CN113523292A - 一种通过3d打印设备生产铝钪靶材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，包括生产铝钪合金锭，制备铝钪合金粉末，采用3D打印机制备铝钪合金坯，涉及合金靶材加工制备技术领域。通过真空中频炉对高纯金属铝和高纯金属钪熔炼后浇铸成铝钪合金锭，接着再采用气雾法将铝钪合金锭制备得到铝钪合金粉末，铝钪金合金粉末相对于纯钪粉和纯铝粉，不易氧化，使得材料氧含量低，进而能够大幅提高的靶材产品的质量，接着采用匀料设备对铝钪合金粉末进行筛料和混匀处理，将粒度过大的铝钪合金粉末筛除出去，保证铝钪合金粉末粒度的均一性，最后采用3D打印的方法，利用3D打印金属致密度高、成份均匀性易控制、快速简捷的特点，生产出符合产品质量的铝钪靶材产品。

Description

一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法
技术领域
本发明属于合金靶材加工制备技术领域，具体地，涉及一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法。
背景技术
铝钪靶材具有很好的耐腐蚀性、优异的抗辐射能力、较低的电阻率、有效降低短路情形、热稳定性较好、薄膜热处理前后凸起物少以及综合性能不随热处理温度变化而剧烈变化等优点，能够满足基板电极层、大规模集成电路配线材料镀膜及使用的要求。
目前主流铝钪靶材的生产方法，为真空磁悬浮熔炼，浇铸，挤压或锻打，热等静压消除内部缺陷，数字机床车削加工，打包入库，存在工艺较长，设备要求高且昂贵的问题，并且在钪含量超过30％后，偏析和内部缺陷不易消除，原料消耗大，命中率不高；为解决上述问题，本发明提出了一种通过3D 打印设备生产铝钪靶材的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，解决了现有技术中存在的工艺较长，设备要求高且昂贵以及铝钪靶材偏析和内部缺陷不易消除，原料消耗大，命中率不高问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，包括以下步骤：
步骤一、将高纯金属铝和高纯金属钪按比例配制后，投入真空中频炉中，向真空中频炉中通入氩气作为保护气，熔炼处理得到金属液，将得到的金属液浇铸成铝钪合金锭；
步骤二、将得到的铝钪合金锭采用气雾法制成合金粉末，气雾法采用氩气进行处理，将得到的合金粉末通入匀料设备中；
步骤三、匀料设备中的筛料机构对合金粉末进行筛选，接着将经过筛选后的合金粉末通入匀料机构中，利用匀料机构对合金粉末进行搅拌混匀，将混匀后的合金粉末通入3D打印机中打印出铝钪合金坯，根据高纯合金铝和高纯合金钪的配比，调节3D打印机的温度，最后将铝钪合金坯采用数控机床进行精加工，得到铝钪靶材。
作为发明进一步的方案，步骤一中，高纯金属铝和高纯金属钪的配制比例根据客户需求确定。
作为发明进一步的方案，步骤一中，以50℃/min的升温速率将真空中频炉内部温度升至1500℃，接着以6℃/min的升温速率再将温度升至 1560℃，保温10min。
作为发明进一步的方案，步骤二中，控制合金粉末的粒度大小为5-15 μm。
作为发明进一步的方案，步骤二中，控制氩气气流的气体压强为 0.8MPa，流速控制为0.6L/min。
作为发明进一步的方案，步骤三中，利用筛料机构去除粒度大于15 μm的合金粉末。
作为发明进一步的方案，步骤三中，合金粉末的含钪量为20％时，控制3D打印机的温度为1000℃，含钪量每增加10％，控制3D打印机的温度上升200℃。
作为发明进一步的方案，所述匀料设备的使用方法如下：通过导气管向机箱的内部通入氩气，合金粉末送入进料斗的内部，合金粉末落在筛网上，伺服电缸二驱动轴驱动刷头在筛网的上表面左右往复运动，刷头对筛网上的合金粉末进行快速筛选，两个环形板与匀料罐之间形成环形腔，经过筛选后的合金粉末从进料斗中落入环形腔的内部，两个电推杆一驱动轴推动安装架向下移动，直至匀料架的底端与转动座的内部卡合，伺服电机输出轴驱动匀料架对匀料罐内部的合金粉末进行搅匀，两个伺服电缸三驱动轴的一端带动两个环形板向上运动，接着电推杆二驱动轴推动推料块将匀料罐内部的合金粉末从出料口推至出料管的内部，完成合金粉末的匀料处理。
本发明的有益效果：
通过真空中频炉对高纯金属铝和高纯金属钪熔炼后浇铸成铝钪合金锭，接着再采用气雾法将铝钪合金锭制备得到铝钪合金粉末，铝钪金合金粉末相对于纯钪粉和纯铝粉，不易氧化，使得材料氧含量低，进而能够大幅提高的靶材产品的质量，接着采用匀料设备对铝钪合金粉末进行筛料和混匀处理，将粒度过大的铝钪合金粉末筛除出去，保证铝钪合金粉末粒度的均一性，最后采用3D打印的方法，生产出符合产品质量的铝钪靶材产品，相较于传统的铝钪靶材生产方法，利用3D打印金属致密度高、成份均匀性易控制、快速简捷的特点，能够生产出质量稳定且高的铝钪靶材产品；
通过采用匀料设备对气雾法制备出的铝钪合金粉末进行处理，在匀料设备的内部利用筛料机构进行高效的筛料处理，避免粒度过大的合金粉末对3D打印的效果造成不利影响，保证铝钪靶材的生产质量，另外在匀料设备内部采用氩气作为保护气，可以有效避免合金粉末在混匀过程中出现氧化，采用分离式的匀料机构，能够高效的完成对合金粉末的匀料处理，最后通过推料板能够将匀料罐内部混匀的合金粉末送入出料管中，出料管与3D打印机的料槽连接，保证合金粉末在处理的过程中不与外界空气接触，避免合金粉末出现氧化，提升铝钪靶材的产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法的流程图；
图2为本发明匀料设备结构的示意图；
图3为本发明进料斗结构的剖视图；
图4为本发明机箱结构的剖视图；
图5为本发明图4中A处结构的放大图；
图6为本发明环形板结构的俯视图；
图7为本发明安装架结构的俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、机箱；20、进料斗；30、出料管；40、匀料罐；50、导气管；11、筛料架；12、筛料管；13、筛网；14、伺服电缸一；15、伺服电缸二；16、活动块；17、连接架；18、刷头；19、滑块；110、滑槽；21、匀料架； 22、安装架；23、伺服电缸三；24、环形板；25、电推杆一；26、限位块； 27、电推杆二；28、推料块；29、出料口；210、伺服电机；211、转动座； 212、挡块；213、弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明为一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，包括以下步骤：
步骤一、将高纯金属铝和高纯金属钪根据客户需求进行比份配制后，投入真空中频炉中，向真空中频炉中通入氩气作为保护气，以50℃/min的升温速率将真空中频炉内部温度升至1500℃，接着以6℃/min的升温速率再将温度升至1560℃，保温10min，将得到的金属液浇铸成铝钪合金锭；
步骤二、将得到的铝钪合金锭采用气雾法制成粒度大小为5-15μm的粉末，气雾法采用氩气进行处理，控制氩气气流的气体压强为0.8MPa，流速控制为0.6L/min，将得到的合金粉末通入匀料设备中；
步骤三、匀料设备中的筛料机构对合金粉末进行筛选，去除粒度大于15 μm的合金粉末，接着将经过筛选后的合金粉末通入匀料机构中，利用匀料机构对合金粉末进行搅拌混匀，将混匀后的合金粉末通入3D打印机中打印出铝钪合金坯，根据高纯合金铝和高纯合金钪的配比，调节3D打印机的温度，合金粉末的含钪量为20％时，控制3D打印机的温度为1000℃，含钪量每增加 10％，3D打印机的温度上升200℃，最后将铝钪合金坯采用数控机床进行精加工，得到铝钪靶材。
实施例2：
请参阅图1-7所示，匀料设备包括机箱10以及位于机箱10顶部的进料斗20，进料斗20的内部与机箱10的内部连通，且机箱10的一侧连通有出料管30，机箱10的内部设置有匀料罐40，且机箱10右侧的上方连通有导气管50；
进料斗20的内部设置有筛料机构，筛料机构包括筛料架11，且筛料架 11底部的左侧通过转轴与进料斗20的底部转动连接，筛料架11的内部设置有筛料管12，且筛料管12的顶端设置有筛网13，筛网13的网孔直径为14 μm，进料斗20内部的右侧设置有伺服电缸一14，且伺服电缸一14驱动轴的一端与筛料架11顶部的右侧转动连接，利用伺服电缸一14驱动轴推动筛料架11的一侧向下移动，进而使筛网13上的大粒度合金粉末落入匀料罐40 的内部，进而实现对大粒度合金粉末的自动收集；
进料斗20左侧的下方对称设置有两个伺服电缸二15，且两个伺服电缸二15驱动轴的一端均贯穿至机箱10内部并设置有活动块16，两个活动块16 之间设置有连接架17，且连接架17的底部设置有刷头18，利用刷头18在筛网13的上表面滑动，使合金粉末能够快速的穿过筛网13，刷头18的底面与筛网13的顶面接触，两个活动块16的一侧均设置有滑块19，进料斗20内壁的两侧均开设有与滑块19相配合的滑槽110，且两个滑块19的表面分别与两个滑槽110的内壁滑动连接；
匀料罐40的内部设置有匀料机构，匀料机构包括位于匀料罐40内部的匀料架21，匀料架21的顶端设置有安装架22，匀料罐40内部的两侧对称设置有伺服电缸三23，且两个伺服电缸三23驱动轴的一端均设置有环形板24，两个环形板24相对的一侧相互配合连接，机箱10内壁顶部的两侧均设置有电推杆一25，且两个电推杆一25驱动轴的一端均通过转动块与安装架22的内部转动连接，安装架22周面对称设置有限位块26，且两个限位块26分别与两个环形板24的内部滑动连接，两个环形板24的内壁均开设有与限位块 26相适配的限位槽，两个限位块26分别在两个限位槽中滑动，保证安装架 22在环形板24中的位移稳定性，匀料罐40的左侧设置有电推杆二27，且电推杆二27驱动轴的一端贯穿至匀料罐40内部并设置有推料块28，匀料罐40 右侧的下方开设有出料口29，且出料口29的内部与出料管30的内部连通；
机箱10内壁的底部设置有伺服电机210，且伺服电机210输出轴的一端连接有转动座211，转动座211通过转动轴承与匀料罐40的底部转动连接，匀料架21的底端设置为六棱柱，转动座211的内部开设有与六棱柱相适配的内六角槽，内六角槽的内部设置有挡块212，且挡块212的底部设置有弹簧 213，弹簧213的底端与内六角槽内壁的底部固定连接,匀料架21的底端与内六角槽的内部相配合，将挡块212向下压，完成对匀料架21和转动座211 之间的连接。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
本发明中匀料设备的工作原理：
使用时，通过导气管50向机箱10的内部通入氩气，合金粉末送入进料斗20的内部，合金粉末落在筛网13上，伺服电缸二15驱动轴驱动刷头18在筛网13的上表面左右往复运动，刷头18对筛网13上的合金粉末进行快速筛选，经过筛选后的合金粉末从进料斗20中落入匀料罐40的内部，两个环形板24的底部与匀料罐40内壁的底部接触，形成一个环形空间，两个电推杆一25驱动轴推动安装架22向下移动，直至匀料架21的底端与转动座211的内部卡合，伺服电机210输出轴驱动转动座211进行转动，使匀料架21对匀料罐40内部的合金粉末进行搅匀，两个伺服电缸三23驱动轴的一端伸出，带动两个环形板24向上运动，接着电推杆二 27驱动轴推动推料块28将匀料罐40内部的合金粉末从出料口29推至出料管30的内部，完成合金粉末的匀料处理。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将高纯金属铝和高纯金属钪按比例配制后，投入真空中频炉中，通入氩气作为保护气，熔炼处理得到金属液，将金属液浇铸成铝钪合金锭；
步骤二、将得到的铝钪合金锭采用气雾法制成合金粉末，气雾法采用氩气进行处理，将得到的合金粉末通入匀料设备中；
步骤三、匀料设备中的筛料机构对合金粉末进行筛选，接着将经过筛选后的合金粉末通入匀料机构中，利用匀料机构对合金粉末进行搅拌混匀，将混匀后的合金粉末通入3D打印机中打印出铝钪合金坯，根据高纯合金铝和高纯合金钪的配比，调节3D打印机的温度，最后将铝钪合金坯采用数控机床进行精加工，得到铝钪靶材。
2.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤一中，高纯金属铝和高纯金属钪的配制比例根据需求确定。
3.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤一中，以50℃/min的升温速率将真空中频炉内部温度升至1500℃，接着以6℃/min的升温速率再将温度升至1560℃，保温10min。
4.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤二中，控制合金粉末的粒度大小为5-15μm。
5.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤二中，控制氩气气流的气体压强为0.8MPa，流速控制为0.6L/min。
6.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤三中，利用筛料机构去除粒度大于15μm的合金粉末。
7.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：步骤三中，合金粉末的含钪量为20％时，控制3D打印机的温度为1000℃，含钪量每增加10％，控制3D打印机的温度上升200℃。
8.根据权利要求1所述的一种通过3D打印设备生产铝钪靶材的方法，其特征在于：所述匀料设备的使用方法如下：通过导气管(50)向机箱(10)的内部通入氩气，合金粉末送入进料斗(20)的内部，合金粉末落在筛网(13)上，伺服电缸二(15)驱动轴驱动刷头(18)在筛网(13)的上表面左右往复运动，刷头(18)对筛网(13)上的合金粉末进行快速筛选，两个环形板(24)与匀料罐(40)之间形成环形腔，经过筛选后的合金粉末从进料斗(20)中落入环形腔的内部，两个电推杆一(25)驱动轴推动安装架(22)向下移动，直至匀料架(21)的底端与转动座(211)的内部卡合，伺服电机(210)输出轴驱动匀料架(21)对匀料罐(40)内部的合金粉末进行搅匀，两个伺服电缸三(23)驱动轴的一端带动两个环形板(24)向上运动，接着电推杆二(27)驱动轴推动推料块(28)将匀料罐(40)内部的合金粉末从出料口(29)推至出料管(30)的内部，完成合金粉末的匀料处理。
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