CN112795912A - 铝铜旋转靶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种铝铜旋转靶的制备方法，其包括：将D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉混合均匀后装入送粉器；背管外表面进行处理，使其粗糙度Ra为8μm～13μm；将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，背管围绕轴线旋转的速度为30转/分～45转/分，背管沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min，喷枪出口处温度为350℃～400℃、压力为3MPa～4MPa、送粉量为2kg/h～3.5kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为15mm～25mm。由此至少能降低铝铜旋转靶的成分偏析、简化工艺。

Description

铝铜旋转靶的制备方法
技术领域
本公开涉及溅射靶材领域，具体涉及一种铝铜旋转靶的制备方法。
背景技术
铝通过掺杂少量铜形成铝铜合金，用于制作出铝铜磁控溅射靶材，该合金主要用于TP电极导线镀膜，能使TP导线电阻率大大降低，导电性能大大提升。铝铜合金材料相对原来的贵金属，具有更高的电导率，价格低廉的优点，同时也克服了纯铝技术的不稳定性。
目前常用的方法是通过Al和铜熔融铸锭，然后通过浇铸或挤压成型，因为铝比较软，往往不能作为背管使用，绝大部分的旋转靶是通过挤压一体成型，然后通过机加工成圆筒，进一步绑定在不锈钢、钛等强度高的背管上，该方法制备出的靶材在铸锭冷却过程中偏折比较严重，大大降低了靶材的性能；同时需要绑定工艺复杂，成本大幅提高。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的之一在于提供一种铝铜旋转靶的制备方法，其至少能降低铝铜旋转靶的成分偏析、简化工艺。
为了实现上述目的，在一些实施例中，本公开提供了一种铝铜旋转靶的制备方法，其包括步骤：步骤一，将颗粒D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉混合均匀，然后装入送粉器中；步骤二，将背管进行外表面处理，以使背管的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；步骤三，将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；步骤四，将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；步骤五，使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管围绕轴线旋转的速度为30转/分～45转/分，背管沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min，喷枪出口处温度为350℃～400℃、压力为3MPa～4MPa、送粉量为2kg/h～3.5kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为15mm～25mm。
在一些实施例中，在步骤一中，铝粉和铜粉质量比99:1～99.9:0.1。
在一些实施例中，在步骤二中，背管的材质为不锈钢或钛。
在一些实施例中，在步骤二中，背管的外表面采用喷砂处理。
在一些实施例中，背管每沿轴线往复运动一次，喷枪向上移动一次。
在一些实施例中，喷枪每次向上移动的距离为0.1mm～0.2mm。
本公开的有益效果如下：通过上述参数范围下进行的冷喷涂，铜在背管的外表面上首次分布均匀、铝铜合金的成分偏析低、铝铜合金与背管的结合强度高、上粉率高，背管每沿轴线单向运动一次获得的一层铝铜合金的质量高(即铜分布均匀、结合强度高、成分偏析低、上粉率高)。此外，采用冷喷涂，取消了背景技术的绑定工艺，从而简化了工艺。
附图说明
图1是用于铝铜旋转靶的制备方法的冷喷涂设备的一实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100 冷喷涂设备
1 喷枪
2 送粉器
3 机台
4 升降气缸
5 背管
6 端座
7 旋转电机
8 水平运动机构
9 机架
具体实施方式
下面详细说明根据本公开的铝铜旋转靶的制备方法。
参照图1，图1给出了用于铝铜旋转靶的制备方法的冷喷涂设备100的一实施例。水平运动机构8带动旋转电机7进而带动两个端座6和背管5沿水平方向反复运动，水平运动机构8为丝杠螺母传动机构。旋转电机7带动端座6和背管5围绕背管5的轴线旋转。注意的是，在图中，与机架9连接的端座6能够出入机架9，并由设置在机架9内的弹性伸缩元件(未示出)始终保持顶抵状态。在冷喷涂设备100中，喷枪1连接于送粉器2，送粉器2连接于升降气缸4，升降气缸4设置于机台3。通过升降气缸4带动送粉器2进而带动喷枪1上升。
根据本公开的铝铜旋转靶的制备方法包括步骤：步骤一，将粒径D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉混合均匀，然后装入送粉器2中；步骤二，将背管5进行外表面处理，以使背管5的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；步骤三，将背管5水平安装在机架9上，背管5能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；步骤四，将喷枪1安装在机台3上，喷枪1位于背管5上方并垂直于喷枪1的轴线，喷枪1连接并连通送粉器2，机台3能够使喷枪1上下移动；步骤五，使背管5围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪1向背管5外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管5围绕轴线旋转的速度为30转/分钟～45转/分，背管5沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min，喷枪1的出口处温度为350℃～400℃、压力为3MPa～4MPa、送粉量为2kg/h～3.5kg/h，喷枪1位于背管5上方的初始距离为15mm～25mm。
在根据本公开的铝铜旋转靶的制备方法中，喷枪1的出口处温度为350℃～400℃会使得铝粉和铜粉颗粒软化，在这种温度下，铝软化的程度要远大于铜软化的程度，由于制备的铝铜合金中的铜含量是非常低，3MPa～4MPa的压力、喷枪1位于背管5上方的初始距离为15mm～25mm和背管5的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm三者的配合，软化的铝粉颗粒以合适的速度冲击附着在背管5的外表面上并产生强的变形流动，从而将含量低的铜粉包裹在含量高的铝粉中，同时由于背管5的表面粗糙度Ra的最大值13μm小于铝粉和铜粉的粒度的最小值15μm，有些软化的铝粉颗粒不会完全填充到背管5的形成粗糙度的凹坑中，而是会通过如上所述的冲击变形流动将凹坑从内到边缘流动并覆盖凹坑，有些软化的铝粉颗粒会刺在背管5的形成粗糙度的突起上并在突起的两侧变形流动到相邻的凹坑中，由此能够牢固地结合在背管5的外表面上，使得铜在背管5的外表面上首次分布均匀、铝铜合金的成分偏析低、铝铜合金与背管5的结合强度高、上粉率高；送粉量为2kg/h～3.5kg/h、背管5围绕轴线旋转的速度为30转/分～45转/分和背管5沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min配合，能够保证在背管5上的待冷喷涂的各位置上有充足的时间来附着规定厚度的铝铜合金，由于在各位置上的铝从径向依次向外附着，依此向外附着的铝铜合金同样具有前述的软化冲击变形流动特性，从而使得在各位置上的铝从径向由内向外依次附着的铝铜合金的结合紧密，使得背管5每沿轴线单向运动一次获得的一层铝铜合金的质量高(即铜分布均匀、结合强度高、成分偏析低、上粉率高)。此外，采用冷喷涂，取消了背景技术的绑定工艺，从而简化了工艺。
根据本公开的铝铜旋转靶的制备方法可通过背管5沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min来控制移动距离，可制备不同长度的铝铜旋转靶材。
在一些实施例中，在步骤一中，铝粉和铜粉质量比99:1～99.9:0.1。
在一些实施例中，在步骤二中，背管5的材质为不锈钢或钛。采用不锈钢或钛制作背管5，使得背管5的刚性足够满足冷喷涂时抗冲击变形的要求，使得冷喷涂的厚度均匀且形成的尺寸一致性高。
在一些实施例中，在步骤二中，背管5的外表面采用喷砂处理。通过喷砂处理使得背管5表面的粗糙度Ra处于8μm～13μm的范围内，冷喷涂在背管5的外表面上的铝铜合金的结合形成的界面在背管5的径向上具有一定的波动，在这个波动的范围，铝铜合金沿轴向与背管5的外表面的结合强度比较均匀、残留的应力均匀，提高了使用寿命。
在一些实施例中，背管5每沿轴线单向运动一次，喷枪1向上移动一次。背管5沿轴线单向运动一次(即沿轴向移动规定距离)，完成一次背管5的外表面的喷涂，目的是为了使得背管5的外表面和喷枪1之间的距离保持不变，由此使得背管5每沿轴线单向运动一次，喷枪1向上移动一次附着的各层铝铜合金在相同的压力、距离和送粉量下进行，从而保证各层铝铜合金进而最终整个铝铜合金的质量均匀性。送粉量为2kg/h～3.5kg/h、背管5围绕轴线旋转的速度为30转/分钟～45转/分和背管5沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min配合，能够实现背管5每沿轴线单向运动一次在背管5上的冷喷涂铝铜合金的厚度；通过背管5每沿轴线单向运动一次，喷枪1向上移动一次，在前一次冷喷涂的基础上再进行冷喷涂，由此能够依据实际产品需要制备不同厚度的铝铜旋转靶材。
在一些实施例中，喷枪1每次向上移动的距离为0.1mm～0.2mm。
[测试]
实施例1
按照下列方法制备铝铜旋转靶：
步骤一，将颗粒为D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉按质量比为99:1混合均匀，然后装入送粉器中；
步骤二，将不锈钢的背管进行喷砂处理，以使背管的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；
步骤三，将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；
步骤四，将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；
步骤五，使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管围绕轴线旋转的速度为40转/分钟，背管沿轴线水平移动的速度为35mm/min，喷枪出口处温度为350℃、压力为4MPa、送粉量为3kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为15mm，背管每沿轴线单向运动一次，喷枪向上移动一次，喷枪每次向上移动的距离为0.15mm。
实施例2
按照下列方法制备铝铜旋转靶：
步骤一，将颗粒为D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉按质量比为99.9:0.1混合均匀，然后装入送粉器中；
步骤二，将不锈钢的背管进行喷砂处理，以使背管的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；
步骤三，将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；
步骤四，将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；
步骤五，使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管围绕轴线旋转的速度为45转/分钟，背管沿轴线水平移动的速度为20mm/min，喷枪出口处温度为350℃、压力为3.5MPa、送粉量为2kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为25mm，背管每沿轴线单向运动一次，喷枪向上移动一次，喷枪每次向上移动的距离为0.2mm。
实施例3
按照下列方法制备铝铜旋转靶：
步骤一，将颗粒为D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉按质量比为99.5:0.5混合均匀，然后装入送粉器中；
步骤二，将不锈钢的背管进行喷砂处理，以使背管的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；
步骤三，将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；
步骤四，将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；
步骤五，使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管围绕轴线旋转的速度为35转/分钟，背管沿轴线水平移动的速度为25mm/min，喷枪出口处温度为400℃、压力为3MPa、送粉量为3.5kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为20mm，背管每沿轴线单向运动一次，喷枪向上移动一次，喷枪每次向上移动的距离为0.1mm。
表1实施例1-3的测试结果
靶材相对密度 粉末综合上粉率
实施例1 98.3％ 98.9％
实施例2 98.7％ 98.3％
实施例3 99％ 98.7％

Claims (6)

1.一种铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一，将颗粒为D50为15μm～45μm的铝粉和铜粉混合均匀，然后装入送粉器中；
步骤二，将背管进行外表面处理，以使背管的外表面的粗糙度Ra为8μm～13μm；
步骤三，将背管水平安装在机架上，背管能够围绕轴线旋转且能够沿轴线往复运动；
步骤四，将喷枪安装在机台上，喷枪位于背管上方并垂直于喷枪的轴线，喷枪连接并连通送粉器，机台能够使喷枪上下移动；
步骤五，使背管围绕轴线旋转并沿轴线水平移动且喷枪向背管外表面喷射铝粉和铜粉，其中，背管围绕轴线旋转的速度为30转/分～45转/分，背管沿轴线水平移动的速度为20mm/min～35mm/min，喷枪出口处温度为350℃～400℃、压力为3MPa～4MPa、送粉量为2kg/h～3.5kg/h，喷枪位于背管上方的初始距离为15mm～25mm。
2.根据权利要求1所述的铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，在步骤一中，铝粉和铜粉质量比99:1～99.9:0.1。
3.根据权利要求1所述的铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，在步骤二中，背管的材质为不锈钢或钛。
4.根据权利要求1所述的铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，在步骤二中，背管的外表面采用喷砂处理。
5.根据权利要求1所述的铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，背管每沿轴线单向运动一次，喷枪向上移动一次。
6.根据权利要求5所述的铝铜旋转靶的制备方法，其特征在于，喷枪每次向上移动的距离为0.1mm～0.2mm。
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