ES2261656T3 - Reactivacion de un blanco de pulverizacion catodica de tantalo. - Google Patents
Reactivacion de un blanco de pulverizacion catodica de tantalo.Info
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Abstract
Un método para reactivar un blanco de pulverización catódica de tántalo consumido, que comprende las etapas: proporcionar un blanco de pulverización catódica de tántalo usado que tiene una placa de pulverización catódica de tántalo y una placa de soporte, en donde una cara del blanco de dicha placa de pulverización catódica de tántalo incluye una o más porciones de área superficial consumida; proporcionar un polvo de tántalo; suministrar selectivamente un polvo de tántalo para rellenar parcialmente o completamente cada una de dichas una o más porciones de área superficial consumida de la placa de tántalo para formar porciones rellenas; y aplicar un haz de energía radiante de alta potencia de corta duración localmente a dichas porciones rellenas para unir las partículas de polvo de dicho polvo de tántalo entre sí y a cada una de dichas una o más porciones de área superficial consumida para formar una masa de partículas de tántalo unidas, con lo que el haz de energía se hace pasar en un modode exploración de trama sobre las porciones de área superficial consumida, a medida que el polvo cae, para fundir las superficies de las partículas de polvo y permitir la unión de partícula a partícula y la unión con la base del área superficial consumida continuamente y repetidamente hasta que se rellena y dicho blanco de pulverización catódica de tántalo usado se reactiva sin separar dicha placa de soporte de dicha placa de pulverización catódica de tántalo.
Description
Reactivación de un blanco de pulverización
catódica de tántalo
El propósito de la invención es disminuir el
coste de reciclado de reactivar blancos de pulverización catódica de
tántalo que tienen estructuras de placa de soporte unidas.
Por ejemplo, los blancos de pulverización
catódica de materiales de alta temperatura, tales como tántalo y
otros materiales refractarios (Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, metales y
aleaciones; hidruros, nitruros y otros compuestos de los mismos),
usados en la fabricación de circuitos integrados y otras
fabricaciones de productos eléctricos, magnéticos y ópticos
habitualmente se erosionan de un modo no uniforme durante el
procedimiento de pulverización catódica que conduce a una zanja
similar a una pista en la cara de funcionamiento del blanco. Para
evitar cualquier contaminación de los substratos o penetración
catastrófica de fluidos refrigerantes detrás del blanco, los blancos
generalmente se retiran del servicio mucho antes de que el metal de
pulverización catódica refractario sea penetrado, aceptando la
necesidad de un nuevo blanco después de que solo se haya consumido
una pequeña porción del metal de pulverización catódica. La parte
principal del blanco de pulverización catódica solo puede revenderse
a precio de chatarra o reciclarse con dificultad y, aparte de esto,
la placa de soporte del blanco necesita retirarse y puede volverse a
unir a una nueva placa metálica de pulverización catódica para
reciclado. DE 196 23 732 describe un procedimiento para reparar
blancos de pulverización catódica sumergiendo un elemento de
calentamiento en el metal fundido. Como un ejemplo, se reparaba un
blanco de pulverización catódica hecho de estaño.
Un objetivo principal de la invención es
reemplazar tal práctica de reciclado actual mediante la reactivación
de blancos de pulverización catódica de tántalo según se describe
posteriormente.
Un objetivo de la invención es mejorar el coste
y la velocidad de poner de nuevo en servicio blancos de
pulverización catódica usados.
Un objetivo adicional de la invención es
establecer una microestructura de la zona de relleno al menos tan
buena como sobre el resto del blanco.
La presente invención, según se ofrece en las
reivindicaciones, proporciona un método para reactivar superficies
de blancos de pulverización catódica de tántalo refractarios
rellenando las áreas superficiales consumidas con polvo metálico
consolidado. Por ejemplo, una zanja de pista u otra zona de erosión
se produce sobre la cara de un blanco de pulverización catódica
después de diferentes bombardeos no uniformes de átomos de argón. La
superficie consumida se reactiva mediante la colocación o deposición
de tántalo y la unión por sinterización mediante láser o
calentamiento EB para sinterizar o descarga plasmática acoplada con
deposición. El uso de estos métodos dará un revestimiento totalmente
denso. Esto evita la necesidad de desacoplar el tántalo del cobre,
rellenar la zona de erosión de la placa de tántalo con polvo de
tántalo y la unión HIP (presión isostática en caliente) y el
reensamblaje. En el caso del láser o la sinterización por
exploración EB o la descarga plasmática acoplada con deposición, el
blanco puede reactivarse sin separar la placa de soporte del blanco.
Las diversas formas de reactivación producen una zona de erosión
rellena con una microestructura similar al resto del blanco.
La invención puede aplicarse a blancos de
tántalo (estén o no montados sobre un soporte metálico no
refractario) que se someten a erosión no uniforme, mordentado,
picado u otra pérdida de metal.
La reactivación de un blanco de tántalo elimina
la necesidad de reciclar todo el producto después de que se haya
consumido solo una pequeña porción del producto. Tal reactivación
puede ser más económica que reciclar todo el blanco. La separación
de la placa de soporte unida (por ejemplo, cobre), si la hay, puede
no ser necesaria. Esta reactivación puede ponerse en práctica
repetidamente, tantas veces como se desee.
Otros objetivos, características y ventajas
serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de
modalidades preferidas, tomadas junto con los dibujos adjuntos, en
los que:
La Fig. 1 muestra una sección transversal de un
blanco y una placa de soporte típicos;
la Fig. 2 muestra una vista lateral que incluye
una zona de erosión habitual;
la Fig. 3 es un diagrama de bloques del
procedimiento de reactivación; y
la Fig. 4 muestra en forma de esbozo una cámara
de vacío o de gas inerte dispuesta para la práctica de la
invención.
Volviendo ahora a las Figs. 1 y 2, una placa 12
de pluverización catódica de tántalo (Ta) unida a una placa 14 de
soporte de cobre (Cu) se presenta para ilustrar el procedimiento de
reactivación de la presente invención. Además de la placa de
soporte, el blanco de pulverización catódica puede incluir una
complejidad adicional tal como serpentines 16 de enfriamiento de
agua unidos o incluso ser parte de un depósito de líquido de
enfriamiento grande y/o tener aletas complejas y estructuras de
empalme mecánicas o eléctricas. 18 indica una zona de erosión o área
consumida en forma de pista típica sobre la superficie 20 del blanco
de la placa 12 de pulverización catódica que surge de la utilización
de la pulverización catódica.
Un diagrama de flujo de la ejecución de la
modalidad preferida de la presente invención se ilustra en la Fig.
3. Se establece un vacío 22 o una zona 24 de gas inerte para un
montaje de blanco 26 de Ta-Cu usado. La zona 18 de
erosión o área consumida de la placa 12 de pulverización catódica,
según se muestra en la Fig. 2, está rellena con polvos del metal de
pulverización catódica. Los polvos se unen o sinterizan 30 a la
placa 12 de pulverización catódica mediante láser o exploración de
trama con haz electrónico para fundir las superficies de polvo, pero
no las partículas completas o toda la partícula que actúan como
núcleos para el crecimiento del grano. La fusión puede realizarse
durante la deposición del polvo o después de la deposición en una
base de capa sobre capa. Un papel metalizado derivado del polvo
también puede preelaborarse y disponerse en la zanja. En todos los
casos, el relleno se sinteriza para la autounión y adhesión al
blanco y se nivela 31 mediante maquinado, enarenado u otro
mordentado por abrasión y/o un procedimiento de pulverización
catódica con calcinación.
Lo siguiente es uno de varios ejemplos de cómo
puede ejecutarse la invención.
Según se muestra en la Fig. 4, un blanco 10 de
pulverización catódica puede situarse en una atmósfera de gas inerte
(argón) purificado a presión atmosférica evacuada en cámara 32 de
vacío, utilizando una bomba 34 convencional y un aparato 36 de
relleno de gas con una válvula 38. Un alimentador 40 de polvo que
comprende múltiples toberas 42 puede insertar múltiples corrientes
de alta velocidad de polvo de Ta de malla -100 a 325 en la zona 18
de erosión o área consumida. El alimentador 40 de polvo puede barrer
la zona 18 de erosión o el blanco puede moverse con relación a un
alimentador de polvo fijo. Un haz 44 lasérico de
15-20 KW (preferiblemente 20-25)
formado por un láser y lentes 46, 48 de exploración convencionales,
que puede estar totalmente dentro de la cámara 32 o parcialmente
fuera de la cámara 32, que usa una ventana para el paso del haz,
puede rastrearse en modo de exploración de trama sobre la zona 18 de
erosión, a medida que el polvo cae, para fundir superficies de
partículas de polvo y permitir la unión de partícula a partícula y
la unión a la base de la zona de erosión continuamente y
repetidamente alrededor de la zona 18 hasta que se rellena. Pueden
usarse cálculos de la masa de polvo y/o controladores ópticos para
determinar la terminación y una interrupción del relleno.
Una forma de equipo utilizable para tal
procesamiento es el sistema de deposición de metales directo de
marca Lasform de AeroMet Corp., según se describe, por ejemplo, en
Abbott y otros, "Láser Forming Titanium Components" en la
edición de Mayo de 1998 de Advanced Metal & Processes y Arcella
y otros, "Producing Titanium Aerospace Components From Powder
Using Láser Forming", Journal of Metals (Mayo de 2000), pp.
28-30.
El láser puede proporcionar cada calentamiento
posterior al relleno para completar la sinterización. Pueden usarse
calentadores del blanco separados para precalentar el blanco o
proporcionar calor adicional durante la reactivación.
Las diversas formas de reactivación producen una
zona de erosión o área consumida rellena con una microestructura
similar al resto del blanco. Por ejemplo, especímenes con zona de
erosión rellena de un blanco de pulverización catódica se analizaron
con respecto al método de exploración de trama con haz electrónico.
La dureza era típicamente para una placa de tántalo laminada y
recocida con variación normal. Las zonas de erosión rellenas estaban
substancialmente libres de porosidad e inclusiones. El límite de
fluencia y el límite de fluencia máximo cumplen los requerimientos
de ASTM.
En otra modalidad de la invención, el
procedimiento bien conocido de deposición plasmática puede
utilizarse para combinar las etapas de colocación del polvo y
fusión.
Claims (7)
1. Un método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido, que comprende las
etapas:
- proporcionar un blanco de pulverización catódica de tántalo usado que tiene una placa de pulverización catódica de tántalo y una placa de soporte, en donde una cara del blanco de dicha placa de pulverización catódica de tántalo incluye una o más porciones de área superficial consumida;
- proporcionar un polvo de tántalo;
- suministrar selectivamente un polvo de tántalo para rellenar parcialmente o completamente cada una de dichas una o más porciones de área superficial consumida de la placa de tántalo para formar porciones rellenas; y
- aplicar un haz de energía radiante de alta potencia de corta duración localmente a dichas porciones rellenas para unir las partículas de polvo de dicho polvo de tántalo entre sí y a cada una de dichas una o más porciones de área superficial consumida para formar una masa de partículas de tántalo unidas, con lo que el haz de energía se hace pasar en un modo de exploración de trama sobre las porciones de área superficial consumida, a medida que el polvo cae, para fundir las superficies de las partículas de polvo y permitir la unión de partícula a partícula y la unión con la base del área superficial consumida continuamente y repetidamente hasta que se rellena y dicho blanco de pulverización catódica de tántalo usado se reactiva sin separar dicha placa de soporte de dicha placa de pulverización catódica de tántalo.
2. El método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además la etapa de retirar el exceso
de dicha masa de partículas de tántalo metálico unidas para nivelar
dicha placa de pulverización catódica de tántalo.
3. El método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dicho haz de energía es un haz lasérico,
un haz electrónico o la etapa de unión es deposición plasmática.
4. El método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dicho haz de energía se aplica en un
ambiente de vacío.
5. El método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dicho haz de energía se aplica en un
ambiente de gas inerte.
6. El método para reactivar un blanco de
pulverización catódica de tántalo consumido de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la etapa de retirar el exceso de dicha
masa de partículas metálicas unidas para nivelar la placa de
pulverización catódica es maquinado, enarenado, mordentado por
abrasión o pulverización catódica con calcinación.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el haz de energía proporciona calentamiento después del
relleno para completar la sinteriza-
ción.
ción.
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