钨钛靶材的车削方法与流程

本发明涉及靶材技术领域，尤其涉及一种钨钛靶材的车削方法。

背景技术：

磁控溅射是一种利用带电粒子轰击靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀沉积在衬底上的基片镀膜工艺。磁控溅射以溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好，以及优异的金属镀膜均匀性和可控性强等优势成为了最优异的基片镀膜工艺，并被广泛地应用于如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等电子及信息产业的镀膜工艺中。随着电子信息产业的高速发展，如集成电路制造过程中，芯片的基片尺寸不断提高，而电子器件尺寸不断减小，集成电路的电子器件集成度不断提高，因而对于磁控溅射的镀膜的均匀度等要求不断提高。

相应地，对于作为磁控溅射的镀膜质量的关键因素，磁控溅射所使用的靶材的质量也不断提高。如靶材的表面的质量对后续的磁控溅射具有重要影响。

钨钛靶材的为粉末冶金工艺制作。通常的钨钛硬质合金材料可以用磨削方法加工，保证其表面质量。但是钨钛靶材的加工需要涉及到圆弧或不规则形状的加工，而磨削方法很难加工有弧度或锥度的形状。因此，钨钛靶材的通常只能通过车削加工。但是，一方面钨在室温下呈脆性，成粉末状，且硬度很高；另一方面，钛合金强度高且硬度大，钛成粉末状时，容易燃烧。而钨钛靶材综合了上述两种特性。上述原因导致车削加工钨钛靶材时，要求设备功率大，模具和刀具应有较高的强度和硬度。

使用车削加工方法加工钨钛靶材过程中，如果加工参数选择不合理，就会造成产品棱角出现崩角的情况，并且刀具出现崩裂或者加工时出现火花等问题。并且，由于加工材料硬度高，加工刀具磨损快，在车削过程中，一旦刀具磨损，会反过来造成产品棱角出现崩角，达不到成品靶材的要求。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种钨钛靶材的车削方法，以提高所形成的钨钛靶材的质量，并且减缓刀具的磨损。

为解决上述问题，本发明提供一种钨钛靶材的车削方法，包括：

提供钨钛靶材的坯料；

采用第一刀具对所述钨钛靶材的坯料进行第一车削，所述第一刀具切削刃的夹角为80°；

在所述第一车削后，采用第二刀具对所述钨钛靶材的坯料进行第二车削，所述第二刀具切削刃的夹角为35°～55°。

可选的，所述第一车削采用的主轴转速为30r/min～200r/min，采用的进给量为0.05mm/r～0.20mm/r。

可选的，所述第一车削采用的吃刀量为0.05mm～0.25mm。

可选的，所述第二车削采用的主轴转速为30r/min～120r/min，采用的进给量为0.05mm/r～0.15mm/r。

可选的，所述第二车削采用的吃刀量为0.05mm～0.20mm。

可选的，所述第一刀具的主后角为5°～11°。

可选的，所述第二刀具的主后角为5°～11°。

可选的，所述第一刀具和第二刀具的至少其中之一具有断屑槽。

可选的，所述第一刀具和第二刀具的至少其中之一具有涂层。

可选的，所述涂层的材料为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或Al₂O₃。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，先采用第一刀具对产品进行第一车削，然后对背板进行加工，再采用第二刀具对产品进行第二车削，而且第二刀具切削刃的夹角小于第一刀具切削刃的夹角，两个刀具的夹角进行了特别选取，从而保证最终产品的车削质量高。

同时，本发明的技术方案中，通过进行两次不同的车削过程，并且第一车削过程中，采用切削刃的夹角为80°的第一刀具，由于此时是初次车削，对钨钛靶材产品表面质量的要求相对会低些，因此，用具有80°夹角的第一刀具，保证第一车削过程中对产品具有较大的切削强度。在第二车削过程中，采用切削刃的夹角为35°～55°的第二刀具，此时钨钛靶材产品的表面质量要求比较高，用夹角为35°～55°以确保产品不会崩角，保证最终得到的钨钛靶材产品质量良好，同时，所述方法还能够有效减缓刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。

进一步，所述第一刀具的主后角为5°～11°，将所述第一刀具的主后角控制在5°～11°，可以使所述第一刀具具备锋利并且更不易磨损的性能，而第一刀具更加不易磨损，可以反过来保证钨钛靶材产品的质量更加稳定。

进二步，所述第二刀具的主后角为5°～11°，将所述第二刀具的主后角控制在5°～11°，可以使所述第二刀具具备锋利并且更不易磨损的性能，而第二刀具更加不易磨损，可以反过来保证钨钛靶材产品的质量更加稳定。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的钨钛靶材示意图；

图2是本发明实施例所提供的背板示意图；

图3是将图1所示钨钛靶材和图2所示背板焊接成的钨钛靶材组件示意图；

图4是本发明实施例所提供的第一刀具立体结构示意图；

图5是图4所示第一刀具俯视结构示意图；

图6是图4所示第一刀具剖面结构示意图；

图7是本发明实施例所提供的第二刀具立体结构示意图；

图8是图7所示第二刀具俯视结构示意图；

图9是图7所示第二刀具剖面结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有方法中，对钨钛靶材产品的车削加工效果不佳。并且，钨钛作为硬质合金材料的主要成分，在刀具中使用非常广泛，反过来可以证明，钨钛靶材的加工具有较大难度。

为此，本发明提供一种钨钛靶材的车削方法，先采用第一刀具对产品进行第一车削，然后对背板进行加工，再采用第二刀具对产品进行第二车削，而且第二刀具切削刃的夹角小于第一刀具切削刃的夹角，两个刀具的夹角进行了特别选取，从而保证最终产品的车削质量高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种钨钛靶材的车削方法，请结合参考图1至图9。

请结合参考图1和图2，提供钨钛靶材100和背板200。钨钛靶材100包括第一表面100A、第二表面100B和第三表面100C，其中第三表面100C为焊接面。背板200包括第一表面200A、第二表面200B和第三表面200C，其中第一表面200A的至少其中一部分为焊接面。

本实施例中，钨钛靶材100的形成方法可以为：将钨钛合金粉末放入真空热压烧结模具内，根据钨钛靶材成品的尺寸要求来选择真空热压烧结模具的尺寸；对装填在真空热压烧结模具内的钨钛合金粉末进行压实，例如可用不锈钢钢板来压实装填在真空热压烧结模具内的钨钛合金粉末；将装填有钨钛合金粉末的真空热压烧结模具放入真空热压烧结炉中，进行真空热压烧结，得到单个钨钛合金靶材坯料，钨钛合金靶材坯料的尺寸接近钨钛靶材成品尺寸；对钨钛靶材100坯料进行进一步的机械加工，以得到钨钛靶材100。其它实施例中，也可以其它方法形成钨钛靶材100。

本实施例中，背板200可以为铜背板或者铝背板。

请参考图3，将钨钛靶材100和背板200焊接在一起，形成钨钛靶材组件300。具体将钨钛靶材100的第三表面100C和背板200的第一表面200A焊接在一起。

本实施例中，可以对钨钛靶材100焊接面进行镀镍处理，以使钨钛靶材100与背板200焊接时焊料能更均匀的分布在两者之间，增加两者的焊接牢靠 度。

请结合参考图4和图6，采用第一刀具400对钨钛靶材组件300中的钨钛靶材100进行第一车削。

图4显示第一刀具400的立体结构，从图4可知，第一刀具400具有装配孔400a。第一刀具400的两头均为切削刃。第一刀具400可以采用硬质合金材料制作。

图5显示第一刀具400的俯视结构，从图5可知，第一刀具400切削刃的夹角φ为80°。

由于钨钛靶材100产品加工对刀具的磨损比较快，因此通常可以采用标准的车削刀片，以保证产品的尺寸稳定，并且保证磨损后车削刀片更换方便。而常用的标准刀切削刃具有90°、80°、55°和35°几种夹角。本实施例中，考虑到在第一车削过程中，对钨钛靶材100产品表面质量要求相对会低些，并为保证刀片的强度及排屑较易，选最合理的80°作为第一刀具400的切削刃夹角φ。

图6显示第一刀具400的剖面结构，从图6可知，第一刀具400的主后角θ为5°～11°(刀具前刀面与基面之间的夹角称为前角，主后刀面与切削平面之间的夹角称为主后角，如图6所示)。第一刀具400需要具备锋利且不易磨损的特点，因此，采用主后角θ为5°～11°的刀具，具体主后角θ可以为5°、7°、9°或11°。主后角θ在此范围内的刀具能够使刀具更不容易磨损，从而保证钨钛靶材100产品的质量更稳定些。

从图4和图6结合可知，第一刀具400上表面具有断屑槽401。断屑槽401有利于切削过程中，断屑更容易且更及时地排出，从而不影响后续的车削过程。

本实施例中，第一刀具400可以具有涂层。第一刀具400带有涂层时，其耐磨性能会更好，从而使第一刀具400更加不易磨损，进一步保证钨钛靶材100产品的质量更稳定。

本实施例中，所述涂层的材料可以为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或Al₂O₃。

本实施例中，所述第一车削采用的主轴转速为30r/min～200r/min(转/分钟)。在所述第一车削过程中，在主轴转速超过200r/min时，第一刀具400的磨损比较快，并且在车削过程中，会出现火星的情况。因此，本实施例将主轴转速控制在200r/min以下，从而防止火星的出现。此外，将主轴转速控制在30r/min以上，以保证车削效率。

本实施例中，所述第一车削采用的进给量为0.05mm/r～0.20mm/r(毫米/转)。进给量在0.05mm/r～0.20mm/r时，第一刀具400的磨损及出现火星的情况都被控制在比较理想的范围，在进给量超过0.20mm/r时，则第一刀具400会出现火星，并且磨损情况严重，并且紧跟随的是产品棱角出现崩角。而在进给量低于0.05mm/r时，车削周期较长。因此，本实施例，将进给量控制在0.05mm/r～0.20mm/r。

本实施例中，所述第一车削采用的吃刀量为0.05mm～0.25mm(毫米)。吃刀量在超过0.2mm时，刀具磨损快，加工过程易出现火星，且棱角比较容易崩角的情况，而吃刀量在0.05mm～0.25mm时，产品不会出现崩角情况。

本实施例所提供的第一车削在背板200加工前进行，并且使用耐磨性能好且车削强度高的第一刀具400，同时经过上述工艺参数的选取，从而将产品的表面加工平整。

图中虽未显示，但在所述第一车削后，对钨钛靶材组件300的背板200进行加工。

本实施例中，，对钨钛靶材组件300的背板200进行加工包括在背板200上制作安装孔、螺丝孔和排气槽的至少其中之一。安装孔用于后续将钨钛靶材组件300安装在机台上，例如磁控溅射设备上。螺丝孔用于锁入螺杆，所述螺杆用于整个钨钛靶材组件300的提取和移动，从而避免直接接触背板200或者钨钛靶材100，从而保证钨钛靶材组件300的性能。排气槽制作在背板200第一表面未焊接钨钛靶材100的部分，用于后续与密封环配合完成抽真空处理。

请结合参考图7至图9，在对钨钛靶材组件300的背板200进行加工后，采用第二刀具500对钨钛靶材100的坯料进行第二车削。第二刀具500可以 采用硬质合金材料制作。

图7显示第二刀具500的立体结构，从图7可知，第二刀具500具有装配孔500a。第二刀具500的两头均为切削刃。

图8显示第二刀具500的俯视结构，从图8可知，第二刀具500切削刃的夹角α为35°～55°。

第二车削要求使钨钛靶材100产品的表面质量达到较高的要求，并且排屑需要更好些，采用35°～55°切削刃夹角的刀具，从而一方面增加排屑能力，另一方面，使刀具更加锋利。具体的，第二刀具500切削刃的夹角α可以为35°、45°或55°等。

图9显示第二刀具500的剖面结构，从图6可知，第二刀具500的主后角β为5°～11°。

第二刀具500同样需要具备锋利且不易磨损的特点，因此，采用主后角β为5°～11°的刀具，具体主后角β可以为5°、7°、9°或11°。主后角β在此范围内的刀具能够使刀具更不容易磨损，从而保证钨钛靶材100产品的质量更稳定些。

从图7和图9结合可知，第二刀具500上表面具有断屑槽501。断屑槽501有利于切削过程中，断屑更容易且更及时排出，从而不影响后续的车削过程。

本实施例中，第二刀具500可以具有涂层。第二刀具500带有涂层时，其耐磨性能会更好，从而使第二刀具500更加不易磨损，进一步保证钨钛靶材100产品的质量更稳定。

本实施例中，所述涂层的材料可以为TiC、TiN、TiCN、TiAlN或Al₂O₃。

本实施例中，所述第二车削采用的主轴转速为30r/min～120r/min，在主轴转速超过120r/min时，第二刀具500磨损比较快，并车削过程中，会出现火星的情况。因此，将主轴转速控制在120r/min以下。同时，为了考虑到车削效率，通常将第二车削采用的主轴转速控制在30r/min以上。

本实施例中，所述第二车削采用的进给量为0.05mm/r～0.15mm/r。在进给 量为0.05mm/r～0.15mm/r时，第二刀具500磨损及出现火星的情况得到比较理想的控制，而进给量一旦超过0.15mm/r时，第二刀具500会出现火星，跟随的是产品棱角会出现崩角。

本实施例中，所述第二车削采用的吃刀量为0.05mm～0.20mm。吃刀量超过0.2mm时，第二刀具500磨损快，需要较快地更换刀具，并且产品的棱角比较容易崩角的情况，而吃刀量低于0.05mm时，加工过程太过缓慢。

本实施例所进行的第二车削过程中，第二刀具500比第一刀具400更加锋利，并且排屑作用更好，因此，第二车削进行后，产品表面的质量会很好。

需要特别说明的是，现有方法通常在对背板200加工之后，再进行车削，此时，相应的车削过程会影响加工过程形成的安装孔、螺丝孔或者排气槽等。另一种现有方法是在车削过程之后，再对背板200加工，这种方式会影响车削加工后的产品表面质量，导致车削效果大幅下降。而本实施例所提供的钨钛靶材的车削方法中，先采用第一刀具400对产品进行第一车削，然后对背板200进行加工，再采用第二刀具500对产品进行第二车削，而且第二刀具500切削刃的夹角小于第一刀具400切削刃的夹角，两个刀具的夹角进行了特别选取，从而保证最终产品的车削质量高。

本实施例所提供的钨钛靶材的车削方法中，通过进行两次不同的车削过程，并且第一车削过程中，采用切削刃的夹角为80°的第一刀具400，由于此时是初次车削，对钨钛靶材100产品表面质量的要求相对会低些，因此，用具有80°夹角的第一刀具400，保证第一车削过程中对产品具有较大的切削强度。在第二车削过程中，采用切削刃的夹角为35°～55°的第二刀具500，此时钨钛靶材100产品的表面质量要求比较高，用夹角为35°～55°以确保产品不会崩角，保证最终得到的钨钛靶材100产品质量良好，同时，所述方法还能够有效减缓刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。

在没有使用本实施所提供的钨钛靶材的车削方法时，每车一刀都会出现火星，大多情况下在第二刀车削时棱角会出现崩角的情况，产品没有办法加工。而采用本方案后，相应的刀具情况在直径300mm且厚度10mm的圆柱体上，对侧面车削加工5mm左右，产品棱角不会有崩角的情况，对端面加工1mm 左右，产品棱角也不会出现崩角的情况。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。