一种大长径比TiAl管靶材成形方法技术

本发明专利技术涉及一种大长径比TiAl管靶材成形方法，包括（1）组装包套模具；（2）原料Ti粉末、Al粉末装填及封焊；（3）真空热除气；（4）热等静压致密化成形；（5）去除包套模具：（6）产品精加工；本发明专利技术通过对包套模具结构进行创新设计，保证包套模具具备良好的焊接性，并实现TiAl靶材与背管的整体绑定，通过原材料粉末粒度优化选择以及真空混料，制备出成分均匀，无偏析的Ti、Al混合粉末；采用特殊的粉末装填工艺，保证管靶装粉密度及均匀度；通过优化的真空热除气及致密化成形工艺选择，保证在压制成形后TiAl管靶材的致密度及直线度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于磁控溅射镀膜用高性能金属管靶材制备

技术介绍
随着装饰镀膜、集成电路、平面显示器及工具表面涂层等产业的迅猛发展，对镀膜用溅射靶材的需求越来越多，其中TiAl靶材是工具涂层和装饰镀膜行业用量较大的材料之一。目前靶材产品主要分为平面靶和管靶，与平面靶材相比，管靶材具有利用率高、镀膜连续性好、镀膜成分均匀等优点，是理想的溅射靶材，市场需求量巨大。目前终端靶材镀膜厂商正逐步进行磁控溅射设备的更新换代，从使用传统平面靶材过渡到使用旋转管靶材，因此管靶材正在成为磁控溅射设备的标准选材，未来管靶材市场发展潜力巨大。目前，国内TiAl管靶材主要采用熔炼及热喷涂工艺技术进行生产，熔炼工艺只能制备低铝含量的TiAl管靶材，若铝含量高于50%，材料偏析严重，并且制备大长径比管靶(长度> 1000mm)难度大、成品率低。喷涂技术成形TiAl管靶材存在着致密度低、材料利用率低以及氧含量高等缺点，只能应用于对膜层质量要求较低的中低端镀膜产品，远无法满足高端镀膜产品对靶材的质量要求。国外高质量TiAl管靶材采用先进的磁悬浮熔炼技术生产，但价格昂贵。因此，对于高质量大长径比TiAl整体管靶(长度> 1000mm)成形技术的研制，不但是对现有靶材产品制备技术创新，同时对镀膜行业产品质量的大幅提高，促进产品的更新换代，具有重要现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供，该方法制备的TiAl管靶材产品材料组织晶粒细小、氧含量低、致密度高、质量稳定可靠，在高端镀膜产品用大长径比整体TiAl管靶材的批量生产方面具有明显优势。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的，包括如下步骤步骤(一)、组装包套模具所述包套模具包括内包套、外包套、包套底盖、包套上盖、导气管和背管；首先将内包套放置于外包套内部，包套底盖与内包套、外包套进行焊接，实现内包套与外包套的定位，然后将背管套装在内包套的外表面，最后外包套上打孔，焊接导气管;步骤(二)、将Ti粉与Al粉混合后，装填入步骤(一)组装好的包套模具中，并盖上包套上盖后进行封焊，实现包套模具的密封，其中Ti粉粒度为100-200目，Al粉粒度为325目以下；步骤(三)、将包套模具放置于热处理炉中进行加热，并真空除气，除气温度为3000C _400°C，保证除气后的包套模具内的真空度大于10_3Pa ；步骤(四)、将包套模具放置于热等静压炉中进行致密化处理；步骤(五)、将致密化处理后的包套模具拆除内包套与外包套，并进行机械加工得到所需尺寸的与背管整体成形的TiAl管靶材。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，步骤(二)中将Ti粉与Al粉混合后，装填入组装好的包套模具中的具体步骤如下:(I)、将包套模具水平放置，再将混合均匀的Ti粉与Al粉采用装填铲送至包套模具底部，然后将包套模具竖立起来垂直放置，将装填铲抽出，完成第一次粉末装填；(2)、之后将包套模具旋转90度，使包套模具水平放置，重复步骤(I )，完成第二次粉末装填，依次类推，共完成四次装填；(3)、将包套模具垂直放立，将包套模具内的粉末压实，完成第一轮粉末装填；( 4 )、重复步骤(I) - ( 3 )，完成第二轮粉末装填，依此类推，直至装填满包套模具。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，步骤(二)中进行包套上盖焊接时，每焊接20-30_焊缝停止，冷却包套模具，之后再进行焊接，以防止因为焊接产生的热量而导致粉末发生反应。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，步骤(四)中包套模具在热等静压炉中进行致密化处理的参数为:温度480°C 550°C，压力100 llOMPa，保温时间2 5h。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，背管为不锈钢管、钛管或碳钢管。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，背管的长度小于内包套、外包套的长度，长度差为60_80mm。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，内包套、外包套、包套底盖、包套上盖和导气管的材料为铝。在上述大长径比TiAl管靶材成形方法中，步骤(二)中将Ti粉与Al粉混合后经过真空混粉造粒，使得粉末在装填过程中具有较高的压实密度和均匀的分布。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果:(I)本专利技术对成形过程中采用的包套模具的结构进行了创新设计，采用由内包套、外包套、背管、包套上盖、下盖及导气管组成的包套模具，并对包套模具的材料进行了优选，保证包套模具具备良好的焊接性，并实现TiAl靶材与背管的整体绑定，同时使得粉末填充更加方便，并保证了成形产品质量；(2)本专利技术采用特殊的粉末装填工艺，在每一轮的粉末装填过程中采用四次粉末装填，并采用多轮装填方式，直至包套模具中装填满粉末，保证了管靶装粉密度及均匀度，避免了装粉不均匀造成的TiAl管靶材厚度不均，从而保证了 TiAl管靶材的直线度；(3)本专利技术选取合适的T1、Al粉粒度配比，前期粉末处理技术(真空混粉造粒)以及粉末装填工艺，制备出成分均匀，无偏析的T1、Al混合粉末，有效解决了 T1、Al粉末因为密度相差较大而引起的偏析分层现象；(4)本专利技术根据T1、Al粉末特性，采用纯铝作为包套材料以及合理的压制温度和保温时间，既能保证粉末不与包套反应，实现致密化成型，又能与不锈钢背管良好连接，实现管靶材整体绑定；(5)本专利技术通过大量试验对真空热除气、以及热等静压致密化成形工艺参数进行优化，保证在压制成形后TiAl管靶材的致密度及直线度，并可获得材料晶粒细小、成分均匀、致密度高、质量稳定性好的大长径比TiAl管靶材(彡464X (t80X 1200mm)；(6)大量试验表明本专利技术工艺方法制备的TiAl管靶材致密度> 99%，氧含量^ IOOOppm,晶粒度< 50um。附图说明图1为本专利技术TiAl管靶材成形方法中包套模具组装示意图；图2为本专利技术TiAl管靶材成形方法流程图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述:以制造一种尺寸为<t64X (j580X1200mm管状TiAl靶材为例，说明本方法的具体实施方式。步骤(一)、包套模具设计及加工、组装根据成形TiAl管靶产品形状、尺寸，考虑粉末的收缩量、靶材与背管整体成形以及包套的可焊接性，设计包套模具，选择适合的包套材料及结构形式。本专利技术包套模具包括内包套1、外包套2、包套底盖3、包套上盖4、导气管5和背管6，如图1所示为本专利技术TiAl管靶材成形方法中包套模具组装示意图，首先将圆筒形状的内包套I放置于圆筒形状的外包套2内部，包套底盖3与内包套1、外包套2进行焊接，实现内包套I与外包套2的定位，留包套上盖4不装(留装粉末位置)。然后将背管6套装在内包套I的外表面，最后在外包套2上打孔，焊接导气管5，整个包套进行气密性检查。本实施例中背管6采用不锈钢材料制造，其余内包套1、外包套2、包套底盖3、包套上盖4、导气管5均为 纯铝材料制造。本实施例中不锈钢背管6的长度小于内包套1、外包套2的长度，长度差为60-80mm。即不锈钢背管6两端各留出30_40mm余量，防止后续热等静压致密化试验过程中，由于不锈钢背管6与包套铝材料收缩量不同造成的内包套I与外包套2破裂。步骤(二)、原料Ti粉末、Al粉末选择及预处理通过选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大长径比TiAl管靶材成形方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（一）、组装包套模具：所述包套模具包括内包套（1）、外包套（2）、包套底盖（3）、包套上盖（4）、导气管（5）和背管（6）；首先将内包套（1）放置于外包套（2）内部，包套底盖（3）与内包套（1）、外包套（2）进行焊接，实现内包套（1）与外包套（2）的定位，然后将背管（6）套装在内包套（1）的外表面，最后外包套（2）上打孔，焊接导气管（5）；步骤（二）、将Ti粉与Al粉混合后，装填入步骤（一）组装好的包套模具中，并盖上包套上盖（4）后进行封焊，实现包套模具的密封，其中Ti粉粒度为100?200目，Al粉粒度为325目以下；步骤（三）、将包套模具放置于热处理炉中进行加热，并真空除气，除气温度为300℃?400℃，保证除气后的包套模具内的真空度大于10?3Pa；步骤（四）、将包套模具放置于热等静压炉中进行致密化处理；步骤（五）、将致密化处理后的包套模具拆除内包套（1）与外包套（2），并进行机械加工得到所需尺寸的与背管（6）整体成形的TiAl管靶材。

【技术特征摘要】
1.一种大长径比TiAl管靶材成形方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤(一)、组装包套模具:所述包套模具包括内包套(I)、外包套(2)、包套底盖(3)、包套上盖(4)、导气管(5)和背管(6);首先将内包套(I)放置于外包套(2)内部，包套底盖(3)与内包套(I)、外包套(2)进行焊接,实现内包套(I)与外包套(2)的定位,然后将背管(6)套装在内包套(I)的外表面，最后外包套(2)上打孔，焊接导气管(5)； 步骤(二)、将Ti粉与Al粉混合后，装填入步骤(一)组装好的包套模具中，并盖上包套上盖(4)后进行封焊，实现包套模具的密封，其中Ti粉粒度为100-200目，Al粉粒度为325目以下； 步骤(三)、将包套模具放置于热处理炉中进行加热，并真空除气，除气温度为3000C _400°C，保证除气后的包套模具内的真空度大于10_3Pa ； 步骤(四)、将包套模具放置于热等静压炉中进行致密化处理； 步骤(五)、将致密化处理后的包套模具拆除内包套(I)与外包套(2)，并进行机械加工得到所需尺寸的与背管(6)整体成形的TiAl管靶材。2.根据权利要求1所述的一种大长径比TiAl管靶材成形方法，其特征在于:所述步骤(二)中将Ti粉与Al粉混合后，装填入组装好的包套模具中的具体步骤如下: (1)、将包套模具水平放置，再将混合均匀的Ti粉与Al粉采用装填铲送至包套模具底部，然后将包套模具竖立起来垂直放置，将装填铲抽出，完成第一次粉末装填； (2)、之后将包套模具旋转9...

【专利技术属性】
技术研发人员：石刚，谢飞，张绪虎，崔鹏，崔子振，黄国基，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：