CN113878221A - 一种改善钨靶材焊接质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及镀膜处理；对中间层的一侧进行镀膜处理；对中间层非镀膜侧以及背板的焊接面进行车削螺纹处理；将所述中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述中间层镀膜侧与所述背板的焊接面进行装配，进行热等静压焊接。所述方法可以解决钨靶材焊接过程中的开裂问题，提高焊接质量以及合格率。

Description

一种改善钨靶材焊接质量的方法

技术领域

本发明属于靶材制造领域，涉及一种改善钨靶材焊接质量的方法。

背景技术

磁控溅射是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩原子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击溅射基台上的靶材组件上的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基板上成膜，而最终达到对基板表面镀膜的目的。

CN111014930A公开了一种钨靶材组件两步热等静压扩散焊接方法，所述焊接方法以钨靶坯与Al中间层先进行热等静压扩散焊接，然后再将其与铜背板进行第二次热等静压扩散焊接，最终获得钨靶材组件，所述钨靶材组件的钨靶坯-Al中间层焊接面的焊接强度≥125MPa，Al中间层-铜背板焊接面的焊接强度≥65MPa，两个焊接面的焊合率均>99.5％，焊接后靶材的整体变形程度小，并且适用于大功率的溅射机台，保证溅射过程中不会脱焊、掉靶。

CN112846171A公开了一种粉末中间层及利用其进行钨靶材热等静压扩散焊接方法，所述粉末中间层由Ti、Al和Cu构成，各粉末质量占比为Ti粉末15％-25％，Cu粉末15％-25％，Al粉末50％-70％。钨靶材热等静压扩散焊接方法，其特征在于，包括：第一步，准备原材料，包括钨靶坯、铜背板、包套；第二步，酸洗，将钨靶坯及铜背板进行酸洗，去除表面氧化层，露出钨靶坯及铜背板新鲜表面；第三步，准备中间粉末层，按比例称量相应包套容积中对应的中间层体积所需要的Ti粉末、Cu粉末及Al粉末，将粉末置入混粉机内进行混粉，时间2～5h；第四步，将铜背板置入包套，将第三步获得的中间粉末层铺在铜背板上，将钨靶坯放置于中间粉末层上；第五步，封焊，将第四步获得的样品包套进行除气封焊；第六步，热等静压扩散焊接，除气封焊后的包套进行热等静压扩散焊接，焊接温度为400～650℃，焊接压力为120～160MPa，时间为2～6h，得到钨靶材-粉末中间层-铜背板的焊接组件；第七步，机械加工，将获得的钨靶材-中间层-铜背板的焊接组件进行机械加工去除包套，最终获得钨靶材焊接组件。最终获得焊接强度大于150MPa，焊合率>99.7％，W靶材表面变形<1mm的焊接组件。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法可以解决钨靶材焊接过程中的开裂问题，提高焊接质量以及合格率。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及镀膜处理；

对中间层的一侧进行镀膜处理；

对中间层非镀膜侧以及背板的焊接面进行车削螺纹处理；

将所述中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述中间层镀膜侧与所述背板的焊接面进行装配，进行热等静压焊接。

本发明中，通过在钨靶材以及中间层焊接面进行镀膜处理，改善焊接面的结构，在中间层以及背板进行车削螺纹处理，提高靶材、中间层以及背板的结合面积，二者协同作用，提高钨靶材焊接强度的同时，减少焊接过程中出现的开裂情况。

作为本发明优选的技术方案，所述钨靶材镀膜处理的方法为PVD镀Ti膜。

作为本发明优选的技术方案，所述Ti膜的厚度为3～6μm，如3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述中间层镀膜处理的方法为PVD镀Ti膜。

作为本发明优选的技术方案，所述Ti膜的厚度为3～6μm，如3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述中间层为铝中间层。

作为本发明优选的技术方案，所述背板为铜背板。

作为本发明优选的技术方案，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状。

作为本发明优选的技术方案，所述热等静压焊接的温度为400～500℃，如410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃或490℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述热等静压焊接的压力≥105MPa，如110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa或200MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述热等静压焊接的时间为3～6h，如3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，上述改善钨靶材焊接质量的方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，进行热等静压焊接，所述热等静压焊接的温度为400～500℃，压力≥105MPa，时间为3～6h。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法可以解决钨靶材焊接过程中的开裂问题，提高焊接质量以及合格率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式部分钨靶材与中间层以及背板的装配结构示意图；

图中：1-钨靶材，2-背板，3-中间层。

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。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，装配结构如图1所示，进行热等静压焊接，所述热等静压焊接的温度为400℃，压力为150MPa，时间为6h。

实施例2

本实施例提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为6μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为6μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，装配结构如图1所示，进行热等静压焊机，所述热等静压焊接的温度为500℃，压力为120MPa，时间为3h。

实施例3

本实施例提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为4μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为4μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，装配结构如图1所示，进行热等静压焊机，所述热等静压焊接的温度为420℃，压力为145MPa，时间为5h。

实施例4

本实施例提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为5μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为5μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，装配结构如图1所示，进行热等静压焊机，所述热等静压焊接的温度为480℃，压力为125MPa，时间为3.5h。

实施例5

本实施例提供一种改善钨靶材焊接质量的方法，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，装配结构如图1所示，进行热等静压焊机，所述热等静压焊接的温度为450℃，压力135MPa，时间为5h。

对比例1

本对比例除了钨靶材焊接面不进行及PVD镀Ti膜处理外，其余条件均与实施例5相同。

对比例2

本对比例除了中间层不进行及PVD镀Ti膜处理外，其余条件均与实施例5相同。

对比例3

本对比例除了中间层不进行车削螺纹处理外，其余条件均与实施例5相同。

对比例4

本对比例除了背板不进行车削螺纹处理外，其余条件均与实施例5相同。

实施例1-5以及对比例1-4使用的钨靶材的纯度为99.999％，铝中间层的纯度为99.995％，铜背板的纯度为99.99％。

采用C-SCAN检测验证实施例1-5以及对比例1-4制备得到钨靶材与铜背板的焊接质量，其检测条件如表1所示，结果如表2所示。

表1

表2

	焊接结合率/％
		实施例1	98.5
实施例2	99.5
		实施例3	98.8
实施例4	99.2
		实施例5	99.1
对比例1	95.6
		对比例2	95.2
对比例3	96.0
		对比例4	96.1

通过表2的测试结果可以看出，本申请对钨靶材、中间层以及背板进行改进后，其HIP焊接后的焊接结合率显著提高。对比例1-4分别未进行钨靶材焊接面的PVD镀Ti膜处理、中间层的PVD镀Ti膜处理、中间层的车削螺纹处理以及背板的车削螺纹处理，导致焊接结合率相比于实施例5有所下降。

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。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种改善钨靶材焊接质量的方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及镀膜处理；

对中间层的一侧进行镀膜处理；

对中间层非镀膜侧以及背板的焊接面进行车削螺纹处理；

将所述中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述中间层镀膜侧与所述背板的焊接面进行装配，进行热等静压焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钨靶材镀膜处理的方法为PVD镀Ti膜。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Ti膜的厚度为3～6μm。

4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述中间层镀膜处理的方法为PVD镀Ti膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Ti膜的厚度为3～6μm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述中间层为铝中间层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述背板为铜背板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述热等静压焊接的温度为400～500℃；

优选地，所述热等静压焊接的压力≥105MPa；

优选地，所述热等静压焊接的时间为3～6h。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述钨靶材的焊接面进行精磨以及PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层的一侧进行PVD镀Ti膜处理，所述Ti膜的厚度为3～6μm；

对铝中间层非镀膜侧以及铜背板的焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹处理得到的螺纹为锯齿状；

将所述铝中间层非镀膜侧与所述钨靶材的焊接面进行装配，将所述铝中间层镀膜侧与所述铜背板的焊接面进行装配，进行热等静压焊接，所述热等静压焊接的温度为400～500℃，压力≥105MPa，时间为3～6h。

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