[发明专利]一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法

说明书

本发明公开了一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，包括以下步骤：步骤1：对铝靶材和铝背板的待焊接面进行机械打磨及清洗处理；步骤2：将步骤1处理后的铝靶材和铝背板通过夹具固定使两者的待焊接面相对布置，通过驱动夹具使铝靶材和铝背板的待焊接面相互靠拢，并且在靠拢过程中至少一个进行旋转，在铝背板和铝靶材接触后，增加压强至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；步骤3；将步骤2完成初步摩擦焊接的铝靶材组件置于轴向加压扩散焊炉内，抽真空，加热并轴向加压直至完成焊接；步骤4：冷却步骤3处理后的铝靶材组件；本发明解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题。

技术领域

本发明涉及真空溅射靶材制造领域，尤其涉及一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法。

背景技术

溅射靶材组件由靶材和背板组成，其中背板起支撑及热量传导的作用。溅射过程中，靶材组件所处的环境温度高达300℃至600℃，靶材组件的一侧强制水冷，而另一侧则处于10^-9Pa的高真空环境下，两侧形成巨大的温度差；此外，靶材组件在高压电场、磁场中承受各种粒子的轰击。在此条件下，如靶材与背板之间的焊接强度较低，则易导致靶材变形、开裂、使得溅射不均匀，严重时，靶材脱落对溅射基台造成损伤。

铝即使在常温下也极易发生氧化，形成致密的氧化膜。用现有的扩散焊接方法焊接铝靶材和铝背板时，由于氧化膜不易去除，难以形成良好的原子尺度结合，表面氧化严重时，甚至无法实现焊接。一般需要在高真空及高温高压下进行，而得到的靶材组件焊接强度低、变形量大，无法满足长期稳定生产和使用铝靶材组件的需要。因此，工业上急需一种更高效、更可靠的铝靶材组件焊接方法。

发明内容

本发明提供了一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，得到界面非致密缺陷少、连接强度高的铝靶材组件。

一种铝靶材组件的摩擦扩散焊方法，包括以下步骤：

步骤1：对铝靶材和铝背板的待焊接面进行机械打磨及清洗处理；

步骤2：将步骤1处理后的铝靶材和铝背板通过夹具固定使两者的待焊接面相对布置，通过驱动夹具使铝靶材和铝背板的待焊接面相互靠拢，并且在靠拢过程中至少一个进行旋转，在铝背板和铝靶材接触后，增加压强至0.5MPa～2.0MPa保持5s～25s后完成初步摩擦焊接；

步骤3；将步骤2完成初步摩擦焊接的铝靶材组件置于轴向加压扩散焊炉内，抽真空，加热并轴向加压直至完成焊接；

步骤4：冷却步骤3处理后的铝靶材组件。

本发明在步骤2的摩擦焊处理可以有效去除铝表面氧化层，与直接扩散焊相比可实现更高质量的焊接，解决了铝靶材组件直接扩散焊对环境条件要求高、焊缝易出现缺陷的问题，得到了焊缝致密、缺陷少、强度高的接头；扩散焊时所需压强、温度较低，所需时间较短，效率高；无需使用热等静压扩散焊炉，成本低。

其中，步骤3中一般抽真空至10^-3Pa。

步骤4冷却后对铝靶材组件进行精密机加工，得到所需的精确尺寸。

优选的，步骤2中，铝靶材相对铝背板的旋转速度为20～100r/min。进一步优选的，铝靶材相对铝背板的旋转速度为20～50r/min，以获得合适的线速度，避免过多磨损。

为了方便进行加工，优选的，步骤2中，夹持有铝靶材的夹具进行旋转。本发明使用的夹具包括位于同一车床架上且同轴的卡盘与移动夹具，将铝靶材夹持于旋转卡盘，铝背板夹持于移动夹具，电机驱动旋转卡盘带动铝靶材旋转，铝背板向铝靶材靠拢，在铝背板和铝靶材接触后实现初步的摩擦焊接。

步骤2中，压强偏大则易在靶材内形成过厚的塑性变形区，偏小无法形成很好的结合，需要在上述范围内。