專利名稱：一種管狀靶材的粘接方法
技術領域：
本發明涉及一種用于粘接管狀靶材和金屬襯管的管狀靶材的粘接方法。
背景技術：
濺射靶材按形狀不同，可分為平面靶材和管狀靶材(也叫旋轉靶材或中空柱狀靶材)兩大類。前者的濺射利用率約為30%，而后者的利用率可高達80% ；由于管狀靶材的這一優勢，其應用越來越廣泛，隨之而來的是管狀靶材的種類也越來越多。已知的管狀靶材有金屬的，如Ag、Al、Ti管狀靶材，也有陶瓷的，如AZO (氧化鋅鋁)、ΙΤ0 (氧化銦錫)、Si3N4 (氮化硅)管狀靶材。一些金屬靶材，特別是熔點和強度均相對較低的金屬或合金靶材，在濺射過程中容易發生蠕變，影響濺射過程的進行。這些金屬或合金靶材需要用容易變形的低熔點金屬(也就是人們常說的焊料或釬料)粘接在強度高、不易發生蠕變的另一種材料上，如不銹鋼、Mo等。這塊強度高、不易發生蠕變的材料對于平面靶材來說，通常叫做背板(backing plate);而對管狀靶材，則常被叫做襯管或承載管(backing tube)。焊料層除了起到連接靶材和背板(襯管)以及導熱導電的作用外，還有一個非常重要的作用。就是通過本身的塑性變形，減少由于靶材和背板(襯管)的熱膨脹系數的不匹配而引起的應力集中現象。濺射時因為靶材表面被高能離子轟擊溫度升高，背板(襯管)則因有水冷卻，會在靶材和背板(襯管)界面上發生相當大的應力集中，嚴重時會造成靶材開裂、脫落。平面靶材的粘接相對簡單，工藝也相當成熟。而管狀靶材的粘接卻比較復雜，至今尚無一種令人滿意的方法。在日本特開平11-71667專利、中國申請號200910166813的專利、以及美國申請號20040074770的專利公開了利用熱脹冷
縮原理將靶管緊密地套在襯管上，完成粘接的方法。還有些方法，采用在靶管內表面和襯管外表面形成一定波浪狀凸凹嚙合部(中國專利申請號200710126292)，或在靶管和/或襯管的端面設置凸緣(中國專利申請號20058004 )等物，從而機械地將靶管固定在襯管上。這些方法都沒有考慮焊料所起的不可或缺的導熱、導電、降低應力集中的作用，因而在實際生產中很少得到應用。而采用焊料的方法，迄今為止不能給出令人滿意的粘接質量。業內人士都知道， 平面靶材的粘接層或焊層可以非常均勻地控制在0. 2mm左右，而用至今已知方法粘接的管狀靶材，其粘接層或焊層厚度大多在Imm左右。例如莊志杰等人(中國專利申請號 200910195883)對靶管內壁和襯管外壁涂覆焊料，調節二者位置后加熱使涂層熔化，形成的粘接層或焊層約厚1mm。中國申請號20058004 公開的方法，其粘接層或焊層厚度也接近1mm。因為大量使用昂貴的焊料，過厚的粘接層或焊層導致靶材生產成本增加。另外，由于將整根管靶直接粘接在長長的襯管上，實際操作有一定的難度，至今已知方法大多將多段較短的管靶粘接在一根長的襯管上，從而組合成一根長的管狀靶材。這樣，在段與段之間會留有一定縫隙。此外，因為不容易實現靶管和襯管的對中，粘接層或焊層厚度不均勻，特別是沿管靶軸線方向。這些都對濺射過程會有不良影響。
發明內容
本發明的目的在于改變現有技術中的不足，而提供一種管狀靶材的粘接方法，使得整根的、長度大的管狀靶材能夠和金屬襯管高質量地粘接在一起；這種高質量的粘接具體體現在焊縫厚度可以得到控制，焊縫厚度可以減薄到平面靶材的通常焊縫厚度甚至更薄，而且焊縫厚度可以保持均勻一致；這對節約焊料、改善靶材使用性能均有益處；本發明適用于具有一定塑性的管狀靶材的生產，其塑性要滿足冷拔工藝的要求。本發明的技術方案是這樣實現的
第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度大于最終要求的金屬襯管； 第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料涂層厚度不能小于設計的粘結層或焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。本發明的優點在于
1、可以實現靶管和襯管的對中，粘接層或焊層厚度均勻。2、能在很大程度上提高靶材的焊接質量，并節約焊接材料。3、有效改善靶材的使用性能，延長靶材的使用壽命。
圖1是靶材管坯、焊料、金屬襯管在冷拔復合前的相對位置。圖2是冷拔復合過程中材料變形示意圖。圖3是靶材管坯、焊料、金屬襯管在冷拔復合后的相對位置。
具體實施例方式
實施例1 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下
第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度大于最終要求的金屬襯管；
第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。實施例2 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度長于最終要求的金屬襯管； 第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料
涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、Si金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-0. 5mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-0. 5mm的焊料層。實施例3 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度長于最終要求的金屬襯管； 第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料
涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-0. 2mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-0. 2mm的焊料層。實施例4 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度長于最終要求的金屬襯管； 第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料
涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、Si金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. Imm-Imm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. Imm-Imm的焊料層。實施例5 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選
取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度長于最終要求的金屬襯管；
第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、Si金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-2mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-2mm的焊料層。實施例6 如圖1、2、3所示，一種管狀靶材的粘接方法，該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選
取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度長于最終要求的金屬襯管；
第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料涂層厚度不能小于設計的焊料層厚度；
第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部；
第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合；
第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。第五步中所述的冷拔復合適用于Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、Si金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管于管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為 0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-1. 5mm的焊料層。所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-1. 5mm的焊料層。
權利要求
1.一種管狀靶材的粘接方法，其特征在于該方法的步驟如下 第一步先加工出內徑和厚度均大于最終要求的靶材管坯，其長度小于最終要求；選取內徑、外徑與最終要求完全一致，但長度大于最終要求的金屬襯管； 第二步對需要粘接的靶材管坯和金屬襯管表面進行打磨、噴砂、清洗、鍍膜處理； 第三步在表面被處理過的金屬襯管外表面均勻地涂覆一層低熔點焊料，低熔點焊料涂層厚度不能小于設計的粘結層或焊料層厚度；第四步把涂覆有低熔點焊料的金屬襯管套裝在靶材管坯的內部； 第五步對套裝在一起的金屬襯管與靶材管坯打頭后，進行冷拔復合； 第六步將冷拔復合后的復合管放在加熱裝置內進行釬焊，加熱裝置的溫度設定高于低熔點焊料熔點50-150°C，保溫20-200分鐘，直至低熔點焊料與靶材管坯和金屬襯管間均形成100%牢固的冶金結合。
2.根據權利要求1所述的管狀靶材的粘接方法，其特征在于第五步中所述的冷拔復合適用于AU、Ag、Al、CU、Ni、Sn、ai金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材。
3.根據權利要求1所述的管狀靶材的粘接方法，其特征在于第五步所述的冷拔復合在冷拔機上進行，冷拔變形量或冷拔模具的選擇要保證冷拔變形只發生在靶材管坯和焊料上，而金屬襯管不發生變形。
4.根據權利要求1所述的管狀靶材的粘接方法，其特征在于第五步所述的冷拔復合的過程中，通過選擇合適的冷拔變形量或冷拔模具尺寸使金屬襯管與管狀靶材之間產生一個適合于釬焊的毛細間隙，且毛細間隙均勻一致、厚度為0. lmm-3mm，毛細間隙內填充低熔點焊料。
5.根據權利要求1所述的管狀靶材的粘接方法，其特征在于通過第五步的冷拔復合和第六步的釬焊使金屬襯管和管狀靶材之間形成一個均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。
6.根據權利要求2所述的管狀靶材的粘接方法，其特征在于所述的Au、Ag、Al、Cu、Ni、 SruS1金屬管狀靶材以及以這些金屬為主要成分的合金管狀靶材與金屬襯套之間具有均勻一致，且厚度為0. lmm-3mm的焊料層。
全文摘要
本發明涉及一種用于粘接管狀靶材和金屬襯管的管狀靶材的粘接方法，使得整根的、長度大的管狀靶材能夠和金屬襯管高質量地粘接在一起；這種高質量的粘接具體體現在焊縫厚度可以得到控制，焊縫厚度可以減薄到平面靶材的通常焊縫厚度甚至更薄，而且焊縫厚度可以保持均勻一致；這對節約焊料、改善靶材使用性能均有益處；本發明適用于具有一定塑性的管狀靶材的生產，其塑性要滿足冷拔工藝的要求。
文檔編號B23K1/00GK102513401SQ20111043146
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者馮斐斐, 劉騰騰, 原和平, 張小國, 曾玉林, 王東亮, 王廣欣 申請人:濟源豫光新材料科技有限公司