專利名稱：廢棄濺射靶的修復的制作方法
技術領域：
本發明涉及廢棄濺射靶的修復。濺射靶通過用在濺射過程中被損耗的新的濺射材料填充廢棄濺射靶中的腐蝕槽進行修復。結果，對廢棄的濺射靶進行了再加工。
背景技術：
陰極濺射被廣泛用于將薄層材料沉積到需要的基材上。典型的濺射系統包括用于產生電子或者離子束的等離子體源，含有待霧化材料的靶，以及濺射的材料沉積其上的基材。加工過程包括用電子或者離子束在使靶材濺射或者腐蝕脫離靶的角度轟擊靶材。濺射的靶材沉積在基材上形成薄膜。最后，在濺射靶中濺射材料損耗處形成腐蝕槽。
在很多濺射實施中，只使用一小部分(25-40％)的典型靶材。通常，濺射靶廢舊后，被丟棄，再熔化或者進行精煉。修復廢棄靶通過提高首尾相接的材料產率并且降低貴重金屬庫存的運輸成本提供了顯著降低成本的可能性。因此，能夠有效修復廢棄濺射靶的廠商可以獲得競爭優勢。修復靶的方法可以簡單描述為用新的濺射材料填充腐蝕槽并且利用熱等靜壓或者HIP技術對靶進行再加工。
發明概述本發明是一種包括兩個功能和組成上截然不同的區域的等離子體氣相沉積(PVD)濺射靶裝置。如圖1所示，靶1中的區域2是指濺射材料，區域3是指支撐結構。濺射材料的功能是在濺射實施期間從靶轉移到濺射基材的表面。支撐材料的功能是在實施前或者實施期間支撐濺射材料。因為支撐材料在實施期間沒有被濺射，所以支撐材料可被回收并用于制造修復的濺射靶。這兩個區域在組成上是截然不同的。在一些情況下，支撐材料的組成包括與濺射材料不同的原子物種，而在其它的情況下，支撐材料的組成僅在相同原子物種的原子濃度方面有略微的不同。
在本發明中，支撐材料和濺射材料之間的界面幾何形狀被設計成使濺射實施中所需的濺射材料的用量。界面幾何形狀的最佳設計對應于廢棄濺射靶的自然濺射腐蝕槽或者濺射分布圖，所述廢棄的濺射靶是在給定的濺射實施中產生的。因此，關鍵的設計理念在于支撐材料和濺射材料之間的界面幾何形狀近似于合適的濺射分布圖。這種設計使得濺射材料幾乎完全被用在實施中。當濺射材料非常昂貴時這種設計就顯得尤其重要。
由于需要的界面幾何形狀的特性，制造裝置的優選途徑是使用廢棄的靶作為支撐材料，用新的材料填充腐蝕槽，利用合適的方法和條件對靶進行再加工。原則上，再加工的靶可以被認為是作為修復的廢棄濺射靶。修復的廢棄濺射靶是指從前用過的濺射靶，其中腐蝕槽用新的濺射材料填充。應該注意到這種設計理念也適用于在支撐材料物品上通過傳統機加工操作產生的濺射分布圖或者腐蝕槽，并且支撐材料的化學特征與濺射材料不同的情況。雖然支撐材料的具體幾何形狀需要根據應用的具體濺射靶裝置而有所變化，但是設計理念是簡單并一致的。
單獨具有上述目的和其它目的的本發明的多種新穎性特征以及本發明自身根據下面例舉的實施方案連同附圖可得以更全面的理解。
圖1是本發明靶的一個實施方案的頂視圖，所述靶為具有圓形濺射分布圖的圓盤形靶。
圖2是圓盤形靶實施方案的橫截面圖。
圖3是本發明的靶的另一個實施方案的頂視圖，所述靶為具有矩形濺射分布圖的板形靶。
圖4是板形靶實施方案的橫截面圖。
圖5是熱等靜壓(HIP)在用新的濺射材料填充廢棄靶的腐蝕槽的過程中可使用的鋼制圓柱形容器的示意圖。
發明內容
圖1和3顯示了濺射靶典型的幾何形狀。圖1顯示了具有圓形濺射分布圖的圓盤形靶。具體而言，濺射材料2在支撐結構3上形成。如圖2所示，靶1為圓形和環圈形。支撐結構3和濺射材料2是同心的并且圍繞著靶中心的孔4形成。靶的中心孔3可以連接到一個裝置上以旋轉靶。而且，濺射靶可以是如圖3和4所示的矩形，其中濺射靶5具有矩形的分布圖。
支撐結構3的材料可以選自Cu，CoCr合金，不銹鋼，NiAl合金，W，Mo，CoCrPtB合金，或者RuAl合金和PtMn合金。支撐材料2可以為磁性或者非磁性材料，諸如含有Co，Cr，Cu，Ni，Al，Mo，Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au或者Ag金屬的合金。這種合金的例子包括RuAl和PtMn。新的濺射材料利用HIP單元擴散結合到支撐結構。支撐材料可以為諸如，Co，25at％或者Co，20at％Cr，1.5at％Pt，6at％B的濺射材料。
HIP單元用于粉末加工的粉末固結步驟。這個加工步驟在粉末金屬工業中是公知的。本發明的加工過程如下。
廢棄靶的腐蝕槽可能含有一些微小的表面缺陷。因此，靶可能需要通過拋丸進行清洗。然而，作為本發明的條件，不需要清洗廢棄靶。
新的濺射材料的混合金屬粉末9倒入如圖5所示的空的鋼制圓柱形容器。容器包括圓柱體12，密封的底蓋7和頂蓋8。容器內填充混合的金屬粉末9到圓柱體的大約1”高。混合的粉末可以是合金粉末的混合物。廢棄的靶10放置在HIP容器中粉末的床上。然后更多的粉末倒入容器內使得廢棄的靶被覆蓋上。粉末的覆蓋超過固體金屬片頂部大約1”高。廢棄的靶基本上被掩埋了。另一個廢棄靶可以放置在粉末的床上并反復進行這個操作，直到HIP容器充滿粉末，以及其它的廢棄靶被掩埋。
廢棄的靶以大約一英尺的間距垂直隔開。例如圖5顯示了在圓柱形容器中的三個廢棄靶。
頂蓋8位于圓柱形容器的上方。然后容器通過抽氣管11抽真空在真空下進行密封。圓柱形容器放置到HIP容器中(圖中未顯示)，所述HIP容器也是密封的，除了留一個氣體入口以外。通過高壓氣體泵將氬氣導入HIP容器中。
利用HIP元件中的耐熱圈在HIP壓力容器中加熱圓柱形容器。容器在15 KSI的條件下加熱到大約1850°F和大約1950°F之間，歷時大約4小時。這個步驟就是HIP。當HIP單元中的溫度和壓力升高時，鋼制容器開始變形并且壓縮混合的粉末直到最終所有的粉末完全壓實到廢棄靶中。混合的金屬粉末固結并分散結合到廢棄濺射靶的支撐結構。
現在分散結合到固結的材料上的HIP容器通過機加工被移去。通常，在HIP步驟后，粉末呈固體金屬圓柱體或者金屬塊的形式。然后，圓盤形的修復的濺射靶通過鋸切和銑磨加工由固體金屬塊制造而成。完整的圓柱體容器和固結的材料利用帶鋸切割成圓盤。鋼制圓柱體容器(切割后看上去類似于圍繞固結材料的直徑的圓環)的殘料利用車床或者水注帶走。接著，固結的材料利用車床被機加工成濺射靶。
雖然本發明已經參考了幾個優選的實施方案進行了描述，但是可以預料本發明的多種改變和修改通過閱讀上述的詳細描述對于本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，下列的附屬權利要求可被解釋為包括在本發明精神和范圍內的所有這些改變和修改。
權利要求
1.一種修復的濺射靶，其包括具有腐蝕槽的支撐結構，所述帶有凹槽的濺射用分散結合到所述支持結構的新的濺射材料填充。
2.權利要求1的濺射靶，其中所述支持結構的材料選自CoCrPtB合金，Cu，不銹鋼，NiAl合金，CoCr合金，Al，W和Mo。
3.權利要求1的濺射靶，其中所述新的濺射材料含有鉑和一種磁性材料。
4.權利要求1的濺射靶，其中所述新的濺射材料含有選自Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au和Ag的金屬。
5.一種修復濺射靶的方法，其包括如下步驟(a)混合金屬合金的粉末形成金屬合金粉末的混合物以產生一種新的濺射材料，(b)添加所述金屬合金粉末到金屬容器中以形成粉末層，(c)將具有腐蝕槽的廢棄濺射靶放置到所述粉末層上，(d)用所述粉末層覆蓋所述廢棄的濺射靶，(e)密封所述金屬容器，以及(e)對所述容器施加壓力和熱以固結并分散所述粉末到所述腐蝕槽中和填充所述腐蝕槽，并在所述腐蝕槽中形成所述新的濺射材料。
6.權利要求5的方法，其中所述支撐結構的材料選自CoCrPtB合金，Cu，不銹鋼，NiAl合金，CoCr合金，Al，W和Mo。
7.權利要求5的方法，其中所述新的濺射材料含有鉑和一種磁性材料。
8.權利要求5的方法，其中所述新的濺射材料含有選自Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au和Ag的金屬。
9.權利要求5的方法，其中所述方法重復步驟(c)和(d)以添加一種或者多種其它待修復的廢棄金屬靶。
10.權利要求5的方法，其中所述方法進一步包括鋸切和機加工步驟(e)的產物的步驟以形成修復的濺射靶。
全文摘要
本發明提供了利用熱等靜壓或者HIP技術用新的濺射材料填充靶的損耗區來修復廢棄的濺射靶。
文檔編號B22F7/06GK1608141SQ02818144
公開日2005年4月20日 申請日期2002年9月16日 優先權日2001年9月17日
發明者邁克·桑德林 申請人:黑羅伊斯有限公司