CN107303634A - 锡靶材的加工方法 - Google Patents

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大岩彦
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王学泽
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Abstract

本发明提供一种锡靶材的加工方法，包括：提供锡工件；对所述锡工件进行机械加工，且对所述锡工件进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件喷射切削液。由于在对所述锡工件进行机械加工时采用喷雾冷却工艺，降低了锡工件粘刀的程度，从而降低了形成的锡靶材的表面粗糙度。

Description

锡靶材的加工方法
技术领域
本发明涉及靶材制备领域，尤其涉及一种锡靶材的加工方法。
背景技术
靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其它类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。
通过溅射方法在基底上形成的功能薄膜的质量会受到用于溅射的靶材表面粗糙度的影响。当尺寸超过一定水平的凸起存在于靶材表面时，可在凸起上产生异常放电(微电弧放电)。所述异常放电可以导致大粒子从靶材的表面溅射出并沉积与基底上，从而在薄膜上形成斑点，不能满足功能薄膜的生产要求。因此，靶材表面的粗糙度是衡量靶材性能的重要指标。
靶材的材料包括铜、钛、铝和锡等，还可以为铜、钛、铝和锡中的几种组成的合金。其中，锡靶材是一种重要的靶材，可用于制造焊锡、镀锡板、合金、锡制工艺品等。
然而，目前形成的锡靶材的表面粗糙度较高，使得锡靶材的性能降低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种锡靶材的加工方法，以降低锡靶材的表面粗糙度。
为解决上述问题，本发明提供一种锡靶材的加工方法，包括：提供锡工件；对所述锡工件进行机械加工，且对所述锡工件进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件喷射切削液。
可选的，喷射切削液到锡工件的切削区。
可选的，所述切削液为酒精。
可选的，在所述机械加工过程中用全周夹具固定所述锡工件。
可选的，所述机械加工包括依次进行的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工，第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的精度依次渐增。
可选的，所述第一次机械加工采用的刀具为第一刀具，所述第一刀具的硬度在HB350以上。
可选的，所述第一刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
可选的，所述第一刀具的刀刃角度为35度。
可选的，所述第二次机械加工采用的刀具为第二刀具，所述第二刀具的硬度在HB370以上。
可选的，所述第二刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
可选的，所述第二刀具的刀刃角度为35度。
可选的，所述第三次机械加工采用的刀具为第三刀具，所述第三刀具的硬度在HB400以上。
可选的，所述第三刀具的材料为金刚石。
可选的，所述第三刀具的刀刃角度为35度。
可选的，所述锡工件的初始厚度为31mm，底面直径为350mm，待车削的量为0.5mm～1.0mm，公差在1.0mm以内；所述锡工件的目标表面粗糙度为0.3um至0.4um；在机械加工时采用全周夹具夹持所述锡工件的厚度为24mm～26mm；在机械加工时喷射酒精至锡工件的削切区；第一次机械加工采用的第一刀具的硬度在HB350以上，第二次机械加工采用的第二刀具的硬度在HB370以上，第三次机械加工采用的第三刀具的硬度在HB400以上；第一刀具、第二刀具和第三刀具的刀刃角度为35度。
可选的，所述第一次机械加工的参数为：切削速度为480m/min～520m/min，进给量为0.09mm/r～0.11mm/r，吃刀量为0.09mm～0.11mm。
可选的，所述第二次机械加工的参数为：切削速度为590m/min～610m/min，进给量为0.075mm/r～0.085mm/r，吃刀量为0.045mm～0.055mm。
可选的，所述第三次机械加工的参数为：切削速度为695m/min～705m/min，进给量为0.045mm/r～0.055mm/r，吃刀量为0.015mm～0.025mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
由于所述喷雾冷却工艺能够提供气液两相的切削液喷射到锡工件的切削区，当切削液到达切削区时，具有较高的速度，动能较大，使得切削液在切削区快速流走，从而带走较多的热量，因而冷却效果好。使得对锡工件进行机械加工时锡工件的粘刀程度减弱，降低了形成的锡靶材的表面粗糙度。
进一步的，由于所述喷雾冷却工艺采用的切削液为酒精，使得对锡工件进行机械加工时，所采用的刀具和锡工件的表面之间不会形成较厚的流体滞留层，因而润滑效果好；同时，由于刀具和锡工件的表面之间不会形成较厚的流体滞留层，使得切削液和所采用的刀具、以及切削液和锡工件之间的传热速度较快；故采用酒精作为切削液时对锡工件的冷却效果和润滑效果好，能够减小锡工件的形变，使锡工件的粘刀程度减弱，从而降低形成的锡靶材的表面粗糙度。
进一步的，采用全周夹具固定所述锡工件，使得所述锡工件被充分的夹紧，使得在机械加工过程中锡工件不会容易离开刀具，且使得在机械加工过程中锡工件受力更加均匀；从而使得加工锡工件时所采用的刀具能够按照预定的程序相对锡工件进行运动，从而降低锡靶材的表面粗糙度。
进一步的，采用精度依次渐增的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工对所述锡工件进行加工，无需采用精度均较高的加工工艺来保证加工的精度，使得在提高工艺精度的同时提高了工艺效率。
进一步的，第一次机械加工采用的第一刀具的硬度在HB350以上，第二次机械加工采用的第二刀具的硬度在HB370以上，第三次机械加工采用的第三刀具的硬度在HB470以上，所述第一刀具、第二刀具和第三刀具的硬度相对于锡工件的硬度均较大，使得可提供的第一刀具、第二刀具和第三刀具的锋利度较高，使得锡工件的粘刀程度降低，从而降低形成的锡靶材的表面粗糙度。
附图说明
图1是本发明一实施例中锡靶材形成过程的流程图；
图2至图5是本发明一实施例中锡靶材形成过程的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，目前形成的锡靶材的表面粗糙度较高，使得锡靶材的性能降低。
一个实施例中，在锡工件进行机械加工的过程中，浇注切削液于锡工件的切削区中，所述切削液的材料为润滑脂。
切削液的作用包括润滑作用和冷却作用。
研究发现，采用上述实施例的方法形成的锡靶材的粗糙度高，原因在于：
锡是一种质地较软的金属材料，对锡工件进行机械加工时，锡工件非常容易变形并和相应的刀具之间的产生较大的摩擦，使得锡粘附在所使用的刀具上；同时，由于锡工件的变形和摩擦会产生大量的热，使得锡工件的表面变得更软，加剧了锡粘附在刀具上的程度。
尽管采用浇注切削液于切削区，但是切削液到达削切区时的速度较低，动能较小，因此切削液难以快速的从切削区流走，难以带走较多的热量，导致冷却效果较差。
而采用润滑脂作为切削液时在锡工件和刀具的表面会形成较厚的流体滞留层，一方面润滑效果差，另一方面降低了润滑脂和刀具、以及润滑脂和锡工件之间的传热速度。故采用润滑脂作为切削液时对锡工件的冷却效果和润滑效果较差。综上，导致对锡工件进行机械加工时还存在较为严重的粘刀现象，从而导致形成的锡靶材的表面粗糙度较高。具体的，实际工艺需要锡靶材的粗糙度在0.5um以下，而采用上述实施例的方法形成的锡靶材的表面粗糙度具有的最低值为0.7um，不能满足生产需要。
在此基础上，本发明提供一种锡靶材的加工方法，包括：提供锡工件；对所述锡工件进行机械加工，且对所述锡工件进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件喷射切削液。所述方法在对所述锡工件进行机械加工时采用喷雾冷却工艺，降低了锡工件粘刀的程度，从而降低了形成的锡靶材的表面粗糙度。
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。
图1是本发明一实施例中锡靶材形成过程的流程图，包括步骤：
S01：提供锡工件；
S02：对所述锡工件进行机械加工，且对所述锡工件进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件喷射切削液。
下面结合附图对上述各个步骤进行详细的说明。
参考图2，提供锡工件100。
所述锡工件100的纯度大于4N5。
具体的，所述锡工件100的纯度为5N或6N，其中，5N表示纯度为99.999％，而6N表示纯度为99.9999％。
本实施例中，以所述锡工件100的形状为圆柱体作为示例。在其它实施例中，锡工件可以选择其它形状。
参考图3，采用全周夹具110固定所述锡工件100。
由于锡的弹性模量低，不好装夹，故需要选择全周夹具110固定所述锡工件100，使得所述锡工件100被充分的夹紧，否则，后续机械加工过程中锡工件100会容易离开刀具；且选择全周夹具110固定所述锡工件100，使得在后续机械加工过程中锡工件100受力更加均匀。从而使得后续加工锡工件100时所采用的刀具能够按照预定的程序相对锡工件100进行运动，从而降低锡靶材的表面粗糙度。
图4为图3中全周夹具110的立体示意图，全周夹具110包括：底座111；定位件112，位于所述底座111上；所述定位件112中具有凹槽113，所述凹槽113暴露出底座111表面。所述凹槽113适于容置部分厚度的锡工件100，所述凹槽113的侧壁适于与部分厚度的待固定的锡工件100的侧壁相贴合，所述凹槽113暴露出的底座111表面适于与待固定的锡工件100的底面相贴合。
参考图5，对所述锡工件100进行机械加工，且对所述锡工件100进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件100喷射切削液。
对所述锡工件100进行机械加工时采用喷雾冷却工艺。具体的，将切削液喷射到锡工件100的切削区。
具体的，将所述锡工件100安装在车床的主轴上，所述车床上装有刀具120，待加工的锡工件100面向刀具120；根据锡工件100的目标厚度，确定需要车掉的量，并设定每一刀的切削量；启动车床，车床的主轴带动所述锡工件100旋转，刀具120在水平左右移动对所述锡工件100进行加工，同时将切削液喷射到切削区。
所述喷雾冷却工艺采用具有一定压力的气体将切削液雾化成气液两相状，气液两相的切削液喷射到锡工件100的切削区，对锡工件100进行冷却。
所述喷雾冷却工艺采用的气体为N2或Ar。
所述喷雾冷却工艺采用的气体压力越大，提供给切削液的速度越大，冷却效果越好。若喷雾冷却工艺的气体压力过大，增加工艺难度和成本，若喷雾冷却工艺的气体压力过小，冷却效果变差。故选择所述喷雾冷却工艺的气体压力为0.5MPa～1.0MPa，如0.5MPa、0.7MPa、0.9MPa、1.0MPa。
由于所述喷雾冷却工艺提供气液两相的切削液喷射到锡工件100的切削区，当切削液到达切削区时，具有较高的速度，动能较大，使得切削液在切削区快速流走，从而带走较多的热量，因而冷却效果好。使得对锡工件100进行机械加工时锡工件100的粘刀程度减弱，降低了形成的锡靶材的表面粗糙度。
所述切削液为酒精。采用酒精作为切削液时在锡工件100和刀具的表面不会形成较厚的流体滞留层，因而润滑效果好；同时，由于刀具和锡工件100的表面之间不会形成较厚的流体滞留层，使得切削液和刀具、以及切削液和锡工件100之间的传热速度较快，故采用酒精作为切削液时对锡工件100的冷却效果和润滑效果好，能够减小锡工件100的形变，进一步的使对锡工件100进行机械加工时锡工件100的粘刀程度减弱，进一步降低了形成的锡靶材的表面粗糙度。
所述机械加工包括依次进行的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工，第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的精度依次渐增。
第一次机械加工为粗加工，其目的在于去除锡工件100大部分的余量，以获得较为规则的半成品；第二次机械加工为半精加工，其精度高于第一次机械加工，目的在于去除锡工件100小部分的余量，加工后得到的厚度更接近于目标厚度。第三次机械加工为精加工，其精度高于第二次机械加工，目的为：对锡工件100进行最后的精细加工，以获得具有目标厚度的锡靶材。所述机械加工无需采用精度均较高的加工工艺来保证加工的精度，使得在提高工艺精度的同时提高了工艺效率。
所述刀具120包括第一刀具、第二刀具和第三刀具。
第一次机械加工采用的刀具为第一刀具，所述第一刀具的硬度在HB350以上。具体的，所述第一刀具的材料可以为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
所述第二次机械加工采用的刀具为第二刀具，所述第二刀具的硬度在HB370以上。具体的，所述第二刀具的材料可以为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
所述第三次机械加工采用的刀具为第三刀具，所述第三刀具的硬度在HB400以上。具体的，所述第三刀具的材料可以为金刚石，如聚金金刚石。
由于所述第一刀具、第二刀具和第三刀具的硬度均较大，使得可提供的第一刀具、第二刀具和第三刀具的锋利度较高，使得锡工件100的粘刀程度降低，从而降低形成的锡靶材的表面粗糙度。
在一个具体的实施例中，第三刀具的硬度大于第一刀具和第二刀具的硬度，如第三刀具的材料为聚金金刚石，第一刀具和第二刀具的材料为碳化钨基硬质合金或者碳化钛基硬质合金。由于碳化钨基硬质合金或者碳化钛基硬质合金合金的成本小于聚金金刚石的成本，使得在保证加工精度的情况下，减小工艺成本。
在切削工艺中使用到的刀具可选用的刀刃角度一般为特殊的角度，如35度、45度、60度、55度、80度。
本实施例中，刀具120的刀刃角度θ选择为35度，刀具120的刀刃角度θ指的是刀具120的刀刃部分的前面和后面构成的夹角(参考图4)。
具体的，第一刀具的刀刃角度、第二刀具的刀刃角度和第三刀具的刀刃角度选择为35度。使得第一刀具、第二刀具和第三刀具的刀刃角度较为锋利，能够满足切削锡工件的需要，减小锡工件100的粘刀程度，从而降低形成的锡靶材的表面粗糙度。
所述第一刀具、第二刀具和第三刀具的侧面形状可以为菱形，也可以为其它形状。
由于锡靶材的加工方法包括：采用全周夹具固定所述锡工件100；采用喷雾冷却工艺将酒精喷射到锡工件100的切削区；采用精度依次递增的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工；采用硬度在HB350以上的第一刀具、采用硬度在HB370以上的第二刀具、采用硬度在HB400以上的第三刀具；第一刀具的刀刃角度、第二刀具的刀刃角度和第三刀具的刀刃角度选择为35度。在这些加工条件下，使得锡靶材的表面粗糙度可达到0.3um至0.4um。
在上述加工条件下，当锡工件100的初始厚度为31mm，底面直径为350mm，需要在1.0mm的公差范围以内车削掉0.5mm～1.0mm的厚度；目标表面粗糙度为0.3um至0.4um；全周夹具夹持锡工件100的厚度为24mm～26mm；需要选择合适的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的参数。
第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的吃刀量主要和需要车削掉的锡工件100的厚度相关，需要车削掉的锡工件100的厚度越小，第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的吃刀量越小；且由于第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的加工精度递增，第一次机械加工的吃刀量、第二次机械加工的吃刀量和第三次机械加工的吃刀量依次递减。
第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的进给量过大，切削掉的部分容易发生曲卷，切削掉的部分容易和锡工件100之间发生较大的摩擦，降低锡工件100的表面粗糙度，若第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的进给量过小，会降低加工效率。且由于第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的加工精度递增，第一次机械加工的进给量、第二次机械加工的进给量和第三次机械加工的进给量依次递减。
第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的切削速度和喷雾冷却工艺的参数以及切削液相适配，若第一次机械加工、第二次机械加工、第三次机械加工的切削速度过大，产生的热量过多，喷雾冷却工艺在一定工艺参数条件下的冷却效果变差，若第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的切削速度过小，使得工艺效率下降。
第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的切削速度也和相应的刀具选择有关系，第一刀具、第二刀具和第三刀具的硬度越大，可提供越锋利的第一刀具、第二刀具和第三刀具，使得切削速度可相应提高；另外，第一刀具、第二刀具和第三刀具的刀刃角度越小，第一刀具、第二刀具和第三刀具越锋利，使得切削速度可相应提高。
综上，第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工需要选择合适的切削速度、进给量和吃刀量。
具体的，第一次机械加工的参数为：切削速度为480m/min～520m/min，进给量为0.09mm/r～0.11mm/r，吃刀量为0.09mm～0.11mm；
所述第二次机械加工的参数为：切削速度为590m/min～610m/min，进给量为0.075mm/r～0.085mm/r，吃刀量为0.045mm～0.055mm；
所述第三次机械加工的参数为：切削速度为695m/min～705m/min，进给量为0.045mm/r～0.055mm/r，吃刀量为0.015mm～0.025mm。
如，第一次机械加工的参数为：切削速度为500m/min，进给量为0.1mm/r，吃刀量为0.1mm；第二次机械加工的参数为：切削速度为600m/min，进给量为0.08mm/r，吃刀量为0.05mm；第三次机械加工的参数为：切削速度为700m/min，进给量为0.05mm/r，吃刀量为0.02mm。
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。

Claims (18)

1.一种锡靶材的加工方法，包括：提供锡工件；对所述锡工件进行机械加工；其特征在于，对所述锡工件进行机械加工时，采用喷雾冷却工艺对锡工件喷射切削液。
2.根据权利要求1所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，喷射切削液到锡工件的切削区。
3.根据权利要求1所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述切削液为酒精。
4.根据权利要求1所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，在所述机械加工过程中用全周夹具固定所述锡工件。
5.根据权利要求1所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述机械加工包括依次进行的第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工，第一次机械加工、第二次机械加工和第三次机械加工的精度依次渐增。
6.根据权利要求5所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第一次机械加工采用的刀具为第一刀具，所述第一刀具的硬度在HB350以上。
7.根据权利要求6所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第一刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
8.根据权利要求6所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第一刀具的刀刃角度为35度。
9.根据权利要求5所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第二次机械加工采用的刀具为第二刀具，所述第二刀具的硬度在HB370以上。
10.根据权利要求9所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第二刀具的材料为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金或者金刚石。
11.根据权利要求9所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第二刀具的刀刃角度为35度。
12.根据权利要求5所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第三次机械加工采用的刀具为第三刀具，所述第三刀具的硬度在HB400以上。
13.根据权利要求12所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第三刀具的材料为金刚石。
14.根据权利要求12所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第三刀具的刀刃角度为35度。
15.根据权利要求5所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述锡工件的初始厚度为31mm，底面直径为350mm，待车削的量为0.5mm～1.0mm，公差在1.0mm以内；所述锡工件的目标表面粗糙度为0.3um至0.4um；在机械加工时采用全周夹具夹持所述锡工件的厚度为24mm～26mm；在机械加工时喷射酒精至锡工件的削切区；第一次机械加工采用的第一刀具的硬度在HB350以上，第二次机械加工采用的第二刀具的硬度在HB370以上，第三次机械加工采用的第三刀具的硬度在HB400以上；第一刀具、第二刀具和第三刀具的刀刃角度为35度。
16.根据权利要求15所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第一次机械加工的参数为：切削速度为480m/min～520m/min，进给量为0.09mm/r～0.11mm/r，吃刀量为0.09mm～0.11mm。
17.根据权利要求15所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第二次机械加工的参数为：切削速度为590m/min～610m/min，进给量为0.075mm/r～0.085mm/r，吃刀量为0.045mm～0.055mm。
18.根据权利要求15所述的锡靶材的加工方法，其特征在于，所述第三次机械加工的参数为：切削速度为695m/min～705m/min，进给量为0.045mm/r～0.055mm/r，吃刀量为0.015mm～0.025mm。
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