靶材组件的焊接方法_2

文档序号:8421811阅读:来源:国知局
包括端点),牙型底边的距离Wl为0.44mm?0.7mm (包括端点)。相邻两牙型侧壁间的夹角为牙型角α I等于60度,相邻两牙型之间为螺纹图案的凹槽部分,且相邻两牙型之间的距离为螺距LI等于0.44mm?0.7mm (包括端点)。
[0047]接着,执行步骤S12,将所述至少两个靶材组件坯料叠放至真空包套24内,相连的靶材组件坯料之间具有隔离片23。
[0048]一个靶材组件坯料的形成方法如下:将靶材置于背板凹槽,并且将靶材的待焊接面的凸出结构插入背板凹槽底面或者将背板凹槽底面的凸出结构插入靶材的待焊接面。本实施例中,将所述两个靶材组件坯料进行叠放是指:下层靶材组件坯料的靶材溅射面与上层靶材组件坯料中的背板底面之间具有一个隔离片23。每个所述靶材组件坯料的尺寸相同。
[0049]本实施例中,隔离片23为圆片,隔离片23的直径等于背板22直径。原因如下:隔离片23的直径如果太大,真空包套24在隔离片处会有凸出结构,在热等静压的过程中,该位置处的真空包套会破损;隔离片23的直径如果太小,真空包套24在隔离片处会有下陷结构,在热等静压过程中,该位置处的真空包套同样受力不均,同样会破损。
[0050]根据上述靶材与背板的材料,本实施例中的隔离片23的材料为不锈钢片或铝片。之所以选用不锈钢片或铝片的原因如下:当对真空包套24内的至少两个靶材组件同时焊接时,隔离片23可以防止两个靶材组件坯料之间进行焊接。例如,可以防止下层靶材组件坯料的靶材的溅射面与上层靶材组件坯料中的背板底部进行焊接,从而可以实现多个靶材组件坯料在同一个包套内同时进行焊接。进而提高焊接效率。
[0051]本实施例中,隔离片23的厚度为大于等于0.1mm且小于等于1mm。隔离片23的厚度不能太大,否则,在后续的热等静压过程中,较厚的隔离片23不能很好的进行压力传导,从而影响靶材21待焊接面与凹槽底面之间的焊接结合强度。当然,隔离片23的厚度不能太小,否则,在后续的热等静压过程中,不能承受热等静压压力而出现破损。
[0052]需要说明的是靶材的厚度可以比凹槽深度高预定距离,所述预定距离小于等于1mm。如果预定距离大于Imm,当该祀材安装至凹槽内形成祀材组件,然后,将该祀材组件还料放置真空包套进行热等静压时,真空包套在靶材高于背板的边缘部分会破损。
[0053]本实施例中,真空包套24的作用为防止待焊接靶材组件坯料在加热的情况下发生氧化。需要说明的是,真空包套24的材质选择需满足两个条件,第一个条件为:真空包套24的熔点高于后续加热过程中的温度,否则真空包套在后续加热过程中会熔化;第二个条件为:在后续热等静压焊接中,真空包套24的材质能够实现较佳的压力传导,否则影响后续的靶材组件坯料的焊接质量,本实施例中优选用标号为1060的铝板材制作的铝包套。之所以选用铝包套,是因为,对于上述特定材料的靶材与背板来说,铝包套的热量和压力的传导效果最好。真空包套的厚度为2.5_?3.0_。若真空包套太薄,在后续焊接工艺中,容易破损,造成靶材组件坯料露出和漏气的现象;若真空包套太厚,后续焊接过程中真空包套24不容易实现压力传导。
[0054]真空包套可以通过机械设计,例如CAD,使其形状满足堆叠后的靶材组件坯料的形状,之后将无缝管材或板材经拼接焊在一起形成,因此,真空包套会紧密贴合内置的堆叠的靶材组件坯料的形状而且堆叠的靶材组件坯料尺寸限制,可以实大尺寸靶材组件坯料的焊接。例如,本实施例中,真空包套由两个圆形面和一个侧面拼接成圆柱形状,该圆形面与背板的底面的面积相同,真空包套的侧面与铝背板的侧面、隔离片的侧面相贴合。参考图2,该真空包套上一般留有一个孔25,可以用于从所述真空包套上引出脱气管,该脱气管与抽真空设备连接。
[0055]然后,密封真空包套并留脱气管。密封的工艺可以通过氩弧焊实现,抽真空步骤是通过脱气管完成的。本实施例中,氩弧焊的具体工艺为:氩弧焊的电流为100?200A,氩气流量为10?15L/min。
[0056]接着,将真空设备与所述脱气管连接,对所述真空包套进行抽真空,真空度至少达到10_3pa。然后将真空包套24放入加热炉中进行加预热,温度为第一加热温度范围,接着开始边加热边抽真空,然后进行保温2h?4h (包括端点)。在所述加热保温过程中,需要对真空包套24持续抽真空,继续使真空包套24内的真空度至少达到10_3Pa并且保持10_3Pa。发明人发现,加热温度如果过低,真空包套内的杂质气体不容易全部挥发出来,后续形成的靶材组件容易氧化,从而影响后续形成的靶材组件的焊接强度,所述加热温度如果太高,靶材的晶粒尺寸容易长大。所述保温时间如果太长,增加成本,所述保温时间如果太短,真空度不能持续的保证在10_3Pa,而使得真空包套内的杂质气体不能全部的被抽出包套,同样影响后续形成焊接结合强度。
[0057]其中,第一加热温度与每个所述靶材组件坯料的靶材材料有关,每个所述靶材组件坯料的靶材的材料为钛,背板的材料为铜或铝,所述第一加热温度范围是大于等于250°C且小于等于350°C。每个所述靶材组件坯料的靶材的材料为纯铝,背板的材料为纯铝或铝合金,所述预定温度范围是大于等于100°C且小于等于120°C。每个所述靶材组件坯料的靶材的材料为铝合金,背板的材料为纯铝或铝合金,或者,每个所述靶材组件坯料的靶材的材料为铜,背板的材料为纯铜或铜合金,所述预定温度范围是大于等于200°C且小于等于250。。。
[0058]接着,在继续保持真空包套内部真空的状态下对真空包套进行闭气工艺,即将脱气管封闭,使真空包套内部形成一个密闭的真空环境。所述闭气工艺是通过机械加工和焊接实现,本实施例中,可以用铁锤将真空包套脱气管的尾部砸扁然后用氩弧焊密封。闭气工艺后,所述真空包套的真空度至少为10_3Pa。
[0059]边加热边持续抽真空的目的是,一方面可以增加持续抽真空的容易度,提高抽真空的效率;另一方面,在加热保温的条件下进行闭气工艺时,脱气管会变软,更容易将脱气管的尾部封死。
[0060]接着,执行步骤S13,将所述真空包套放入热等静压炉,利用热等静压工艺将每个靶材组件坯料中的靶材与背板进行焊接,形成至少两个靶材组件;
[0061]所谓热等静压(Hot Isostatic Pressing, HIP)在高温条件下利用高压液体或高压气体对真空包套施加各向均等的压力,使真空包套在此高温高压环境中保持一段时间以将靶材组件坯料紧密焊接在一起。
[0062]此时,真空包套处于高温高压环境中。通过选择合适的工艺参数可使焊接后的靶材组件坯料中靶材21与背板22具有较高焊接强度,具体的,发明人发现采用以下的工艺参数可以实现:真空包套24所处的外部环境温度为预定温度范围,利用高压液体或高压气体使真空包套24所处的外部环境压强为大于等于lOOMpa,并且,真空包套24在此高温高压环境中保持3?5小时。
[0063]真空包套24的厚度很薄,在外部环境压强的作用下,真空包套24可以实现很好的压力传导以使靶材21、背板22的各待焊接面形成压力,同时由于真空包套24长时间位于高温环境中,靶材21、背板22的各待焊接面会发生塑性变形和高温蠕变而实现小面积的靶材21与背板22之间的晶粒接触、持续压力作用下晶粒接触面积逐渐扩大,最后达到待焊接处都能实现晶粒接触,从而使得靶材原子与背板原子之间形成原子间引力。
[0064]接着在待焊接处发生靶材原子与背板原子之间的相互扩散,由于待焊接处的靶材原子与背板原子之间的相互扩散而使待焊接处的许多空隙消失,同时,待焊接
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