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
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