CN111843161B - 一种WTi靶材和铜背板的焊接方法 - Google Patents

一种WTi靶材和铜背板的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装。本发明提供的焊接方法，通过在靶材焊接面设置槽、背板焊接面进行酸及碱处理及特定的组装方式，实现了WTi靶材和铜背板的有效焊接，同时减少了内应力的产生且出炉后无裂纹出现，同时也有效的避免了使用过程中尖端放电及弧光放电等现象的产生。

Description

一种WTi靶材和铜背板的焊接方法
技术领域
本发明涉及靶材组件焊接领域，具体涉及一种WTi靶材和铜背板的焊接方法。
背景技术
WTi靶材为粉末冶金烧结制作，烧结后的硬度比较高，产品比较脆，其不易与铝合金或者铜合金背板材料进行扩散焊接，且在受较大应力时容易出现裂纹甚至开裂。
CN103834923A公开了一种钨钛靶材的制作方法，在该方法中，将钨钛合金粉末装入真空热压烧结模具中之后，先对位于真空热压烧结模具边缘区域的钨钛合金粉末进行第一压实，然后再对整个钨钛合金粉末进行第二压实，经过第一压实及第二压实之后可以使得钨钛合金粉末将真空热压烧结模具的各个区域完全填满，因此经过真空热压烧结之后所获得的钨钛靶材坯料边缘部位不会存在密度不足、气孔等缺陷。
CN104213083A公开了一种钨钛靶材的制作方法，包括，将废弃靶材进行机械破碎，形成颗粒，所述废弃靶材为钨钛靶材；提供用于制作靶材的粉末原料；将所述颗粒及粉末原料混合后放入模具中，进行热压烧结，形成靶材；热压烧结后，冷却，取出靶材。采用该制作方法可以大大提高靶材的利用率，从而避免靶材材料的浪费，节省成本。另外，相对于直接将废弃靶材与粉末原料进行热压烧结的工艺来说，其对对废弃靶材进行回收时的热压烧结工艺温度低、压强低，从而可以进一步节省工艺成本。
而焊接时，一般要先加压升温至要求的温度和压力，然后进行保温保压，保温保压过程靶材和背板进行充分扩散，保温保压结束后需要降温降压。在降温冷却过程中，产品会收缩，由于靶材和背板的材质不一样，热膨胀系数也不一样，导致在冷却过程中靶材和背板会产生较大的变形。WTi靶材和铝合金材料热膨胀系数相差几倍，扩散焊接后两者会产生较大的变形，变形过程WTi靶材内部承受较大应力，出炉后应力释放WTi容易出现裂纹，使用寿命短，溅射效果不理想。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，通过本发明的方法，可实现WTi靶材和铜背板的有效焊接，同时减少了内应力的产生且出炉后无裂纹出现，同时也有效的避免使用过程中尖端放电及弧光放电等现象的产生。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装。
本发明提供的焊接方法，通过在靶材焊接面设置槽、背板焊接面进行酸及碱处理及特定的组装方式，实现了WTi靶材和铜背板的有效焊接，同时减少了内应力的产生且出炉后无裂纹出现，同时也有效的避免了使用过程中尖端放电及弧光放电等现象的产生。
作为本发明优选的技术方案，所述槽的最大宽度为3-5mm，例如可以是3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm或5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述槽的垂直深度为1.2-2mm，例如可以是1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述槽的间距为6-8mm，例如可以是6mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7mm、7.2mm、7.4mm、7.6mm、7.8mm或8mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述槽可以是矩形槽、倒三角槽或倒梯形槽等，其他形状也可以。
作为本发明优选的技术方案，所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理。
优选地，所述酸溶液为浓盐酸和/或浓硝酸。
优选地，所述酸处理的时间为20-40min，例如可以是20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理。
优选地，所述碱溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。
优选地，所述碱溶液的浓度为3-5mol/L，例如可以是3mol/L、3.2mol/L、3.4mol/L、3.6mol/L、3.8mol/L、4mol/L、4.2mol/L、4.4mol/L、4.6mol/L、4.8mol/L或5mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述碱处理的时间为30-60min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述脱气处理的温度为400-600℃，例如可以是400℃、450℃、500℃、550℃或600℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述脱气处理的保温时间≥2h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述脱气处理的终点真空度≤5×10-3Pa，例如可以是5×10-3Pa、4×10-3Pa、3×10-3Pa、2×10-3Pa或1×10-3Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接的方式为扩散焊接。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接的温度为650-950℃，例如可以是650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述焊接的压力≥80MPa，例如可以是80MPa、85MPa、90MPa、95MPa、100MPa或105MPa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述焊接的保温时间≥2h，例如可以是2h，2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接后进行降温。
优选地，当温度＞200℃，所述降温的速度≤5℃/min，例如可以是5℃/min、4℃/min、3℃/min、2℃/min或1℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，当温度≤200℃，所述降温的速度≤10℃/min，例如可以是10℃/min、9℃/min、8℃/min、7℃/min、6℃/min、5℃/min、4℃/min、3℃/min、2℃/min或1℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装；所述槽的最大宽度为3-5mm；所述槽的垂直深度为1.2-2mm；所述槽的间距为6-8mm；所述酸处理为使用酸溶液对背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓盐酸和/或浓硝酸；所述碱处理为使用碱溶液对背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱溶液的浓度为3-5mol/L；所述焊接的方式为扩散焊接。
本发明中的焊接面指靶材和背板相接触的面；盖板和靶材间设置有垫片如不锈钢皮或石墨纸等材料，防止二者焊接在一起。本发明中，所用浓盐酸和浓硝酸为市售分析纯试剂。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的方法通过对背板焊接面依次进行酸处理及碱处理，在焊接面形成铜的氢氧化物层以强化WTi靶材和铜背板的焊接效果，显著提高WTi靶材组件的焊接结合率。
(2)本发明中，通过利用在背板焊接面形成的铜的氢氧化物层、靶材焊接面槽的设置及焊接中特定的组装方式，减少了内应力的产生，不形成裂纹，同时也有效地避免了放电现象的发生。
附图说明
图1是本发明实施例1中WTi靶材和铜背板的组装方式示意图。
图中：1-盖板，2-靶材，3-铜背板。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材2、铜背板3及盖板1进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材2的焊接面设置有倒三角形槽；所述铜背板3的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板3和盖板1以WTi靶材2为中心对称组装，如图1所示；所述槽的最大宽度为4mm；所述槽的垂直深度为1.7mm；所述槽的间距为7mm；所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓盐酸；所述酸处理的时间为30min；所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钠溶液；所述碱溶液的浓度为4mol/L；所述碱处理的时间为47min；所述脱气处理的温度为517℃；所述脱气处理的保温时间为2h；所述脱气处理的终点真空度为5×10-3Pa；所述焊接的方式为扩散焊接；所述焊接的温度为807℃；所述焊接的压力为80MPa；所述焊接的保温时间为2h；所述焊接后进行降温；当温度＞200℃，所述降温的速度为5℃/min；当温度≤200℃，所述降温的速度为7℃/min；
所得WTi靶材组件无裂纹，焊接效果良好，后续使用过程中有效地避免了放电现象的发生。
实施例2
本实施例提供了一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装；所述槽的最大宽度为3mm；所述槽的垂直深度为2mm；所述槽的间距为6mm；所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓硝酸；所述酸处理的时间为40min；所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钾溶液；所述碱溶液的浓度为5mol/L；所述碱处理的时间为58min；所述脱气处理的温度为410℃；所述脱气处理的保温时间为3h；所述脱气处理的终点真空度为3×10-3Pa；所述焊接的方式为扩散焊接；所述焊接的温度为666℃；所述焊接的压力为117MPa；所述焊接的保温时间为4.7h；所述焊接后进行降温；当温度＞200℃，所述降温的速度为2℃/min；当温度≤200℃，所述降温的速度为6℃/min；
所得WTi靶材组件无裂纹，焊接效果良好，后续使用过程中有效地避免了放电现象的发生。
实施例3
本实施例提供了一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装；所述槽的最大宽度为5mm；所述槽的垂直深度为1.2mm；所述槽的间距为8mm；所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓盐酸；所述酸处理的时间为20min；所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钠溶液；所述碱溶液的浓度为3mol/L；所述碱处理的时间为37min；所述脱气处理的温度为570℃；所述脱气处理的保温时间为2.7h；所述脱气处理的终点真空度为1×10-3Pa；所述焊接的方式为扩散焊接；所述焊接的温度为937℃；所述焊接的压力为137MPa；所述焊接的保温时间为3.2h；所述焊接后进行降温；当温度＞200℃，所述降温的速度为3℃/min；当温度≤200℃，所述降温的速度为5℃/min；
所得WTi靶材组件无裂纹，焊接效果良好，后续使用过程中有效地避免了放电现象的发生。
实施例4
本实施例提供了一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装；所述槽的最大宽度为3.2mm；所述槽的垂直深度为1.8mm；所述槽的间距为7.3mm；所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓盐酸和/或浓硝酸；所述酸处理的时间为24min；所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钠溶液；所述碱溶液的浓度为4.3mol/L；所述碱处理的时间为37min；所述脱气处理的温度为447℃；所述脱气处理的保温时间为4h；所述脱气处理的终点真空度为5×10-3Pa；所述焊接的方式为扩散焊接；所述焊接的温度为877℃；所述焊接的压力为117MPa；所述焊接的保温时间为2h；所述焊接后进行降温；当温度＞200℃，所述降温的速度为5℃/min；当温度≤200℃，所述降温的速度为10℃/min；
所得WTi靶材组件无裂纹，焊接效果良好，后续使用过程中有效地避免了放电现象的发生。
对比例1
与实施例1的区别仅在于所述WTi靶材的焊接面未设置槽，所得WTi靶材组件由于内应力较大，形成裂纹变形严重，同时焊接效果差。
对比例2
与实施例1的区别仅在于所述铜背板的焊接面未进行碱处理，所得WTi靶材由于内应力较大，形成裂纹变形严重，存在放电现象。
对比例3
与实施例1的区别仅在所述铜背板的焊接面未进行酸处理，所得WTi靶材由于内应力未消除，形成裂纹，焊接效果差。
对比例4
与实施例1的区别仅在于所述铜背板的焊接面的酸处理中的酸替换为等浓度的氢氧化钠，即进行两次连续的碱处理，所得WTi靶材由于内应力未消除，形成裂纹，焊接效果差。
对比例5
与实施例1的区别仅在于所述铜背板的焊接面的碱处理中的碱替换为等浓度的盐酸，即进行两次连续的酸处理，所得WTi靶材由于内应力较大，形成裂纹变形严重，存在放电现象。
对比例6
与实施例1的区别仅在于所述槽的垂直深度为0.2mm，所得WTi靶材组件由于内应力未消除完全，形成裂纹，存在放电现象。
对比例7
与实施例1的区别仅在于所述槽的垂直深度为2mm，所得WTi靶材组件焊接不牢固，靶材溅射效果较差。虽然有效的消除了内应力，但是焊接不牢固。
对比例8
与实施例1的区别仅在于所述槽的宽为1mm，所得WTi靶材组件焊接不牢固，同时由于内应力未消除完全，形成了裂纹。
对比例9
与实施例1的区别仅在于所述槽的宽为6mm，所得WTi靶材组件焊接不牢固，放电现象严重。
对比例10
与实施例1的区别仅在于不设置盖板，所得WTi靶材组件焊接不牢固，同时由于内应力未消除完全，形成了裂纹。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的方法通过对背板焊接面依次进行酸处理及碱处理，在焊接面形成铜的氢氧化物层以强化WTi靶材和铜背板的焊接效果，显著提高WTi靶材组件的焊接结合率。本发明中，通过利用在背板焊接面形成的铜的氢氧化物层、靶材焊接面槽的设置及焊接中特定的组装方式，减少了内应力的产生，不形成裂纹，同时也有效地避免了放电现象的发生。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种WTi靶材和铜背板的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述WTi靶材的焊接面设置有槽；所述铜背板的焊接面依次进行酸处理和碱处理；所述组装为铜背板和盖板以WTi靶材为中心对称组装；
所述槽的最大宽度处为3-5mm；所述槽的垂直深度为1.2-2mm；所述槽的间距为6-8mm；所述焊接的方式为扩散焊接。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理。
3.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述酸溶液为浓盐酸和/或浓硝酸。
4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述酸处理的时间为20-40min。
5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理。
6.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。
7.如权利要求5或6所述的焊接方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为3-5mol/L。
8.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述碱处理的时间为30-60min。
9.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述脱气处理的温度为400-600℃。
10.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述脱气处理的保温时间≥2h。
11.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述脱气处理的终点真空度≤5×10- 3Pa。
12.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接的温度为650-950℃。
13.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接的压力≥80MPa。
14.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接的保温时间≥2h。
15.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接后进行降温。
16.如权利要求15所述的焊接方法，其特征在于，当温度＞200℃，所述降温的速度≤5℃/min。
17.如权利要求15所述的焊接方法，其特征在于，当温度≤200℃，所述降温的速度≤10℃/min。
18.如权利要求17所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：将WTi靶材、铜背板及盖板进行组装，之后置入包套中依次进行脱气处理及焊接；
其中，所述酸处理为使用酸溶液对铜背板焊接面进行处理；所述酸溶液为浓盐酸和/或浓硝酸；所述碱处理为使用碱溶液对铜背板焊接面进行处理；所述碱溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱溶液的浓度为3-5mol/L。
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