CN113084323A - 一种钨靶材组件的焊接结构及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钨靶材组件的焊接结构及其焊接方法，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，铜背板设置有第一放置槽，所述铝中间层设置于第一放置槽中，为第一组合件，铝盖板设置有第二放置槽，所述钨靶材设置于第二放置槽中，为第二组合件，将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层与钨靶材相接触，钨靶材中与铝中间层的接触面为第一焊接面，第一焊接面上设置有第一钛金属膜，铜背板中与铝中间层的接触面为第二焊接面，第二焊接面上设置有第二钛金属膜，将所述焊接结构依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件，所述钨靶材组件焊接结合率在优选条件下可达到99％以上，便于后续加工安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种钨靶材组件的焊接结构及其焊接方法。
背景技术
钨是稀有金属，也是重要的战略物资，钨靶材主要应用于航天、稀土冶炼、电光源、化工设备、医疗器械、冶金机械、熔炼设备、石油、等领域。由于纯钨很脆，难以加工，所以钨大多数都是与其他的金属形成合金或以钨的化合物被广泛运用。随着电子行业的飞速发展，对钨靶材的要求也在一步步增加。
由于钨材料的特性以及焊接结构设计不良的问题，在钨靶材加工中，焊接很容易发生焊接不良的情况。
CN108247190B公开了一种钨靶材扩散焊接结构及钨靶材扩散焊接方法，涉及半导体溅射靶材制造的技术领域，包括钨靶材主体、铜合金背板、真空层、第一中间层和第二中间层；铜合金背板设置有放置槽，钨靶材主体、真空层、第一中间层和第二中间层依次设置于防止槽内通过第一中间层用于释放钨靶材主体和铜合金背板的应力，以及通过第二中间层保证铜合金背板和第一中间层的扩散焊接，最后通过真空层防止钨靶材主体扩散焊接过程中的开裂，但所述结构使用材料较多，焊接结合率差。
CN107971620A公开了一种钨靶材扩散焊接方法及靶材组件，以缓解现有技术中存在的钨靶材直接与铜合金背板焊接容易出现裂纹，以及钨靶材与铝中间层，铝中间层与铜合金之间不易扩散焊接的技术问题。首先在钨靶材的焊接面镀上一层钛金属膜形成镀钛钨靶材、在铝中间层的上下两个焊接面均镀上一层钛金属膜形成镀钛铝中间层、在铜合金背板的焊接面镀上一层钛金属膜形成镀钛铜合金背板。然后装配镀钛钨靶材、镀钛铝中间层和镀钛铜合金背板以形成装配体，其中镀钛铝中间层位于镀钛钨靶材和镀钛铜合金背板之间，但还存在钨靶材焊接结合率差的问题。
CN108544045A公开了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，所述钨靶材焊接方法首先对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，再利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件，对所述钨靶材组件进行冷却，但还存在焊接结合率差的问题。
因此，有必要开发一种结构简单，能够提高钨靶材焊接结合率的焊接结构和焊接方法，具有广泛的应用前景。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种钨靶材的焊接结构，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，铝中间层设置于铜背板的第一放置槽内，钨靶材设置于铝盖板的第二放置槽内，将铝中间层与钨靶材相接触进行叠放，钨靶材中靠近铝中间层的一面设置有第一钛金属膜，铜背板中靠近铝中间层的一面设置有第二钛金属膜；将所述焊接结构依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件，所述钨靶材组件焊接结合率在优选条件下可达到99％以上，便于后续加工安全稳定。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种钨靶材组件的焊接结构，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板；所述铜背板设置有第一放置槽，所述铝中间层设置于第一放置槽中，为第一组合件；所述铝盖板设置有第二放置槽，所述钨靶材设置于第二放置槽中，为第二组合件；将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层与钨靶材相接触；所述钨靶材中与铝中间层的接触面为第一焊接面；所述第一焊接面上设置有第一钛金属膜；所述铜背板中与铝中间层的接触面为第二焊接面；所述第二焊接面上设置有第二钛金属膜。
设置铝中间层能够放置焊接时，钨靶材和铜背板接触而导致的钨靶材开裂，从而有利于钨靶材与铜背板焊接成为组合件，设置铝盖板能够起到固定作用，该结构能够提高钨靶材组件中的焊接结合率，在第一焊接面和第二焊接面上分别设置有第一钛金属膜和第二钛金属膜，能够防止钨靶材在扩散焊接过程中的开裂，缓解了现有技术中存在的钨靶材焊接过程中容易出现裂纹的技术问题，使得钨靶材组件中的焊接结合率提高。
优选地，所述第一放置槽的深度为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。
优选地，所述第一放置槽的内径为300～350mm，例如可以是300mm、310mm、320mm、330mm、340mm或350mm等。
优选地，所述铝中间层的厚度为4～6mm，例如可以是4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm、5mm、5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm或6mm等。
优选地，所述第二放置槽的深度为8～12mm，例如可以是8mm、8.4mm、8.8mm、9.2mm、9.6mm、10mm、10.4mm、10.8mm、11.2mm、11.6mm或12mm等。
优选地，所述第二放置槽的内径为300～350mm，例如可以是300mm、310mm、320mm、330mm、340mm或350mm等。
优选地，所述钨靶材的厚度为7～11mm，例如可以是7mm、7.4mm、7.8mm、8.2mm、8.6mm、9mm、9.4mm、9.8mm、10.2mm、10.6mm或11mm等。
优选地，所述第一放置槽的内径较铝中间层的直径多0.4～0.8mm，例如可以是0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm或0.8mm等。
优选地，所述第二放置槽的内径较钨靶材的直径多0.4～0.8mm，例如可以是0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm或0.8mm等。
优选地，所述铝中间层的厚度大于第二放置槽的深度。
本发明中的钨靶材组件的焊接结构中必须保证钨靶材和铜背板不能接触，避免钨靶材的开裂。
优选地，所述第一焊接面的粗糙度≤3μm，例如可以是3μm、2.8μm、2.6μm、2.4μm、2.2μm、2μm、1.8μm、1.6μm、1.4μm、1.2μm或1μm等。
优选地，所述第二焊接面的粗糙度≤3μm，例如可以是3μm、2.8μm、2.6μm、2.4μm、2.2μm、2μm、1.8μm、1.6μm、1.4μm、1.2μm或1μm等。
优选地，所述第一钛金属膜的厚度为3～6μm，例如可以是3μm、3.3μm、3.6μm、3.9μm、4.2μm、4.5μm、4.8μm、5.1μm、5.4μm、5.7μm或6μm等。
优选地，所述第二钛金属膜的厚度为3～6μm，例如可以是3μm、3.3μm、3.6μm、3.9μm、4.2μm、4.5μm、4.8μm、5.1μm、5.4μm、5.7μm或6μm等。
优选地，所述铝盖板的材质为Al060。
优选地，所述铝中间层的材质为Al1060。
优选地，所述钨靶材的纯度≥99.999wt％，例如可以是99.999wt％、99.9991wt％、99.9992wt％、99.9993wt％、99.9994wt％、99.9995wt％、99.9996wt％、99.9997wt％、99.9998wt％或99.9999wt％等。
优选地，所述铜背板的材质为C46400。
第二方面，本发明提供一种钨靶材组件的焊接方法，所述焊接方法采用第一方面所述的钨靶材组件的焊接结构进行。
优选地，所述焊接方法包括：将具有所述焊接结构的钨靶材组件放入包套内，依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件。
本发明中钨靶材组件的焊接结构依次经脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件，所得到的的钨靶材组件焊接结合率在优选条件下可以达到99％以上，解决了钨靶材焊接难的问题。
优选地，所述包套的材质包括铝。
优选地，所述脱气的温度为320～380℃，例如可以是320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃或380℃等。
优选地，所述脱气的时间为2～4h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等。
优选地，所述脱气后的真空度≤0.002Pa，例如可以是0.002Pa、0.0018Pa、0.0016Pa、0.0014Pa、0.0012Pa、0.001Pa、0.0008Pa、0.0006Pa、0.0004Pa或0.0002Pa等。
优选地，所述扩散焊接的温度为420～480℃，例如可以是420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃或480℃等。
优选地，所述扩散焊接的压力为100～110MPa，例如可以是100MPa、101MPa、102MPa、103MPa、104MPa、105MPa、106MPa、107MPa、108MPa、109MPa或110MPa等。
优选地，所述扩散焊接的时间为4～6h，例如可以是4h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h、5h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h或6h等。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括步骤：将钨靶材组件的焊接结构放置于包套内，在320～380℃下脱气2～4h，直至真空度≤0.002Pa，在温度为420～480℃和压力为100～110MPa下进行扩散焊接4～6h，去除包套，得到钨靶材组件。
第三方面，本发明提供一种钨靶材组件，所述钨靶材组件采用第二方面所述的钨靶材组件的焊接方法焊接得到。
本发明中钨靶材组件焊接良好，在优选条件下，产品焊接结合率达到99％以上，方便后续安全稳定的加工。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的钨靶材组件的焊接结构，结构简单，操作方便；
(2)本发明提供的钨靶材组件的焊接结构，应用于焊接方法中，在优选条件下，能够保证钨靶材组件焊接结合率达到99％以上，焊接效果优越；
(3)本发明提供的钨靶材组件的焊接方法，操作简单，可适用于工业生产。
附图说明
图1是本发明实施例1中钨靶材组件的焊接结构示意图。
图中：1-铝盖板；2-钨靶材；3-第一钛金属膜；4-铝中间层；5-第二钛金属膜；6-铜背板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
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。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种钨靶材组件的焊接结构，如图1所示，所述焊接结构包括铝盖板1、钨靶材2、铝中间层4和铜背板6，铜背板6设置有深度为4mm、内径为325mm的第一放置槽，将厚度为5mm的铝中间层4设置于第一放置槽中，为第一组合件，其中第一放置槽的内径较铝中间层4的直径多0.6mm；铝盖板1设置有深度为10mm、内径为325mm的第二放置槽，厚度为9mm的钨靶材2设置于第二放置槽中，为第二组合件，其中第二放置槽的内径较钨靶材2的直径多0.6mm；将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层4与钨靶材2相接触；钨靶材2中与铝中间层4的接触面为第一焊接面，粗糙度为2μm，第一焊接面上设置有厚度为4.5μm的第一钛金属膜3，铜背板6中与铝中间层4的接触面为第二焊接面，粗糙度为2μm，第二焊接面上设置有厚度为4.5μm的第二钛金属膜5，得到钨靶材组件的焊接结构。
本实施例还提供所述钨靶材组件的焊接方法，所述方法包括步骤：将钨靶材组件的焊接结构放置于包套内，在350℃下脱气3h，直至真空度为0.002Pa，在温度为450℃和压力为105MPa下进行扩散焊接5h，去除包套，得到钨靶材组件。
实施例2
本实施例提供一种钨靶材组件的焊接结构，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，铜背板设置有深度为3mm、内径为300mm的第一放置槽，将厚度为4mm的铝中间层设置于第一放置槽中，为第一组合件，其中第一放置槽的内径较铝中间层的直径多0.4mm；铝盖板设置有深度为8mm、内径为300mm的第二放置槽，厚度为7mm的钨靶材设置于第二放置槽中，为第二组合件，其中第二放置槽的内径较钨靶材的直径多0.4mm；将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层与钨靶材相接触；钨靶材中与铝中间层的接触面为第一焊接面，粗糙度为3μm，第一焊接面上设置有厚度为3μm的第一钛金属膜，铜背板中与铝中间层的接触面为第二焊接面，粗糙度为3μm，第二焊接面上设置有厚度为3μm的第二钛金属膜，得到钨靶材组件的焊接结构。
本实施例还提供所述钨靶材组件的焊接方法，所述方法包括步骤：将钨靶材组件的焊接结构放置于包套内，在320℃下脱气4h，直至真空度为0.001Pa，在温度为420℃和压力为100MPa下进行扩散焊接6h，去除包套，得到钨靶材组件。
实施例3
本实施例提供一种钨靶材组件的焊接结构，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，铜背板设置有深度为5mm、内径为350mm的第一放置槽，将厚度为6mm的铝中间层设置于第一放置槽中，为第一组合件，其中第一放置槽的内径较铝中间层的直径多0.8mm；铝盖板设置有深度为12mm、内径为350mm的第二放置槽，厚度为11mm的钨靶材设置于第二放置槽中，为第二组合件，其中第二放置槽的内径较钨靶材的直径多0.8mm；将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层与钨靶材相接触；钨靶材中与铝中间层的接触面为第一焊接面，粗糙度为1.5μm，第一焊接面上设置有厚度为6μm的第一钛金属膜，铜背板中与铝中间层的接触面为第二焊接面，粗糙度为1.5μm，第二焊接面上设置有厚度为6μm的第二钛金属膜，得到钨靶材组件的焊接结构。
本实施例还提供所述钨靶材组件的焊接方法，所述方法包括步骤：将钨靶材组件的焊接结构放置于包套内，在380℃下脱气2h，直至真空度为0.002Pa，在温度为480℃和压力为110MPa下进行扩散焊接4h，去除包套，得到钨靶材组件。
实施例4
本发明提供一种钨靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于焊接方法中扩散焊接的温度为400℃，其余均与实施例1相同。
实施例5
本发明提供一种钨靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于焊接方法中扩散焊接的温度为500℃，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种钨靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于焊接结构不包括铝盖板，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种钨靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于焊接结构不包括铝中间层，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种钨靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于焊接结构不包括第一钛金属膜和第二钛金属膜，其余均与实施例1相同。
三、测试及结果
钨靶材组件焊接结合率的测试方法：采用型号为日产SDS-34000的超声波探伤仪进行检测。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)本发明提供一种钨靶材的焊接结构及其焊接方法，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，铝中间层设置于铜背板的第一放置槽内，钨靶材设置于铝盖板的第二放置槽内，所述焊接方法是将所述焊接结构依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件，所述钨靶材组件焊接结合率高，便于后续加工安全稳定，具体而言，实施例1～5中钨靶材组件的焊接结合率≥78.2％，在优选条件下，钨靶材组件的焊接结合率≥99.2％；
(2)结合实施例1和实施例4～5，实施例1中扩散焊接的温度为450℃，相较于实施例4～5中扩散焊接的温度分别为400℃和500℃而言，实施例1中钨靶材组件的焊接结合率为99.5％，而实施例4～5中钨靶材组件的焊接结合率分别为81.5％和78.2％，由此表明，本发明将扩散焊接的温度控制在一定范围内，能够进一步提高钨靶材组件的焊接结合率；
(3)结合实施例1和对比例1，实施例1中焊接结构包括铝盖板，相较于对比例1中焊接结构不包括铝盖板而言，实施例1中钨靶材组件的焊接结合率为99.5％，而对比例1中钨靶材组件的焊接结合率为40.8％，由此表明，本发明中焊接结构包括铝盖板，能够提高钨靶材组件的焊接结合率；
(4)结合实施例1和对比例2，实施例1中焊接结构包括铝中间层，相较于对比例2中焊接结构不包括铝中间层而言，实施例1中钨靶材组件的焊接结合率为99.5％，而对比例2中钨靶材组件的焊接结合率为30.2％，由此表明，本发明中焊接结构包括铝中间层，能够提高钨靶材组件的焊接结合率；
(5)结合实施例1和对比例3，实施例1中焊接结构包括第一钛金属膜和第二钛金属膜，相较于对比例3中焊接结构不包括第一钛金属膜和第二钛金属膜而言，实施例1中钨靶材组件的焊接结合率为99.5％，而对比例3中钨靶材组件的焊接结合率为60.2％，由此表明，本发明中焊接结构包括第一钛金属膜和第二钛金属膜，能够提高钨靶材组件的焊接结合率。
综上所述，本发明提供一种钨靶材的焊接结构及其焊接方法，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板，同时设置第一钛金属膜和第二钛金属膜，所述焊接方法是将所述焊接结构依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件，钨靶材组件的焊接结合率≥78.2％，在优选条件下，钨靶材组件的焊接结合率≥99.2％，便于后续加工安全稳定。
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。
Claims (10)
1.一种钨靶材组件的焊接结构，其特征在于，所述焊接结构包括铝盖板、钨靶材、铝中间层和铜背板；
所述铜背板设置有第一放置槽，所述铝中间层设置于第一放置槽中，为第一组合件；
所述铝盖板设置有第二放置槽，所述钨靶材设置于第二放置槽中，为第二组合件；
将第一组合件与第二组合件叠放，其中铝中间层与钨靶材相接触；
所述钨靶材中与铝中间层的接触面为第一焊接面；
所述第一焊接面上设置有第一钛金属膜；
所述铜背板中与铝中间层的接触面为第二焊接面；
所述第二焊接面上设置有第二钛金属膜。
2.根据权利要求1所述的焊接结构，其特征在于，所述第一放置槽的深度为3～5mm；
优选地，所述铝中间层的厚度为4～6mm。
3.根据权利要求1或2所述的焊接结构，其特征在于，所述第二放置槽的深度为8～12mm；
优选地，所述钨靶材的厚度为7～11mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的焊接结构，其特征在于，所述第一放置槽的内径较铝中间层的直径多0.4～0.8mm；
优选地，所述第二放置槽的内径较钨靶材的直径多0.4～0.8mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的焊接结构，其特征在于，所述铝中间层的厚度大于第二放置槽的深度；
优选地，所述第一焊接面的粗糙度≤3μm；
优选地，所述第二焊接面的粗糙度≤3μm；
优选地，所述第一钛金属膜的厚度为3～6μm；
优选地，所述第二钛金属膜的厚度为3～6μm；
优选地，所述铝盖板的材质为Al060；
优选地，所述铝中间层的材质为Al1060；
优选地，所述钨靶材的纯度≥99.999wt％；
优选地，所述铜背板的材质为C46400。
6.一种钨靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法采用权利要求1～5任一项所述的钨靶材组件的焊接结构进行。
7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：将具有所述焊接结构的钨靶材组件放入包套内，依次进行脱气、扩散焊接和去除包套，得到钨靶材组件。
8.根据权利要求6或7所述的焊接方法，其特征在于，所述包套的材质包括铝；
优选地，所述脱气的温度为320～380℃；
优选地，所述脱气的时间为2～4h；
优选地，所述脱气后的真空度≤0.002Pa；
优选地，所述扩散焊接的温度为420～480℃；
优选地，所述扩散焊接的压力为100～110MPa；
优选地，所述扩散焊接的时间为4～6h。
9.根据权利要求6～8任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括步骤：将钨靶材组件的焊接结构放置于包套内，在320～380℃下脱气2～4h，直至真空度≤0.002Pa，在温度为420～480℃和压力为100～110MPa下进行扩散焊接4～6h，去除包套，得到钨靶材组件。
10.一种钨靶材组件，其特征在于，所述钨靶材组件采用权利要求6～9任一项所述的钨靶材组件的焊接方法焊接得到。
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