CN109676800A - 一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，该方法包括以下步骤：(1)加工垂直面：从背管的末端入刀，沿水平方向进行切割，除去背管末端的靶材部分，形成背管末端的延伸段，以及靶材部分末端的垂直面；(2)加工倒角：从靶材部分的末端进刀，对靶材部分末端的垂直面进行角度处理，得到倒角，所述倒角与步骤(1)的垂直面构成台阶；(3)对靶材部分的表面进行抛光处理；(4)对靶材进行保温处理。使用本发明提供的加工方法，可加工出表面质量优，表面不留刀痕的陶瓷旋转靶材，并且加工效率由120分钟每件提高到70分钟每件，成品率由70％提高到99％。

Description

一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法。

背景技术

靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他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。其类型包括金属靶材、陶瓷靶材和合金靶材。其中的陶瓷靶材包括氧化物靶材、氮化物靶材等，应用最为广泛。

由于陶瓷靶材具有高硬度和高脆性，严重影响后期机加工过程。并且，旋转靶材末端加工形状无确切行业标准，在靶材经过等离子喷涂工艺制备后，靶材两端为缓坡状，在后期机加工时常会直接延坡度加工，这种方式导致末端坡度较小，厚度过低，使靶材表面常会出现开裂现象，导致陶瓷旋转靶材的良品率降低，并且严重影响了靶材的产品质量及后期应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，能够将陶瓷旋转靶材的成品率提高到99％以上。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，所述旋转靶材包括背管和位于所述背管表面的靶材部分，背管两端未被靶材部分包裹的部分构成延伸面，该方法包括以下步骤：

(1)加工垂直面：从背管的末端入刀，沿水平方向进行切割，除去背管末端的靶材部分，形成背管末端的延伸段，以及靶材部分末端的垂直面；

优选地，在切割前，将车床主轴转速调为50～120r/min，车床切削进给量为0.3～2mm/r。

优选地，该加工过程中控制环境温度为24～35℃，环境湿度为60％。

优选地，该加工过程中实时控制靶材表面温度为350～500℃。

优选地，步骤(1)完成后，使靶材表面冷却至25℃，再进行步骤(2)。

(2)加工倒角：从靶材部分的末端进刀，对靶材部分末端的垂直面进行角度处理，得到倒角，所述倒角与步骤(1)的垂直面构成台阶；

优选地，在切割前，将车床切削进给量调为0.3～2mm/r。

优选地，所述倒角与水平面的夹角为30°～40°。

(3)对靶材部分的表面进行抛光处理；

(4)对靶材进行保温处理。

优选地，所述保温处理是在25℃环境下静置15～36小时，然后进行包装。

优选地，所述延伸段的长度为30.5mm。

优选地，所述台阶的高度为1～5mm，优选3mm。

优选地，所述靶材部分的材质为氧化物或氮化物，所述背管的材质为不锈钢。

本发明还涉及上述方法加工得到的陶瓷旋转靶材，所述旋转靶材包括背管和靶材部分，所述靶材部分设置于所述背管的表面，

所述背管的长度大于所述靶材部分的长度，在所述靶材部分的末端，所述背管继续向外延伸形成延伸段，

所述靶材部分的末端设有倒角，所述倒角为25°～35°，优选30°，所述倒角的末端具有垂直于所述背管的台阶。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，该方法针对陶瓷靶材高硬度高脆性的特性，通过改变靶材末端的结构，并且对靶材加工过程中的温度和湿度进行控制，可以加工出表面质量优，表面不留刀痕的陶瓷旋转靶材，并且加工效率由120分钟每件提高到70分钟每件，成品率由70％提高到99％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为旋转靶材整体的结构示意图；

图2为A部分的放大图；

图3为旋转靶材的剖面图；

图4为B部分的放大图。

图中：

1-背管；

11-延伸段；

111-连接槽位；

2-靶材部分；

21-倒角；

211-台阶。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1～3所示，本发明实施例涉及的陶瓷旋转靶材包括背管1和靶材部分2。其中，背管1为圆筒型，材质优选为不锈钢。在背管1内封装有静止不动的磁体，在使用过程中靶材整体缓慢转动。通过蒸镀或溅射方法在背管1表面形成功能层，即靶材部分2。

靶材部分2的材质为陶瓷，包括氧化物和氮化物。其中，氧化物可以为ITO、氧化镁、氧化铁、氧化铬、氧化锌、二氧化硅、氧化铈、氧化铌、氧化锆、氧化铝等。氮化物可以为氮化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼、氮化钛等。该陶瓷靶材具有高硬度高脆性的特征，因此必须选择合适的加工方式。

为了使靶材便于安装，并避免靶材部分2在安装过程中受损，背管1的长度大于靶材部分2的长度。进一步地，在靶材部分2的末端，背管1继续向外延伸形成延伸段11，在延伸段11表面设有连接槽位111。在图1中，靶材两端各设有一个延伸段11，每一延伸段11上设有两个环形的连接槽位111，用于实现与机器的连接。

如图4所示，靶材部分2的末端设有一斜面，以实现靶材部分2厚度的缓慢变化，防止在加工和使用过程中靶材部分2发生开裂。该斜面即为倒角21，图4中将倒角21的角度记为θ。如果直接在靶材部分2的末端切割斜面，当车刀与靶材部分2的边缘接触时，容易损伤背管1。因此本发明在倒角21的末端设置垂直于背管1的台阶211，当加工靶材时，先垂直于背管1切出台阶211，再在靶材部分2的末端切割倒角21，这样既不影响加工效率，又保证了成品率。

在本发明的一个实施例中，倒角21的角度，即切割斜面与背管1所成的锐角为25°～35°，优选30°。如果该角度过小，斜面长度过大，增加切割难度，废品率增加。如果该角度过大，当趋近于50°时，靶材部分2的厚度变化不明显，无法显示倒角+台阶的组合作用。

在本发明的一个具体实施例中，延伸段11的长度为30.5mm。台阶211的高度为1～5mm，优选3mm。背管1直径为133mm，靶材部分2的厚度为9～13mm。

本发明实施例还涉及该高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，该方法包括以下步骤：

(1)加工垂直面：选择加工车床，从背管1的末端入刀，沿水平方向进行切割，除去背管1末端的靶材部分2，形成背管1末端的延伸段11，以及靶材部分2末端的垂直面。延伸段的长度可以为30.5mm。

进一步地，在切割前，将车床主轴转速调为50～120r/min，车床切削进给量为0.3～2mm/r。

进一步地，该加工过程中控制环境温度为24～35℃，环境湿度为60％，并实时控制靶材表面温度为350～500℃。如环境温度过高、湿度过低或靶材表面温度过高，均会导致靶材部分2开裂，使成品率降低。

进一步地，步骤(1)完成后，使靶材表面冷却至25℃，再进行步骤(2)，目的同样是防止靶材部分2表面开裂。

(2)加工倒角：从靶材部分2的末端进刀，对靶材部分2末端的垂直面进行角度处理，得到倒角21，倒角21与步骤(1)的垂直面构成台阶211。台阶的高度为1～5mm，优选为3mm。

进一步地，在切割前，将车床切削进给量调为0.3～2mm/r，倒角与水平面的夹角为30°～40°。

(3)对靶材部分2的表面进行粗抛光处理，选择100目抛光带。

(4)对靶材部分2的表面进行精抛光处理，选择600～800目抛光带。

(5)对靶材进行保温处理，优选保温处理是在25℃环境下静置15～36小时，然后进行包装。

实施例1

实施例1-1涉及一种氧化铌旋转靶材的加工方法，包括以下步骤：

(1)加工台阶：选择加工车床，用车刀除去背管端部的靶材部分，以形成背管末端的延伸段，以及靶材部分末端的垂直面。背管直径为133mm，延伸段长度为30.5mm。

该加工过程中，车床主轴转速为50～120r/min，车窗切削进给量为1mm/r，环境温度为28±2℃，环境湿度为60％，靶材表面温度为400±50℃。

(2)加工倒角：靶材表面冷却至25℃后，从靶材部分的水平面进刀，车床切削进给量为1mm/r，对靶材部分末端的垂直面进行角度处理，得到30°的倒角。倒角的末端与步骤(1)加工得到的垂直面构成台阶，台阶高度为3mm，靶材部分的厚度为9mm。

(3)对靶材部分的表面进行粗抛光处理，选择100目抛光带。

(4)对靶材部分的表面进行精抛光处理，选择600～800目抛光带。

(5)对靶材进行保温处理，在25℃环境下静置20小时，然后进行包装。上述过程重复10次，计算成品率。

实施例1-2至实施例1-5的加工过程与实施例1相同，区别在于改变倒角角度和台阶高度。相应的参数和成品率见表1。

对比例1未进行步骤(1)，即靶材部分不包括台阶。相应的参数和成品率见表1。

表1

实施例	倒角角度	台阶高度	成品率
				实施例1-1	30°	3mm	99％
实施例1-2	20°	2mm	92％
				实施例1-3	10°	1mm	80％
实施例1-4	40°	1mm	82％
				实施例1-5	50°	0.5mm	75％
对比例1	30°	0mm	70％

根据表1，说明在靶材部分末端增加垂直面和倒角，可有效的提高靶材产品的成品率。当台阶高度达到3mm，倒角角度为30°时，靶材成品可达99％。如倒角角度与台阶高度同步降低，成品率也相应降低。

根据测试表明，当倒角角度增大，台阶大于3mm时，成品率同为99％，但这种靶材在安装过程中容易发生损坏。为节省加工成本及提高加工效率，优选实例1-1中的加工参数。

实施例2

步骤(1)中，环境湿度为40％，其它条件和加工过程同实施例1，成品率为90％。

实施例3

步骤(1)中，靶材表面温度为500±50℃，其它条件和加工过程同实施例1，成品率为85％。

实施例4

未进行步骤(5)，即在25℃环境下静置20小时进行保温处理，其它条件和加工过程同实施例1，成品率为88％。

实施例2～4说明，如环境温度过高、湿度过低或靶材表面温度过高，均会导致靶材部分2开裂，使成品率降低。

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 (10)

1.一种高硬度高脆性陶瓷旋转靶材的加工方法，所述旋转靶材包括背管和位于所述背管表面的靶材部分，背管两端未被靶材部分包裹的部分构成延伸面，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)加工垂直面：从背管的末端入刀，沿水平方向进行切割，除去背管末端的靶材部分，形成背管末端的延伸段，以及靶材部分末端的垂直面；

(2)加工倒角：从靶材部分的末端进刀，对靶材部分末端的垂直面进行角度处理，得到倒角，所述倒角与步骤(1)的垂直面构成台阶；

(3)对靶材部分的表面进行抛光处理；

(4)对靶材进行保温处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，切割前将车床主轴转速调为50～120r/min，车床切削进给量为0.3～2mm/r。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，控制环境温度为24～35℃，环境湿度为60％，靶材表面温度为350～500℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)完成后，使靶材表面冷却至25℃，再进行步骤(2)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，切割前将车床切削进给量调为0.3～2mm/r。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述倒角与水平面的夹角为30°～40°。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述保温处理是在25℃环境下静置15～36小时，然后进行包装。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述延伸段的长度为30.5mm，步骤(2)中所述台阶的高度为1～5mm，优选3mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述靶材部分的材质为氧化物或氮化物，所述背管的材质为不锈钢。

10.根据权利要求1至9任一项所述方法加工得到的陶瓷旋转靶材，所述旋转靶材包括背管和靶材部分，所述靶材部分设置于所述背管的表面，

所述背管的长度大于所述靶材部分的长度，在所述靶材部分的末端，所述背管继续向外延伸形成延伸段，

所述靶材部分的末端设有倒角，所述倒角为25°～35°，优选30°，所述倒角的末端具有垂直于所述背管的台阶。