁性薄膜。開發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，是一個前沿方向。
磁性與自旋電子學傳感器：用于物聯網、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，以實現更低的噪聲、更高的靈敏度和更優的頻率響應。
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值鎳、鈷、鉑族金屬的閉環技術，對成本控制和資源安全至關重要。
上游材料自主化：實現從超高純鎳、鈷原料到復雜合金靶材制備的全產業鏈核心技術自主，是我國突破高端數據存儲材料瓶頸、保障信息產業供應鏈安全的戰略核心。
總而言之，磁記錄用鎳靶材的發展歷程，是一部隨著存儲密度“摩爾定律”而不斷突破材料極限的微觀史詩。其未來不僅在于現有合金體系的持續優化，更在于為能量輔助記錄、固態磁存儲等顛覆性技術提供全新的材料解決方案，并通過智能化制造與綠色循環，構建安全、可持續的產業生態。
