CN113073297B - 旋转硅铝靶材再制造的装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转硅铝靶材再制造的装置及其制备方法，该装置能够用于对硅铝靶材管表面进行激光加工处理，旋转硅铝靶材再制造的装置包括：支撑座，沿底座的一侧设有第一滑轨；固定件，两个固定件的上端分别相对设有安装部；第二滑轨，形成为条状且与所述第一滑轨间隔开平行相对设置；激光加工单元，包括激光加工头、保护气喷嘴、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，激光加工头设在第二滑轨上且可沿所述第二滑轨滑动和/或锁定。该旋转硅铝靶材再制造的装置具有产品装卸简单、便于实时监控加工参数等优点，利用该装置的制备方法具有步骤简单、加工效率高等优点，能够提高硅铝靶材的使用率，减少浪费，节约成本。

Description

旋转硅铝靶材再制造的装置及其制备方法

技术领域

本发明属于硅铝靶材技术领域，尤其涉及一种旋转硅铝靶材再制造的装置及其制备方法。

背景技术

硅铝靶材是真空磁控溅射镀膜工艺中一种常用的耗材，被广泛应用于集成电路(半导体)、平板显示器、太阳能电池、信息存储、光学镀膜等行业的薄膜制备过程中。在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为氩气Ar)，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下溅射靶材，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。

旋转硅铝靶材通常由中空的圆柱形衬管以及其外周表面的打底层和硅铝层组成，打底层通常设在衬管的表面，一般采用电弧喷涂厚度约为0.15mm-0.25mm的镍铝层，硅铝层设在打底层表面，为了使硅铝层的磁场强度达到真空磁控溅射镀膜的磁场要求，一般可采用等离子喷涂工艺制备厚度约为6mm-9mm的硅铝层。

硅铝层在使用过程中作为耗材被不断地消耗，在硅铝层的厚度剩下约4mm左右时，一般会出现靶材表面的污染，即硅铝层表面形成了非导电的化合物或者导电很差的化合物之后，除了放电电压及沉积速率变化之外，还会因为靶面状况的动态变化引起膜成分及结构的变化，影响了形成薄膜的质量。生产过程中，一般将消耗到硅铝层厚度约4mm左右时，旋转硅铝靶材就会报废不再使用。因此，旋转硅铝靶材作为一次性使用的耗材，其使用成本很高。

另外，有些生产企业也试图对使用过且表面无裂纹缺陷的旋转硅铝靶材进行再制造，在残留的硅铝层表面继续热喷涂硅铝粉末，但是新喷涂的硅铝粉末与靶材结合力极差、极易脱落，严重影响硅铝靶材的再次使用。而且现有技术中对硅铝靶材的激光表面处理设备设备结构简陋，产品装夹过程复杂，加工过程中氧气浓度、激光功率大小无法控制和实时监控，导致加工效率低、加工后硅铝层表面质量差。因此，开发出一种用于硅铝靶材再制造的表面处理的结构完整、产品装卸简单、加工效率高的激光表面处理装置及高效率的制备方法，对使用过且表面无裂纹缺陷的硅铝靶材进行再制造时，再次喷涂过程中，使新喷涂的硅铝粉末涂层与基材结合良好，不会开裂与脱落，已成为本领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明提供一种旋转硅铝靶材再制造的装置及其制备方法，通过在残留的硅铝层表面进行激光表面处理，以使硅铝层表面积累的非导电化合物和导电性较差的化合物在高温下熔化并快速冷却再结晶，形成为分布着球状颗粒的表面。便于在其表面热喷涂硅铝粉末，能够提高热喷涂硅铝粉末与激光表面处理后的硅铝层的结合力，形成质量与新的旋转硅铝靶材一样好的热喷涂硅铝粉末层，从而便于硅铝靶材的再制造和再利用。该方法步骤简单、操作方便，能够提高硅铝靶材的使用率，减少浪费，节约成本。

根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置，能够用于对硅铝靶材管表面进行激光加工处理，所述旋转硅铝靶材再制造的装置包括：支撑座，所述支撑座包括底座和支撑件，所述底座设在水平面，沿所述底座的一侧设有第一滑轨，所述支撑件的下端与所述底座另一侧相连，所述支撑件的上端朝竖直方向向上延伸；固定件，所述固定件的数量为两个，两个所述固定件沿所述第一滑轨间隔开平行设置，至少一个所述固定件可沿所述第一滑轨滑动和/或锁定，两个所述固定件的上端分别相对设有安装部，每个所述安装部设有轴向与所述第一滑轨长度方向相同的转动轴以将所述硅铝靶材管的两端分别安装在所述转动轴，所述转动轴能够绕其轴带动所述硅铝靶材管旋转；第二滑轨，所述第二滑轨设在所述支撑件的上端朝向所述固定件的一侧，所述第二滑轨形成为条状且与所述第一滑轨间隔开平行相对设置；激光加工单元，所述激光加工单元包括激光加工头、保护气喷嘴、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，所述激光加工头设在所述第二滑轨上且可沿所述第二滑轨滑动和/或锁定；激光器，所述激光器与所述激光加工单元光纤连接。

根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置，采用支撑座、固定件、第二滑轨、激光加工单元和激光器相结合的结构，在对硅铝靶材残留有硅铝层的表面进行激光加工处理时，能够将硅铝靶材管的两端安装在固定件两端的转动轴上，装卸快捷，并通过转动轴带动硅铝靶材管进行旋转便于激光加工头对其表面进行加工，在加工过程中，激光加工头沿着第二滑轨从硅铝靶材管的一端滑动到另一端进行表面处理，加工方便，可提高加工效率。通过设置保护气喷嘴、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，能够实时监测出光口的氧气浓度和打到硅铝靶材加工表面的光斑温度，可提高激光加工效率及良率，具有结构简单、操作方便、易于实时监控和调整加工参数、加工效率高等优点。

根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置还可以具有以下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述旋转硅铝靶材再制造的装置还包括操控处理器，所述操控处理器与所述激光器电连接，所述氧气浓度检测模块、所述光斑检测模块均设在所述激光加工头的出光口的一侧的所述保护气喷嘴口处以检测出光口的氧气浓度和硅铝靶材表面的光斑温度，所述氧气浓度检测模块与所述操控处理器通讯连接以将出光口的氧气浓度信息反馈至所述操控处理器并控制激光器的启动和和/或关闭，所述光斑检测模块与所述操控处理器通讯连接以将所述光斑温度信息反馈至所述操控处理器，并根所述据光斑温度信息反馈结果调整激光功率。

根据本发明的一个实施例，所述旋转硅铝靶材再制造的装置还包括：柱塞，所述柱塞的数量为两个，所述柱塞分别设在所述硅铝靶材管的两端以堵住硅铝靶材管的两端，至少一个所述柱塞上设有排气孔以使硅铝靶材管内部与外界连通。

根据本发明第二方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，待再制造加工的旋转硅铝靶材包括圆柱形中空的衬管、衬管表面的打底层以及覆盖在打底层表面残留的硅铝层，包括以下步骤：S1、对残留的硅铝层表面进行预处理；S2、对预处理后的硅铝层表面进行激光表面处理以使硅铝层表面熔化再结晶形成为分布有球状颗粒的表面；S3、在激光表面处理后的硅铝层表面进行热喷涂硅铝粉末。

根据本发明第二方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，通过在残留的硅铝层表面依次进行预处理、激光表面处理和热喷涂硅铝粉末，激光处理的表面在高温下熔化并快速冷却再结晶，形成为分布着球状颗粒的表面。便于在其表面热喷涂硅铝粉末，能够提高热喷涂硅铝粉末与激光表面处理后的硅铝层的结合力，形成致密的热喷涂硅铝粉末层，从而便于硅铝靶材的回收再利用。该方法步骤简单、操作方便，能够提高硅铝靶材的使用率，减少浪费，节约成本。

根据本发明第二方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法还可以具有以下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，步骤S1包括：S11、对残留的硅铝层表面依次进行喷砂处理和砂纸抛磨处理，其中喷砂砂粒为60目-100目，喷砂的压力为0.4Mpa-0.9Mpa，砂纸砂粒为60目-120目；S12、擦拭硅铝层表面以除掉灰尘和磨屑；S13、向衬管内注入容量为衬管内容积1/4-3/4的冷却水并将衬管两端分别用柱塞堵住。

根据本发明的一个实施例，步骤S2包括：S21、将预处理后的硅铝靶材的两端分别安装固定在所述转动轴上；S22、将激光加工头沿第二滑轨移动到硅铝靶材的一端，激光光束落到硅铝层的表面，将两个转动轴同向同速率转动以带动硅铝靶材沿其轴进行旋转，同时将激光加工头朝硅铝靶材的另一端滑动进行激光表面处理，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材的外周向旋转并延其长度方向延伸的第一螺旋线；S23、对第一螺旋线之间的螺旋间距表面进行激光表面处理，即将激光加工头沿第二滑轨移动到硅铝靶材的一端，激光光束落到硅铝层的表面，将两个转动轴同向同速率转动以带动硅铝靶材沿其轴进行旋转，同时将激光加工头朝硅铝靶材的另一端滑动进行激光加工，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材的外周向旋转并延其长度方向延伸的第二螺旋线，第二螺旋线的中间部分位于第一螺旋线的螺旋间隙表面，第二螺旋线的两侧边缘部分分别与第一螺旋线重叠形成激光搭接面；S24、将激光加工头依次滑动到硅铝靶材的两端分别对硅铝层两端进行激光表面处理，激光加工轨迹形成为分别位于硅铝层两端的第一圆环和第二圆环，第一圆环和第二圆环相对的一侧分别与第一螺旋线和第二螺旋线的端部重叠形成激光搭接面。

根据本发明的一个实施例，步骤S22、步骤S23和步骤S24中激光表面处理的工艺参数范围均为：激光功率1600W-5000W，激光光束扫描速度1000mm/min-5000mm/min，激光光斑尺寸10x2mm-30x2mm，搭接宽度0.5mm-4mm，并在激光加工过程中通入惰性气体作为保护气，气体流量为5L/min-20L/min。。

根据本发明的一个实施例，步骤S24中激光表面处理的工艺参数为：激光功率2500W，激光光束扫描速度2500mm/min，激光光斑尺寸20x2mm，搭接宽度2mm。

根据本发明的一个实施例，所述第一螺旋线、所述第二螺旋线、所述第一圆环和所述第二圆环配合形成为硅铝层的激光处理表面。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中残留的硅铝层厚度为3mm-5mm，步骤S3中热喷涂硅铝粉末的厚度为3mm-5mm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置的局部剖面图；

图3为图2中C区域的放大图；

图4为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置的局部侧视图；

图5为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置中冷却管道、排水管道和硅铝靶材管装配图；

图6为图5中D区域的放大图；

图7为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置中转动轴、柱塞、冷却管道和硅铝靶材管的装配图；

图8为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置中卡盘、卡爪、柱塞和硅铝靶材管的装配图。

图9为根据本发明实施例的对残留的硅铝层激光表面处理形成第一螺旋线的结构示意图；

图10为根据本发明实施例的对残留的硅铝层激光表面处理形成第二螺旋线与第一螺旋线的连接示意图；

图11为根据本发明实施例的对残留的硅铝层激光表面处理后的结构示意图；

图12为图11中A区域的放大图；

图13为图11的局部剖面图；

图14为图13中B区域的放大图；

图15为根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法的流程图。

附图标记：

硅铝靶材管100；

衬管110；

打底层130；硅铝层140；

第一螺旋线150；第二螺旋线160；第一圆环170；第二圆环180；

旋转硅铝靶材再制造的装置200；

支撑座210；底座211；支撑件212；第一滑轨213；

固定件220；转动轴221；卡爪222；

第二滑轨230；

激光加工单元240；激光加工头241；保护气喷嘴242；

激光器250；光纤251；

操控处理器260；

柱塞270；排气孔271；通孔272；第一柱段273；第二柱段274；第三柱段275；

硅铝靶材水温控制器280；冷却管道281；排水管道282；出水口283；冷却管通道284；顶针285；第一安装环286；第二安装环287；凸起部288；

激光冷水机290；稳压器291。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，而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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图8所示，下面首先结合附图具体描述根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置200。

根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置200主要由支撑座210、固定件220、第二滑轨230、激光加工单元240、激光器250、操控处理器260和柱塞270组成。

具体而言，支撑座210包括底座211和支撑件212，底座211设在水平面，沿底座211的一侧设有第一滑轨213，支撑件212的下端与底座211另一侧相连，支撑件212的上端朝竖直方向向上延伸，固定件220的数量为两个，两个固定件220沿第一滑轨213间隔开平行设置，至少一个固定件220可沿第一滑轨213滑动和/或锁定，两个固定件220的上端分别相对设有安装部，每个安装部设有轴向与第一滑轨213长度方向相同的转动轴221以将硅铝靶材管100的两端分别安装在转动轴221，转动轴221能够绕其轴带动硅铝靶材管100旋转，第二滑轨230设在支撑件212的上端朝向固定件220的一侧，第二滑轨230形成为条状且与第一滑轨213间隔开平行相对设置，激光加工单元240包括激光加工头241、保护气喷嘴242、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，激光加工头241设在第二滑轨230上且可沿第二滑轨230滑动和/或锁定，激光器250与激光加工单元240光纤251连接。

换言之，支撑座210可包括底座211和支撑件212，底座211可安装在水平面，底座211上沿其一侧可设有第一滑轨213，支撑件212可设在底座211的另一侧，支撑件212沿竖直方向设置，两个固定件220可间隔开设在第一滑轨213的两端，两个固定件220中至少有一个可沿第一滑轨213滑动和/或锁定，两个固定件220的上端相对的一侧可分别设有安装部，两个转动轴221可同轴且分别相对设在两个安装部，硅铝靶材管100的两端分别安装在两个转动轴221，在激光加工过程中，转动轴221可带动硅铝靶材管100绕其轴进行旋转。

进一步的，第二滑轨230可设在支撑件212的上端，第二滑轨230朝向固定件220的一侧，第二滑轨230可呈水平方向设置。激光加工单元240可包括激光加工头241、保护气喷嘴242、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，激光加工头241可设在第二滑轨230上，且在激光加工过程中可沿第二滑轨230滑动，激光加工单元240可通过光纤251与激光器250进行连接。

由此，根据本发明第一方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置200，通过支撑座210、固定件220、第二滑轨230、激光加工单元240和激光器250相结合的结构，在对硅铝靶材残留有硅铝层的表面进行激光加工处理时，能够将硅铝靶材管100的两端安装在固定件220两端的转动轴221上，装卸快捷，并通过转动轴221带动硅铝靶材管100进行旋转便于激光加工头241对其表面进行加工，在加工过程中，激光加工头241沿着第二滑轨230从硅铝靶材管100的一端滑动到另一端进行表面处理，加工方便，可提高加工效率。通过设置保护气喷嘴242、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，能够实时监测出光口的氧气浓度和打到硅铝靶材加工表面的光斑温度，可提高激光加工效率及良率，具有结构简单、操作方便、易于控制加工参数、加工效率高等优点。

根据本发明的一个实施例，旋转硅铝靶材再制造的装置200，还可包括操控处理器260，操控处理器260可与激光器250电连接，氧气浓度检测模块、光斑检测模块均设在激光加工头241的出光口的一侧的保护气喷嘴242口处以检测出光口的氧气浓度和硅铝靶材表面的光斑温度。进一步的，氧气浓度检测模块可与操控处理器260通讯连接以将出光口的氧气浓度信息反馈至操控处理器260并可控制激光器250的启动和/或关闭，光斑检测模块也可与操控处理器260通讯连接以将光斑温度信息反馈至操控处理器260，并可根据光斑温度信息反馈结果调整激光功率。

也就是说，保护气喷嘴242可设在激光加工头241的出光口的一侧，在激光加工前，先将惰性气体作为保护气通过保护气喷嘴242喷出，设在喷嘴处的氧气检测模块可检测出光口处气体中的氧气的浓度，当氧气的体积分数小于1％时，氧气浓度检测模块将此信息反馈给操控处理器260，操控处理器260操控激光器250启动加工程序，当氧气的体积分数大于2％时，氧气浓度检测模块将此信息反馈给操控处理器260，操控处理器260将自动停止激光器250运行。

进一步的，激光加工头241发出的光束打到硅铝靶材表面时，光斑检测模块可检测到硅铝靶材表面光斑的温度，并将温度信息反馈给操控处理器260，当光斑温度低于900℃时，操作处理器反馈给激光器250并增加激光输出功率，当光斑温度高于1200℃时，操作处理器反馈给激光器250并减小激光输出功率。该结构可保证激光加工过程中的低氧环境和稳定的加工功率，从而可提高激光表面处理后硅铝靶材的表面质量，防止表面裂纹的产生，便于硅铝靶材后续再制造加工。

在本发明的一些具体实施方式中，旋转硅铝靶材再制造的装置200还可包括柱塞270，柱塞270的数量为两个，分别设在硅铝靶材管100的两端以堵住硅铝靶材管100的两端，可向硅铝靶材管100内注入冷却水，在激光加工过程中，可降低硅铝靶材表面的温度，防止热量过高引起硅铝靶材管100变形和硅铝层表面开裂的问题发生。至少一个柱塞270上可设有排气孔271以使硅铝靶材管100内部与外界连通，便于热量散出，降低管内冷却水的温度，提高冷却效果。

可选的，柱塞270上可设有通孔272以使硅铝靶材管100内部与外界连通，依次穿过固定件220和与之相连的转动轴221内部设有冷却管通道。

进一步的，旋转硅铝靶材再制造的装置200还可包括硅铝靶材水温控制器280、冷却管道281和排水管道282，硅铝靶材水温控制器280内可设有温度控制器，能够将硅铝靶材水温控制器280内的水的温度控制在20℃～30℃之间，即可检测并控制硅铝靶材水温控制器280内的水温，当水温过高或过低时，水温控制器能够控制硅铝靶材水温控制器自动降温或自动加热升温，可防止流入硅铝靶材管100内的水温过高或过低而引起硅铝靶材表面开裂的问题发生。冷却管道281的一端与硅铝靶材水温控制器280相连通，另一端能够依次穿过底座211一侧的固定件220和转动轴221内部的冷却管通和硅铝靶材管100一端的通孔272伸入硅铝靶材管100内以向硅铝靶材管100内注水，排水管道282的一端与硅铝靶材水温控制器280相连通，排水管道282的另一端能够依次穿过底座211另一侧的固定件220和转动轴221的冷却管通道和硅铝靶材管100另一端的通孔272伸入硅铝靶材管100另一端以将所述硅铝靶材管100内的水抽出至硅铝靶材水温控制器280。该冷却结构便于硅铝靶材管100内的冷却水及时进行循环，并将热量即使带出，可防止硅铝靶材管100内的冷却水温度过高而影响冷却效果。

优选的，如图2和图3所示，旋转硅铝靶材再制造的装置200还可包括顶针285，顶针285可形成为柱形，顶针285的一端可形成为尖部，顶针的另一端可设在排水管道282所在的冷却管通281道外，顶针285的尖部可穿过冷却管通道282伸入到硅铝靶材管100内，顶针285朝向下方的一侧设有延其轴向贯通的安装通道，排水管道282可穿过安装通道伸入到硅铝靶材管100内，排水管道282位于顶针285的下方，可便于排水管道282伸入到硅铝靶材管100内下方的水里进行抽水。

进一步的，冷却管道281伸入硅铝靶材管100内的一端端口形成为封闭状态，且端口延伸至硅铝靶材管100内的另一端，端口处可设有中心孔，顶针285的尖部可伸入中心孔并与中心孔配合以支撑和固定冷却管道281，使冷却管道281呈水平方向放置，由于冷却管道281伸入硅铝靶材管100内的长度较长，顶针285结构可防止冷却管道281下坠，便于冷却管道281内的水通过出水口283较均匀地射到硅铝靶材管100内壁面，从而提高冷却效果。冷却管道281伸入硅铝靶材管100内的部分延其长度方向在管壁周向设有多个间隔开分布的出水口283，在向冷却管道281通水时，在水压的作用下，管内的冷却水可通过多个分布的出水口283射向硅铝靶材管100的整个内壁，便于快速降低硅铝靶材管100内壁的温度，提高散入效果，可有效防止硅铝靶材温度过高。

可选的，一个固定件220可固定安装在底座211的一端，另一个固定件220可沿第一滑轨213滑动和/或锁定，可便于将不同长度的硅铝靶材管100安装在两个固定件220之间。

根据发明的一个实施例，如图8所示，固定件220形成为卡座，便于安装，两个转动轴221分别形成为主动卡盘和从动卡盘，在激光加工过程中，提高主动盘的旋转带动从动盘进行旋转，从而带动硅铝靶材管100旋转加工，卡盘上设有可活动的三个卡爪222，便于安装和固定硅铝靶材管100。

优选的，旋转硅铝靶材再制造的装置200还可包括第一安装环286和第二安装环287，第一安装环286可形成为环形，第一安装环286可插接在顶针285一端外壁和冷却管通道282朝向硅铝靶材管一端的内壁之间，第二安装环287可形成为环形，第二安装环287的一端插接在顶针285另一端的外壁与冷却管通道282的另一端的内壁之间，第二安装环287的另一端形成为延其周向向外延伸的凸起部288，凸起部288位于冷却管通道282的端口外直抵固定件220的一侧表面，可便于固定顶针285和排水管道282，可防止激光加工过程中顶针285在冷却管通道284内滑动而导致顶尖脱离冷却管道281而导致冷却管道281下坠，从而影响冷却效果。

在本发明的一些具体实施方式中，如图7和图8所示，柱塞270可包括第一柱段273、第二柱段274和第三柱段275，第一柱段273的一端与卡盘相连并通过卡爪222固定在卡盘上，第二柱段274的一端与第一柱段273的另一端相连，第二柱段274的外径大于第一柱段273，第三柱段275的一端与第二柱段274的另一端相连，第三柱段275的外径小于第二柱段274的外径，硅铝靶材管100在安装时，第三柱段275的另一端插接并固定在硅铝靶材管100的端口内以使所述硅铝靶材管100的端口直抵第二柱段274朝向第三柱段275的一侧，便于硅铝靶材管100的安装固定。

可选的，用于旋转硅铝靶材再制造的激光表面处理设备200还可包括激光冷水机290，激光冷水机290可分别通过管道与激光器250和激光加工单元240相连通，可冷却加工过程中激光器250和激光加工单元240处激光加工头241的温度。

根据发明的一个实施例，用于旋转硅铝靶材再制造的激光表面处理设备200还可包括稳压器291，稳压器291可与激光器250电连接以保证激光器250的电压，便于激光器250以正常功率运行，提高设备的运行稳定性。

下面结合附图具体描述根据本发明第二方面实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法。

具体而言，如图15所示，根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法包括以下步骤：S1、对残留的硅铝层140表面进行预处理；S2、对预处理后的硅铝层140表面进行激光表面处理以使硅铝层140表面熔化再结晶形成为分布有球状颗粒的表面；S3、在激光表面处理后的硅铝层140表面热喷涂硅铝粉末。

换言之，根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，可对待再制造加工的旋转硅铝靶材管100表面进行预处理，然后对其进行激光表面处理，硅铝层140表面在激光产生的高温下可快速熔化并冷却过程中再结晶形成球状结晶颗粒，从而可使硅铝层140表面形成颗粒状，最后能够在颗粒状的硅铝层140表面进行热喷涂硅铝粉末，形成新的可使用的靶材。

由此，根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，通过在待再制造的旋转硅铝靶材管100表面依次进行预处理、激光表面处理和热喷涂硅铝粉末，激光处理的表面在高温下熔化并快速冷却再结晶，形成分布着球状颗粒的表面。便于在其表面热喷涂硅铝粉末，能够提高热喷涂硅铝粉末与激光表面处理后的硅铝层140的结合力，形成致密的热喷涂硅铝粉末层，从而便于硅铝靶材管100的回收再利用。该方法步骤简单、操作方便，能够提高硅铝靶材管100的使用率，减少浪费，节约成本。

根据本发明的一个实施例，步骤S1可包括：S11、对残留的硅铝层140表面依次进行喷砂处理和砂纸抛磨处理，其中喷砂砂粒可为60目-100目，喷砂的压力可为0.4Mpa-0.9Mpa，砂纸砂粒可为60目-120目；S12、可擦拭硅铝层140表面以除掉灰尘和磨屑；S13、向衬管110内注入容量为衬管110内容积1/4-3/4的冷却水并将衬管110两端分别用柱塞270堵住。可将衬管110的一端可用柱塞270堵住，并从另一端朝衬管110内注入容量为衬管110内容积1/4-3/4的冷却水，再用另一个柱塞270将衬管110的另一端堵住，如图13，柱塞270上设有至少一个与外界和衬管110内均相连通的排气孔271，便于激光表面处理过程中，冷却水与外界散热，防止冷却水温度过高，可防止激光加工对硅铝靶材管100造成的热影响变形。

需要说明的是，首先对残留的硅铝层140表面进行喷砂和砂纸抛磨处理，该处理基本不改变硅铝层140的厚度，因为使用后回收的硅铝靶材管100表面通常较不均匀，该处理可使其表面较均匀，然后擦拭掉硅铝层140表面的灰尘和磨屑，便于激光加工。如图13和图14所示，由于激光表面处理会产生高温，为防止高温导致硅铝靶材管100变形，可在衬管110内注入容量为衬管110内容积1/4-3/4的冷却水，注入的水量过少，冷却效果不佳，注入的水量过多，硅铝靶材管100重量较重，将硅铝靶材管100移到到激光加工夹具较不方便，通常注入容量为衬管110内容积1/3的冷却水效果较好。

优选的，硅铝靶材管100的冷却方式还可选用如图2至图7所示结构进行冷却，即通过冷却管道281和排水管道282分别于外部硅铝靶材水温控制器280相连形成循环水冷结构，冷却效果更好且使用方便。

可选的，根据本发明的一个实施例，在对硅铝靶材管100预处理后，在衬管110的两端分别与冷却循环水装置相连通，便于在进行激光加工时，衬管110内的冷却水可与外部循环水装置连通进行循环更换，起到更好的冷却效果，从而可减小激光表面处理时对靶材的热影响。

根据本发明的一个实施例，如图9至图12所示，步骤S2可包括：S21、可将预处理后的硅铝靶材管100的两端分别安装固定在转动轴221上，便于激光加工；S22、将激光加工头241沿第二滑轨230移动到硅铝靶材管100的一端，激光光束落到硅铝层的表面，将两个转动轴221同向同速率转动以带动硅铝靶材管100沿其轴进行旋转，同时将激光加工头241朝硅铝靶材管100的另一端滑动进行激光表面处理，如图9所示，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材管100的外周向旋转并延其长度方向延伸的第一螺旋线150；S23、对第一螺旋线150之间的螺旋间距表面进行激光表面处理，如图10所示，将激光加工头241沿第二滑轨230移动到硅铝靶材管100的一端，激光光束落到硅铝层140的表面，将硅铝靶材管100沿其轴进行旋转，同时将激光加工头241朝硅铝靶材管100的另一端滑动进行激光加工，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材管100的外周向旋转并延其长度方向延伸的第二螺旋线160，如图12所示，第二螺旋线160的中间部分位于第一螺旋线150的螺旋间隙表面，第二螺旋线160的两侧边缘部分分别与第一螺旋线150重叠形成激光搭接面；S24、如图11所示，将激光加工头241依次滑动到硅铝靶材的两端分别对硅铝层140两端进行激光表面处理，激光加工轨迹可形成为分别位于硅铝层140两端的第一圆环170和第二圆环180，第一圆环170与第二圆环180的线宽相等，第一圆环170和第二圆环180相对的一侧分别与第一螺旋线150和第二螺旋线160的端部重叠形成激光搭接面。

可选的，步骤S22、步骤S23和步骤S24中激光表面处理的工艺参数范围均为：激光功率1600W-5000W，激光光束扫描速度1000mm/min-5000mm/min，激光光斑尺寸10x2mm-30x2mm，搭接宽度0.5mm-4mm，并在激光加工过程中通入惰性气体作为保护气，气体流量为5L/min-20L/min，一般可用氩气。所用激光器250可为光纤连续激光器250，在该工艺参数下加工得到的硅铝层140的激光处理表面，其熔化再结晶的颗粒可较均匀地附着在硅铝层表面，且颗粒不易脱落，有利于再制造加工时在颗粒状的硅铝层表面热喷涂硅铝粉末，可提高热喷涂硅铝粉末与颗粒状硅铝层表面的结合力。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S24中激光表面处理的工艺参数可为：激光功率2500W，激光光束扫描速度2500mm/min，激光光斑尺寸20x2mm，搭接宽度2mm。根据本发明的一个实施例，如图11所示，第一螺旋线150、第二螺旋线160、第一圆环170和第二圆环180配合形成为硅铝层140的激光处理表面，也就是说，硅铝层140表面分为4个区域依次进行激光表面处理，通过双螺旋线激光表面处理的加工方式，可减少激光连续加工时对硅铝层140表面的热量输入，可减少硅铝层表面应力集中，防止造成裂纹和变形，该方式可使激光加工时硅铝层140表面的应力得到释放，从而可提高激光加工表面的致密性，不易产生裂纹，便于在激光加工后的表面热喷涂硅铝粉末，可提高激光加工表面与热喷涂硅铝粉末的结合力，从而可得到致密且内部无裂纹的新的可再使用的硅铝靶材管100。

需要说明的是，在实际加工生产过程中，除了采用双螺旋的激光表面处理的加工方式，还可选择其它的激光加工路径，可将硅铝层表面分成多个互相间隔的区域依次进行激光加工，最后配合形成完成的硅铝层激光处理表面。可防止一次性连续加工导致对加工面的热量输入过高，应力集中且过大而造成硅铝层表面变形、产生裂纹等缺陷。

可选的，步骤S2还可包括：S25、对已激光表面处理的硅铝层140用保鲜膜包裹，可防止热喷涂硅铝粉末之前激光加工后的表面有杂质或划伤。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中残留的硅铝层厚度为3mm-5mm，步骤S3中热喷涂硅铝粉末的厚度可为3mm-5mm，从而可使再制造之后的硅铝层140的整体厚度在6mm-9mm之间，可使硅铝层140的磁场强度达到真空磁控溅射镀膜的磁场要求，便于再制造后的硅铝靶材管100正常使用。

总而言之，根据本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的装置200，具有结构简单，装卸方便，易于加工等优点，基于此装置的本发明实施例的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，通过在待再制造加工的旋转硅铝靶材管100表面依次进行预处理、激光表面处理和热喷涂硅铝粉末，激光处理的表面在高温下熔化并快速冷却再结晶，形成为分布着球状颗粒的表面。便于在其表面热喷涂硅铝粉末，能够提高热喷涂硅铝粉末与激光表面处理后的硅铝层140的结合力，形成致密的热喷涂硅铝粉末层，从而便于硅铝靶材管100的回收再利用。该方法步骤简单、操作方便，能够提高硅铝靶材管100的使用率，减少浪费，节约成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种旋转硅铝靶材再制造的制备方法，其中所述制备方法所用的装置包括支撑座，固定件，第二滑轨，激光加工单元，激光器和操控处理器，所述支撑座包括底座和支撑件，所述底座设在水平面，沿所述底座的一侧设有第一滑轨，所述支撑件的下端与所述底座另一侧相连，所述支撑件的上端朝竖直方向向上延伸，所述固定件的数量为两个，两个所述固定件沿所述第一滑轨间隔开平行设置，至少一个所述固定件可沿所述第一滑轨滑动和/或锁定，两个所述固定件的上端分别相对设有安装部，每个所述安装部设有轴向与所述第一滑轨长度方向相同的转动轴以将所述硅铝靶材管的两端分别安装在所述转动轴，所述转动轴能够绕其轴带动所述硅铝靶材管旋转，所述第二滑轨设在所述支撑件的上端朝向所述固定件的一侧，所述第二滑轨形成为条状且与所述第一滑轨间隔开平行相对设置，所述激光加工单元包括激光加工头、保护气喷嘴、氧气浓度检测模块、光斑温度检测模块，所述激光加工头设在所述第二滑轨上且可沿所述第二滑轨滑动和/或锁定，所述激光器与所述激光加工单元光纤连接，所述操控处理器与所述激光器电连接，所述氧气浓度检测模块、所述光斑温度检测模块均设在所述激光加工头的出光口的一侧的所述保护气喷嘴口处以检测出光口的氧气浓度和硅铝靶材表面的光斑温度，所述氧气浓度检测模块与所述操控处理器通讯连接以将出光口的氧气浓度信息反馈至所述操控处理器并控制激光器的启动和/或关闭，所述光斑温度检测模块与所述操控处理器通讯连接以将所述光斑温度信息反馈至所述操控处理器，并根据所述光斑温度信息反馈结果调整激光功率，所述旋转硅铝靶材再制造的制备方法特征在于，包括以下步骤：

S1、对残留的硅铝层表面进行预处理；

S2、对预处理后的硅铝层表面进行激光表面处理以使硅铝层表面熔化再结晶形成为分布有球状颗粒的表面；

S3、在激光表面处理后的硅铝层表面热喷涂硅铝粉末；

其中所述步骤S1包括：

S11、对残留的硅铝层表面依次进行喷砂处理和砂纸抛磨处理，其中喷砂砂粒为60目-100目，喷砂的压力为0.4Mpa-0.9Mpa，砂纸砂粒为60目-120目；

S12、擦拭硅铝层表面以除掉灰尘和磨屑；

S13、向衬管内注入容量为衬管内容积1/4-3/4的冷却水并将衬管两端分别用柱塞堵住；

其中所述步骤S2包括：

S21、将预处理后的硅铝靶材的两端分别安装固定在所述转动轴上；

S22、将激光加工头沿第二滑轨移动到硅铝靶材的一端，激光光束落到硅铝层的表面，将两个转动轴同向同速率转动以带动硅铝靶材沿其轴进行旋转，同时将激光加工头朝硅铝靶材的另一端滑动进行激光表面处理，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材的外周向旋转并延其长度方向延伸的第一螺旋线；

S23、对第一螺旋线之间的螺旋间距表面进行激光表面处理，即将激光加工头沿第二滑轨移动到硅铝靶材的一端，激光光束落到硅铝层的表面，将两个转动轴同向同速率转动以带动硅铝靶材沿其轴进行旋转，同时将激光加工头朝硅铝靶材的另一端滑动进行激光加工，以使激光加工路径形成为沿硅铝靶材的外周向旋转并延其长度方向延伸的第二螺旋线，第二螺旋线的中间部分位于第一螺旋线的螺旋间隙表面，第二螺旋线的两侧边缘部分分别与第一螺旋线重叠形成激光搭接面；

S24、将激光加工头依次滑动到硅铝靶材的两端分别对硅铝层两端进行激光表面处理，激光加工轨迹形成为分别位于硅铝层两端的第一圆环和第二圆环，第一圆环和第二圆环相对的一侧分别与第一螺旋线和第二螺旋线的端部重叠形成激光搭接面。

2.根据权利要求1所述的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，其特征在于，所述步骤S22、所述步骤S23和所述步骤S24中激光表面处理的工艺参数范围均为：激光功率1600W-5000W，激光光束扫描速度1000mm/min-5000mm/min，激光光斑尺寸10x2mm-30x2mm，搭接宽度0.5mm-4mm，并在激光加工过程中通入惰性气体作为保护气，气体流量为5L/min-20L/min。

3.根据权利要求2所述的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，其特征在于，步骤S24中激光表面处理的工艺参数为：激光功率2500W，激光光束扫描速度2500mm/min，激光光斑尺寸20x2mm，搭接宽度2mm。

4.根据权利要求3所述的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，其特征在于，所述第一螺旋线、所述第二螺旋线、所述第一圆环和所述第二圆环配合形成为硅铝层的激光处理表面。

5.根据权利要求4所述的旋转硅铝靶材再制造的制备方法，其特征在于，步骤S1中残留的硅铝层厚度为3mm-5mm，步骤S3中热喷涂硅铝粉末的厚度为3mm-5mm。

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