一种高纯铜系靶材的焊接方法与流程

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明属于靶材制造领域，涉及一种靶材的焊接方法，尤其涉及一种高纯铜系靶材的焊接方法。背景技术：2.热等静压(hot isostatic pressing,hip)：一种集高温、高压于一体的工艺生产技术，通过密闭容器中的高压惰性气体或氮气为传压介质，在高温下利用各项均等的静压力对被加工件进行压制的工艺方法。该法常用于粉末烧结、材料致密化、扩散焊接等。该法优点在于集热压和等静压的优点于一身。其缺点是设备昂贵，生产率低。3.电子束焊接(electron beam welding，eb)：电子束焊是指利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊接面，使被焊工件熔化实现焊接。其优点是不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小，因此真空电子束焊广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电子仪器等众多行业。4.随着集成电路的发展，金属互连线宽度越来越细，互连线的rc延时成为影响电路速度的主要问题，铜布线代替铝布线是集成电路布线纳米尺度化的必然趋势。但是由于高端制程对超纯铜及铜合金靶材的晶粒、晶向要求极为苛刻，因此铜及铜合金靶材焊接成为靶材制造过程中的一大难题。5.现有常规铜靶是采用的靶坯与背板先热等静压焊接，再电子束焊接的方式生产。因此在靶材生产过程中有许多繁琐的工序，在热等静压前需对靶材焊包套，随后进行脱气之后才能进行热等静压，热等静压结束后还需去包套处理。6.cn111136396a公开了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；(2)依次将步骤(1)所述铜靶材、垫块放入背板的凹槽内，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。7.cn105014171a公开了一种钨/铜的电子束钎焊快速连接方法，通过以下步骤实现：母材和钎料表面预处理，清除待焊表面的油污、杂质以及氧化膜；钎料置于母材之间，利用夹具固定，放入电子束装置中，设定参数并钎焊；通过红外热像仪和红外测温仪监测钨表面温度；通过热电偶监测cu合金的块体温度铜合金块体温度；焊接完毕，快速冷却至室温，取出焊接试样，然后放入真空退火炉中，进行退火处理。技术实现要素：8.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述焊接方法简化了焊接流程，降低成本，简化操作，同时保证了焊接质量。9.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：10.本发明提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：11.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理；12.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行清洗和干燥处理；13.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接。14.现有常规铜靶焊接工艺主要采用靶坯与背板先热等静压焊接，再电子束焊接的方式生产。本发明中，将铜靶坯加工成台阶状，且台阶厚度与铜背板槽深度一致，进行三道次电子束焊接，保证了电子束焊接效果，且先电子束焊接后无需做包套，可直接进行热等静压焊接，省去了包套焊接及包套脱气工序，极大地降低了生产成本，且提升了生产效率，避免因包套造成的靶坯晶粒异常。15.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，如0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm或0.35μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。16.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述车削螺纹处理后所述铜背板焊接面的螺纹间距为0.2～0.5mm，螺纹深度0.1～0.3mm。17.其中，螺纹间距可以是0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm或0.45mm等，螺纹深度可以是0.12mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm或0.28mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。18.本发明中，铜背板与铜靶坯配合公差可以是(0/+0.3)mm。19.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述清洗为超声波清洗。20.作为本发明优选的技术方案，所述超声波清洗的清洗液包括ipa或酒精。21.作为本发明优选的技术方案，所述超声波清洗的时间为10～15min，如11min、12min、13min或14min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。22.优选地，所述超声波清洗的温度为60～80℃，如62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃或78℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。23.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述干燥为真空干燥。24.优选地，所述真空干燥的真空度＜0.01pa。25.优选地，所述真空干燥的时间不低于1h，如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。26.作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述电子束焊接的速度为10～15mm/s，如10.5mm/s、11mm/s、11.5mm/s、12mm/s、12.5mm/s、13mm/s、13.5mm/s、14mm/s或14.5mm/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。27.优选地，所述电子束焊接的时间为100～120s，如102s、105s、108s、110s、112s、115s或118s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。28.优选地，所述电子束焊接的电子束流为30～60ma，如35ma、40ma、45ma、50ma或55ma等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。29.优选地，所述电子束焊接的次数为3～5次，如3次、4次或5次。30.优选地，所述电子束焊接的焊接熔池深度5～8mm，如5.5mm、6mm、6.5mm、7mm或7.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。31.作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述热等静压焊接的温度为200～300℃，如210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃或290℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。32.优选地，所述热等静压焊接的压力为100～150mpa，，如100mpa、105mpa、110mpa、115mpa、120mpa、125mpa、130mpa、135mpa、140mpa、145mpa或150mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。33.优选地，所述热等静压焊接的时间为6～8h，如6.2h、6.5h、6.8h、7h、7.2h、7.5h或7.8h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。34.本发明中，靶坯材料可以是高纯铜或铜合金，背板材料可以是cucr合金或cuzn合金。35.作为本发明优选的技术方案，所述高纯铜系靶材的焊接方法包括以下步骤：36.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.2～0.5mm，螺纹深度0.1～0.3mm；37.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；38.所述超声波清洗的清洗液包括ipa或酒精，温度为60～80℃，时间为10～15min；39.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间不低于1h；40.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；41.所述电子束焊接的速度为10～15mm/s，时间为100-120s，电子束流为30～60ma，焊接熔池深度5～8mm，次数为3～5次；42.所述热等静压焊接的温度为200～300℃，压力为100～150mpa。，时间为6～8h。43.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：44.本发明提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述焊接方法简化了焊接流程，降低成本，简化操作，同时保证了焊接质量。附图说明45.图1为本发明提供的高纯铜系靶材的焊接方法中铜靶坯与铜背板的装配示意图。46.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式47.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：48.实施例149.本实施例提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：50.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.2mm，螺纹深度0.1mm；51.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；52.所述超声波清洗的清洗液为ipa，温度为60℃，时间为15min；53.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间1h；54.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配(如图1所示)，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；55.所述电子束焊接的速度为10mm/s，时间为120s，电子束流为30ma，焊接熔池深度5mm，次数为3次；56.所述热等静压焊接的温度为200℃，压力为120mpa。，时间为8h。57.实施例258.本实施例提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：59.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.5mm，螺纹深度0.3mm；60.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；61.所述超声波清洗的清洗液为ipa，温度为80℃，时间为10min；62.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间2h；63.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；64.所述电子束焊接的速度为15mm/s，时间为100s，电子束流为60ma，焊接熔池深度8mm，次数为5次；65.所述热等静压焊接的温度为300℃，压力为110mpa。，时间为6h。66.实施例367.本实施例提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：68.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.3mm，螺纹深度0.15mm；69.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；70.所述超声波清洗的清洗液为ipa，温度为65℃，时间为12min；71.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间1.5h；72.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；73.所述电子束焊接的速度为12mm/s，时间为115s，电子束流为35ma，焊接熔池深度6mm，次数为4次；74.所述热等静压焊接的温度为220℃，压力为100mpa。，时间为7.5h。75.实施例476.本实施例提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：77.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.45mm，螺纹深度0.25mm；78.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；79.所述超声波清洗的清洗液为ipa，温度为75℃，时间为12min；80.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间为1.5h；81.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；82.所述电子束焊接的速度为14mm/s，时间为105s，电子束流为55ma，焊接熔池深度7mm，次数为4次；83.所述热等静压焊接的温度为280℃，压力为125mpa。，时间为6.5h。84.实施例585.本实施例提供一种高纯铜系靶材的焊接方法，所述方法包括以下步骤：86.(1)将铜靶坯加工成台阶状，台阶厚度与铜背板槽深度一致，所述铜靶坯的焊接面的粗糙度＜0.4μm，对铜背板焊接面进行车削螺纹处理，螺纹间距为0.35mm，螺纹深度0.2mm；87.(2)将加工后的所述铜靶坯以及铜背板进行超声波清洗和真空干燥处理；88.所述超声波清洗的清洗液包括ipa或酒精，温度为70℃，时间为12min；89.所述真空干燥的真空度＜0.01pa，时间为1.5h；90.(3)将所述铜靶坯以及铜背板进行装配，并依次进行电子束焊接以及热等静压焊接；91.所述电子束焊接的速度为12mm/s，时间为110s，电子束流为45ma，焊接熔池深度6.5mm，次数为3次；92.所述热等静压焊接的温度为250℃，压力为150mpa。，时间为7h。93.对比例194.本对比例除了不将铜背板车螺纹，其余条件均与实施例5相同。95.对比例296.本对比例除了先进行热等静压焊接(包套和脱气)，再进行电子束焊接外，其余条件均与实施例5相同。97.实施例1～5以及对比例1和2使用的铜靶坯为纯度99.995％的纯铜靶坯，背板为铜铬合金背板。98.采用c-scan检测验证实施例1-5以及对比例1-2提供的背板铝靶的焊接效果，其检测条件如表1所示，结果如表2所示。99.表1[0100][0101][0102]表2[0103] 整体结合率/％单个缺陷率/％实施例199.81.5实施例299.00.8实施例398.21.3实施例498.71.0实施例598.51.1对比例10100对比例298.61.0[0104]通过实施例1-5可以看出，本发明提供的高纯铜系靶材的焊接方法可以取得优异的焊接效果，且与对比例2，即现将靶材进行包套和脱气，再进行热等静压焊接，最后进行电子束焊接的传统工艺相比，焊接效果相当。对比例1由于未将铜背板车螺纹，导致未焊接上。[0105]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。[0106]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0107]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。[0108]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。









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