一种W靶材的修复方法技术

本发明专利技术公开了一种W靶材的修复方法，其是将待修复的W靶材放入石墨模具中，然后加入修复所需的W粉，使W粉位于W靶材的待修复表面上，预压后，再放入放电等离子烧结系统中进行烧结连接，使W粉填充在W靶材待修复表面的不平整缺陷区域，即完成W靶材的修复。本发明专利技术采用SPS技术，通过选择合适的烧结参数，可将W靶材表面的缺陷修补完整，且修补后组织细小、致密度高，有效解决了现有W靶材表面产生缺陷后无法修补再利用的问题，且工艺简单、周期短、生产效率高，可大幅度降低W靶材的使用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种W靶材的修复方法
本专利技术属于粉末冶金领域，具体涉及到一种钨靶材的修复方法。
技术介绍
W靶材作为难熔金属靶材的代表，广泛应用于电子及信息产业，如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等；亦可应用于玻璃镀膜领域；还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。其工作原理是在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为Ar气)，在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。长时间的工作消耗下，靶材表面易出现凹凸不平的缺陷，影响W靶材的性能和产品的使用寿命。由于W的熔点较高，现市面上W靶材普遍采用粉末冶金方法制备，但重复使用率较低，国内外尚无有效办法对受损W靶进行有效修复，导致在W靶材表面产生缺陷后无法修补再利用，造成严重的资源浪费，并容易造成重金属污染。
技术实现思路
针对现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种W靶材的修复方法，旨在通过放电等离子烧结(SPS)的方法实现W靶材的修复。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提供了一种W靶材的修复方法，其特点在于：将待修复的W靶材放入石墨模具中，然后加入修复所需的W粉，使W粉位于W靶材的待修复表面上，预压后，再放入放电等离子烧结系统中进行烧结连接，使W粉填充在W靶材待修复表面的不平整缺陷区域，即完成W靶材的修复。具体包括以下步骤：步骤1、对待修复的W靶材的待修复表面进行清理，以去除杂质和氧化层，用1500目砂纸打磨光滑，然后利用阿基米德排水法计算出填补W靶材待修复表面的不平整缺陷区域所需W粉的体积；称取相应体积的氧含量低于500ppm、纯度为99.7％、粒径在2.8～3.2μm之间的W粉备用；步骤2、根据待修复W靶材的尺寸，选取相应尺寸的石墨模具，将清理后的W靶材放入，然后再放入W粉，并使W粉位于W靶材的待修复表面上；采用手动液压机对装好的W靶材和W粉的石墨模具进行预压，压力在8～12MPa；步骤3、在预压后石墨模具外围裹上与石墨模具等高的4～6mm厚的碳毡，再将其置于放电等离子烧结系统的炉腔中，抽真空至5Pa以下，对W粉和W靶材进行烧结连接，烧结工艺为：轴向机械压力：10～40MPa，升温速率：10～60℃/min，烧结温度：1800～2000℃，保温时间：5～10min；随炉冷却后，即完成W靶材的修复，获得致密度高、力学性能优异的修复后W靶材。进一步地，所修复的W靶材直径大于20mm、长径比为0.05～1.0。进一步地，所述升温速率在室温至1300℃区间为30～60℃/min，1300℃以上为10～30℃/min。进一步地，所述轴向机械压力采用梯度加压的方式：当温度＜1500℃时，轴向压力为10MPa；当温度≥1500℃时，轴向压力为30～40MPa。本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术采用SPS技术，通过选择合适的烧结参数，可将W靶材表面的缺陷修补完整，且修补后组织细小、致密度高，与原靶材一致，有效解决了现有W靶材表面产生缺陷后无法修补再利用的问题，且工艺简单、周期短、生产效率高，可大幅度降低W靶材的使用成本。2、本专利技术可根据待修复W靶材的尺寸，选择合适尺寸的石墨模具和压头，从而可实现各种W靶材修复。3、本专利技术优化了W靶材的修复工艺，对不同直径和长径比的W靶材圆柱锭采用不同的工艺条件，可使其性能进一步改善。4、本专利技术修复得到的W靶材材料具有良好的硬度，且抗拉强度与三点弯曲性能与原靶材几乎一致，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术实验操作模拟图示；图2为本专利技术实施例1中修复后W靶材连接处的微观组织照片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作详细说明，下述实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中，选用氧含量低于500ppm、纯度为99.7％、粒径在2.8～3.2μm之间的金属W粉。下述实施例所用放电等离子烧结炉为日本SinterLandInc公司生产的LABOX-6020系列放电等离子烧结系统，其电流类型为直流脉冲电流，脉冲序列为40:7。实施例1本实施例对Φ30mm×30mm的W靶材圆柱锭进行修复，具体步骤如下：步骤1、选用车工对待修复的W靶材的待修复表面进行清理，以去除杂质和氧化层，用1500目砂纸打磨光滑，然后利用阿基米德排水法计算出填补W靶材待修复表面的不平整缺陷区域所需W粉的体积；称取相应体积的W粉备用；步骤2、将清理后的W靶材放入石墨模具中，再加入W粉，并使W粉位于W靶材的待修复表面上；采用手动液压机对装好W靶材和W粉的石墨模具进行预压，压力为～10MPa；步骤3、在预压后石墨模具外围裹上与石墨模具等高的～5mm厚的碳毡，再将其置于放电等离子烧结系统的炉腔中，抽真空至5Pa以下，对W粉和W靶材进行烧结连接，烧结工艺为：轴向机械压力：采用梯度加压的方式(室温至1500℃，压力为10MPa；1500～1800℃，压力为40MPa)升温速率：室温至1300℃，升温速率为50℃/min；1300～1800℃，升温速率为30℃/min；烧结温度：1800℃，保温时间：10min；随炉冷却后，粗加工去除样品表面碳纸，即完成W靶材的修复，获得高致密度的Φ30mm×30mm修复后W靶材圆柱锭，致密度为93.67％、抗拉强度为45.471MPa，三点抗弯强度为361.821MPa。实施例2本实施例对Φ30mm×30mm的W靶材圆柱锭进行修复，具体步骤如下：步骤1、选用车工对待修复的W靶材的待修复表面进行清理，以去除杂质和氧化层，用1500目砂纸打磨光滑，然后利用阿基米德排水法计算出填补W靶材待修复表面的不平整缺陷区域所需W粉的体积；称取相应体积的W粉备用；步骤2、将清理后的W靶材放入石墨模具中，再加入W粉，并使W粉位于W靶材的待修复表面上；采用手动液压机对装好W靶材和W粉的石墨模具进行预压，压力为～10MPa；步骤3、在预压后石墨模具外围裹上与石墨模具等高的～5mm厚的碳毡，再将其置于放电等离子烧结系统的炉腔中，抽真空至5Pa以下，对W粉和W靶材进行烧结连接，烧结工艺为：轴向机械压力：采用梯度加压的方式(室温至1500℃，压力为10MPa；1500-1900℃，压力为40MPa)；升温速率：室温至1300℃，升温速率为50℃/min；1300～1900℃，升温速率为30℃/min；烧结温度：1900℃；保温时间：5min；随炉冷却后，即完成W靶材的修复，获得高致密度的Φ30mm×30mm修复后W靶材圆柱锭，致密度为94.70％、抗拉强度为85.331MPa，三点抗弯强度为332.130MPa。实施例3本实施例对Φ30mm×30mm的W靶材圆柱锭进行修复，具体步骤如下：步骤1、选用车工对待修复的W靶材的待修复表面进行清理，以去除杂质和氧化层，用1500目砂纸打磨光滑，然后利用阿基米德排水法计算出填补W靶材待修复表面的不平整缺陷区域所需W粉的体积；称取相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种W靶材的修复方法，其特征在于：将待修复的W靶材放入石墨模具中，然后加入修复所需的W粉，使W粉位于W靶材的待修复表面上，预压后，再放入放电等离子烧结系统中进行烧结连接，使W粉填充在W靶材待修复表面的不平整缺陷区域，即完成W靶材的修复。

【技术特征摘要】
1.一种W靶材的修复方法，其特征在于：将待修复的W靶材放入石墨模具中，然后加入修复所需的W粉，使W粉位于W靶材的待修复表面上，预压后，再放入放电等离子烧结系统中进行烧结连接，使W粉填充在W靶材待修复表面的不平整缺陷区域，即完成W靶材的修复。2.根据权利要求1所述的W靶材的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对待修复的W靶材的待修复表面进行清理，以去除杂质和氧化层，然后利用阿基米德排水法计算出填补W靶材待修复表面的不平整缺陷区域所需W粉的体积；称取相应体积的氧含量低于500ppm、纯度为99.7％、粒径在2.8～3.2μm之间的W粉备用；步骤2、将清理后的W靶材放入相对应尺寸的石墨模具中，再加入W粉，并使W粉位于W靶材的待修复表面上；采用手动液压机对装好W靶材和W粉的石墨模具进行预压，压力在8～12MPa；步骤3、在预压后石墨模具外围裹上与石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久兴，高思远，赵晶晶，潘亚飞，杨新宇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34