磁记录用镍靶材，作为物理气相沉积（PVD）技术的核心溅射源材料，专用于在磁盘、磁带或传感器基片上制备具有特定磁性能的功能性薄膜。随着数据存储密度从传统水平记录向垂直磁记录乃至热辅助磁记录演进，对记录介质薄膜的晶粒尺寸、取向与热稳定性的要求达到了纳米级精度，这使得高性能镍基合金靶材从“可选”变为“必需”，成为实现高密度、高稳定性数据存储的物质基础。
一、 定义与材质
定义：磁记录用镍靶材，特指用于磁控溅射工艺，以高纯镍或镍基合金为主要成分，旨在沉积构成磁记录介质关键功能层（如种子层、磁性层）的固态靶材。在真空腔体内，高能粒子轰击靶材表面，使镍及其合金原子被溅射出来，精确沉积于基片，形成控制数据存储性能的纳米薄膜。
主要材质：
| 材质类别 | 典型成分与示例 | 核心功能与设计目的 |
| 镍基二元/三元合金靶 | NI-X, NI-Y, NI-X-Y 合金 (X、Y为特定添加元素) | 这是垂直磁记录介质种子层的核心材料。通过添加特定元素，调控沉积薄膜的晶格常数和微观结构，为上层磁性记录层提供晶粒细化、降低晶格失配的完美外延生长模板。 |
| 镍铁（NiFe）合金靶 | Ni₈₀Fe₂₀ (坡莫合金)、Ni₄₅Fe₅₅等高Fe含量合金 | 传统用于薄膜磁头磁芯，具有高磁导率、低矫顽力等软磁特性。在传感器领域，用于制备磁阻传感器等薄膜器件。 |
| 氧化物弥散强化合金靶 | 上述镍合金与金属氧化物进一步合金化 | 旨在形成颗粒状微观结构的种子层薄膜：金属晶粒被富氧晶界包围。这种结构能更有效地细化上层磁性晶粒、抑制晶粒间交换耦合，是提升记录介质信噪比的关键技术路径。 |
| 特种功能镍合金靶 | Ni-Mn-Ga等磁驱动记忆合金 | 用于制备新型磁传感器或微执行器薄膜，利用其独特的磁致形状记忆效应。 |
二、 关键性能特点
磁记录领域对镍靶材的要求，完全服务于最终薄膜的磁记录功能，核心可概括为 “结构调控”、“极致均匀”与“性能精确”。
精确的晶格匹配与结构导向性：靶材的合金成分（元素X、Y的种类与含量）需经过精心设计，确保溅射所得薄膜具有特定的晶体结构和晶格常数。这层薄膜作为种子层，必须与上层钴铬铂（CoCrPt）等磁性记录层实现近乎完美的晶格匹配，以诱导其形成尺寸均一、取向一致（尤其是垂直取向）的磁性晶粒，这是实现高密度垂直磁记录的先决条件。
细化晶粒与隔离晶界的能力：无论是通过合金元素偏聚，还是通过引入氧化物晶界，靶材的终极目标是沉积出能够有效隔离相邻磁性晶粒的薄膜结构。这能降低介质噪声，是提升存储面密度的关键。
极高的纯度与微观均匀性：靶材纯度是基础。高纯度（通常≥99.9%）确保薄膜成分纯净，避免杂质引入磁性干扰中心。同时，靶材内部必须实现纳米尺度的成分与组织均匀，任何偏析或缺陷都会在沉积薄膜中被放大，导致磁性能不均一。
优异的加工与热稳定性：在溅射过程中及后续薄膜热处理时，靶材成分与结构需保持稳定。对于用于热辅助磁记录（HAMR）相关部件的镍合金，还需考虑其在高温下的抗氧化与抗扩散性能。
三、 主要执行标准
磁记录用镍靶材遵循严格的标准，其中国家标准与客户定制协议并重。
国家标准：《GB/T 44759-2024 高纯镍靶材》 是最新、最核心的国家标准。它明确了用于半导体、磁记录等领域的高纯镍靶材的化学成分（主成分≥99.99%，杂质分三级管控）、物理性能（平均晶粒度≤100μm）、焊接质量（钎焊结合率≥95%）等14项关键技术指标。该标准于2024年10月发布，2025年5月1日正式实施。
企业标准与客户协议：实际生产中，硬盘制造商（如希捷、西部数据）会提出远高于通用标准的定制化技术协议，对合金靶材的具体成分、晶粒取向、缺陷密度、绑定焊接的超声波探伤合格率（要求100%）等进行极其严苛的规定。这是靶材供应商进入供应链的主要技术门槛。
四、 加工工艺、关键技术及流程
高品质磁记录镍靶材的制造是粉末冶金或熔铸技术与精密热加工的深度结合。
1. 核心加工流程：
高纯原料准备（镍及合金元素粉末/锭）→ 成型制备（粉末冶金或熔铸）→ 致密化加工（热等静压或锻造）→ 热处理（均匀化/再结晶退火）→ 精密机械加工 → 背板焊接（与无氧铜背板扩散焊或钎焊）→ 精密加工与超净清洗 → 全指标检测与真空包装。
2. 关键技术环节：
合金成分均匀化技术：采用粉末冶金或特定熔铸加工技术是主流。粉末冶金法能更好地实现多组元（尤其是含氧化物）的均匀混合，而先进的熔铸技术结合后续均匀化热处理，是保证铸锭成分无偏析的关键。
微观组织纳米化调控技术：通过大变形量热机械加工（如轧制、锻造）和精确的再结晶退火，将靶材晶粒尺寸控制在微米级以下，并确保晶粒尺寸分布均匀，以满足标准中晶粒度≤100μm的要求，并为薄膜的均匀性奠定基础。
超高纯冶炼与洁净控制：采用真空感应熔炼、电子束熔炼等技术，严格控制氧、硫等杂质含量。全过程在超净环境下进行，防止污染。
无缺陷焊接与精密加工技术：靶材与背板的焊接结合率必须≥95%，并通过100%超声波探伤。高精度数控加工确保靶材尺寸和平整度满足安装要求，这对保证溅射工艺稳定性至关重要。
五、 具体应用领域
| 应用领域 | 具体功能与作用 | 技术要求与工艺特点 |
| 硬盘核心磁层 | 1. 垂直磁记录种子层：使用NI-X-Y合金靶溅射沉积种子层，为上层CoCrPt-SiO₂磁性记录层提供垂直晶格取向和细化的晶粒模板。
2. 热辅助磁记录部件：镍合金（如NiRu）用于制造HAMR磁头中的接触垫等部件，要求材料在高温激光照射下具有稳定的机械与电气性能。 | 对薄膜的晶体织构、晶粒尺寸均匀性要求达到原子级。溅射工艺需实现大面积超薄薄膜的极致均匀。 |
| 磁卡与磁条 | 用于制备磁条中的高矫顽力磁性涂层。虽然部分低端产品仍采用涂布工艺，但高端或特殊规格产品已开始采用溅射镍基合金薄膜，以实现更精确、更稳定的磁性能。 | 更侧重于薄膜磁性能（矫顽力、剩磁）的均匀性和一致性，对纯度的要求相对低于硬盘介质。 |
| 磁传感器 | 1. 磁阻传感器薄膜：使用NiFe合金靶制备各向异性磁阻或巨磁阻传感器中的敏感磁层。
2. 特种传感器材料：使用Ni-Mn-Ga等记忆合金靶制备磁致伸缩或形状记忆传感器薄膜。 | 关注薄膜的磁电阻变化率、灵敏度、热稳定性及与硅基微加工工艺的兼容性。 |
六、 与其他领域用镍靶材的对比分析
| 对比维度 | 磁记录领域 | 半导体与微电子 | 显示面板 | 电池与储能 | 装饰与工具镀膜 |
| 核心要求 | 磁学性能导向：精确控制薄膜晶体结构、晶粒尺寸与磁学性能（矫顽力、各向异性）。 | 电学可靠性导向：超高纯度（常达5N以上）、超低缺陷密度、作为扩散阻挡层或接触层的电学稳定性。 | 大面积均匀性：超大尺寸靶材（G10.5以上）、镀膜的光电性能（如透明导电性）均匀。 | 电化学活性/稳定性：作为电极材料或集流体涂层的导电性、与电解质的界面稳定性、循环寿命。 | 表面性能/成本：镀层色泽（如仿古镍）、硬度、耐磨耐蚀性，成本控制至关重要。 |
| 典型材质 | 镍基功能合金（Ni-X-Y， NiFe）为主，成分设计复杂。 | 超高纯镍（4N-5N+）为主，或简单的镍硅化合物。 | 高纯镍或镍合金（如用于电极），纯度要求高（4N-5N）。 | 镍或镍钴合金，纯度要求较高。 | 纯镍或镍磷合金，纯度要求最低（2N-3N）。 |
| 纯度要求 | 高（≥99.9%-4N），严格控制磁性杂质。 | 极高（4N5-5N+），所有杂质元素总量常要求<10ppm。 | 高（4N-5N），保证电学均匀。 | 中高（3N5-4N5），侧重有害金属杂质控制。 | 低（2N-3N），满足基本性能即可。 |
| 技术焦点 | 薄膜的纳米级磁结构与外延生长控制。 | 原子级缺陷控制、超洁净工艺、与硅工艺的完美兼容。 | 超大靶材的铸造与焊接均匀性、高利用率溅射。 | 涂层的导电网络结构、界面阻抗与附着力。 | 反应溅射工艺稳定性、色彩与光泽重现性。 |
| 市场与认证 | 技术壁垒高，市场由日美及国内少数企业主导，认证周期长（2-3年）。 | 壁垒最高，供应链安全战略意义重大，认证极其严格。 | 与面板世代线深度绑定，认证周期长，成本敏感。 | 认证侧重于电化学性能测试，周期中等。 | 门槛低，市场完全竞争且国产化充分，认证简单。 |
注：在航空航天领域，镍基高温合金靶材用于发动机部件抗高温氧化涂层，核心是耐高温与耐腐蚀。在化工防腐领域，纯镍靶用于沉积耐蚀涂层，更关注在特定酸碱介质中的长期化学稳定性。
七、 未来发展新领域与方向
面向超高密度存储的技术迭代：
热辅助磁记录：HAMR技术将数据存储推进至新高度。未来需要开发用于近场 transducer 周边部件（如散热器、电极）的新型镍合金靶材，这些材料需在高温（~300°C）、高激光功率环境下保持尺寸稳定性和低扩散率。
能量辅助记录介质：为下一代存储技术（如微波辅助记录）开发具有更精细晶界结构、更高热稳定性的复合种子层材料，镍基氧化物弥散强化靶材仍是重要研究方向。
超越传统硬盘的磁存储应用：
固态磁存储器：随着存算一体、类脑计算兴起，基于磁阻效应的随机存储器需要性能更优的磁性薄膜。开发用于高自旋极化率磁性层或特殊反铁磁钉扎层的镍基合金靶材，是一个前沿方向。
磁性与自旋电子学传感器：用于物联网、生物检测的高灵敏度磁传感器，需要新型镍基非晶、多层膜或赫斯勒合金靶材，以实现更低的噪声、更高的灵敏度和更优的频率响应。
绿色制造与全链条自主可控：
靶材回收与再制造：建立从废旧靶材、加工废料中高效回收高价值镍、钴、铂族金属的闭环技术，对成本控制和资源安全至关重要。
上游材料自主化：实现从超高纯镍、钴原料到复杂合金靶材制备的全产业链核心技术自主，是我国突破高端数据存储材料瓶颈、保障信息产业供应链安全的战略核心。
总而言之，磁记录用镍靶材的发展历程，是一部随着存储密度“摩尔定律”而不断突破材料极限的微观史诗。其未来不仅在于现有合金体系的持续优化，更在于为能量辅助记录、固态磁存储等颠覆性技术提供全新的材料解决方案，并通过智能化制造与绿色循环，构建安全、可持续的产业生态。
