CN101624695A - 靶材坯料的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种靶材坯料的热处理方法，包括：提供靶材坯料；以第一加热温度将所述靶材坯料加热至第二温度，所述第一加热温度大于靶材坯料的热处理温度，所述第二温度小于且接近靶材坯料的热处理温度；以第三加热温度将所述靶材坯料加热至所述热处理温度，所述第三加热温度大于靶材坯料的热处理温度，且小于所述第一加热温度。所述靶材坯料的热处理方法能够加快产品的加热速度，提高热处理工艺的准确性和稳定性。

Description

靶材坯料的热处理方法
技术领域
本发明涉及靶材坯料的热处理方法。
背景技术
在工业生产领域中，热处理工艺是对产品进行加热，使其符合性能要求。以金属靶材为例，热处理是靶材设计和加工过程中不可或缺的工艺，该工艺往往与塑性变形加工紧密结合，主要为了实现金属材料的再结晶，使得材料的组织均匀，最终满足溅射过程的要求。以铝靶材的热处理为例，不同的热处理温度、保温时间、加热方式，可以获得不同的金属材料组织结构。同样，对于钛靶材也适用。
现有靶材坯料的热处理工艺是将产品放入已设定参数(例如，热处理温度、保温时间等)的热处理炉内进行热处理作业，当产品达到热处理温度要求，进行保温，最后进行冷却。然而，这种方式对产品的加热速度慢，而且，通过控制热处理炉的温度来间接控制产品的温度，热处理工艺的准确性和稳定性低，很难保证产品的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种靶材坯料的热处理方法，解决现有技术中产品的加热速度慢、热处理工艺的准确性和稳定性低的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材坯料的热处理方法，包括：
提供靶材坯料；
以第一加热温度将所述靶材坯料加热至第二温度，所述第一加热温度大于靶材坯料的热处理温度，所述第二温度小于且接近靶材坯料的热处理温度；
以第三加热温度将所述靶材坯料加热至所述热处理温度，所述第三加热温度大于靶材坯料的热处理温度，且小于所述第一加热温度。
可选的，所述第一加热温度为靶材坯料的热处理温度加30℃～100℃。
可选的，所述第二温度为靶材坯料的热处理温度减10℃～30℃。
可选的，所述第三加热温度为靶材坯料的热处理温度加10℃～30℃。
可选的，通过热处理炉加热所述靶材坯料。
可选的，通过测温计测量所述靶材坯料的加热温度。
可选的，所述热处理方法还包括对所述加热至所述热处理温度的靶材坯料进行保温。
可选的，所述热处理方法还包括对所述加热和保温后的靶材坯料进行冷却。
可选的，所述靶材坯料在热处理之前已进行了塑性变形工艺。
与现有技术相比，上述热处理方法具有以下优点：
先以较高的高于热处理温度的温度(即第一加热温度)加热靶材坯料，相比于以热处理温度加热靶材坯料，靶材坯料的升温速度加快了。
在靶材坯料升温至接近热处理温度但未达到热处理温度(即第二温度)时，再以较低的高于热处理温度的温度(即第三加热温度)继续加热靶材坯料，可以降低靶材坯料的升温速度，使靶材坯料不会因加热温度过高而升温过快，因此保证了靶材坯料的温度不会超过热处理温度。
直接感测靶材坯料的实际升温效果，例如用测温计测量靶材坯料的加热温度，相比于通过控制热处理炉的温度来间接控制靶材坯料的温度，靶材坯料的加热温度和保温时间得到了更好地控制。
综上所述，应用上述热处理方法加快了产品的加热速度，缩短了产品的热处理时间，并且提高了热处理工艺的准确性和稳定性，因而可以获得符合性能要求和质量稳定的产品。
并且，应用上述热处理方法可以连续加热多个靶材坯料，实现产品的批量热处理工艺，进而使得产品的批量生产速度显著提高，产品的制作周期缩短了。
附图说明
图1为本发明实施方式靶材坯料的热处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例靶材坯料的热处理方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施方式靶材坯料的热处理方法先以较高的高于热处理温度的加热温度加热靶材坯料，以使所述靶材坯料能够快速升温，然后在靶材坯料将要达到热处理温度时，再以较低的高于热处理温度的加热温度加热靶材坯料，以降低所述靶材坯料的升温速度，保证其不会超过预期的热处理温度。
本发明实施方式的热处理方法如图1所示，包括：
步骤S11，提供靶材坯料；
步骤S12，以第一加热温度将所述靶材坯料加热至第二温度，所述第一加热温度高于靶材坯料的热处理温度，所述第二温度低于且接近靶材坯料的热处理温度；
步骤S13，以第三加热温度将所述靶材坯料加热至所述热处理温度，所述第三加热温度高于靶材坯料的热处理温度，且低于所述第一加热温度。
其中，第一加热温度为较高的高温(高于热处理温度的加热温度)，第三加热温度为较低的高温，先以较高的高温加热靶材坯料，以使所述靶材坯料能够快速升温，然后在靶材坯料达到第二温度(接近热处理温度的温度)时，再以较低的高温加热靶材坯料，以降低所述靶材坯料的升温速度，保证其不会超过预期的热处理温度。
另外，上述靶材坯料的热处理方法还包括：对所述加热至所述热处理温度的靶材坯料进行保温；对所述加热和保温后的靶材坯料进行冷却。
下面结合附图和实施例对图1中所示本发明实施方式靶材坯料的热处理方法进行详细说明。图2是本实施例靶材坯料的热处理方法的流程示意图，本实施例是以加热靶材坯料为例进行说明的，所述热处理方法同样可以适用于其他产品的热处理工艺。
实践表明，晶粒尺寸及其取向对靶材的性能有很大的影响，主要表现在：(1)随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率区域降低；(2)在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率稿和薄膜均匀性好；(3)在合适的晶粒尺寸范围内，晶粒取向越均匀越好；(4)当靶材晶粒尺寸超过合适的晶粒尺寸范围时，为提高靶材的性能，必须严格控制靶材的晶粒取向。因此，靶材的晶粒尺寸和晶粒取向需要通过热处理工艺加以调整和控制，保证靶材在组织结构上的均匀性。
靶材热处理工艺中，靶材坯料的温度和保温时间直接影响了靶材的性能。具体来说，加热温度过低，靶材中晶粒再结晶不充分；加热温度过高，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围；保温时间过短，靶材中晶粒受热不够，再结晶不充分；保温时间过长，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围。因此，控制好靶材坯料的温度和保温时间可以提高热处理工艺的准确性和稳定性。
本实施例中，在热处理作业前，首先在靶材坯料的边缘打孔，用于插测温计，通过测温计测量所述坯料的温度。另外，还需要准备好对靶材坯料进行加热的装置，如热处理炉。
请参考图2，首先执行步骤S21，提供靶材坯料。在本实施例中，所述靶材10可以是铝或铝合金，也可以是其他金属或合金，例如，钛或钛合金。另外，所述靶材坯料已进行了塑性变形工艺。所述塑性变形工艺，可以通过例如锻压机、空气锤或压延机等塑性加工设备来进行，如此就可以精确地控制靶材的塑性变形，制作出符合塑性变形工艺要求的靶材，实现降低靶材晶粒尺寸大小、细化晶粒和降低靶材表面粗糙度的目的。
接着执行步骤S22，设定热处理炉的加热温度为第一加热温度，开启热处理炉，所述第一加热温度高于靶材坯料的热处理温度。本实施例中，第一加热温度为靶材坯料的热处理温度加30℃～100℃，即T1＝T+(30℃～100℃)，其中，T1表示第一加热温度，T表示靶材坯料的热处理温度(或者说，加热靶材坯料所需达到的温度)。也就是说，根据实际要求，先将热处理炉的加热温度升高至比加热靶材坯料所需达到的温度高30℃～100℃的温度。
接着执行步骤S23，当热处理炉的温度升高至第一加热温度时，将靶材坯料放入热处理炉中，加热所述靶材坯料至第二温度，所述第二温度低于且接近靶材坯料的热处理温度。其中，靶材坯料的温度通过插在靶材坯料的边缘的测温计测量。所述第二温度略低于靶材坯料的热处理温度，本实施例中，第二温度为靶材坯料的热处理温度减10℃～30℃，即T2＝T-(10℃～30℃)，其中，T2表示第二温度，T表示靶材坯料的热处理温度。热处理炉具有腔室，靶材坯料可以放置在能均匀受热的区域，例如放置在热处理炉的腔室所形成空间的几何中心区域。
由于热处理炉已经预热至高于靶材坯料的热处理温度的第一加热温度，因此，靶材坯料在第一加热温度下可以迅速地升温。相比于将靶材坯料放入未预热的热处理炉来说，加快了靶材坯料的升温速度。
接着执行步骤S24，当靶材坯料升温至第二温度时，降低热处理炉的温度至第三加热温度，所述第三加热温度高于且接近靶材坯料的热处理温度，且低于所述第一加热温度。当测温计测量到加热的靶材坯料将要达到热处理温度，即第二温度时，通过降低热处理炉的加热温度来降低靶材坯料的升温速度。所述第三加热温度略高于靶材坯料的热处理温度，本实施例中，第三加热温度为靶材坯料的热处理温度加10℃～30℃，即T3＝T+(10℃～30℃)，其中，T3表示第三加热温度，T表示靶材坯料的热处理温度。
第三加热温度高于靶材坯料的热处理温度，使得靶材坯料可以继续加热至热处理温度；第三加热温度低于第一加热温度，可以降低靶材坯料的升温速度，使靶材坯料不会因加热温度过高而升温过快，导致靶材坯料的温度超过热处理温度。
接着执行步骤S25，继续加热靶材坯料至热处理温度。在高于热处理温度且低于第一加热温度的第三加热温度下，靶材坯料继续升温，但升温速度相较于在第一加热温度下慢，靶材坯料从第二温度缓慢升至热处理温度，这样便于测温计感测靶材坯料的温度是否达到所需加热的温度，即所要求的靶材坯料的热处理温度。
通过测温计直接感测靶材坯料的实际升温效果，相比于通过控制热处理炉的温度来间接控制靶材坯料的温度，更准确地控制了加热过程中靶材坯料的温度。
接着执行步骤S26，当靶材坯料达到热处理温度时，开始记录保温时间，并在保温时间到达预先设定的保温时间后停止加热靶材坯料。此时，热处理炉的加热温度仍保持在第三加热温度的状态，以使靶材坯料可以稳定保温在热处理温度。在感测到靶材坯料的实际温度达到热处理温度时才开始记录保温时间，这样保温时间也得到了准确地控制。
接着执行步骤S27，对加热和保温后的靶材坯料进行冷却。冷却靶材坯料可以是将所述靶材坯料放入水中进行冷却的水冷方式，但并不以此为限，也可以是风冷、空冷等方式。由于所述冷却工艺及其后续步骤与现有技术并无差异，为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。
通过上述各步骤对靶材坯料进行热处理，最终获得符合溅射要求的靶材。重复上述步骤，可以连续加热多个靶材坯料，在前一靶材坯料进行冷却时，即可对后一靶材坯料进行热处理，由此实现靶材坯料的批量热处理。
上述实施例的热处理方法的各个温度控制方便，其中，第一加热温度和第三加热温度可以通过设定热处理炉的加热温度来控制，第二温度可以通过测温计测量靶材坯料的温度来控制。
与现有技术相比，上述靶材坯料的热处理方法先以较高的高于热处理温度的加热温度加热靶材坯料，以使所述靶材坯料能够快速升温，然后在靶材坯料将要达到热处理温度时，再以较低的高于热处理温度的加热温度加热坯料，以降低所述坯料的升温速度，保证其不会超过预期的热处理温度，其具有以下优点：
以较高的高于热处理温度的加热温度(即第一加热温度)加热靶材坯料，例如将热处理炉预热至高于热处理温度的温度，再对靶材坯料进行加热，相比于将靶材坯料直接放入已设定好热处理温度的热处理炉中进行加热，靶材坯料的升温速度加快了。
在靶材坯料升温至接近热处理温度但未达到热处理温度(即第二温度)时，以较低的高于热处理温度的加热温度(即第三加热温度)继续加热靶材坯料，可以降低靶材坯料的升温速度，使靶材坯料不会因加热温度过高而升温过快，导致靶材坯料的温度超过热处理温度。
直接感测坯料的实际升温效果，例如用测温计测量靶材坯料的温度，相比于通过控制热处理炉的加热温度来间接控制靶材坯料的温度，靶材坯料的温度和保温时间得到了更好地控制，因此确保了热处理工艺的准确性和稳定性。
综上所述，应用上述靶材坯料的热处理方法加快了产品的加热速度，缩短了产品的热处理时间，并且提高了热处理工艺的准确性和稳定性，因而可以获得符合性能要求和质量稳定的产品。
并且，应用上述靶材坯料的热处理方法可以连续加热多个靶材坯料，实现产品的批量热处理工艺，在完成前一靶材坯料的热处理后，由于热处理炉的加热温度为高于热处理温度的第三加热温度，热处理炉可以很快升温至高于第三加热温度的第一加热温度，也就是说，热处理炉的预热时间缩短了，这样使得后一靶材坯料的热处理时间缩短了。因此，产品的批量生产速度显著提高，进而缩短了产品的制作周期。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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。

Claims (9)

1.一种靶材坯料的热处理方法，其特征在于，包括：
提供靶材坯料；
以第一加热温度将所述靶材坯料加热至第二温度，所述第一加热温度大于靶材坯料的热处理温度，所述第二温度小于且接近靶材坯料的热处理温度；
以第三加热温度将所述靶材坯料加热至所述热处理温度，所述第三加热温度大于靶材坯料的热处理温度，且小于所述第一加热温度。
2.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，所述第一加热温度为靶材坯料的热处理温度加30℃～100℃。
3.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，所述第二温度为靶材坯料的热处理温度减10℃～30℃。
4.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，所述第三加热温度为靶材坯料的热处理温度加10℃～30℃。
5.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，通过热处理炉加热所述靶材坯料。
6.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，通过测温计测量所述靶材坯料的加热温度。
7.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，还包括对所述加热至所述热处理温度的靶材坯料进行保温。
8.根据权利要求7所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，还包括对所述加热和保温后的靶材坯料进行冷却。
9.根据权利要求1所述的靶材坯料的热处理方法，其特征在于，所述靶材坯料在热处理之前已进行了塑性变形工艺。
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