CN108468025A - 铬平面靶材热等静压处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铬平面靶材热等静压处理方法，本发明是向炉腔内填充具有流动性的圆球体形状的陶瓷珠，在靶材工件的上方形成一陶瓷珠流动压盖层，再启动热等静压炉进行热等静压处理，陶瓷珠自动填充因靶材工件热变形而陶瓷珠基本无热变形而产生的空隙，陶瓷珠流动压盖层中的陶瓷珠在自身重力作用下流动并填充至流动间隙中，使陶瓷珠在各个方向均受到陶瓷珠的静压作用，使靶材工件在各个方向受到基本相同静压力，在热等静压处理结束，使靶材工件和陶瓷珠在炉腔内自然冷却，得到成品。本发明的热等静压处理是在高温高压环境下，利用陶瓷珠的热形变较小和流动性，使得靶材工件的形变降到最低，减少侧弯和形变，提高了产品的质量，减少了材料报废，降低了生产成本。

Description

铬平面靶材热等静压处理方法
技术领域
本发明涉及靶材热处理技术领域，特别是一种减小铬锭侧弯及减小形变铬平面靶材热等静压处理方法。
背景技术
铬平面靶的用途非常广，目前的铬平面靶多用喷涂的工艺生产，随着市场对产品品质的要求提高，喷涂靶材致密度低的缺点慢慢凸显。热等静压工艺有着诸多的优越性，围绕着热等静压，一些提高成品率、降低缺陷的技术慢慢发展起来。
在热等静压的高温高压环境下，大多数的材料强度和刚度都降到极低的数值，因此在热等静压中，存在着严重的工件变形、弯曲导致的报废情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种减小铬锭侧弯及减小形变的铬平面靶材热等静压处理方法。
本发明解决其技术问题所采用技术方案是：铬平面靶材热等静压处理方法，包括以下步骤：
S1：选用炉腔大于靶材工件的热等静压炉；
S2：将靶材工件竖直放置或水平放置于炉腔内，并在靶材工件与炉腔的各个内壁之间留有流动间隙，靶材工件的上方留有流动空间；
S3：向炉腔内填充陶瓷珠，陶瓷珠填充满流动间隙，选用具有流动性的圆球体形状的陶瓷珠，陶瓷珠的直径小于流动间隙的0.5倍；
S4：在靶材工件的上方继续填埋陶瓷珠，在靶材工件的上方形成一陶瓷珠流动压盖层，将靶材工件全部埋藏于埋陶瓷珠中部；
S5：热等静压处理，先向炉腔内充入氩气，盖上炉盖以密封炉腔，再启动热等静压炉进行热等静压处理，控制炉腔内的温度低于相应的靶材工件的共熔点，在热等静压处理过程中，陶瓷珠自动在流动间隙中流动，陶瓷珠自动填充因靶材工件热变形而陶瓷珠基本无热变形而产生的空隙，陶瓷珠流动压盖层中的陶瓷珠在自身重力作用下流动并填充至流动间隙中，使陶瓷珠在各个方向均受到陶瓷珠的静压作用，使靶材工件在各个方向受到基本相同静压力；
S6：热等静压处理结束，使靶材工件和陶瓷珠在炉腔内自然冷却；
S7：在靶材工件和陶瓷珠冷却至150-300℃，取出靶材工件，热等静压结束，得到成品。
优选的，所述步骤S2中，先在炉腔的底部放入陶瓷珠，形成一陶瓷珠流动承托层，再将靶材工件放置于陶瓷珠流动承托层之上，且使靶材工件的四周与炉腔的内壁之间留有所述流动间隙。
优选的，所述步骤S3中，使流动间隙在宽度方向至少填充有3～20个陶瓷珠；
所述步骤S4中，使所述陶瓷珠流动压盖层在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠；
所述陶瓷珠流动承托层在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠。
优选的，所述步骤S3中，使流动间隙在宽度方向至少填充有10～15个陶瓷珠；
所述步骤S4中，使所述陶瓷珠流动压盖层在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠；
所述陶瓷珠流动承托层在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠；
陶瓷珠选用直径为6～10mm的陶瓷珠。
优选的，所述步骤S5中，控制炉腔内的温度比相应靶材工件的共熔点低10～30℃，将热等静压处理的时间控制在2～8小时。
优选的，所述步骤S5中，在进行热等静压处理之前，先通过设置在热等静压炉外部的抽气装置抽除炉腔内的空气，再通过设置在热等静压炉外部的氩气提供装置向炉腔充入氩气，再盖上炉盖，使炉腔内充满氩气，在加热后氩气膨胀而使炉腔形成高温高压环境，炉腔的压力为120-180MPa。
优选的，所述步骤S5中，在启动热等静压炉进行热等静压处理之前，向炉腔内充入高压氩气，先排除炉腔内的空气，然后再关闭炉盖，并将炉腔内的气压控制在100～200MPa。
优选的，所述步骤S5中，在启动热等静压炉进行热等静压处理之后，启动安装在炉腔外部的超声发生器，超声发生器产生的超声波通过贴设在炉腔的外壁的超声波扩散隔热板传导至炉腔内的陶瓷珠和靶材工件，超声波扩散隔热板选用导热系数低于1.0的合金陶瓷板，超声波作用于陶瓷珠以增加其流动性，超声波作用于靶材工件以加速其热等静压处理速度。
优选的，控制所述超声发生器产生两种超声波，控制第一种超声波的频率在5～10兆赫兹之间波动变化、功率密度在10.6～13.8w/cm2之间波动变化；控制第二种超声波的频率恒定保持50～55兆赫兹、功率密度恒定保持为6.5w/cm2。
本发明的有益效果是：本发明的热等静压处理是在高温高压环境下，利用陶瓷珠的热形变较小和流动性，使得靶材工件的形变降到最低，减少侧弯和形变，提高了产品的质量，减少了材料报废，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明对靶材工件进行热等静压处理的结构示意图。
图2为本发明的热等静压处理前铺设有陶瓷珠流动承托层的结构示意图。
图中：1、炉腔2、陶瓷珠3、靶材工件4、流动间隙5、陶瓷珠流动压盖层6、陶瓷珠流动承托层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一个实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例一
铬平面靶材热等静压处理方法，图1所示，包括以下步骤：
S1：选用炉腔1大于靶材工件3的热等静压炉；
S2：将靶材工件3竖直放置或水平放置于炉腔1内，并在靶材工件3与炉腔1的各个内壁之间留有流动间隙4，靶材工件3的上方留有流动空间；
S3：向炉腔1内填充陶瓷珠2，陶瓷珠2填充满流动间隙4，陶瓷珠选用直径为6～10mm的陶瓷珠2，选用具有流动性的圆球体形状的陶瓷珠2，陶瓷珠2的直径小于流动间隙4的0.5倍；使流动间隙4在宽度方向至少填充有3～20个陶瓷珠2；较佳的，使流动间隙4在宽度方向至少填充有10～15个陶瓷珠2；
S4：在靶材工件3的上方继续填埋陶瓷珠2，在靶材工件3的上方形成一陶瓷珠流动压盖层5，将靶材工件3全部埋藏于埋陶瓷珠2中部；使所述陶瓷珠流动压盖层5在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠2；较佳的，使所述陶瓷珠流动压盖层5在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠2。
S5：启动热等静压炉进行热等静压处理，先向炉腔1内充入氩气，盖上炉盖以密封炉腔1，再启动热等静压炉进行热等静压处理，控制炉腔1内的温度低于相应的靶材工件3的共熔点，较佳的，控制炉腔1内的温度比相应靶材工件3的共熔点低10～30℃，将热等静压处理的时间控制在2～8小时，并将炉腔1内的气压控制在100～200MPa。在热等静压处理过程中，陶瓷珠2自动在流动间隙4中流动，陶瓷珠2自动填充因靶材工件3热变形而陶瓷珠2基本无热变形而产生的空隙，陶瓷珠流动压盖层5中的陶瓷珠2在自身重力作用下流动并填充至流动间隙4中，使陶瓷珠2在各个方向均受到陶瓷珠2的静压作用，使靶材工件3在各个方向受到基本相同静压力；在热等静压的高温高压环境下，利用陶瓷珠2的无热形和具有流动性的特性，在行热等静压处理过程中自动从各个方向挤压靶材工件3，使得靶材工件3在热等静压处理过程中的形变降到最低，减少侧弯和形变等，提高了产品的质量，减少了材料报废，提高了成器率，降低了生产成本。
S6：热等静压处理结束，使靶材工件3和陶瓷珠2在炉腔1内自然冷却；
S7：在靶材工件3和陶瓷珠2冷却至150-300℃，取出靶材工件3，热等静压结束，得到成品。
实施例二
铬平面靶材热等静压处理方法，图2所示，包括以下步骤：
S1：选用炉腔1大于靶材工件3的热等静压炉；
S2：先在炉腔1的底部放入陶瓷珠2，陶瓷珠选用直径为6～10mm的陶瓷珠2，选用具有流动性的圆球体形状的陶瓷珠2，形成一陶瓷珠流动承托层6，再将靶材工件3放置于陶瓷珠流动承托层6之上，且使靶材工件3的四周与炉腔1的内壁之间留有流动间隙4。陶瓷珠流动承托层6在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠2，较佳的，所述陶瓷珠流动承托层6在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠2。
再将靶材工件3竖直放置或水平放置于炉腔1内，并在靶材工件3与炉腔1的各个内壁之间留有流动间隙4，靶材工件3的上方留有流动空间；
S3：向炉腔1内填充陶瓷珠2，陶瓷珠2填充满流动间隙4，陶瓷珠2的直径小于流动间隙4的0.5倍；使流动间隙4在宽度方向至少填充有3～20个陶瓷珠2；较佳的，使流动间隙4在宽度方向至少填充有10～15个陶瓷珠2；
S4：在靶材工件3的上方继续填埋陶瓷珠2，在靶材工件3的上方形成一陶瓷珠流动压盖层5，将靶材工件3全部埋藏于埋陶瓷珠2中部；使所述陶瓷珠流动压盖层5在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠2；较佳的，使所述陶瓷珠流动压盖层5在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠2；
S5：热等静压处理，
在启动热等静压炉进行热等静压处理之前，先通过设置在热等静压炉外部的抽气装置抽除炉腔1内的空气，再通过设置在热等静压炉外部的氩气提供装置向炉腔1充入氩气，再盖上炉盖，使炉腔1内充满氩气，在加热后氩气膨胀而使炉腔1形成高温高压环境，炉腔1的压力为120-180MPa，且有利于提高陶瓷珠2的流动性。
启动热等静压炉进行热等静压处理，控制炉腔1内的温度低于相应的靶材工件3的熔点，在热等静压处理过程中，陶瓷珠2自动在流动间隙4中流动，陶瓷珠2自动填充因靶材工件3热变形而陶瓷珠2基本无热变形而产生的空隙，陶瓷珠流动压盖层5中的陶瓷珠2在自身重力作用下流动并填充至流动间隙4中，使陶瓷珠2在各个方向均受到陶瓷珠2的静压作用，使靶材工件3在各个方向受到基本相同静压力。
在行热等静压处理过程中自动从各个方向挤压靶材工件3，使得靶材工件3在热等静压处理过程中的形变降到最低，减少侧弯和形变等，提高了产品的质量，减少了材料报废，提高了成器率，降低了生产成本。
控制炉腔1内的温度比相应靶材工件3的熔点低5～20℃，将热等静压处理的时间控制在0.5～1小时；
在启动热等静压炉进行热等静压处理之后，启动安装在炉腔1外部的超声发生器，超声发生器产生的超声波通过贴设在炉腔1的外壁的超声波扩散隔热板传导至炉腔1内的陶瓷珠2和靶材工件3，超声波扩散隔热板选用导热系数低于1.0的合金陶瓷板，超声波作用于陶瓷珠2以增加其流动性，超声波作用于靶材工件3以加速其热等静压处理速度。
控制所述超声发生器产生两种超声波，控制第一种超声波的频率在5～10兆赫兹之间波动变化、功率密度在10.6～13.8w/cm2之间波动变化；控制第二种超声波的频率恒定保持50～55兆赫兹、功率密度恒定保持为6.5w/cm2。两种超声波混合作用于陶瓷珠2，提高陶瓷珠2的流动性，防止流动间隙4中的陶瓷珠2卡紧于流动间隙4中，避免局部产生较大空隙而致使各方向挤压力不均匀。另外，两种超声波传导至靶材工件3，提高靶材工件3表面及内部的分子的活跃性，在高温及气压综合作用下，靶材工件3表层材料分子运动更加剧烈，热等静压处理效果更好，所需的处理时间更短，完成靶材工件3的热等静压处理时间缩短至30～40分钟，处理靶材工件3的单位能耗更低，提高加工效率，降低生产成本，提高加工质量，成品率更高。
S6：热等静压处理结束，使靶材工件3和陶瓷珠2在炉腔1内自然冷却；
S7：在靶材工件3和陶瓷珠2冷却至150-300℃，取出靶材工件3，热等静压结束，得到成品。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选用炉腔大于靶材工件的热等静压炉；
S2：将靶材工件竖直放置或水平放置于炉腔内，并在靶材工件与炉腔的各个内壁之间留有流动间隙，靶材工件的上方留有流动空间；
S3：向炉腔内填充陶瓷珠，陶瓷珠填充满流动间隙，选用具有流动性的圆球体形状的陶瓷珠，陶瓷珠的直径小于流动间隙的0.5倍；
S4：在靶材工件的上方继续填埋陶瓷珠，在靶材工件的上方形成一陶瓷珠流动压盖层，将靶材工件全部埋藏于埋陶瓷珠中部；
S5：热等静压处理，先向炉腔内充入氩气，盖上炉盖以密封炉腔，再启动热等静压炉进行热等静压处理，控制炉腔内的温度低于相应的靶材工件的共熔点，在热等静压处理过程中，陶瓷珠自动在流动间隙中流动，陶瓷珠自动填充因靶材工件热变形而陶瓷珠基本无热变形而产生的空隙，陶瓷珠流动压盖层中的陶瓷珠在自身重力作用下流动并填充至流动间隙中，使陶瓷珠在各个方向均受到陶瓷珠的静压作用，使靶材工件在各个方向受到基本相同静压力；
S6：热等静压处理结束，使靶材工件和陶瓷珠在炉腔内自然冷却；
S7：在靶材工件和陶瓷珠冷却至150-300℃，取出靶材工件，热等静压结束，得到成品。
2.根据权利要求1所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S2中，先在炉腔的底部放入陶瓷珠，形成一陶瓷珠流动承托层，再将靶材工件放置于陶瓷珠流动承托层之上，且使靶材工件的四周与炉腔的内壁之间留有所述流动间隙。
3.根据权利要求2所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S3中，使流动间隙在宽度方向至少填充有3～20个陶瓷珠；
所述步骤S4中，使所述陶瓷珠流动压盖层在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠；
所述陶瓷珠流动承托层在高度方向至少填充有10～50个陶瓷珠。
4.根据权利要求2所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S3中，使流动间隙在宽度方向至少填充有10～15个陶瓷珠；
所述步骤S4中，使所述陶瓷珠流动压盖层在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠；
所述陶瓷珠流动承托层在高度方向至少填充有20～30个陶瓷珠；
陶瓷珠选用直径为6～10mm的陶瓷珠。
5.根据权利要求1至4之一所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：所述步骤S5中，控制炉腔内的温度比相应靶材工件的共熔点低10～30℃，将热等静压处理的时间控制在2～8小时。
6.根据权利要求5所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S5中，在进行热等静压处理之前，先通过设置在热等静压炉外部的抽气装置抽除炉腔内的空气，再通过设置在热等静压炉外部的氩气提供装置向炉腔充入氩气，再盖上炉盖，使炉腔内充满氩气，在加热后氩气膨胀而使炉腔形成高温高压环境，炉腔的压力为120-180MPa。
7.根据权利要求5所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S5中，在启动热等静压炉进行热等静压处理之前，向炉腔内充入高压氩气，先排除炉腔内的空气，然后再关闭炉盖，并将炉腔内的气压控制在100～200MPa。
8.根据权利要求5所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：
所述步骤S5中，在启动热等静压炉进行热等静压处理之后，启动安装在炉腔外部的超声发生器，超声发生器产生的超声波通过贴设在炉腔的外壁的超声波扩散隔热板传导至炉腔内的陶瓷珠和靶材工件，超声波扩散隔热板选用导热系数低于1.0的合金陶瓷板，超声波作用于陶瓷珠以增加其流动性，超声波作用于靶材工件以加速其热等静压处理速度。
9.根据权利要求7所述的铬平面靶材热等静压处理方法，其特征在于：控制所述超声发生器产生两种超声波，
控制第一种超声波的频率在5～10兆赫兹之间波动变化、功率密度在10.6～13.8w/cm2之间波动变化；
控制第二种超声波的频率恒定保持50～55兆赫兹、功率密度恒定保持为6.5w/cm2。
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