一种生产金属薄带的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种生产金属薄带的方法及其装置，生产金属薄带的方法包括以下步骤：利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，熔炼过程按照设定的熔炼工艺，处于真空环境中，并以惰性气体作为保护气氛；将所述金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，所述金属熔体受冷结晶，在所述水冷辊的挤压作用下形成金属薄带；本发明专利技术利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，将金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，把等离子熔炼与真空双辊连铸技术结合，能够利用等离子弧的惰性气氛保护双辊连铸亚快速凝固工艺，实现了对金属材料的成分控制以及凝固过程的温度控制，制得高纯度，晶粒度细小的金属薄带。

【技术实现步骤摘要】
一种生产金属薄带的方法及其装置
本专利技术涉及高纯金属薄带生产领域，特别是涉及一种生产金属薄带的方法及其装置。
技术介绍
随着集成电路产业不断进步和升级，对各种高纯金属材料及溅射靶材的需求量将越来越大。集成电路溅射靶材及溅射薄膜在靶材纯度、组织性能控制有着严格的要求。目前溅射靶坯的制备工艺主要为熔融铸造和粉末冶金。熔融铸造法其冶炼和浇注通常在真空或保护性气氛下进行。常规的模铸由于其凝固过程未经特殊的控制，容易在铸锭中形成疏松、缩孔和晶粒位向混乱，还有坩埚与铸模污染降低靶坯的纯度，进而影响溅射薄膜的质量。通过后续反复的热加工和热处理工艺可以改善疏松、降低孔隙率，但同样也会引入新的污染。晶粒尺寸较小的靶材比晶粒尺寸大的沉积速率快，这主要是由于晶界在溅射过程中更容易受到攻击，晶界越多，成膜就越快。晶粒尺寸的大小除影响溅射速率外，也会影响成膜质量，晶粒尺寸过大，溅射时间短，会造成膜层致密性差，降低其对基体保护作用，导致镀膜产品氧化脱膜。申请公布号为CN108788040A的中国专利公开了一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置，包括两个对称设置的固定架，两个固定架之间活动连接有多个水冷辊和驱动辊，水冷辊位于驱动辊斜上方，且与驱动辊啮合；固定架下方连接有结晶器，结晶器外壁缠绕有感应线圈，结晶器下方连接有引锭杆；多个水冷辊成“V”字形设置于结晶器上方；固定架上方安装有送料装置、源气体输送装置和电极装置；该方案采用多辊的单向转动实现反应槽底部未熔化金属的熔化，精炼后的金属靶坯熔体流入结晶器内进行电磁软接触连续铸造，进而获得高纯度、高致密度和具有一定取向的棒状溅射靶坯；但是，该方案中的水冷辊是作为一种送料装置，将加入的金属送到等离子弧熔炼区域，并不能作为金属熔液的结晶器，使金属熔液快速凝固，从而达到细化晶粒的作用。申请公布号为CN112222365A的中国专利公开了一种用于双辊薄带连铸机的冷却装置，冷却装置可对初始形成后的薄带表面温度进行控制的同时，还能够使薄带在限定的空间范围内进行向下垂直输送，同时，设在箱体侧壁上的冷却水机构还能避免冷却装置在高温辐射环境下发生变形的问题，但是，该方案只是对于双辊薄带连铸系统的进一步改进，并没有针对金属熔体进行改进，对于采用何种方式熔融的金属没有进行说明，因此，该方案也达不到使金属熔液快速凝固，从而达到细化晶粒的作用。也就是说，在现有技术中并没有将等离子熔炼系统和双辊连铸系统相结合的技术方案，也没有相关的技术启示。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生产金属薄带的方法及其装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，将金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，能够利用等离子弧的惰性气氛保护双辊连铸亚快速凝固工艺，获得高纯度、晶粒度细小的金属薄带。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种生产金属薄带的方法，包括以下步骤：利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，熔炼过程按照设定的熔炼工艺，处于真空环境中，并以惰性气体作为保护气氛；将所述金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，所述金属熔体受冷结晶，在所述水冷辊的挤压作用下形成金属薄带。优选地，在所述等离子熔炼系统采用氩气和氢气组成的还原性气氛。优选地，浇铸所述金属熔体时，选用钨坩埚作为浇铸容器进行浇铸。优选地，调整所述水冷辊的转速和冷却水流速，来控制物理场、温度场多场耦合作用。优选地，调整所述水冷辊之间的间距以调节形成的金属薄带的厚度。本专利技术还提供一种生产金属薄带的装置，包括双辊连铸系统以及等离子熔炼系统，所述等离子熔炼系统包括熔炼装置和浇注装置，所述双辊连铸系统包括并排设置的水冷辊，所述浇注装置位于所述水冷辊的上方，用于将所述熔炼装置熔炼的金属熔体浇铸到所述水冷辊之间。优选地，所述水冷辊内环向均匀布置有多个水冷孔，所述水冷孔贯穿所述水冷辊的轴向设置，且所述水冷孔的一端连接进水口，另一端连接出水口。优选地，每个所述水冷辊设置有12个水冷孔。优选地，所述浇注装置采用钨坩埚作为浇铸容器进行浇铸。优选地，所述水冷辊的两端分别可转动的连接有固定架，所述固定架顶部设置有V型缺口，所述V型缺口的最低处面向所述水冷辊之间的间隙。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：(1)本专利技术利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，将金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，把等离子熔炼与真空双辊连铸技术结合，能够利用等离子弧的惰性气氛保护双辊连铸亚快速凝固工艺，实现了对金属材料的成分控制以及凝固过程的温度控制，制得高纯度，晶粒度细小的金属薄带；(2)本专利技术等离子熔炼系统采用氩气和氢气组成的还原性气氛，高温熔炼实现金属熔化精炼和成分均匀，精炼后的金属熔体进入到水冷辊之间，在辊面快速凝固并经过咬合点挤压后出辊，通过调节水冷辊转速，冷却水流速来控制物理场，温度场多场耦合，进而获得高纯度，晶粒细化的金属薄带；(3)本专利技术等离子弧中添加氢气形成的氢等离子弧具有强还原性，对于脱除金属中的气体元素有着良好的效果，可以根据不同金属选择气氛以达到良好的冶炼效果；(4)本专利技术双辊连铸系统在运行时，结晶器和凝固壳随同运动而没有相对运动和振动运动，且不需要使用保护渣，整个凝固过程是在与水冷辊持久接触中进行的，直到两个凝固壳在辊缝中合拢为止，进一步减少了杂质的污染，同时双辊连铸薄带的亚快速凝固工艺能直接获得细小的晶粒度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术整体结构示意图；图2为图1的断面结构示意图；其中，1、等离子熔炼系统；2、固定架；3、水冷辊；4、水冷孔；5、金属薄带；6、金属熔池。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种生产金属薄带的方法及其装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，将金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，能够利用等离子弧的惰性气氛保护双辊连铸亚快速凝固工艺，获得高纯度、晶粒度细小的金属薄带。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。结合图1-2所示，本专利技术提供一种生产金属薄带5的方法，包括以下步骤：利用等离子熔炼系统1将金属熔炼成金属熔体，熔炼过程对于不同的金属可以选择不同的熔炼工艺，熔炼过程一般处于真空环境中，并以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产金属薄带的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，熔炼过程按照设定的熔炼工艺，处于真空环境中，并以惰性气体作为保护气氛；/n将所述金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，所述金属熔体受冷结晶，在所述水冷辊的挤压作用下形成金属薄带。/n

【技术特征摘要】
1.一种生产金属薄带的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用等离子熔炼系统将金属熔炼成金属熔体，熔炼过程按照设定的熔炼工艺，处于真空环境中，并以惰性气体作为保护气氛；
将所述金属熔体浇铸进入双辊连铸系统的水冷辊之间，所述金属熔体受冷结晶，在所述水冷辊的挤压作用下形成金属薄带。


2.根据权利要求1所述的生产金属薄带的方法，其特征在于：在所述等离子熔炼系统采用氩气和氢气组成的还原性气氛。


3.根据权利要求2所述的生产金属薄带的方法，其特征在于：浇铸所述金属熔体时，选用钨坩埚作为浇铸容器进行浇铸。


4.根据权利要求1-3任一项所述的生产金属薄带的方法，其特征在于：调整所述水冷辊的转速和冷却水流速，来控制物理场、温度场多场耦合作用。


5.根据权利要求4所述的生产金属薄带的方法，其特征在于：调整所述水冷辊之间的间距以调节形成的金属薄带的厚度。


6.一种生产金...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建波，任忠鸣，刘亮，张振强，李霞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31