一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法与流程

1.本发明属于靶材制造领域，涉及一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法。


背景技术：

2.溅射靶材背板(sputtering target back plate，bp)：金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为背板。背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金(albp)、铜合金(cubp)等。
3.热等静压机(hot isostatic press，简称hip)：热等静压机是利用热等静压技术在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力，形成高致密度坯料(或零件)的方法的仪器设备。热等静压机已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键设备。
4.包套：一种密闭容器，用来放置制品，焊接后需将包套抽真空至一定真空度才能进行热等静压，如生产过程中漏气会导致包套鼓包膨胀。
5.cn104646817a公开了一种作为溅射靶材的铝靶材与铝合金背板的连接方法，包括如下步骤：在铝靶材连接面上加工出圆形凸台，在铝合金背板连接面上加工出与该凸台相对应的圆形嵌槽；将铝靶材的凸台嵌合在铝合金背板的嵌槽中；采用真空电子束焊接将靶材与背板边缘进行封焊；将靶材组件进行热处理，加热温度为150～450℃，保温时间0.5～2h；将热处理后的靶材组件直接热压，压强为80～250mpa，保压时间0.2～2h。该方法未使用包套，直接采用真空电子束对靶材与背板进行封焊，封焊后的靶材和背板组件采用加热加压的方法进行连接。但是，真空电子束焊接的方法耗能高设备成本高，不适用于大规模生产。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本申请提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法可有效提高高纯镍靶材和铝合金背板结合率，同时降低高纯镍靶材和铝合金背板焊接过程的缺陷率。
7.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
9.对所述镍靶材的焊接面进行螺纹加工，所述螺纹的尺寸为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm；
10.将所述镍靶材与背板进行装配，依次进行包套焊接以及热等静压焊接得到产品。
11.本发明中，对镍靶材焊接面进行螺纹加工的尺寸进行了调整，其原因在于螺纹在
(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm下相比与现有技术中常用的0.7*0.61mm尺寸，在焊接后具有更为优异的拉伸性能，有利于降低靶材扩散焊接的成本，同时还以降低添加额外物质带来的焊接不充分的缺陷。采用扩散焊接取代钎焊，可以进一步提高镍靶材与背板的结合能力。
12.其中，螺纹的尺寸可以是0.41*0.11、0.42*0.12、0.43*0.13、0.44*0.14、0.45*0.15、0.46*0.16、0.47*0.17、0.48*0.18或0.49*0.19等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13.作为本发明优选的技术方案，所述螺纹的深度为0.10～0.20mm，0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm或0.19mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14.作为本发明优选的技术方案，所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗。
15.作为本发明优选的技术方案，所述ipa超声清洗的时间为5～15min，如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min或14min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述ipa超声清洗后对所述镍靶材进行真空干燥。
17.作为本发明优选的技术方案，所述背板装配前进行机加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm。
18.作为本发明优选的技术方案，所述机加工后对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗。
19.优选地，所述ipa超声清洗的时间为5～15min，如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min或14min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述ipa超声清洗后对所述背板进行真空干燥。
21.作为本发明优选的技术方案，所述包套焊接包括对装配后的所述镍靶材与背板进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空以及对包套进行脱气。
22.作为本发明优选的技术方案，所述抽真空的真空度≤0.01pa。
23.优选地，所述脱气的温度为200～400℃，真空度为0.01～0.03pa，时间为2～4h。
24.其中，所述脱气的温度可以是220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃或380℃等，真空度可以是0.012pa、0.015pa、0.018pa、0.02pa、0.022pa、0.025pa或0.028pa等，时间可以是2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h或3.8h等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.作为本发明优选的技术方案，所述热等静压焊接的温度为300～500℃，如320℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃或480℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述热等静压焊接的压力≥105mpa，如110mpa、120mpa、130mpa、140mpa、150mpa、160mpa、170mpa、180mpa、190mpa或200mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，所述热等静压焊接的时间为2～4h，如2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h或3.8h等，并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.作为本发明优选的技术方案，上述镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法包括：
29.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm，深度为0.10～0.20mm；
30.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为5～15min，并进行真空干燥；
31.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为5～15min，并进行真空干燥；
32.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，200～400℃以及真空度0.01～0.03pa下对包套进行脱气2～4h，再于300～500℃以及不低于105mpa的压力下进行热等静压焊接2～4h得到产品。
33.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
34.本申请提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法可有效提高高纯镍靶材和铝合金背板结合率，结合率可达99％以上，同时降低高纯镍靶材和铝合金背板焊接过程的缺陷率，缺陷率低至0.5％以下。
具体实施方式
35.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
36.实施例1
37.本实施例提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
38.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为0.4*0.1mm，深度为0.10mm；
39.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为5min，并进行真空干燥；
40.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为5min，并进行真空干燥；
41.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，200℃以及真空度0.01pa下对包套进行脱气2h，再于300℃以及150mpa的压力下进行热等静压焊接2h得到产品。
42.实施例2
43.本实施例提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
44.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为0.5*0.2mm，深度为0.20mm；
45.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为15min，并进行真空干燥；
46.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为15min，并进行真空干燥；
47.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，400℃以及真空度0.03pa下对包套进行脱气4h，再于500℃以及105mpa的压力下进行热等静压焊接4h得到产品。
48.实施例3
49.本实施例提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
50.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为0.45*0.15mm，深度为0.15mm；
51.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为10min，并进行真空干燥；
52.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为10min，并进行真空干燥；
53.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，300℃以及真空度0.02pa下对包套进行脱气3h，再于400℃以及120mpa的压力下进行热等静压焊接3h得到产品。
54.实施例4
55.本实施例提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
56.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为0.42*0.12mm，深度为0.12mm；
57.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为8min，并进行真空干燥；
58.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为8min，并进行真空干燥；
59.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，250℃以及真空度0.015pa下对包套进行脱气2.5h，再于350℃以及135mpa的压力下进行热等静压焊接2.5h得到产品。
60.实施例5
61.本实施例提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：
62.对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为0.48*0.18mm，深度为0.18mm；
63.所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为12min，并进行真空干燥；
64.对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为12min，并进行真空干燥；
65.将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，350℃以及真空度0.025pa下对包套进行脱气3.5h，再于450℃以及不低于110mpa的压力下进行热等静压焊接3.5h得到产品。
66.对比例1
67.本对比例除了螺纹的尺寸为0.7*0.61mm外，其余条件均与实施例3相同。
68.对比例2
69.本对比例除了将扩散焊接替换为铟钎焊外，其余条件均与实施例3相同。
70.实施例1
‑
5以及对比例1和2使用的镍靶材为3n5 ni
‑
7％v靶(93wt％ni，7wt％v，纯度99.95％)，铝合金背板为a6061。采用c
‑
scan检测验证焊接效果，其检测条件如表1所示，
结果如表2所示。
71.表1
72.检测条件产品探头10mhz感度36db材料声速4000m/s水距离85.38mmx轴间距0.2mmy轴间距0.2mm扫描速度100mm/s扫描范围/扫描方向y
‑
x阀值th＝60
73.表2
[0074][0075][0076]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括：对所述镍靶材的焊接面进行螺纹加工，所述螺纹的尺寸为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm；将所述镍靶材与背板进行装配，依次进行包套焊接以及热等静压焊接得到产品。2.根据权利要求1所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述螺纹的深度为0.10～0.20mm。3.根据权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗。4.根据权利要求3所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述ipa超声清洗的时间为5～15min；优选地，所述ipa超声清洗后对所述镍靶材进行真空干燥。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述背板装配前进行机加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm。6.根据权利要求5所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述机加工后对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗；优选地，所述ipa超声清洗的时间为5～15min；优选地，所述ipa超声清洗后对所述背板进行真空干燥。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述包套焊接包括对装配后的所述镍靶材与背板进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空以及对包套进行脱气。8.根据权利要求7所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述抽真空的真空度≤0.01pa；优选地，所述脱气的温度为200～400℃，真空度为0.01～0.03pa，时间为2～4h。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述热等静压焊接的温度为300～500℃；优选地，所述热等静压焊接的压力≥105mpa；优选地，所述热等静压焊接的时间为2～4h。10.根据权利要求1
‑
9任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法包括：对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm，深度为0.10～0.20mm；所述螺纹加工后对所述镍靶材进行ipa超声清洗，时间为5～15min，并进行真空干燥；对背板进行加工至所述背板焊接面的平面度＜0.1mm，对所述背板的焊接面进行ipa超声清洗，时间为5～15min，并进行真空干燥；将所述镍靶材与背板进行装配，进行氩弧焊焊接，对包套进行抽真空至真空度≤0.01pa，200～400℃以及真空度0.01～0.03pa下对包套进行脱气2～4h，再于300～500℃以及不低于105mpa的压力下进行热等静压焊接2～4h得到产品。
技术总结
本发明提供一种镍靶材与铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：对所述镍靶材的焊接面极性螺纹加工，所述螺纹的尺寸为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)mm；将所述镍靶材与背板进行装配，依次进行包套焊接以及热等静压焊接得到产品。所述扩散焊接方法可有效提高高纯镍靶材和铝合金背板结合率，同时降低高纯镍靶材和铝合金背板焊接过程的缺陷率。材和铝合金背板焊接过程的缺陷率。


技术研发人员：姚力军 边逸军 潘杰 王学泽 章丽娜
受保护的技术使用者：宁波江丰电子材料股份有限公司
技术研发日：2021.03.16
技术公布日：2021/6/24