CN115354290B - 一种放射性靶件的制造方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射性靶件的制造方法及系统，涉及磁控溅射领域，解决了放射性靶件制造过程中的材料的利用率低，加工过程中产生的切屑回收难度大、回收代价高等问题。该放射性靶件的制造方法，包括：提供一毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔；将熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔中进行冷却成型，得到第一毛坯件；对所述第一毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件。本发明的方案提高了放射性靶件制造过程中材料的利用率，减少了制造过程中切屑的生成量，降低了切屑回收的代价。
Description
技术领域
本发明涉及磁控溅射领域，具体涉及一种放射性靶件的制造方法及系统。
背景技术
圆筒形放射性靶件制造过程中，由于材料的难以获取，像常规金属一样直接由大块金属锭车削加工得到的话，会出现材料的利用率低，加工过程中产生的切屑回收难度大、回收代价高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种放射性靶件的制造方法及系统。可以提高放射性靶件制造过程中材料的利用率，减少了制造过程中切屑的生成量，降低了切屑回收的代价。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种放射性靶件的制造方法，包括：
提供一毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔；
将熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔中进行冷却成型，得到第一毛坯件；
对所述第一毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件。
可选的，所述浇铸型腔由底模和顶模装配形成，其中，所述底模包括底座以及与所述底座一体成型的模芯，所述模芯设置在所述底座中间；
所述顶模为中空回转体，所述顶模中空部分为漏斗状；所述顶模套设在所述模芯上，且与所述模芯之间形成浇铸型腔。
可选的，所述底座侧边上设置有内螺纹，所述顶模底部侧边设置有外螺纹，所述顶模和所述底模通过内螺纹和外螺纹螺旋旋合形成浇铸型腔。
可选的，将熔融的放射性材料置入所述浇铸型腔中进行冷却成型，得到第一毛坯件，包括：
在所述浇铸型腔的内壁上喷涂或刷涂与放射性材料不反应的涂层；
将熔融态的放射性材料通过顶模顶部灌入所述浇铸型腔中；
对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔进行冷却，得到第一毛坯件。
可选的，对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔进行冷却，得到第一毛坯件，包括：
盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔在真空熔炼炉内完全冷却后取出，去除浇铸模具，得到第一毛坯件。
可选的，对所述第一毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件，包括：
将所述第一毛坯件沿切断点切断，并将模芯从第一毛坯件中取出，得到第二毛坯件，所述切断点位于漏斗状的顶模的下沿；
对所述第二毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件。
可选的，对所述第二毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件，包括：
将所述第二毛坯件的第一端端部的第一内壁上和第二端端部的外壁上分别车削出一个定位点；
通过所述定位点将所述第二毛坯件固定在机床上，并分别对所述第二毛坯件的第一内壁和外壁进行车削，得到放射性靶件。
可选的，将所述第二毛坯件的第一端端部的第一内壁上和第二端端部的外壁上分别车削出一个定位点，包括：
在所述第二毛坯件的第一端端部的第一内壁上车削出内孔，在所述第二毛坯件的第二端端部的外壁上车削定位台，所述定位台的深度不低于1mm，所述定位台长度需不小于2mm且不大于所述第二毛坯件与所述放射性靶件的长度差。
可选的，通过所述定位点将所述第二毛坯件固定在机床上，并分别对所述第二毛坯件的第一内壁和外壁进行车削，得到放射性靶件，包括：
通过所述内孔和定位台将所述第二毛坯件装夹在机床上，将所述第二毛坯件的外壁直径车削至第一预设值，调整装夹方式，用卡盘夹持在外壁上，将第一内壁直径车削至第二预设值，并切除包括定位台在内的多余长度，得到放射性靶件。
本发明的实施例还提供一种放射性靶件的制造系统包括：
毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔；
车削工具，熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔中进行冷却成型，得到第一毛坯件后，所述车削工具对所述第一毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明所述的一种放射性靶件的制造方法，包括：提供一毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔；将熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔中进行冷却成型，得到第一毛坯件；对所述第一毛坯件进行切削加工，获得放射性靶件。解决了放射性靶件制造过程中的材料的利用率低，加工过程中产生的切屑回收难度大、回收代价高等问题。提高了放射性靶件制造过程中材料的利用率，减少了制造过程中切屑的生成量，降低了切屑回收的代价。
附图说明
图1是本发明的放射性靶件的制造方法的流程图；
图2是本发明的放射性靶件的制造方法中的浇铸模具的装配示意图；
图3是本发明的放射性靶件的制造方法中的底模的结构示意图；
图4是本发明的放射性靶件的制造方法中的顶模的结构示意图；
图5是本发明的放射性靶件的制造方法中的第一毛坯件结构示意图；
图6是本发明的放射性靶件的制造方法中的第二毛坯件结构示意图；
图7是本发明的放射性靶件的制造方法中的第二毛坯件上的内孔放大图；
图8是本发明的放射性靶件的制造方法中的第二毛坯件上的定位台放大图；
其中，1、第一毛坯件；11、底模；12、顶模；13、底座；14、模芯；15、内螺纹；16、外螺纹；2、第二毛坯件；21、第一内壁；22、外壁；23、内孔；24、定位台；3、切断点；4、浇铸型腔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提出一种放射性靶件的制造方法，包括：
步骤110，提供一毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔4；
步骤120，将熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔4中进行冷却成型，得到第一毛坯件1；
步骤130，对所述第一毛坯件1进行切削加工，获得放射性靶件。
本实施例中，所述浇铸模具内壁需要光滑平整，所述浇铸模具的材质应采用石墨等易于加工且便于破碎的材料，从而便于在浇铸后取出第一毛坯件1；最终得到的放射性靶件内径可小于20mm，所述放射性靶件的厚度可达到2mm。
如图2至图4所示，本发明的一可选实施例中，所述浇铸型腔4由底模11和顶模12装配形成，其中，所述底模11包括底座13以及与所述底座13一体成型的模芯14，所述模芯14设置在所述底座13中间；
所述顶模12为中空回转体，所述顶模12中空部分为漏斗状；所述顶模12套设在所述模芯14上，且与所述模芯14之间形成浇铸型腔4。
所述底座13侧边上设置有内螺纹15，所述顶模12底部侧边设置有外螺纹16，所述顶模12和所述底模11通过内螺纹15和外螺纹16螺旋旋合形成浇铸型腔4。
本实施例中，所述模芯14的直径大小直接决定了所浇筑出的第一毛坯件1的内径大小，为保证后续加工需要，因此所述模芯14的直径应当比所述放射性靶件内径至少小3mm；所述浇铸型腔4的长度直接决定了所浇筑出的第一毛坯件的长度，为保证后续加工需要，所述浇铸型腔4的长度应当比所述放射性靶件长度长至少15mm，但也不宜过长，避免放射性材料的浪费；所述顶模12的中空部分采用漏斗状设计，有利于向浇铸型腔4内倒入熔融态的放射性材料，所述顶模12的中空部分的直径直接决定了所浇筑出的第一毛坯件1的外径大小，为保证后续加工需要，所述顶模12的中空部分的直径应当比所述放射性靶件外径至少大3mm。
如图5所示，本发明的一可选的实施例中，步骤120可以包括：
步骤121，在所述浇铸型腔4的内壁上喷涂或刷涂与放射性材料不反应的涂层；
步骤122，将熔融态的放射性材料通过顶模12顶部灌入所述浇铸型腔4中；
步骤123，对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔4进行冷却，得到第一毛坯件1。该步骤123具体实现时，盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔4在真空熔炼炉完全冷却后，取出浇铸模具及浇铸型腔4，去除浇铸模具后，得到第一毛坯件1。
本实施例中，所述真空熔炼炉可以是真空感应炉，也可以是真空电阻炉，本发明提供一种真空感应炉中的中频感应电炉，所述中频感应电炉通过电流频率在150-8000Hz范围电源进行供电，所述中频感应炉利用中频电源建立中频磁场，使铁磁材料内部产生感应涡流并发热，达到加热材料的目的，使用时，将放射性材料放入坩埚内，然后在所述中频感应炉内从上往下依次放坩埚、浇盘、浇铸模具，所述坩埚、浇盘、浇铸模具均处于水冷感应线圈中间的圆形区域，放射性材料在坩埚内感应加热融化后，向上提起坩埚，将熔融态的放射性材料浇入浇铸型腔4中，然后再停止加热，所述浇铸型腔4在所述中频感应炉内冷却，彻底冷却后打开所述中频感应炉将所述浇铸型腔4和所述浇铸模具取出，去除浇铸模具后，得到第一毛坯件1。
本实施例中，在所述浇铸型腔4的内壁上喷涂或刷涂与放射性材料不反应的涂层是为了防止熔融的放射性材料与所述浇铸模具发生反应；待所述浇铸型腔4冷却后通过破碎所述浇铸模具来得到如图5所示的第一毛坯件1。
如图5和图6所示，本发明的一可选的实施例中，步骤130可以包括：
步骤131，将所述第一毛坯件1沿切断点3切断，并将模芯14从第一毛坯件1中取出，得到第二毛坯件2，所述切断点3位于漏斗状的顶模12的下沿；
步骤132，对所述第二毛坯件2进行切削加工，获得放射性靶件。
本实施例中，所述第一毛坯件1顶部为漏斗状结构，此结构是由于漏斗状的顶模12所形成的，需要沿切断点3切断，并在切断后取出所述模芯14，从而得到第二毛坯件2，并对所述第二毛坯件2进行切削加工，获得放射性靶件。
如图6、图7以及图8所示，本发明的一可选的实施例中，步骤132可以包括：
步骤1321，将所述第二毛坯件2的第一端端部的第一内壁21上和第二端端部的外壁22上分别车削出一个定位点；
步骤1322，通过所述定位点将所述第二毛坯件2固定在机床上，并分别对所述第二毛坯件2的第一内壁21和外壁22进行车削，得到放射性靶件。
其中，步骤1321可以包括：
在所述第二毛坯件2的第一端端部的第一内壁21上车削出内孔23，在所述第二毛坯件2的第二端端部的外壁22上车削定位台24，所述定位台24的深度不低于1mm，所述定位台24长度不小于2mm且不大于所述第二毛坯件2与所述放射性靶件的长度差。
其中，步骤1322可以包括：
通过所述内孔23和定位台24将所述第二毛坯件2装夹在机床上，将所述第二毛坯件2的外壁22直径车削至第一预设值，调整装夹方式，用卡盘夹持在外壁22上，将第一内壁21直径车削至第二预设值，并切除包括定位台22在内的多余长度，得到放射性靶件。
本实施例中，所述定位台24的深度不低于1mm，是为了保证卡盘夹持所述定位台24时不发生滑动，所述定位台24长度不小于2mm是以免长度不够导致卡盘无法夹持，且不大于所述第二毛坯件与所述放射性靶件的长度差，是因为后续加工中，所述定位台24需要进行切除，如果长度过大会导致切除所述定位台24后，得到的所述放射性靶件的长度无法达到标准值。
该实施例中，所述第二毛坯件2在机床上初步固定时，机床上的顶针顶在所述内孔23上，机床上的卡盘夹持在所述定位台24上，通过一顶一夹的方式来固定所述第二毛坯件2，然后先对所述第二毛坯件2的外壁22进行车削，将所述第二毛坯件2的外径车削至第一预设值，所述第一预设值为所需要的放射性靶件的外径值，然后调整装夹方式，用卡盘夹持在外壁22上，并对所述第二毛坯件2的第一内壁21进行车削，将所述第二毛坯件2的内径车削至第二预设值，所述第二预设值为所需要的放射性靶件的内径值，在完成所述第二毛坯件2的内径车削后，最后根据所述放射性靶件的长度要求，切除包括所述定位台24在内的多余长度，最终得到放射性靶件。
本发明的实施例还提供一种放射性靶件的制造系统，包括：
毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔4；
车削工具，熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔4中进行冷却成型，得到第一毛坯件1后，所述车削工具对所述第一毛坯件1进行切削加工，获得放射性靶件。
可选的，所述浇铸型腔4由底模11和顶模12装配形成，其中，所述底模11包括底座13以及与所述底座13一体成型的模芯14，所述模芯14设置在所述底座13中间；
所述顶模12为中空回转体，所述顶模12中空部分为漏斗状；所述顶模12套设在所述模芯14上，且与所述模芯14之间形成浇铸型腔4。
可选的，所述底座13侧边上设置有内螺纹15，所述顶模12底部侧边设置有外螺纹16，所述顶模12和所述底模11通过内螺纹15和外螺纹16螺旋旋合形成浇铸型腔4。
如图1至8所示，本实施例所述的放射性靶件的制造方法的具体操作流程如下：
以所需得到的放射性靶件的内径为24mm、外径为29mm以及长度为90mm为例；首先选取浇铸模具，选取一个模芯14的直径为20mm，顶模12的中空部分的直径为32mm，浇筑成型后的长度为110mm的浇铸模具，将所述浇铸模具装配后，在所述浇铸型腔4的内壁上喷涂或刷涂与放射性材料不反应的涂层，然后将熔融态的放射性材料通过顶模12顶部灌入所述浇铸型腔4中，并对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔4进行冷却，冷却后破碎浇铸模具得到第一毛坯件1，将所述第一毛坯件1沿切断点3切断，并将模芯14从第一毛坯件1中取出，得到第二毛坯件2，此时所得到的第二毛坯件2的内径为20mm，外径为32mm，长度为107mm，首先将第二毛坯件2固定在机床上，在所述第二毛坯件2的第一端端部的第一内壁21上车削出内孔23，在所述第二毛坯件2的第二端端部的外壁22上车削定位台24，所述削定位台24的深度为2mm，长度为7mm，然后取下所述第二毛坯件2，调整装夹方式，通过机床上的顶针顶在所述内孔23上，用机床上的卡盘夹持在所述定位台24上方式来将所述第二毛坯件2重新固定在所述机床上，并开始对所述第二毛坯件2的外壁22进行车削，车削深度为1.5mm，完成外壁22的车削后，调整装夹方式，用卡盘夹持在外壁22上，开始对所述第二毛坯件2的第一内壁21进行车削，车削深度为2mm，完成第一内壁21的车削后，再在所述第二毛坯件2的长度方向上切除多余长度，所述多余长度为所述第二毛坯件与所述放射性靶件的长度差，所述长度差为所述第二毛坯件的长度减去所述放射性靶件的长度得到的差值；从所述第二毛坯件2的第二端端部向第一端端部计算切除长度，切除长度与车刀宽度之和为17mm，多余长度切除完成后，即可得到所需的内径为24mm，外径为29mm，长度为90mm的放射性靶件。
本发明的放射性靶件的制造方法，制造出的放射性靶件的外径可小于30mm，可用于小孔径管内壁磁控溅射镀膜用柱靶的加工制造；同时还可以用于难以大量获取昂贵金属及稀有金属的磁控溅射用柱靶靶材的制造。
本发明的放射性靶件的制造方法，通过熔铸，得到了与所需放射性靶件尺寸相近的毛坯件，通过少量车削加工即可得到所需尺寸的放射性靶件，即降低了对放射性材料的总需求量，也减少了切屑产生量，降低了切屑回收的代价，进而降低了靶件制造的成本，提高了放射性材料的利用率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种放射性靶件的制造方法，其特征在于，包括：
提供一毛坯件浇铸模具，所述毛坯件浇铸模具具有浇铸型腔（4）；
将熔融态的放射性材料置入所述浇铸型腔（4）中进行冷却成型，得到第一毛坯件（1）；
对所述第一毛坯件（1）进行切削加工，获得放射性靶件；
所述浇铸型腔（4）由底模（11）和顶模（12）装配形成，其中，所述底模（11）包括底座（13）以及与所述底座（13）一体成型的模芯（14），所述模芯（14）设置在所述底座（13）中间；
所述顶模（12）为中空回转体，所述顶模（12）中空部分为漏斗状；所述顶模（12）套设在所述模芯（14）上，且与所述模芯（14）之间形成浇铸型腔（4）；
对所述第一毛坯件（1）进行切削加工，获得放射性靶件，包括：
将所述第一毛坯件（1）沿切断点（3）切断，并将模芯（14）从第一毛坯件（1）中取出，得到第二毛坯件（2），所述切断点（3）位于漏斗状的顶模（12）的下沿；
对所述第二毛坯件（2）进行切削加工，获得放射性靶件；
其中，对所述第二毛坯件（2）进行切削加工，获得放射性靶件，包括：
将所述第二毛坯件（2）的第一端端部的第一内壁（21）上和第二端端部的外壁（22）上分别车削出一个定位点，具体为：在所述第二毛坯件（2）的第一端端部的第一内壁（21）上车削出内孔（23），在所述第二毛坯件（2）的第二端端部的外壁（22）上车削定位台（24），所述定位台（24）的深度不低于1mm，所述定位台（24）长度需不小于2mm且不大于所述第二毛坯件（2）与所述放射性靶件的长度差；
通过所述定位点将所述第二毛坯件（2）固定在机床上，并分别对所述第二毛坯件（2）的第一内壁（21）和外壁（22）进行车削，得到放射性靶件。
2.根据权利要求1所述的放射性靶件的制造方法，其特征在于，所述底座（13）侧边上设置有内螺纹（15），所述顶模（12）底部侧边设置有外螺纹（16），所述顶模（12）和所述底模（11）通过内螺纹（15）和外螺纹（16）螺旋旋合形成浇铸型腔（4）。
3.根据权利要求1所述的放射性靶件的制造方法，其特征在于，将熔融的放射性材料置入所述浇铸型腔（4）中进行冷却成型，得到第一毛坯件（1），包括：
在所述浇铸型腔（4）的内壁上喷涂或刷涂与放射性材料不反应的涂层；
将熔融态的放射性材料通过顶模（12）顶部灌入所述浇铸型腔（4）中；
对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔（4）进行冷却，得到第一毛坯件（1）。
4.根据权利要求3所述的放射性靶件的制造方法，其特征在于，对盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔（4）进行冷却，得到第一毛坯件（1），包括：
盛有熔融态的放射性材料的所述浇铸型腔（4）在真空熔炼炉内完全冷却后取出，去除浇铸模具，得到第一毛坯件（1）。
5.根据权利要求1所述的放射性靶件的制造方法，其特征在于，通过所述定位点将所述第二毛坯件（2）固定在机床上，并分别对所述第二毛坯件（2）的第一内壁（21）和外壁（22）进行车削，得到放射性靶件，包括：
通过所述内孔（23）和定位台（24）将所述第二毛坯件（2）装夹在机床上，将所述第二毛坯件（2）的外壁（22）直径车削至第一预设值，调整装夹方式，用卡盘夹持在外壁（22）上，将第一内壁（21）直径车削至第二预设值，并切除包括定位台（24）在内的多余长度，得到放射性靶件。
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