CN115625354A - 一种铝钪靶坯的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝钪加工技术领域，公开了一种铝钪靶坯的加工方法，包括如下步骤：制备圆柱状的铝钪靶坯，所述铝钪靶坯具有第一端面、第二端面以及外圆面；车削所述第一端面，直至所述第一端面的表面为平面；车削所述外圆面；车削所述外第二端面；所述车床的车刀的吃刀量为0.50mm‑1.0mm，且所述车刀的进给速度为0.30‑0.40mm/r；所述车床的车刀的吃刀量为0.50mm‑1.0mm，且所述车刀的进给速度为0.30‑0.40mm/r；车削所述端面及外圆面，直至所述铝钪靶坯的长度达到预定值。所述车床的车刀的吃刀量为0.50mm‑1.0mm，且所述车刀的进给速度为0.30‑0.40mm/r；该方法提高了产品的质量。

Description

一种铝钪靶坯的加工方法

技术领域

本发明涉及铝钪加工技术领域，特别是涉及一种铝钪靶坯的加工方法。

背景技术

目前，铝钪合金主要用于特殊领域溅射靶材例如MEMS和5G滤波器。一般采用铝钪合金靶作为溅射源溅射形成铝钪合金薄膜。铝钪物相主要是Al+Al3Sc，由于Al和Al3Sc两者的密度和熔点不同，熔炼过程和冷却过程容易造成偏析严重，严重影响膜层的质量。因此在熔炼结束后会采用快速铸造的方式，将铝钪浇铸到模具中，由于浇铸的靶坯存在一定厚度和铸造模具的局限性，在对模具急速冷却过程中，铝钪靶坯的四周与内部，上下面存在一定晶粒尺寸和组分、外观差异。如果不加工会影响靶材的质量，导致客户后端溅射影响，因此需要对铸造后的靶坯选择合适的加工方法，提升产品的质量。

发明内容

本发明的目的是：提供一种对铸造后的铝钪靶坯表面进行加工的方法，以解决冷却后的靶材质量不均匀的问题，从而提高靶材以及后端溅射产品的质量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铝钪靶坯的加工方法，包括如下步骤：

制备圆柱状的铝钪靶坯，所述铝钪靶坯具有第一端面、第二端面以及外圆面；

将所述铝钪靶坯通过车床的卡爪夹持固定；

第一车削加工：车削所述第一端面；

第二车削加工：沿着所述铝钪靶坯的轴向车削所述外圆面；

第三车削加工：车削所述第二端面；测量所述铝钪靶坯的直径尺寸和轴向厚度；

第四车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削所述第一端面直至所述第一端面形成平面，车削所述外圆面和所述第二端面，直至所述铝钪靶坯的直径尺寸和厚度均达到第一预定值；

在所述第一车削加工和第三车削加工中，所述车床的车刀沿所述铝钪靶坯径向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；在所述第二车削加工中，所述车床的车刀的吃刀量为0.50mm-1.0mm；所述车刀沿所述铝钪靶坯轴向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；

第五车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削所述外圆面和所述第二端面，直至所述铝钪靶坯的直径尺寸和厚度均达到第二预定值；在所述第一车削加工和第三车削加工中，所述车刀沿所述铝钪靶坯径向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r；在所述第二车削加工中，所述车刀的吃刀量为0.20-0.50mm；所述车刀沿所述铝钪靶坯轴向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r。

其中，铸造模具中的冷却方式为从铝钪靶坯的第二端面向第一端面冷却，因此铝钪靶坯的第一端面的冷却时间晚于第二端面的冷却时间。

吃刀量：车刀在铝钪靶坯径向上的切削量。

进给速度：铝钪靶坯旋转一圈，车刀沿铝钪靶坯轴线移动的距离或沿铝钪靶坯径向移动的距离。

本发明实施例一种铝钪靶坯的加工方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过车床，执行第一车削加工和第四车削加工步骤，分别对应的对第一端面、第二端面进行加工，能提高铝钪靶坯第一端面和第二端面的质量均匀程度，满足客户后续对溅射生产的要求，由于铝钪靶坯的第二端面，在铝钪靶坯铸造的过程中，急速冷却从铝钪靶坯的第二端面开始向上冷却，造成了铝钪靶坯的第二端面的铝钪百分比低于第一端面，所以工作人员可以根据需要在保证铝钪靶坯厚度的情况下，灵活的车削第二端面以使得第二端面处的铝钪百分比更接近第一端面的铝钪百分比，进而提高了产品的质量；通过第四车削加工和第五车削加工的吃刀量和进给速度不同，以对铝钪靶坯进行粗加工和精加工，粗加工能快速的去除铝钪靶坯表面的毛刺，精加工能提高铝钪靶坯表面的光滑度，满足客户对铝钪靶坯的要求，且提高了产品的质量。通过将第一端面车削成平面即停止，不仅能满足客户的要求，还能减少对第一端面的切削量，减少了废靶的产生，在第四车削加工步骤中，车削外圆面时，限制吃刀量为0.50mm-1.0mm，且所述车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；能提高实现快速切削毛刺的同时还能尽可能的减少废靶的产生；在第五车削加工中，限制吃刀量为0.20mm-0.50mm，且所述车刀的进给速度为0.10-0.20mm/r；能提高外圆面表面的光滑度的同时，还能尽可能的减少废靶的产生。

进一步的，在所述第四车削加工步骤中，所述的车床主轴转速为200r/min-300r/min；在所述第五车削加工步骤中，所述的车床主轴转速为400r/min-500r/min。在所述第四车削加工步骤中，由于吃刀量较大，选择该范围内的转速能保证车刀快速切削毛刺的同时，不会造成短时间内的温度过高而影响铝钪靶坯的质量和对车刀造成影响。在所述第五车削加工步骤中，该转速范围内能保证了进给速度的设定值，保证外圆面的光滑度能在客户要求范围内。

进一步的，在所述第四车削加工步骤中，所述车刀在所述第一端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度为5.5mm-11mm，所述车刀在所述第二端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度为2mm-3mm。

由于铝钪靶坯在铸造过程中，第一端面为一个凸面，该凸面的高度为5mm-10mm，在切削完该凸面后再继续切削0.5mm-1mm即可，在第二端面上切削的厚度为2mm-3mm，主要是让铝钪靶坯的厚度达到第一预定值，且还能使得第二端面处的铝钪百分比更接近第一端面的铝钪百分比。

进一步的，在所述第五车削加工步骤中，所述车刀在所述第一端面和所述第二端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度均为0.5mm-1mm。切削量为0.5mm-1mm主要是使得第一端面和第二端面的表面更加光滑，且能减少废靶的产生。

进一步的，在所述第四车削加工步骤中，重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤的次数为5-10次；在第五车削加工步骤中，重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤的次数为3-5次。分多次循环车削，能有效避免车削中车刀的负担，提高车削的质量，提高产品的质量。

进一步的，在执行第一车削加工步骤后，对所述第一端面边缘进行倒角；在执行第四车削加工步骤后，对所述第二端面边缘进行倒角；对所述第一端面边缘和所述第二端面边缘的倒角角度为30-45°，且倒角宽度为3mm-5mm。该角度值和宽度值能有效防止第一端面和第二端面的边缘崩边，且还能减少废靶的产生。

进一步的，所述外圆面由第一外圆面和第二外圆面组成，所述第一外圆面靠近所述第一端面，所述第二外圆面靠近所述第二端面；在所述第二车削加工步骤中，还包括如下步骤：步骤1：所述车刀夹持在所述第一外圆面上，车削加工所述第二外圆面；步骤2：松开所述卡爪，取出所述铝钪靶坯，将所述卡爪夹持在所述第二外圆面上，车削加工所述第一外圆面。将外圆面划分为第一外圆面和第二外圆面，便于让卡爪夹持一个侧面，车刀车另一个侧面，再翻转铝钪靶坯，让夹爪夹持已加工的侧面，车刀切削剩下未加工的侧面。该设计合理，且操作简单。

具体的，在所述第二车削加工步骤中，卡爪也可以先夹持第二外圆面，让车刀切削第一外圆面。操作灵活，可便于操作人员现场操作。

进一步的，在执行步骤1后，执行所述第一车削加工步骤。由于夹爪夹持在第一外圆面上，所以第二端面位于夹爪的外部，在车削完第二外圆面后，顺便车削第二端面，可减少操作的步骤，简化操作步骤。

进一步的，在执行步骤2后，执行所述第二车削加工步骤。由于夹爪夹持在第二外圆面上，所以第一端面位于夹爪的外部，在车削完第一外圆面后，顺便车削第一端面，可减少操作的步骤，简化操作步骤。

进一步的，在车削所述第一端面和所述第二端面时采用第一车刀进行车削，在车削所述外圆面时，采用第二车刀进行车削。采用不同车刀以分别车削铝钪靶坯的端面和外圆面，能保证外圆面和第一端面以及第二端面车削的质量。

附图说明

图1是本发明实施例铝钪靶坯结构示意图；

图2是本发明实施例第一种加工方法流程图；

图3是本发明实施例第二种加工方法流程图；

1、铝钪靶坯；2、第一端面；3、第二端面；4、外圆面；41、第一外圆面；42、第二外圆面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-3所示，本发明实施例优选实施例的一种铝钪靶坯的加工方法，包括如下步骤：

S1、制备圆柱状的铝钪靶坯1，铝钪靶坯1具有第一端面2、第二端面3以及外圆面4；

S2、将铝钪靶坯1通过车床的卡爪夹持固定；

S3、第一车削加工：车削第一端面2；

S4、第二车削加工：沿着铝钪靶坯1的轴向车削外圆面4；

S5、第三车削加工：车削第二端面3；测量铝钪靶坯1的直径尺寸和轴向厚度；

S6、第四车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削第一端面2直至第一端面2形成平面，车削外圆面4和第二端面3，直至铝钪靶坯1的直径尺寸和厚度均达到第一预定值；

在第一车削加工和第三车削加工中，车床的车刀沿铝钪靶坯1径向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；在第二车削加工中，车床的车刀的吃刀量为0.50mm-1.0mm；车刀沿铝钪靶坯1轴向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；

S7、第五车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削外圆面4和第二端面3，直至铝钪靶坯1的直径尺寸和厚度均达到第二预定值；在第一车削加工和第三车削加工中，车刀沿铝钪靶坯1径向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r；在第二车削加工中，车刀的吃刀量为0.20-0.50mm；车刀沿铝钪靶坯1轴向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r。

其中，铸造模具中的冷却方式为从下往上冷却，因此铝钪靶坯的第一端面2的冷却时间晚于第二端面3的冷却时间。

铝钪靶坯1的厚度的第二预定值范围在24.5mm至25.0mm。进行第三车削加工后的第二端面3为一个平面；且第一端面2和第二端面3平行。满足了客户的需求。

本发明实施例一种铝钪靶坯1的加工方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过车床，执行第一车削加工和第三车削加工步骤，分别对应的对第一端面2、第二端面3进行加工，将第一端面2车削为一个平面能满足客户后续对溅射生产的要求，车削第二端面3至第二预定值，能满足客户对产品尺寸的要求，同时，由于第二端部为铝钪靶坯1的第二端面3，在铝钪靶坯1铸造的过程中，急速冷却从铝钪靶坯1的第二端面3开始向上冷却，造成了铝钪靶坯1的第二端面3的铝钪百分比降低，与上部的铝钪靶坯1百分比存在偏差，所以车削第二端面3至第二预定值能减小铝钪靶坯1中铝钪百分比的偏差，提高了产品的质量；第四车削加工和第五车削加工分别用于对外圆面4进行粗加工和精加工，粗加工能快速的去除外圆面4的毛刺，精加工能提高外圆面4表面的光滑度，满足客户对铝钪靶坯1的要求，且提高了产品的质量。通过将第一端面2车削成平面即停止，不仅能满足客户的要求，还能减少车削量，减少了废靶的产生，在车削外圆面4时，在第二车削加工中，限制吃刀量为0.50mm-1.0mm，且车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；能提高实现快速切削毛刺的同时还能尽可能的减少废靶的产生；在第五车削加工中，限制吃刀量为0.20mm-0.50mm，且车刀的进给速度为0.10-0.20mm/r；能提高第一端面2、第二端面3以及外圆面4表面的光滑度的同时，还能尽可能的减少废靶的产生。

在一个实施例中，在S6步骤中，主轴的转速为200r/min-300r/min。由于吃刀量较大，选择该范围内的转速能保证车刀快速切削毛刺的同时，不会造成短时间内的温度过高而影响铝钪靶坯1的质量和对车刀造成影响。

在S7步骤中，主轴的转速为400r/min-500r/min。该转速范围内能保证了进给速度的设定值，保证外圆面4的光滑度能在客户要求范围内。

在一个实施例中，在S6步骤中，车刀在第一端面2上所切削的铝钪靶坯1的总厚度为5.5mm-11mm，车刀在第二端面3上所切削的铝钪靶坯的总厚度为2mm-3mm。

由于铝钪靶坯在铸造过程中，第一端面2为一个凸面，该凸面的高度为5mm-10mm，在切削完该凸面后再继续切削0.5mm-1mm即可，在第二端面3上切削的厚度为2mm-3mm，主要是让铝钪靶坯1的厚度达到第一预定值，且还能使得第二端面3处的铝钪百分比更接近第一端面1的铝钪百分比。

在一个实施例中，在S7步骤中，车刀在第一端面和第二端面上所切削的铝钪靶坯的总厚度均为0.5mm-1mm。切削量为0.5mm-1mm主要是使得第一端面和第二端面的表面更加光滑，且能减少废靶的产生。

在一个实施例中，在执行S3骤后，对第一端面2边缘进行倒角；在执行S6骤后，对第二端面3边缘进行倒角。经过将第一端面2和第二端面3均进行倒角，能有效防止第一端面2和第二端面3的边缘崩边，影响产品质量。

对第一端面2边缘和第二端面3边缘的倒角角度为30-45°，且倒角宽度为3mm-5mm。该角度值和宽度值能有效防止第一端面2和第二端面3的边缘崩边，且还能减少废靶的产生。

在一个实施例中，外圆面4由第一外圆面41和第二外圆面42组成，第一外圆面41靠近第一端面2，第二外圆面42靠近第二端面3；在S4骤中，还包括如下步骤：步骤1：车刀夹持在第一外圆面41上，车削加工第二外圆面42；步骤2：松开卡爪，取出铝钪靶坯1，将卡爪夹持在第二外圆面42上，车削加工第一外圆面41。将外圆面4划分为第一外圆面41和第二外圆面42，便于让夹爪夹持一个侧面，车刀车另一个侧面，再翻转铝钪靶坯1，让夹爪夹持已加工的侧面，车刀切削剩下未加工的侧面。该设计合理，且操作简单。

具体的，在S4骤中，夹爪也可以先夹持第二外圆面42，让车刀切削第一外圆面41。操作灵活，可便于操作人员现场操作。

在一个实施例中，在执行步骤1后，执行S5步骤。由于夹爪夹持在第一外圆面41上，所以第二端面3位于夹爪的外部，在车削完第二外圆面42后，顺便车削第二端面3，可减少操作的步骤，简化操作步骤。

在一个实施例中，在执行步骤2后，执行S3步骤。由于夹爪夹持在第二外圆面42上，所以第一端面2位于夹爪的外部，在车削完第一外圆面41后，顺便车削第一端面2，可减少操作的步骤，简化操作步骤。

在一个实施例中，在车削第一端面2和第二端面3时采用第一车刀进行车削，在车削外圆面4时，采用第二车刀进行车削。采用不同车刀以分别车削铝钪靶坯的端面和外圆面4，能保证外圆面和第一端面2以及第二端面3车削的质量。

本发明的工作过程为：

S11、将夹爪夹持在铝钪靶坯1的第二外圆面42上，车刀车削第一端面2，直至第一端面2的表面为平面；

S12、车削第一外圆面41，其中车刀的吃刀量为0.50mm-1.0mm，且车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；

S13、松开夹爪，取出铝钪靶坯1，并将夹爪夹持在第一外圆面41上，车刀车削第二端面3；

S14、车削第二外圆面42，其中车刀的吃刀量为0.50mm-1.0mm，且车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；

S15、重复执行S11步骤至S14，直至铝钪靶坯1的直径尺寸和厚度达到第一预定值；

S16、重复执行S11步骤至S14，直至铝钪靶坯1的直径尺寸和厚度达到第二预定值；其中，在车削第一端面2、第二端面3时，车刀铝钪靶坯1径向的进给速度为0.10-0.20mm/r；在车削外圆面4时，车刀铝钪靶坯1轴向的进给速度为0.10-0.20mm/r，且车刀的吃刀量为0.20-0.50mm；

S17、完成车削加工。

综上，本发明实施例提供一种铝钪靶坯1的加工方法，其通过车床，执行第一车削加工和第三车削加工步骤，分别对应的对第一端面2、第二端面3进行加工，将第一端面2车削为一个平面能满足客户后续对溅射生产的要求，车削第二端面3至预定值，能满足客户对产品尺寸的要求，同时，由于第二端部为铝钪靶坯1的第二端面3，在铝钪靶坯1铸造的过程中，急速冷却从铝钪靶坯1的第二端面3开始向上冷却，造成了铝钪靶坯1的第二端面3的铝钪百分比降低，与上部的铝钪靶坯1百分比存在偏差，所以车削第二端面3至预定值能减小铝钪靶坯1中铝钪百分比的偏差，提高了产品的质量；第四车削加工和第五车削加工分别用于对外圆面4进行粗加工和精加工，粗加工能快速的去除外圆面4的毛刺，精加工能提高外圆面4表面的光滑度，满足客户对铝钪靶坯1的要求，且提高了产品的质量。通过将第一端面2车削成平面即停止，不仅能满足客户的要求，还能减少车削量，减少了废靶的产生，在车削外圆面4时，在第四车削加工中，限制吃刀量为0.50mm-1.0mm，且车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；能提高实现快速切削毛刺的同时还能尽可能的减少废靶的产生；在第五车削加工中，0.50mm-1.0mm，且车刀的进给速度为0.30-0.40mm/r；能提高外圆面4表面的光滑度的同时，还能尽可能的减少废靶的产生。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝钪靶坯的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备圆柱状的铝钪靶坯，所述铝钪靶坯具有第一端面、第二端面以及外圆面；

将所述铝钪靶坯通过车床的卡爪夹持固定；

第一车削加工：车削所述第一端面；

第二车削加工：沿着所述铝钪靶坯的轴向车削所述外圆面；

第三车削加工：车削所述第二端面；测量所述铝钪靶坯的直径尺寸和轴向厚度；

第四车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削所述第一端面直至所述第一端面形成平面，车削所述外圆面和所述第二端面，直至所述铝钪靶坯的直径尺寸和厚度均达到第一预定值；

所述铝钪靶坯的直径尺寸和轴向厚度达到第一预定值；在所述第一车削加工和第三车削加工中，所述车床的车刀沿所述铝钪靶坯径向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；在所述第二车削加工中，所述车刀的吃刀量为0.50mm-1.0mm；所述车刀沿所述铝钪靶坯轴向移动的进给速度为0.30-0.40mm/r；

第五车削加工：重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤多次，车削所述外圆面和所述第二端面，直至所述铝钪靶坯的直径尺寸和厚度均达到第二预定值；

在所述第一车削加工和第三车削加工中，所述车刀沿所述铝钪靶坯径向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r；在所述第二车削加工中，所述车刀的吃刀量为0.20-0.50mm；所述车刀沿所述铝钪靶坯轴向移动的进给速度为0.10-0.20mm/r。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述第四车削加工步骤中，所述的车床主轴转速为200r/min-300r/min；在所述第五车削加工步骤中，所述的车床主轴转速为400r/min-500r/min。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，在所述第四车削加工步骤中，所述车刀在所述第一端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度为5.5mm-11mm，所述车刀在所述第二端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度为2mm-3mm。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，在所述第五车削加工步骤中，所述车刀在所述第一端面和所述第二端面上所切削的所述铝钪靶坯的总厚度均为0.5mm-1mm。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述第四车削加工步骤中，重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤的次数为5-10次；在第五车削加工步骤中，重复执行第一车削加工至第三车削加工步骤的次数为3-5次。

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在执行第一车削加工步骤后，对所述第一端面边缘进行倒角；在执行第三车削加工步骤后，对所述第二端面边缘进行倒角；对所述第一端面边缘和所述第二端面边缘的倒角角度为30-45°，且倒角宽度为3mm-5mm。

7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述外圆面由第一外圆面和第二外圆面组成，所述第一外圆面靠近所述第一端面，所述第二外圆面靠近所述第二端面；在所述第二车削加工步骤中，还包括如下步骤：

步骤1：所述卡爪夹持在所述第二外圆面上，车削加工所述第一外圆面；

步骤2：松开所述卡爪，取出所述铝钪靶坯，翻转靶坯，将所述卡爪夹持在所述第一外圆面上，车削加工所述第二外圆面。

8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，在执行步骤1后，执行所述第一车削加工步骤。

9.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，在执行步骤2后，执行所述第三车削加工步骤。

10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在车削所述第一端面和所述第二端面时采用第一车刀进行车削，在车削所述外圆面时，采用第二车刀进行车削。

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