CN107904562A - 铝锰合金靶材组件的制造方法 - Google Patents

铝锰合金靶材组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝锰合金靶材组件的制造方法，包括：准备铝锰成型粉料，化学组分为铝、锰，铝的重量百分比为50～99％，锰的重量百分比为1～50％；准备背板粉末原料，背板粉末原料为Al粉或Cu粉；将铝锰成型粉料和背板粉末原料依次装入模具中，放入真空热压烧结炉，使二者以粉末形式相接触，经热压烧结一次性得到铝锰靶材坯体和背板复合而成的铝锰靶材组件坯体；随炉冷却得到铝锰靶材组件坯体，对所得的铝锰靶材组件坯体进行外形机加工处理得到铝锰靶材靶材组件。本发明制作效率高，制取的铝锰靶材组件表面平整度高，弯曲变形小，焊接成品率高。

Description

铝锰合金靶材组件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种材料加工技术，具体说，涉及一种铝锰合金靶材组件的制造方法。
背景技术
磁控溅射工艺中，靶结构包括单一靶材结构，或靶材板坯与具有一定强度的背板组成的复合靶材组件。目前靶材组件的焊接方法为：预先准备背板型材和待焊接靶材坯体，通过钎焊或扩散焊将靶材坯体焊接于背板上，后经机加工获得靶材组件。
作为真空镀膜沉积耐蚀涂层的溅射源，铝锰合金靶材脆性大、硬度高。采用常规焊接方式，在加热和冷却过程中靶材溅射面易出现裂纹，甚至开裂，靶材组件制作困难，成品率低。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种铝锰合金靶材组件的制造方法，制作效率高，制取的铝锰靶材组件表面平整度高，弯曲变形小，焊接成品率高。
技术方案如下：
一种铝锰合金靶材组件的制造方法，包括：
准备铝锰成型粉料，化学组分为铝、锰，铝的重量百分比为50～99％，锰的重量百分比为1～50％；
准备背板粉末原料，背板粉末原料为Al粉或Cu粉；
将铝锰成型粉料和背板粉末原料依次装入模具中，放入真空热压烧结炉，使二者以粉末形式相接触，经热压烧结一次性得到铝锰靶材坯体和背板复合而成的铝锰靶材组件坯体；
随炉冷却得到铝锰靶材组件坯体，对所得的铝锰靶材组件坯体进行外形机加工处理得到铝锰靶材靶材组件。
进一步：铝锰成型粉料为铝锰合金粉料，或者是金属铝粉和锰粉的机械混合物。
进一步：铝锰成型粉料的粒度小于80μm。
进一步：背板粉末原料的粒度小于100μm。
进一步：热压烧结过程中，铝锰成型粉料的热压烧结成型，形成铝锰靶材坯体；背板粉末原料的热压烧结成型，形成背板坯料；铝锰靶材坯体与背板坯料热扩散焊接，形成铝锰靶材组件坯体；热压烧结成型和热压焊接同步进行。
进一步：热压烧结过程中，当热压烧结炉内真空度高于1×10-2Pa时开始升温，温度升到350～400℃时保温0.5～1h；继续升温至500～900℃，压力20～30MPa，保温保压2～3h。
进一步：模具放入真空热压烧结炉后，先进行预压紧，压紧压力0.1～5MPa。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
(1)工艺流程简化，制作效率高。
本发明方法将靶材坯体成型粉料和相应的背板粉末原料放入真空热压烧结炉，在热压工艺实施过程中实现了靶材坯料热压烧结成型、背板粉末热压烧结成型、靶材坯体与背板坯料热扩散焊接的同步进行，一次性得到铝锰靶材坯体和背板复合而成的铝锰靶材组件坯体。较现有技术相比，简化了靶材组件制作工艺流程，提高了组件制作效率。
(2)焊接强度高，焊合率高。
本发明方法使靶材坯料与背板粉料以粉末形式相接触，极大地增加了二者的接触面积，易在界面处形成扩散层，提高焊接质量。同时在工艺实施过程中，外部施加压力始终存在，靶材坯料和背板粉料流动速率快，在靶材坯体和背板坯料界面处易产生塑性变形，实现高强度、高可靠性的扩散焊接。
(3)原料利用率高，组件制作成品率高。
本发明方法可以实现靶材坯体和背板材料近净尺寸成型，铝锰靶材组件表面平整度高，后续机加工切削量少，原料利用率高。制作完成后靶材外部无裂纹和隐裂等宏观缺陷，内部组织均匀无孔隙，相对密度可达99％以上，复合组件表面平整度高，弯曲变形小，制作成品率高。
附图说明
图1是本发明中铝锰合金靶材组件的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
如图1所示，是本发明中铝锰合金靶材组件的制造方法的流程图。
铝锰合金靶材组件的制造方法，具体步骤如下：
步骤1：准备铝锰成型粉料，化学组分为铝、锰，铝的重量百分比为50～99％，锰的重量百分比为1～50％；
铝锰成型粉料可以是铝锰合金粉料，也可以是金属铝粉和锰粉的机械混合物。铝锰成型粉料的粒度小于80μm。
步骤2：准备相应的背板粉末原料；
背板粉末原料为Al粉或Cu粉。背板粉末原料的粒度小于100μm。
步骤3：将铝锰成型粉料和背板粉末原料依次装入模具中，放入真空热压烧结炉，使二者以粉末形式相接触，经热压烧结一次性得到铝锰靶材坯体和背板复合而成的铝锰靶材组件坯体；
模具放入真空热压烧结炉后，先进行预压紧，压紧压力0.1～5MPa。热压烧结过程中，铝锰成型粉料的热压烧结成型，形成铝锰靶材坯体；背板粉末原料的热压烧结成型，形成背板坯料；铝锰靶材坯体与背板坯料热扩散焊接，形成铝锰靶材组件坯体。成型和热压焊接同步进行。
热压烧结过程中，当热压烧结炉内真空度高于1×10-2Pa时开始升温，温度升到350～400℃时保温0.5～1h；继续升温至500～900℃，压力20～30MPa，保温保压2～3h。
步骤4：随炉冷却得到铝锰靶材组件坯体，对所得的铝锰靶材组件坯体进行外形机加工处理得到铝锰靶材靶材组件。
实施例1：
铝锰合金靶材组件的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)准备铝锰成型粉料；
准备质量百分比为Al 65％、Mn35％的Al-Mn合金粉料，粉料平均粒度为50μm。
(2)准备背板粉末原料；
准备Cu粉，粉料平均粒度为75μm。
(3)装模；
将Al-Mn合金粉料和Cu粉依次装入模具中，上层为Al-Mn合金粉料，下层为Cu粉。
(4)热压烧结、扩散焊：将装有Al-Mn合金粉料和Cu粉的模具放入真空热压烧结炉，并将热压炉的上、下压头对准模具上、下压头进行预压紧，压紧压力0.5MPa。关闭炉门开始抽真空，当热压炉内真空度高于1×10-2Pa时，开始升温，温度升到400℃时保温0.5h；继续升温至800℃，增加压力至25MPa，保温保压3h，同步进行Al-Mn粉料热压烧结成型，Cu背板粉末热压烧结成型和Al-Mn靶材坯料与Cu背板材料的热扩散焊接。随炉冷却得到Al-Mn靶材坯体和Cu背板复合而成的Al-Mn靶材组件坯体。
(5)机加工；对靶材组件坯体进行外形机加工处理得到与Cu背板复合组成的Al-Mn靶材组件。
经上述工艺获得的Al-Mn靶材组件表面平整度高，弯曲变形小；靶材外观质量好，无裂纹和隐裂等宏观缺陷，相对密度达99.2％；组件抗拉强度达57MPa，经C-Scan检测组件焊合率达99.3％。
实施例2：
铝锰合金靶材组件的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)准备铝锰成型粉料；
准备高纯金属铝粉和锰粉，按60％Al、40％Mn质量百分比制备铝锰混合粉料，粉料平均粒度为50μm。
(2)准备背板粉末原料；
准备Cu粉，粉料平均粒度为80μm。
(3)装模；
将Al-Mn混合粉料和Cu粉依次装入模具中，上层为Al-Mn混合粉料，下层为Cu粉。
(4)热压烧结、扩散焊；
将装有Al-Mn混合粉料和Cu粉的模具放入真空热压烧结炉，并将热压炉的上、下压头对准模具上、下压头进行预压紧，压紧压力0.1MPa。关闭炉门开始抽真空，当热压炉内真空度高于1×10-2Pa时，开始升温，温度升到380℃时保温1h；继续升温至860℃，增加压力至30MPa，保温保压2h，同步进行Al-Mn粉料热压烧结成型，Cu背板粉末热压烧结成型和Al-Mn靶材坯料与Cu背板材料的热扩散焊接。随炉冷却得到Al-Mn靶材坯体和Cu背板复合而成的Al-Mn靶材组件坯体。
(5)机加工；对靶材组件坯体进行外形机加工处理得到与Cu背板复合组成的Al-Mn靶材组件。
经上述工艺获得的Al-Mn靶材组件表面平整度高，弯曲变形小；靶材外观质量好，无裂纹和隐裂等宏观缺陷，相对密度达99.7％；组件抗拉强度达58MPa，经C-Scan检测组件焊合率达99.1％。
实施例3：
铝锰合金靶材组件的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)准备铝锰成型粉料；
准备高纯金属铝粉和锰粉，按Al 50％、Mn50％质量百分比制备铝锰混合粉料，粉料平均粒度为75μm。
(2)准备背板粉末原料；
准备Cu粉，粉料平均粒度为90μm。
(3)装模；
将Al-Mn混合粉料和Cu粉依次装入模具中，上层为Cu粉，下层为Al-Mn混合粉料。
(4)热压烧结、扩散焊；
将装有Al-Mn混合粉料和Cu粉的模具放入真空热压烧结炉，并将热压炉的上、下压头对准模具上、下压头进行预压紧，压紧压力2MPa。关闭炉门开始抽真空，当热压炉内真空度高于1×10-2Pa时，开始升温，温度升到350℃时保温1h；继续升温至900℃，增加压力至20MPa，保温保压2.5h，同步进行Al-Mn粉料热压烧结成型，Cu背板粉末热压烧结成型和Al-Mn靶材坯料与Cu背板材料的热扩散焊接。随炉冷却得到Al-Mn靶材坯体和Cu背板复合而成的Al-Mn靶材组件坯体。
(5)机加工；对靶材组件坯体进行外形机加工处理得到与Cu背板复合组成的Al-Mn靶材组件。
经上述工艺获得的Al-Mn靶材组件表面平整度高，弯曲变形小；靶材外观质量好，无裂纹和隐裂等宏观缺陷，相对密度达99.3％；组件抗拉强度达56MPa，经C-Scan检测组件焊合率达99.5％。
实施例4：
铝锰合金靶材组件的制造方法，具体包括以下步骤：
(1)准备铝锰成型粉料；
准备质量百分比为Al 99％、Mn1％的Al-Mn合金粉料，粉料平均粒度为70μm。
(2)准备背板粉末原料；
准备Al粉，粉料平均粒度为90μm。
(3)装模；
将Al-Mn合金粉料和Al粉依次装入模具中，上层为Al粉，下层为Al-Mn合金粉料。
(4)热压烧结、扩散焊；
将装有Al-Mn合金粉料和Al粉的模具放入真空热压烧结炉，并将热压炉的上、下压头对准模具上、下压头进行预压紧，压紧压力5MPa。关闭炉门开始抽真空，当热压炉内真空度高于1×10-2Pa时，开始升温，温度升到360℃时保温0.5h；继续升温至500℃，增加压力至20MPa，保温保压2h，同步进行Al-Mn粉料热压烧结成型，Al背板粉末热压烧结成型和Al-Mn靶材坯料与Al背板材料的热扩散焊接。随炉冷却得到Al-Mn靶材坯体和Al背板复合而成的Al-Mn靶材组件坯体。
(5)机加工，对靶材组件坯体进行外形机加工处理得到与Al背板复合组成的Al-Mn靶材组件。
经上述工艺获得的Al-Mn靶材组件表面平整度高，弯曲变形小；靶材外观质量好，无裂纹和隐裂等宏观缺陷，相对密度达99.4％；组件抗拉强度达55MPa，经C-Scan检测组件焊合率达99.7％。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种铝锰合金靶材组件的制造方法，包括：
准备铝锰成型粉料，化学组分为铝、锰，铝的重量百分比为50～99％，锰的重量百分比为1～50％；
准备背板粉末原料，背板粉末原料为Al粉或Cu粉；
将铝锰成型粉料和背板粉末原料依次装入模具中，放入真空热压烧结炉，使二者以粉末形式相接触，经热压烧结一次性得到铝锰靶材坯体和背板复合而成的铝锰靶材组件坯体；
随炉冷却得到铝锰靶材组件坯体，对所得的铝锰靶材组件坯体进行外形机加工处理得到铝锰靶材靶材组件。
2.如权利要求1所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：铝锰成型粉料为铝锰合金粉料，或者是金属铝粉和锰粉的机械混合物。
3.如权利要求1或者2所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：铝锰成型粉料的粒度小于80μm。
4.如权利要求1或者2所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：背板粉末原料的粒度小于100μm。
5.如权利要求1所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：热压烧结过程中，铝锰成型粉料的热压烧结成型，形成铝锰靶材坯体；背板粉末原料的热压烧结成型，形成背板坯料；铝锰靶材坯体与背板坯料热扩散焊接，形成铝锰靶材组件坯体；热压烧结成型和热压焊接同步进行。
6.如权利要求1或者5所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：热压烧结过程中，当热压烧结炉内真空度高于1×10-2Pa时开始升温，温度升到350～400℃时保温0.5～1h；继续升温至500～900℃，压力20～30MPa，保温保压2～3h。
7.如权利要求1所述铝锰合金靶材组件的制造方法，其特征在于：模具放入真空热压烧结炉后，先进行预压紧，压紧压力0.1～5MPa。
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