CN112570691A - 真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置 - Google Patents

真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，包括：冷却水槽，其内部平行间隔设有两个隔层，两个隔层密封卡设在冷却水槽的相对两侧壁之间，以将冷却水槽分隔为位于两侧的冷水腔和位于中间的冷却腔，冷水腔设有进水口和出水口，每个隔层包括依次贴附设置的钢板、保温板、耐高温板，其中，钢板与冷却腔接触，耐高温板与冷水腔接触；一对模具，一个模具贴附设置在一个隔层上方，每个模具均具有一个缺口，一对模具对合后的缺口形成一个漏液口。本发明通过一对模具使得浇铸口的毛刺等缺陷延伸到漏液口处，确保获得的靶材成品不会残留因浇铸口带来的缺陷，本发明让冷却过程达到一个平衡点，确保最终的用于磁控溅射的靶材的品质，无裂纹缩孔。

Description

真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，具体是一种真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置。
背景技术
晶界扩散技术是近年来发展起来的一种可以有效改善烧结钕铁硼磁体磁性能的技术手段，其是通过溅射将Dy或Tb等稀土金属或稀土合金沉积在钕铁硼磁体的表面，再进行高温扩散，使Dy或Tb择优分布到主相Nd2Fe14B晶粒的外延层，大幅度提升磁体矫顽力，同时，重稀土添加量显著降低，实现了节约资源和降低成本的双赢目标。
磁控溅射时采用稀土金属作为阴极板，钕铁硼磁体作为基材。磁控溅射的阴极板一般选用真空蒸馏的方式制备，工艺繁琐复杂，且经真空蒸馏后采用传统的冷却装置得到的阴极板表面有裂纹缩孔等缺陷。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，本发明通过一对模具使得浇铸口的毛刺等缺陷延伸到漏液口处，确保获得的靶材成品不会残留因浇铸口带来的缺陷，设置钢板、保温板、耐高温板的复合层结构，冷却过程达到一个平衡点，确保最终的用于磁控溅射的靶材的品质，无裂纹缩孔。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，包括：
冷却水槽，其内部平行间隔设有两个隔层，两个隔层密封卡设在所述冷却水槽的相对两侧壁之间，以将所述冷却水槽分隔为位于两侧的冷水腔和位于中间的冷却腔，所述冷水腔设有进水口和出水口，每个隔层包括依次贴附设置的钢板、保温板、耐高温板，其中，钢板与所述冷却腔接触，耐高温板与所述冷水腔接触；
一对模具，一个模具贴附设置在一个隔层上方，每个模具均具有一个缺口，一对模具对合后的缺口形成一个漏液口，所述漏液口位于所述冷却腔的上方。
优选的是，所述冷水腔和所述冷却腔均为长方体结构。
优选的是，所述模具为长方体结构，所述缺口设置在沿其长度方向的中部，所述漏液口为上大下小的结构。
优选的是，还包括：暂存装置，其位于一对模具上方，所述暂存装置内部中空，其顶部设有进液口、底部设有正对所述漏液口的出液口。
优选的是，所述保温板由莫奈石制成，所述耐高温板为钼板。
优选的是，所述冷水腔内设有隔流板，所述隔流板平行于所述隔层设置，所述隔流板背离所述隔层的表面间隔设有平行的两个分隔片，两个分隔片均倾斜设置，每个分隔片的一端均延伸至所述冷水腔的顶部、另一端均延伸至所述冷水腔的侧面并靠近其底部，两个分隔片将所述冷水腔分隔为相互独立的上腔室、中腔室、下腔室，所述隔流板的顶部开设水孔，所述水孔上设有与之连通的喷管，所述喷管位于所述隔流板背离所述隔层的表面上且处于所述中腔室内，所述喷管的管径小于所述水孔的孔径，所述隔流板上设有一组搅拌扇，一组搅拌扇位于所述中腔室内并沿两个分隔片的倾斜方向呈线性列，每个搅拌扇均包括贯穿所述隔流板的转轴和设置在转轴上的两对扇叶，两对扇叶均匀的分布在所述隔流板的两侧，每个扇叶均为弧度相同的弧形叶片，位于所述隔流板朝向所述隔层的表面上的扇叶的弧长是位于所述隔流板背离所述隔层的表面上是扇叶的弧长的一半；
所述进水口和所述出水口均靠近所述冷水腔的底部设置在所述冷水腔的同一个侧面上，所述进水口位于所述隔流板朝向所述隔层的表面一侧，所述出水口位于所述隔流板背离所述隔层的表面一侧并连通所述中腔室。
优选的是，每个搅拌扇的转轴上均套设齿轮，相邻两个转轴上的齿轮相互啮合，且齿轮均处于所述中腔室内，其中一个搅拌扇的转轴通过设置在所述中腔室内的电机驱动，所述电机、齿轮均采用防水罩包裹。
优选的是，所述隔流板背离所述隔层的表面上还设有两组导流件，其中一组导流件靠近所述冷水腔的顶部设置在所述上腔室内，剩余一组导流件靠近所述冷水腔的底部设置在所述下腔室内，每组导流件均包括多个导流片，每个导流片均平行于两个分隔片设置，每组导流件的多个导流片均形成一条蛇形通道，所述隔流板朝向所述隔层的表面间隔设有多个锥形金属棒；
所述冷水腔上开设冷媒第一入口、冷媒第一出口、冷媒第二入口、冷媒第二出口，冷媒第一入口和冷媒第一出口均与所述上腔室连通，冷媒第二入口和冷媒第二出口均与所述下腔室连通，冷媒第一入口、冷媒第一出口、冷媒第二入口均与所述进水口或所述出水口位于所述冷水腔的同一个侧面，冷媒第一入口靠近所述冷水腔的顶部设置，冷媒第二出口设置在与所述冷水腔的该同一个侧面相对的侧面上。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明的一对模具除漏液口之外的其他部分均与隔层整齐贴合，平整了冷却腔的上方，同时将冷却腔的上方相对密封，使得浇铸口的毛刺等缺陷延伸到漏液口处，确保获得的靶材成品不会残留因浇铸口带来的缺陷。
本发明在冷水腔和冷缺腔之间设置钢板、保温板、耐高温板的复合层结构，相比于传统的单一的一层隔板，使得金属液与水发生热交换时的速率相对减弱，防止热交换时金属液的降温速率不均一。本发明让冷却过程达到一个平衡点，确保最终的用于磁控溅射的靶材的品质，无裂纹缩孔。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一个技术方案的所述冷却水槽的俯视结构示意图；
图2为本发明的其中一个技术方案的所述模具的结构示意图；
图3为本发明的其中一个技术方案的所述隔流板背离所述隔层的表面的结构示意图；
图4为本发明的其中一个技术方案的所述隔流板朝向所述隔层的表面的结构示意图；
图5为本发明的其中一个技术方案的所述冷媒第一入口、冷媒第一出口、冷媒第二入口、出水口、进水口的分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“轴向”、“径向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、2所示，本发明提供了一种真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，包括：
冷却水槽，其内部平行间隔设有两个隔层，两个隔层密封卡设在所述冷却水槽的相对两侧壁之间，以将所述冷却水槽分隔为位于两侧的冷水腔10和位于中间的冷却腔20，所述冷水腔10设有进水口71和出水口72，每个隔层包括依次贴附设置的钢板31、保温板32、耐高温板33，其中，钢板31与所述冷却腔20接触，耐高温板33与所述冷水腔10接触；
一对模具40，一个模具40贴附设置在一个隔层上方，每个模具40均具有一个缺口41，一对模具40对合后的缺口41形成一个漏液口，所述漏液口位于所述冷却腔20的上方。
在使用时，先向冷水腔10内通入水，通过进水口71和出水口72使冷水腔10内形成水循环，确保冷却腔20内的水处于较低温度，将一对模具40安装到隔层上，一对模具40本身具有定位孔并通过定位销固定到位，一对模具40除漏液口之外的其他部分均与隔层整齐贴合，平整了冷却腔20的上方，同时将冷却腔20的上方相对密封，通过真空熔炼后的金属液体通过漏液口浇铸进入冷却腔20，在冷却腔20内静置，通过与冷水腔10内的水进行热交换，将冷却腔20内金属液体冷却并固化成型，形成靶材半成品，由于漏液口的存在，使得浇铸口的毛刺等缺陷延伸到漏液口处，得到的靶材半成品在处于冷却腔20内的部分完整光滑，处于漏液口的部分经过后续的切割加工被剔除，最终获得靶材成品，用于磁控溅射的阴极板。
本发明在冷水腔10和冷缺腔之间设置钢板31、保温板32、耐高温板33的复合层结构，相比于传统的单一的一层隔板，使得金属液与水发生热交换时的速率相对减弱，防止热交换时金属液的降温速率不均一，过快冷却或者过慢冷却都会对形成的靶材的造成缺陷，比如表面有裂纹缩孔。本发明让冷却过程达到一个平衡点，确保最终的用于磁控溅射的靶材的品质，无裂纹缩孔。本发明中保温板32的材质可以是莫奈石、硅石、大理石等，耐高温板33的材质可选择钼板、钼铜合金板、不锈钢板31等。
在另一技术方案中，所述冷水腔10和所述冷却腔20均为长方体结构，在保证靶材成型时的形状的前提下增大热交换的接触面积。
在另一技术方案中，所述模具40为长方体结构，所述缺口41设置在沿其长度方向的中部，所述漏液口为上大下小的结构，模具40与冷却腔20完美配合，获得无浇铸口缺陷的靶材。
在另一技术方案中，还包括：暂存装置，其位于一对模具40上方，所述暂存装置内部中空，其顶部设有进液口、底部设有正对所述漏液口的出液口，暂存装置暂时将熔炼后的高温金属液存放，可以控制加入冷却腔20内的金属液的量。
在另一技术方案中，所述保温板32由莫奈石制成，所述耐高温板33为钼板，制备无裂纹缺陷的优选设置。
在另一技术方案中，如图3、5所示，所述冷水腔10内设有隔流板50，所述隔流板50平行于所述隔层设置，所述隔流板50背离所述隔层的表面间隔设有平行的两个分隔片51，两个分隔片51均倾斜设置，每个分隔片51的一端均延伸至所述冷水腔10的顶部、另一端均延伸至所述冷水腔10的侧面并靠近其底部，两个分隔片51将所述冷水腔10分隔为相互独立的上腔室、中腔室、下腔室，所述隔流板50的顶部开设水孔52，所述水孔52上设有与之连通的喷管53，所述喷管53位于所述隔流板50背离所述隔层的表面上且处于所述中腔室内，所述喷管53的管径小于所述水孔52的孔径，所述隔流板50上设有一组搅拌扇，一组搅拌扇位于所述中腔室内并沿两个分隔片51的倾斜方向呈线性列，每个搅拌扇均包括贯穿所述隔流板50的转轴61和设置在转轴61上的两对扇叶62，两对扇叶62均匀的分布在所述隔流板50的两侧，每个扇叶62均为弧度相同的弧形叶片，位于所述隔流板50朝向所述隔层的表面上的扇叶62的弧长是位于所述隔流板50背离所述隔层的表面上是扇叶62的弧长的一半；
所述进水口71和所述出水口72均靠近所述冷水腔10的底部设置在所述冷水腔10的同一个侧面上，所述进水口71位于所述隔流板50朝向所述隔层的表面一侧，所述出水口72位于所述隔流板50背离所述隔层的表面一侧并连通所述中腔室。
此技术方案中，通过隔流板50将将冷水腔10进行分割，使得冷水从隔流板50的一侧(隔流板50朝向隔层的一侧)的进水口71进入，当冷水的高度到达水孔52时，再通过与水孔52连通的喷管53从隔流板50的另一侧(隔流板50背离隔层的一侧)喷出，由于喷管53的管口较小使得水流的冲力增强，将位于隔流板50另一侧的(隔流板50背离隔层的一侧)的扇叶62驱动旋转，由于转轴61贯穿隔流板50设置，此时，位于隔流板50一侧(隔流板50朝向隔层的一侧)的扇叶62也开始转动，进而搅动隔流板50朝向隔层的一侧的冷却水，将与金属液发生热交换的距离最近的冷却水搅匀，确保水温的均匀，进而确保金属液的均匀降温，获得表面无裂纹、品质优良的靶材成品。
在另一技术方案中，每个搅拌扇的转轴61上均套设齿轮，相邻两个转轴61上的齿轮相互啮合，且齿轮均处于所述中腔室内，其中一个搅拌扇的转轴61通过设置在所述中腔室内的电机驱动，所述电机、齿轮均采用防水罩包裹。通过电机和齿轮的配合，进一步增强搅拌扇的转速，使得位于隔流板50一侧(隔流板50朝向隔层的一侧)的扇叶62加速搅动冷却水，提升冷污水瞬时水温的均匀性。
在另一技术方案中，如图4、5所示，所述隔流板50背离所述隔层的表面上还设有两组导流件，其中一组导流件靠近所述冷水腔10的顶部设置在所述上腔室内，剩余一组导流件靠近所述冷水腔10的底部设置在所述下腔室内，每组导流件均包括多个导流片81，每个导流片81均平行于两个分隔片51设置，每组导流件的多个导流片81均形成一条蛇形通道，所述隔流板50朝向所述隔层的表面间隔设有多个锥形金属棒82；
所述冷水腔10上开设冷媒第一入口91、冷媒第一出口92、冷媒第二入口93、冷媒第二出口，冷媒第一入口91和冷媒第一出口92均与所述上腔室连通，冷媒第二入口93和冷媒第二出口均与所述下腔室连通，冷媒第一入口91、冷媒第一出口92、冷媒第二入口93均与所述进水口71或所述出水口72位于所述冷水腔10的同一个侧面，冷媒第一入口91靠近所述冷水腔10的顶部设置，冷媒第二出口设置在与所述冷水腔10的该同一个侧面相对的侧面上。
此技术方案中，上腔室内的导流片81形成的蛇通道和下腔室内的导流片81形成的蛇形通道分别供冷媒通过，冷媒的温度低于冷却水的温度，冷媒与位于隔流板50一侧(隔流板50朝向隔层的一侧)的冷却水发生热交换，进一步将已经与金属液发生热交换的冷却水进行再冷却，锥形金属棒82有助于充分传递低温能量，延缓冷却水温度升高的时间，有助于适当控制冷却水的进入流量，减少冷却水的使用量，节约水资源。
通过本发明的冷却装置与现有技术中的普通冷却装置(仅设置单一的一层隔板)制备出的靶材的性能测试对比数据如下表1所示：
表1
Figure BDA0002220253230000071
通过表1可知，本发明的冷却装置最终得到的靶材没有裂纹和缩孔，表面平整，内部成分均一，每单位质量靶材成品应用到磁控溅射后得到的磁体的矫顽力的提高幅度明显增大了4.2KOe/wt％，并且经其他测试得到本发明制备的靶材成品的纯度为99.5％以上，收得率93％以上，充分说明本发明制备的靶材质量优良。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，包括：
冷却水槽，其内部平行间隔设有两个隔层，两个隔层密封卡设在所述冷却水槽的相对两侧壁之间，以将所述冷却水槽分隔为位于两侧的冷水腔和位于中间的冷却腔，所述冷水腔设有进水口和出水口，每个隔层包括依次贴附设置的钢板、保温板、耐高温板，其中，钢板与所述冷却腔接触，耐高温板与所述冷水腔接触；
一对模具，一个模具贴附设置在一个隔层上方，每个模具均具有一个缺口，一对模具对合后的缺口形成一个漏液口，所述漏液口位于所述冷却腔的上方。
2.如权利要求1所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，所述冷水腔和所述冷却腔均为长方体结构。
3.如权利要求2所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，所述模具为长方体结构，所述缺口设置在沿其长度方向的中部，所述漏液口为上大下小的结构。
4.如权利要求1所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，还包括：暂存装置，其位于一对模具上方，所述暂存装置内部中空，其顶部设有进液口、底部设有正对所述漏液口的出液口。
5.如权利要求1所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，所述保温板由莫奈石制成，所述耐高温板为钼板。
6.如权利要求1所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，
所述冷水腔内设有隔流板，所述隔流板平行于所述隔层设置，所述隔流板背离所述隔层的表面间隔设有平行的两个分隔片，两个分隔片均倾斜设置，每个分隔片的一端均延伸至所述冷水腔的顶部、另一端均延伸至所述冷水腔的侧面并靠近其底部，两个分隔片将所述冷水腔分隔为相互独立的上腔室、中腔室、下腔室，所述隔流板的顶部开设水孔，所述水孔上设有与之连通的喷管，所述喷管位于所述隔流板背离所述隔层的表面上且处于所述中腔室内，所述喷管的管径小于所述水孔的孔径，所述隔流板上设有一组搅拌扇，一组搅拌扇位于所述中腔室内并沿两个分隔片的倾斜方向呈线性列，每个搅拌扇均包括贯穿所述隔流板的转轴和设置在转轴上的两对扇叶，两对扇叶均匀的分布在所述隔流板的两侧，每个扇叶均为弧度相同的弧形叶片，位于所述隔流板朝向所述隔层的表面上的扇叶的弧长是位于所述隔流板背离所述隔层的表面上是扇叶的弧长的一半；
所述进水口和所述出水口均靠近所述冷水腔的底部设置在所述冷水腔的同一个侧面上，所述进水口位于所述隔流板朝向所述隔层的表面一侧，所述出水口位于所述隔流板背离所述隔层的表面一侧并连通所述中腔室。
7.如权利要求6所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，每个搅拌扇的转轴上均套设齿轮，相邻两个转轴上的齿轮相互啮合，且齿轮均处于所述中腔室内，其中一个搅拌扇的转轴通过设置在所述中腔室内的电机驱动，所述电机、齿轮均采用防水罩包裹。
8.如权利要求6所述的真空熔炼制备磁控溅射靶的冷却装置，其特征在于，
所述隔流板背离所述隔层的表面上还设有两组导流件，其中一组导流件靠近所述冷水腔的顶部设置在所述上腔室内，剩余一组导流件靠近所述冷水腔的底部设置在所述下腔室内，每组导流件均包括多个导流片，每个导流片均平行于两个分隔片设置，每组导流件的多个导流片均形成一条蛇形通道，所述隔流板朝向所述隔层的表面间隔设有多个锥形金属棒；
所述冷水腔上开设冷媒第一入口、冷媒第一出口、冷媒第二入口、冷媒第二出口，冷媒第一入口和冷媒第一出口均与所述上腔室连通，冷媒第二入口和冷媒第二出口均与所述下腔室连通，冷媒第一入口、冷媒第一出口、冷媒第二入口均与所述进水口或所述出水口位于所述冷水腔的同一个侧面，冷媒第一入口靠近所述冷水腔的顶部设置，冷媒第二出口设置在与所述冷水腔的该同一个侧面相对的侧面上。
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