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陶瓷溅射靶的烧结-广东振华真空镀膜设备

不久前,我们讨论了基本但与元素和金属合金溅射靶生产相关的基本过程。那时便形成解决复杂复合材料或陶瓷溅射靶的制备方法。

与可以容易熔化,淬火然后成型为各种尺寸的金属组合不同,陶瓷靶必须以这样的方式进行固结:初始化学计量或原始组成不会与初始原料不同。建立合并过程的方法有很多,但是不幸的是,它们都不是特别容易的。通常,这涉及某种形式的粉末冶金加工,即将粉末的细颗粒烧结成固体形式。在这里,我们将从描述这种烧结过程中最简单的形式开始,即简单的热压。

热压基本上是一种高压、低应变率粉末冶金工艺,用于在升高的温度和压力下足以引起烧结和蠕变的过程中,形成粉末或粉末化合物。烧结涉及在高能条件下通过在组成颗粒的几何边界上施加热量和/或压力而提供的原子扩散,然后,这些融合的粒子通过原子或分子之间的离子键和共价键结合在一起。这种扩散最终是将原子颗粒压紧在一起而融合在一起,从而形成了固态的复合材料块。这是在低于最低熔点成分的液相线温度的温度下完成的,即,将材料保持在液化温度以下。

有几种类型的热压技术(感应加热,现场辅助烧结技术,间接电阻加热等–仅举几例),但促进该烧结过程最常见的方法是对待固结的粉末施以简单的热压。这种热压机最常使用的形式是机械压力机或液压压力机,对两个几何相对的压头上施加压力,压头通常由实心碳(石墨)棒组成,其外径略大于待制造靶的固化后的外径。压头可装入内径比配对压头的外径稍大的实心碳(石墨)环或模具中,沿着碳模的外径,或者安置在靠近碳模具内径的四周上,加以间隔周围的形状分布。

操作时,底部压头通常处于距固态碳块底部约一半的固定位置。然后将混合并称量的粉末倒入下压头碳块的顶部的内径中。然后将上压头放入模具中,并向下运动,对着使其与要固结的粉末。

一旦压头就位,就通过液压机将轻微的压力施加到顶压头上,同时电流同时施加到加热元件上。基于要固结的材料成分的冶金性能,压力和热量都缓慢增加到所施加的压力出现。这可以在与液压机相关的压力表上看到。该压力的重要性是各个颗粒开始扩散,并因此减小了被固结材料的总体积。在该减压达到平衡之后,然后施加附加压力并保持一定的时间,以使扩散过程达到动力学平衡。

由于这是扩散过程,因此实际上并未熔化这些成分,因此复杂的成分(例如金属氧化物,氮化物,碳化物,硼化物,硫化物等)都可以在其理论密度或接近理论密度的条件下烧结成固态,而不会分解为它们原始成分的元素形式。这是粉末冶金之美,几乎没有分解。高温脆性材料(例如难熔金属(钨,钼等))通常也要进行烧结而不是铸造,以避免在与熔融过程出现的冷却阶段的破裂。

当粉末充分固结后,电流可从加热元件中撤去,压力逐渐释放。一旦一切都冷却到室温,就可以通过取下底部压头并再次用液压机向上部压头施加一点压力,将固体块从碳模的底部压出。

对于要制造的靶的尺寸,压制的固体质量基本上是枪的近似形状。然后,使用数控设备通过金刚石研磨对这种材料进行精加工,以达到与客户规格要求相符合的最终尺寸及公差。