TWI731799B

TWI731799B - 高純度靶材之製作方法

Info

Publication number: TWI731799B
Application number: TW109134642A
Authority: TW
Inventors: 洪胤庭
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202214377A

Abstract

一種高純度靶材之製作方法，包含以下步驟：利用夾具夾住第一金屬板與第二金屬板，以使第一金屬板之第一表面與第二金屬板之第二表面緊密接合。將第一金屬板與第二金屬板連同夾具置入加熱爐。進行加熱操作，以使第一金屬板與第二金屬板因熱脹效應而擴散接合。

Description

高純度靶材之製作方法

本發明是有關於一種靶材之製作方法，且特別是有關於一種利用熱脹效應進行擴散接合，以獲得高純度靶材之製作方法。

習知的靶材製作方法主要是先在軋延後的鈦板表面加工形成數個同心圓凹槽後，再以熱壓設備將鈦板與鋁合金背板壓合。

然而，習知的靶材製作方法具有以下許多缺點，例如:一般的熱壓設備價格昂貴，且產能較低；利用熱壓設備需要較高的加熱溫度，故需要較高的成本；此外，在利用熱壓設備鈦板表面進行壓合之前，需要在鈦板表面加工形成數個同心圓凹槽，故耗費的製作成本與時間也較高。

因此，本發明之一目的是在提供一種高純度靶材之製作方法，其可降低習知靶材製作方法所需之製造成本。

根據本發明之上述目的，提出一種高純度靶材之製作方法。此製作方法包含以下步驟：利用夾具夾住第一金屬板與第二金屬板，以使第一金屬板之第一表面與第二金屬板之第二表面緊密接合。將第一金屬板與第二金屬板連同夾具置入加熱爐。進行加熱操作，以使第一金屬板與第二金屬板因熱脹效應而擴散接合。

依據本發明之一實施例，其中利用夾具夾住第一金屬板與第二金屬板包含利用油壓機對夾具施以1000psi~5000 psi的壓力。

依據本發明之一實施例，其中進行加熱操作是在溫度為500℃~550℃、持溫時間為2小時~3小時、以及真空度小於10 ^-3torr的條件下進行。

依據本發明之一實施例，其中上述之第一金屬板為鈦板，第二金屬板為鋁合金背板。

依據本發明之一實施例，其中在利用夾具夾住第一金屬板與第二金屬板之前，上述之製作方法更包含製作鈦板與鋁合金背板。其中，製作鈦板包含依序進行鈦胚加熱步驟、鈦胚熱軋步驟以及表面處理步驟。製作鋁合金背板包含進行表面處理步驟。

依據本發明之一實施例，其中鈦胚加熱步驟包含在600℃~650℃溫度下加熱2小時~4小時。

依據本發明之一實施例，其中鈦胚熱軋步驟之熱軋裁減量為90%~98%。

依據本發明之一實施例，其中製作鈦板時，在鈦胚熱軋步驟與表面處理步驟之間更包含進行水冷步驟。

依據本發明之一實施例，其中製作鈦板之表面處理步驟與製作鋁合金背板之表面處理步驟是將鈦板與鋁合金背板分別加工至表面平整度小於3/1000。

依據本發明之一實施例，其中製作鈦板之表面處理步驟與製作鋁合金背板之表面處理步驟均包含利用氫氟酸與硝酸進行酸洗處理，酸洗處理之時間控制在3分鐘~5分鐘。

由上述可知，本發明之製作方式是利用先將兩個金屬板利用夾具夾合後，再利用金屬本身的熱膨脹特性產生拘束擴散接合的效果，故本發明之製作方法並不需要事先在金屬板的表面加工形成數個同心圓凹槽，且本發明所使用的加熱溫度也相較於習知利用熱壓設備所需之溫度低，因此可相對降低整體的製程加工成本。

請參照圖1及圖2，其中圖1係繪示依照本發明之一實施方式之一種高純度靶材之製作方法之方塊流程圖，圖2係繪示依照本發明之一實施方式之一種高純度靶材之製作方法之夾具使用示意圖。本實施方式之高純度靶材之製作方法100包含以下步驟。首先，進行步驟110與步驟120，分別製作第一金屬板A1與第二金屬板A2。在一實施例中，第一金屬板A1為鈦板，第二金屬板A2為鋁合金背板。其中，鋁合金背板之一較佳例子為6061鋁合金背板。在步驟110中，首先進行步驟111，以進行鈦胚加熱步驟，進而獲得加熱後的鈦胚。其中，鈦胚加熱步驟是在600℃~650℃溫度下加熱2小時~4小時。在步驟111後，接著進行步驟112，以進行鈦胚熱軋步驟，進而獲得熱軋鈦板。其中，鈦胚熱軋步驟之熱軋裁減量為90%~98%。在步驟112後，接著進行步驟113，以進行水冷步驟，降低熱軋鈦板之溫度。在步驟113後，接著進行步驟114，以進行表面處理步驟。在表面處理步驟中，主要是將水冷後的熱軋鈦板加工至表面平整度小於3/1000。在一實施例中，可使用氫氟酸與硝酸對熱軋鈦板進行酸洗處理，且酸洗處理時間控制在3分鐘~5分鐘。另一方面，在步驟120中，在製作鋁合金背板時，鋁合金背板是加工至表面平整度小於3/1000，且同樣可使用氫氟酸與硝酸對鋁合金背板進行酸洗處理，且酸洗處理之時間控制在3分鐘~5分鐘。

請繼續參照圖1及圖2，在步驟110與步驟120後，接著進行步驟130，以利用夾具200夾住第一金屬板A1與第二金屬板A2，以使第一金屬板A1之第一表面A11與第二金屬板A2之第二表面A21緊密接合。其中，夾具200可包含相對設置之上載座210與下載座220，第一金屬板A1與第二金屬板A2可設置在下載座220的承載空間221中，利用上載座210的凸出部211可對應壓合第一金屬板A1與第二金屬板A2。在步驟103中，可利用油壓機對夾具200施以1000psi~5000 psi的壓力後，再使用扭力板手將螺絲230鎖緊夾具200。

在步驟130後，接著進行步驟140，以將第一金屬板A1與第二金屬板A2連同夾具200置入加熱爐。然後，再進行步驟150，以進行加熱操作，以使第一金屬板A1與第二金屬板A2因熱脹效應而擴散接合。在步驟150中，進行加熱操作是在溫度為500℃~550℃、持溫時間為2小時~3小時、以及真空度小於10 ^-3torr的條件下進行。

另請參照表1，表1是以鈦板與6061鋁合金背板進行擴散接合時的厚度變化表。由表1，透過本發明之高純度靶材之製作方法100，先將第一金屬板A1與第二金屬板A2事先以夾具200夾合後置入加熱爐中進行加熱操作，並利用第一金屬板A1與第二金屬板A2之高溫金屬自體膨脹原理的效應，進行拘束擴散接合，來達到良好的接合效果。表1

	熱膨脹係數 (10 ^-6/℃)	原厚度 (mm)	550℃膨脹厚度(mm) L=L0(1+αΔT)	厚度變化(mm)
鋁合金背板	23.6	15	15.84	+0.184
鈦板	9.41	15	15.07	+0.073

另請參照下表2，表2為實施例與比較例所產生抗拉強度比較表。其中，實施例為利用本發明之一實施方式所製作之靶材，比較例為利用習知方法所做出之靶材。其中，實施例的具體製作方式如下:首先，將鈦胚在650℃的條件下加熱3小時候進行熱壓，其中完軋溫度為550℃，且熱軋總裁剪量控制在大於90%，在熱軋完畢後進行水冷。然後，將熱軋後鈦板與6061鋁合金背板進行表面加工，以除去表面氧化層，並使鈦板與鋁合金背板的平坦度小於3/1000後，再分別以50%氫氧化鈉進行鹼洗、以及以氫氟酸加上硝酸進行酸洗3分鐘。接著，利用例如圖2所示之夾具將鈦板與鋁合金背板固定後，並以油壓機施以壓力1000psi後再用扭力板手將螺絲230夾緊，再將夾有鈦板與鋁合金背板的夾具200放入真空爐中，於550℃持溫3小時，使得鈦板與鋁合金背板因加熱膨脹而擴散接合。擴散接合後的鈦靶晶粒約25μm，擴散接合層約2.2μm，且由表2可知，鈦板與鋁合金背板的接合強度約為89MPa，且自6061鋁合金背板端斷裂。另一方面，比較例的製作方式主要是先在鈦板上加工數個同心圓槽，然後再利用熱壓設備於高溫將鈦板與鋁合金背板結合在一起。接合後的鈦靶晶粒約為21μm，且抗剪強度約為89MPa。表2

	樣本	1	2	3	平均
抗剪強度(MPa)	比較例	87.40	89.14	91.85	89.46
實施例	85.89	89.05	94.05	89.66

由上述與表2可知，透過本發明實施方式之製作方法所製得的靶材晶粒尺寸與接合強度與利用習知製作方法所製得的靶材差不多，但由於本發明之製作方式是利用先將兩個金屬板利用夾具夾合後，再利用金屬本身的熱膨脹特性產生拘束擴散接合的效果，故本發明並不需要事先在金屬板的表面加工形成數個同心圓凹槽，且本發明所使用的加熱溫度也相較於習知利用熱壓設備所需之溫度低，因此可相對降低整體的製程加工成本。

雖然本揭露之實施例已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露之實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露之實施例的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:高純度靶材之製作方法 110:步驟 111:步驟 112:步驟 113:步驟 114:步驟 120:步驟 121:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟 200:夾具 210:上載座 211:凸出部 220:下載座 221:承載空間 230:螺絲 A1:第一金屬板 A11:第一表面 A2:第二金屬板 A21:第二表面

為了更完整了解本發明實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：圖1係繪示依照本發明之一實施方式之一種高純度靶材之製作方法之方塊流程圖；以及圖2係繪示依照本發明之一實施方式之一種高純度靶材之製作方法之夾具使用示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:高純度靶材之製作方法

110:步驟

111:步驟

112:步驟

113:步驟

114:步驟

120:步驟

121:步驟

130:步驟

140:步驟

150:步驟

Claims

一種高純度靶材之製作方法，包含：利用一夾具夾住一第一金屬板與一第二金屬板，以使該第一金屬板之一第一表面與該第二金屬板之一第二表面緊密接合；將該第一金屬板與該第二金屬板連同該夾具置入一加熱爐；以及進行一加熱操作，以使該第一金屬板與該第二金屬板因一熱脹效應而擴散接合。
如請求項1所述之高純度靶材之製作方法，其中利用該夾具夾住該第一金屬板與該第二金屬板包含利用一油壓機對該夾具施以1000psi~5000 psi的壓力。
如請求項1所述之高純度靶材之製作方法，其中進行該加熱操作是在溫度為500℃~550℃、持溫時間為2小時~3小時、以及真空度小於10 ^-3torr的條件下進行。
如請求項1至請求項3中任一項所述之高純度靶材之製作方法，其中該第一金屬板為一鈦板，該第二金屬板為一鋁合金背板。
如請求項4所述之高純度靶材之製作方法，其中在利用該夾具夾住該第一金屬板與該第二金屬板之前，該製作方法更包含製作該鈦板與該鋁合金背板，製作該鈦板包含依序進行一鈦胚加熱步驟、一鈦胚熱軋步驟以及一表面處理步驟，製作該鋁合金背板包含進行一表面處理步驟。
如請求項5所述之高純度靶材之製作方法，其中進行該鈦胚加熱步驟包含在600℃~650℃溫度下加熱2小時~4小時。
如請求項5所述之高純度靶材之製作方法，其中該鈦胚熱軋步驟之一熱軋裁減量為90%~98%。
如請求項5所述之高純度靶材之製作方法，其中製作該鈦板時，在該鈦胚熱軋步驟與該表面處理步驟之間更包含進行一水冷步驟。
如請求項5所述之高純度靶材之製作方法，其中製作該鈦板之該表面處理步驟與製作該鋁合金背板之該表面處理步驟是將該鈦板與該鋁合金背板分別加工至表面平整度小於3/1000。
如請求項5所述之高純度靶材之製作方法，其中製作該鈦板之該表面處理步驟與製作該鋁合金背板之該表面處理步驟均包含利用氫氟酸與硝酸進行一酸洗處理，該酸洗處理之時間控制在3分鐘~5分鐘。