RU2763719C1 - Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals - Google Patents

Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals Download PDF

Info

Publication number
RU2763719C1
RU2763719C1 RU2021111901A RU2021111901A RU2763719C1 RU 2763719 C1 RU2763719 C1 RU 2763719C1 RU 2021111901 A RU2021111901 A RU 2021111901A RU 2021111901 A RU2021111901 A RU 2021111901A RU 2763719 C1 RU2763719 C1 RU 2763719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
processing
workpiece
magnetron sputtering
cathodes
disk
Prior art date
Application number
RU2021111901A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Владимирович Бобков
Алексей Аркадьевич Федоров
Юлия Олеговна Бредгауэр
Антон Сергеевич Демин
Сергей Валерьевич Петроченко
Денис Андреевич Полонянкин
Александр Иосифович Блесман
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ)
Priority to RU2021111901A priority Critical patent/RU2763719C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2763719C1 publication Critical patent/RU2763719C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B1/00Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00Combined machining
    • B23H5/04Electrical discharge machining combined with mechanical working
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02Wire-cutting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to the processing and manufacture of parts. The method includes electroerosive processing of the workpiece in the form of a rod on a wire-cutting machine with numerical control (CNC), which ensures dimensional accuracy, taking into account allowances for subsequent machining, in which a disk is cut off from the rod. After electroerosion treatment, the resulting disk is finished by sequentially removing the allowance from 0.007 to 0.015 mm on a CNC lathe in two installations on each side, ensuring a surface roughness of Ra 0.4 mm and the absence of a defective layer on the cathode surface.
EFFECT: invention provides the production of cathodes from refractory metals for magnetron sputtering installations with the required parameters of chemical composition and surface roughness while minimizing waste.
1 cl, 8 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей типа «диск».The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to the processing and manufacture of parts of the "disk" type.

Известно удаление металла заготовки электроэрозионной обработкой в среде диэлектрика за счет микроразрядов, расплавляющих часть металла [Артамонов Б. А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др.: «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов». Учеб. пособие (в 2х томах), т. 1: «Обработка материалов с применением инструмента» / Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высш. Шк., 1983. 247 с. Часть 1, стр. 7].It is known to remove the metal of the workpiece by electroerosive machining in a dielectric medium due to microdischarges that melt part of the metal [Artamonov B. A., Volkov Yu.S., Drozhalova V.I. and others: "Electrophysical and electrochemical methods of material processing". Proc. allowance (in 2 volumes), vol. 1: "Processing of materials using tools" / Ed. V.P. Smolentsev. M.: Higher. Shk., 1983. 247 p. Part 1, p. 7].

Недостатком данного способа является внедрение в поверхностный слой материала электрода-инструмента, а также возникновение различных фаз, полученных из материалов заготовки и электрода - инструмента, за счет кратковременного высокотемпературного воздействия на заготовку и последующего резкого охлаждения, что недопустимо при изготовлении мишеней (катодов) для установок магнетронного распыления. The disadvantage of this method is the introduction into the surface layer of the electrode-tool material, as well as the occurrence of various phases obtained from the materials of the workpiece and the electrode-tool, due to short-term high-temperature exposure to the workpiece and subsequent rapid cooling, which is unacceptable in the manufacture of targets (cathodes) for installations magnetron sputtering.

Известна электрохимическая обработка материалов, тяжело поддающихся лезвийным методам обработки [«Способ двусторонней электрохимической размерной обработки деталей», RU 2473412 C2 (АЛЕКСАНДРОВ А.П. и др.), 27.01.2013]. Этот метод позволяет одновременно с двух сторон снимать одинаковые припуски. Так же известен способ обработки изделий с помощью комбинации двух известных методов: электроэрозионной обработки и последующего электрохимического полирования [«Способ изготовления зубчатого колеса» RU 2586936 C1 (ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"), 10.06.2016]. Known electrochemical processing of materials that are difficult to blade processing methods ["Method of bilateral electrochemical dimensional processing of parts", EN 2473412 C2 (ALEKSANDROV A.P. and others), 27.01.2013]. This method allows you to simultaneously remove the same allowances from both sides. Also known is a method for processing products using a combination of two well-known methods: electroerosive machining and subsequent electrochemical polishing [“Method of manufacturing a gear wheel” RU 2586936 C1 (FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION "OMSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY"), 10.06.2 .

Недостатком этих способов является недостаточное удаление поверхностного слоя, содержащего частицы материала электрода-инструмента, а также неравномерное снятие поверхностного слоя, что недопустимо при изготовлении катодов для установок магнетронного напыления.The disadvantage of these methods is the insufficient removal of the surface layer containing particles of the electrode-tool material, as well as the uneven removal of the surface layer, which is unacceptable in the manufacture of cathodes for magnetron sputtering installations.

Известны способы изготовления катодов, в которых применяется расплавление и литье катодов с применением различных дополнительных действий (вращение, вибрация, предварительная обработка углубления в катоде и залив расплава) «Способ изготовления мишени для распыления в вакууме» SU 1494559 опубл. 10.03.1996, «Способ получения кремниевых мишеней для магнетронного распыления» RU 2635209 опубл. 09.11.2017, «Способ изготовления распыляемой мишени магнетронного источника для нанесения покрытия» RU 2567783 опубл. 10.11.2015.Known methods for the manufacture of cathodes, which use the melting and casting of cathodes using various additional actions (rotation, vibration, pre-treatment of the recess in the cathode and pouring the melt) "Method of manufacturing a target for sputtering in vacuum" SU 1494559 publ. 03/10/1996, "Method of obtaining silicon targets for magnetron sputtering" RU 2635209 publ. 11/09/2017, "Method of manufacturing a sputtered target of a magnetron source for coating" RU 2567783 publ. 11/10/2015.

Недостатком этих методов является низкая производительность изготовления катодов (мишеней). Для тугоплавких материалов существует сортовой прокат (пруток) со шлифованной поверхностью высокого процентного содержания (99,995%) осаждаемого на поверхность материала при магнетронном распылении. Такие заготовки можно использовать сразу после разреза на катоды, если при обработке не возникает диффузионный слой на поверхности. The disadvantage of these methods is the low productivity of manufacturing cathodes (targets). For refractory materials, there is a rolled section (rod) with a ground surface of a high percentage (99.995%) of the material deposited on the surface during magnetron sputtering. Such blanks can be used immediately after being cut into cathodes, if a diffusion layer does not appear on the surface during processing.

Известен способ изготовления мишеней (катодов) фасонной формы из тугоплавких материалов и их сплавов (тантал, ниобий) для магнетронного распыления («ПОЛАЯ КАТОДНАЯ МИШЕНЬ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ» US 6113761 A1 (KARDOK US), 05.09.2000). A known method of manufacturing shaped targets (cathodes) from refractory materials and their alloys (tantalum, niobium) for magnetron sputtering ("HOLLOW CATHODE TARGET AND METHODS FOR ITS MANUFACTURE" US 6113761 A1 (KARDOK US), 05.09.2000).

Недостатком этого метода является усложненная технология получения мишеней, далее катодов, при которой необходимо выполнить поперечную прокатку заготовки и осуществить холодную обработку прокатанной заготовки, а также необходимость термической обработки и механической очистки между этапами проката и холодной обработки, что приводит к низкой производительности изготовления катодов.The disadvantage of this method is the complicated technology for obtaining targets, then cathodes, in which it is necessary to perform transverse rolling of the workpiece and cold work the rolled workpiece, as well as the need for heat treatment and mechanical cleaning between the stages of rolling and cold working, which leads to low cathode manufacturing productivity.

Задачей изобретения является снижение отходов при обработке редких и как следствие дорогих, тугоплавких металлов при изготовлении катодов для установок магнетронного распыления.The objective of the invention is to reduce waste in the processing of rare and, as a result, expensive, refractory metals in the manufacture of cathodes for magnetron sputtering installations.

Данный технический результат достигается тем, что обработку производят комбинированным способом, на первом этапе – немеханическим (электроэрозионным), а на втором этапе – механическим (тонкое точение). Сначала производится электроэрозионная обработка в электроискровом или электроимпульсном режиме непрофилированным инструментом (проволокой), при данной обработке от прутка цилиндрической формы с диаметром от 40 до 50 мм отрезают диск того же диаметра (40-50 мм) и толщиной 6-12 мм. Далее производится чистовое точение на токарном оборудовании за два установа с каждой стороны, для устранения дефектного слоя, оставшегося после электроэрозионной обработки, и достижения требуемого качества поверхности.This technical result is achieved by the fact that the processing is carried out in a combined way, at the first stage - non-mechanical (electroerosive), and at the second stage - mechanical (fine turning). First, electroerosive machining is performed in an electric spark or electric pulse mode with a non-profiled tool (wire), during this processing, a disk of the same diameter (40-50 mm) and a thickness of 6-12 mm is cut from a cylindrical bar with a diameter of 40 to 50 mm. Next, fine turning is carried out on turning equipment for two setups on each side, to eliminate the defective layer remaining after electroerosive machining and achieve the required surface quality.

Способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов, включающий электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на последующую механическую обработку, при которой от прутка отрезают диск, согласно заявляемому техническому решению, после электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мкм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.A method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations from refractory metals, including electroerosive processing of a workpiece in the form of a rod on a wire-cut machine with numerical control (CNC), which ensures dimensional accuracy, taking into account allowances for subsequent machining, in which a disk is cut from the rod, according to according to the claimed technical solution, after electroerosive machining, the resulting disk is finished turning by sequentially removing the allowance from 0.007 to 0.015 mm on a CNC lathe in two settings on each side to ensure a surface roughness of Ra 0.4 μm and the absence of a defective layer on the cathode surface.

Рассмотрим способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов на конкретном примере. Электроэрозионную обработку заготовки осуществляют на проволочновырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающим размеры при обработке катодов толщиной 6 мм – от 6,04 до 6,1 мм, при обработке катодов толщиной 12 мм – от 12,04 до 12,1с учетом припусков на последующую механическую обработку, а затем осуществляют механическую обработку полученного диска, при которой диск крепится в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон и обрабатывается с двух сторон. Диск устанавливают на стол проволочновырезного станка с помощью призмы. По чертежу катода задают траекторию обработки с отступом от измерительной базы. Система программирования устройства числового программного управления (ЧПУ), например, Heart NC UTY ЧПУ генерирует (определяет) режимы обработки: длину импульса, длину паузы между импульсами, основной текущий ток, напряжение искрового зазора, напряжение источника питания генератора, верхний предел скорости обработки, величину натяжения проволоки, скорость промотки проволоки. Далее запускают программу обработки в устройстве ЧПУ и производят рез в прямом направлении, перпендикулярно оси диска, с помощью электрических искровых разрядов, протекающих через проволоку, получая необходимый профиль. Далее полученный диск устанавливают в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон и обрабатывают на токарном станке с ЧПУ для последующего снятия дефектного слоя. Производят обработку одной стороны на режимах: скорость резания (V) – 61–91 м/мин, подача режущего инструмента (S) – 0,03 мм/об, радиус режущей кромки инструмента (r) – 0,2 мм). После чего диск переворачивают и обрабатывают на этих же режимах с другой стороны. После электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.Let us consider a method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations from refractory metals using a specific example. Electroerosive processing of the workpiece is carried out on a wire-cutting machine with numerical control (CNC), providing dimensions when processing cathodes with a thickness of 6 mm - from 6.04 to 6.1 mm, when processing cathodes with a thickness of 12 mm - from 12.04 to 12.1, taking into account allowances for subsequent machining, and then the resulting disc is machined, in which the disc is mounted in a three-jaw self-centering chuck and machined from both sides. The disc is mounted on the table of the wire-cutting machine using a prism. According to the drawing of the cathode, the processing trajectory is set with an offset from the measuring base. A numerical control (CNC) programming system, such as Heart NC UTY The CNC generates (determines) processing modes: pulse length, pause length between pulses, basic current, spark gap voltage, generator power supply voltage, upper processing speed limit, value wire tension, wire winding speed. Next, the processing program is started in the CNC device and a cut is made in the forward direction, perpendicular to the axis of the disk, using electric sparks flowing through the wire, obtaining the required profile. Next, the resulting disk is installed in a three-jaw self-centering chuck and processed on a CNC lathe for subsequent removal of the defective layer. One side is processed in the following modes: cutting speed (V) - 61–91 m / min, cutting tool feed (S) - 0.03 mm / rev, tool cutting edge radius (r) - 0.2 mm). After that, the disk is turned over and processed in the same modes on the other side. After electroerosive machining, the resulting disk is finished turning by sequentially removing the allowance from 0.007 to 0.015 mm on a CNC lathe in two settings on each side to ensure surface roughness Ra 0.4 mm and the absence of a defective layer on the cathode surface.

На Фиг. 1 представлен стол электроэрозионного станка SODICKVZ300L с закрепленной на нем призмой, в которую установлена заготовка.On FIG. 1 shows the table of the electroerosive machine SODICKVZ300L with a prism fixed on it, in which the workpiece is installed.

Фиг. 2 Фиг. 8 отображают фотографии и иллюстрации, которые представлены как дополнение к графическими изображениям.Fig. 2 Fig. 8 display photographs and illustrations that are presented as a supplement to the graphics.

На Фиг. 2 представлено меню функции автоматического разворота системы координат («РАЗВОРОТ СК АВТО») в режиме «РУЧНОЙ».On FIG. 2 shows the menu of the function of automatic rotation of the coordinate system ("ROV AUTO SC") in the "MANUAL" mode.

На Фиг. 3 представлено меню функции определения нулевых координат (по осям X и Y) в режиме «РУЧНОЙ». On FIG. 3 shows the function menu for determining zero coordinates (along the X and Y axes) in the "MANUAL" mode.

На Фиг. 4 представлен выбор траектории движения проволоки в меню «WIRECUTDEFS».On FIG. 4 shows the selection of the wire path in the "WIRECUTDEFS" menu.

На Фиг. 5 представлена таблица определения параметров «DEFINITION PARAMETERS»On FIG. 5 shows the table for defining the parameters "DEFINITION PARAMETERS"

На Фиг. 6 представлена таблица выбора режимов обработки на экране.On FIG. 6 shows a table for selecting processing modes on the screen.

На Фиг. 7 представлены диски из разных металлов, отрезанные от прутков.On FIG. 7 shows discs of different metals cut from bars.

На Фиг. 8 представлена схема обработки катода на токарном оборудовании в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне для токарной обработки: 1) катод; 2) трехкулачковый самоцентрирующийся патрон; 3) резец.On FIG. 8 shows the scheme of cathode processing on turning equipment in a three-jaw self-centering chuck for turning: 1) cathode; 2) three-jaw self-centering chuck; 3) cutter.

Рассмотрим конкретный пример реализации обработки заготовок в процессе изготовления катодов для установок магнетронного распыления (фиг. 1).Consider a specific example of the implementation of the processing of workpieces in the process of manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations (Fig. 1).

Заготовку 1 устанавливают в призму 2, закрепленную на столе 3 проволочно-вырезного станка, например SODICKVZ 300L. С помощью прижима 4 и винта 5 заготовку закрепляют в призме 2, которая в свою очередь уже закреплена с помощью прижима 4 и винта 5 на столе 3. Определяют положение заготовки 1 на столе 3 станка. Обработку производят с помощью проволочного электрода 6 (Фиг. 1). Для того чтобы не выверять заготовку на столе станка индикатором, необходимо развернуть систему координат по торцу. Для этого в режиме «РУЧНОЙ» выбираем функцию автоматического разворота координат «РАЗВОРОТ СК АВТО» (Фиг. 2). В поле «НАПРАВЛЕНИЕ ST» указать направление, в котором проволока должна коснуться заготовки. В нашем случае «Х+». В поле «РАССТОЯНИЕ ДО ДРУГИХ ТОЧЕК» указать максимально отдаленную точку (например, 40 мм при диаметре заготовки 50 мм). После нажатия клавиши «ENTER» станок автоматически разворачивает систему координат по грани заготовки. Далее «локальное» начало координат для данного положения заготовки относительно системы координат станка. Для этого в режиме «РУЧНОЙ» выбрать функцию «КАСАНИЕ ГРАНИ» сначала по оси X (Фиг. 3). После касания проволокой торца заготовки, присвоить данной поверхности 0 по оси X. После проделать аналогичные действия для оси Y, с касанием по круглой поверхности. Далее задать траектории движения проволоки (Фиг. 4) по чертежу детали, оставляя припуск на последующую шлифовальную обработку в меню «WIRECUTDEFS» выбрать тип траектории обработки «OPEN» (открыто). При этом появляется таблица определения параметров «DEFINITION PARAMETERS» (Фиг. 5). В таблице задаем длину стартового вреза «Starting Сut Length» 5 мм. На стартовом врезе станок занижает режимы обработки для уменьшения вероятности обрыва проволоки. Подтвердить выбранные параметры кнопкой «ОK» (Фиг. 5). На мониторе появляется изображение таблицы выбора режимов (Фиг. 6). В ней задать диаметр проволоки, которая установлена на станке. В конкретном примере реализации 0,20 мм, материал заготовки цирконий, толщина заготовки 50 мм, позиция сопла «OPEN», количество проходов - 1. Подтверждаем выбранные параметры кнопкой «ПОИСК». Указываем курсором контур, по которому будет двигаться инструмент, и задаем стартовую точку, от которой производим рез заготовки электрическими искровыми разрядами, протекающими через проволоку. Нажимаем кнопу «Gen NC Data». После этого набираем имя программы: например, «KATOD», под которым она будет храниться на жестком диске. Устройство ЧПУ автоматически генерирует программу и определяет оптимальные режимы реза: длину импульса (ON), длину паузы между импульсами (OFF), основной текущий ток (IP), напряжение искрового зазора (SV), напряжение источника питания генератора (V), верхний предел скорости обработки (SF), величину натяжения проволоки (WT), скорость промотки проволоки (WS), основываясь на введенных данных. По сгенерированной программе производят рез заготовки электрическими искровыми разрядами, протекающими через проволоку и получают готовый диск. Далее полученный диск устанавливаем в трехкулачковый самоцентрирующийся патрон по торцу и цилиндру (Фиг. 8) и на токарный станок. Затем производим механическую обработку (с рассчитанными режимами, исходя из материала заготовки, для тугоплавких материалов скорость резания (V) – 61–91 м/мин, подача режущего инструмента (S) – 0,03 мм/об, радиус режущей кромки инструмента (r) – 0,2 мм), в нашем случае при величине зерна 30 мкм и материале заготовки – циркониевый сплав Э-110, время обработки одной стороны равно 20 сек. После чего диск необходимо перевернуть и производить обработку для обеспечения равномерного съема металла. Последовательное применение данных методов обработки обеспечивает производительность, не зависящую от механических свойств материала, таких как, например, твердость и вязкость, благодаря чему достигается более высокая технологичность при обработке изделий в процессе изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов, в сравнении с механической обработкой изделий. The workpiece 1 is installed in the prism 2, fixed on the table 3 wire-cutting machine, such as SODICKVZ 300L. Using clamp 4 and screw 5, the workpiece is fixed in prism 2, which in turn is already fixed with clamp 4 and screw 5 on table 3. The position of workpiece 1 on table 3 of the machine is determined. Processing is carried out using a wire electrode 6 (Fig. 1). In order not to align the workpiece on the machine table with an indicator, it is necessary to expand the coordinate system along the end. To do this, in the "MANUAL" mode, select the function of automatic rotation of the coordinates "REVOLVE SC AUTO" (Fig. 2). In the ST DIRECTION field, specify the direction in which the wire should touch the workpiece. In our case, X+. In the "DISTANCE TO OTHER POINTS" field, specify the maximum distant point (for example, 40 mm with a workpiece diameter of 50 mm). After pressing the "ENTER" key, the machine automatically expands the coordinate system along the edge of the workpiece. Further, the "local" origin of coordinates for a given position of the workpiece relative to the machine coordinate system. To do this, in the "MANUAL" mode, select the "FACE TOUCH" function, first along the X axis (Fig. 3). After touching the end of the workpiece with the wire, assign this surface 0 along the X axis. After that, do the same for the Y axis, touching the round surface. Next, set the trajectory of the wire (Fig. 4) according to the drawing of the part, leaving the allowance for subsequent grinding in the menu "WIRECUTDEFS" select the type of trajectory processing "OPEN" (open). In this case, the parameter definition table "DEFINITION PARAMETERS" appears (Fig. 5). In the table, set the length of the starting cut "Starting Cut Length" 5 mm. At the starting cut, the machine lowers the processing modes to reduce the likelihood of wire breakage. Confirm the selected parameters with the OK button (Fig. 5). An image of the mode selection table appears on the monitor (Fig. 6). In it, set the diameter of the wire that is installed on the machine. In a specific implementation example, 0.20 mm, the workpiece material is zirconium, the workpiece thickness is 50 mm, the position of the nozzle is "OPEN", the number of passes is 1. We confirm the selected parameters with the "SEARCH" button. We indicate with the cursor the contour along which the tool will move, and set the starting point, from which we cut the workpiece with electric spark discharges flowing through the wire. Press the "Gen NC Data" button. After that, we type the name of the program: for example, "KATOD", under which it will be stored on the hard drive. The CNC automatically generates the program and determines the optimal cutting conditions: pulse length (ON), pause length between pulses (OFF), basic current (IP), spark gap voltage (SV), generator power supply voltage (V), upper speed limit processing (SF), wire tension value (WT), wire winding speed (WS), based on the entered data. According to the generated program, the workpiece is cut with electric sparks flowing through the wire and a finished disk is obtained. Next, we install the resulting disk in a three-jaw self-centering chuck along the end and cylinder (Fig. 8) and onto a lathe. Then we perform machining (with calculated modes, based on the material of the workpiece, for refractory materials, the cutting speed (V) is 61–91 m/min, the cutting tool feed (S) is 0.03 mm/rev, the radius of the cutting edge of the tool (r ) - 0.2 mm), in our case, with a grain size of 30 microns and a workpiece material - zirconium alloy E-110, the processing time of one side is 20 sec. After that, the disk must be turned over and processed to ensure uniform metal removal. Consistent application of these machining methods provides productivity that is independent of the mechanical properties of the material, such as, for example, hardness and toughness, due to which higher workability is achieved in the processing of products in the process of manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations from refractory metals, in comparison with machining products.

Такой способ изготовления может быть использован для изготовления катодов для установок магнетронного распыления из редких и как следствие дорогих металлов, так как отход при обработке минимален.Such a manufacturing method can be used to manufacture cathodes for magnetron sputtering installations from rare and, as a result, expensive metals, since waste during processing is minimal.

Claims (1)

Способ изготовления катодов из тугоплавких металлов для установок магнетронного распыления, включающий электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на последующую механическую обработку, при которой от прутка отрезают диск, отличающийся тем, что после электроэрозионной обработки осуществляют чистовое точение полученного диска путем последовательного снятия припуска от 0,007 до 0,015 мм на токарном станке с ЧПУ за два установа с каждой стороны с обеспечением шероховатости поверхности Ra 0,4 мм и отсутствия дефектного слоя на поверхности катода.A method for manufacturing cathodes from refractory metals for magnetron sputtering installations, which includes electroerosive processing of a workpiece in the form of a rod on a wire-cut machine with numerical control (CNC), which ensures dimensional accuracy, taking into account allowances for subsequent machining, in which a disk is cut from the rod, which differs the fact that after electroerosive machining, the resulting disk is finished turning by sequentially removing the allowance from 0.007 to 0.015 mm on a CNC lathe in two settings on each side to ensure surface roughness Ra 0.4 mm and the absence of a defective layer on the cathode surface.
RU2021111901A 2021-04-27 2021-04-27 Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals RU2763719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111901A RU2763719C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111901A RU2763719C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763719C1 true RU2763719C1 (en) 2021-12-30

Family

ID=80040025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021111901A RU2763719C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763719C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015850C1 (en) * 1991-06-17 1994-07-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии Method for manufacturing resistive targets
US6113761A (en) * 1999-06-02 2000-09-05 Johnson Matthey Electronics, Inc. Copper sputtering target assembly and method of making same
RU2261288C2 (en) * 2000-11-27 2005-09-27 Кабот Корпорейшн Hollow cathode target and method of manufacture of such target
WO2009119660A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 住友化学株式会社 Method for cutting cu-ga alloy
RU2586936C1 (en) * 2014-11-19 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method of making gear wheel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015850C1 (en) * 1991-06-17 1994-07-15 Научно-исследовательский институт порошковой металлургии Method for manufacturing resistive targets
US6113761A (en) * 1999-06-02 2000-09-05 Johnson Matthey Electronics, Inc. Copper sputtering target assembly and method of making same
RU2261288C2 (en) * 2000-11-27 2005-09-27 Кабот Корпорейшн Hollow cathode target and method of manufacture of such target
WO2009119660A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 住友化学株式会社 Method for cutting cu-ga alloy
RU2586936C1 (en) * 2014-11-19 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method of making gear wheel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3002621B2 (en) Surface treatment method and apparatus by electric discharge machining
US7394040B2 (en) Electromachining process and apparatus
Jahan Micro-electrical discharge machining
Shih et al. A study of electrical discharge grinding using a rotary disk electrode
Mandal et al. State of art in wire electrical discharge machining process and performance
Kumar et al. Current research trends in wire electrical discharge machining: an overview
Haddad et al. An experimental investigation of cylindrical wire electrical discharge turning process
WO2002040208A1 (en) Method and apparatus for electrodischarge wire machining
JP4652446B2 (en) Hard film removal method
Dwivedi et al. Improvement in the surface integrity of AISI D3 tool steel using rotary tool electric discharge machining process
Świercz et al. Experimental investigation of influence electrical discharge energy on the surface layer properties after EDM
RU2763719C1 (en) Method for manufacturing cathodes for magnetron sputtering installations made of refractory metals
Dwivedi et al. Estimation of recast layer thickness in rotary tool EDM process for machining AISI D3 tool steel
Moulton Wire EDM the fundamentals
Amorim et al. Performance and surface integrity of wire electrical discharge machining of thin Ti6Al4V plate using coated and uncoated wires
KR20130044428A (en) The merged mechanical milling and edm hybrid cutting apparatus and its cutting method
Gohil et al. A study on the effect of tool electrode thickness on MRR, and TWR in electrical discharge turning process
Vignesh et al. Machining of Ti–6Al–4V using diffusion annealed zinc-coated brass wire in WEDHT
RU2586936C1 (en) Method of making gear wheel
Phan et al. Influence of process parameters on the microstructural characteristics and mechanical properties of recast layer thickness coating on die steel machined surface after electrical discharge machining
JP3807189B2 (en) Additional processing method and apparatus by electric discharge
Li et al. Machining of medical device components
Liu et al. Investigating the Micro-EDM Machinability of Bulk Metallic Glass in Micro-EDM Drilling
JPH1043948A (en) Method of finish working by electrochemical machining
AU2021103043A4 (en) Optimize the process parameters of machining of gear on electrical discharge machining