專利名稱：制造濺射靶的方法和所制造的靶產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造濺射靶的方法，特別是一種鑄造具有等軸的、 蜂窩狀、非枝晶的微結(jié)構(gòu)的金屬濺射靶的方法。
背景技術(shù)：
用于制造金屬濺射靶的一種現(xiàn)有方法包括粉碎金屬材料板坯，篩 分并挑選適當(dāng)粒徑的粉碎顆粒，在一個(gè)抽空的密封罐中將一定尺寸的 顆粒熱等靜壓(HIP'ing)以形成靶體，然后將熱等靜壓后的靶體機(jī)械 加工，以生產(chǎn)所需要的靶形狀。
另一種目前用于制造大鉬濺射靶的方法是冷等靜壓(CIP)Mo粉， 燒結(jié)冷等靜壓體以降低氧含量，然后將燒結(jié)體熱軋成所需長(zhǎng)度/寬度/厚 度的扁平板或盤(pán)。然后，將板或盤(pán)機(jī)械加工到最終公差。
為了制造濺射耙，這些方法包括許多加工步驟和相當(dāng)大的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制造細(xì)晶粒、鑄造濺射靶的方法。本發(fā)明在一 個(gè)實(shí)施方式中提供了一種制造濺射靶的方法，其通過(guò)熔融金屬靶材料， 以使熔融靶材料幾乎不過(guò)熱的方式控制熔融靶材料的溫度，將熔融靶 材料引入具有內(nèi)壁的模具中，該內(nèi)壁以所期望的靶的形狀形成模腔，
通過(guò)按一定速度從模具抽出熱量使熔融靶材料固化，以固化靶材料， 以形成在整個(gè)耙上均勻地具有基本上為等軸的、蜂窩狀非枝晶的微結(jié)
4構(gòu)的金屬濺射靶。任選地，可將模具加熱到足夠高的高模具溫度，該 溫度可以阻止與模具內(nèi)壁直接相鄰形成大量柱狀晶粒。
在另一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明還提供了一種金屬濺射耙，其在整個(gè)耙 上均勻地具有基本上為等軸的、蜂窩狀非枝晶的微結(jié)構(gòu)。該濺射耙可 以用于這樣的鑄造條件，除精加工或者將鑄態(tài)靶熱等靜壓以將鑄態(tài)靶 壓實(shí)外無(wú)需其它的鑄造后處理。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中使用的許多加工步驟 的鑄造濺射靶，并提供了一種具有對(duì)濺射有利的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的濺射耙。
本發(fā)明還提供了靶晶粒尺寸的控制方法，減少了從材料選擇到耙 制造的制造前置時(shí)間，并增加了材料選擇的機(jī)動(dòng)性，如更多的合金選 項(xiàng)。
通過(guò)下述描述，本發(fā)明其他的優(yōu)點(diǎn)、特征和實(shí)施方式將變的顯而 易見(jiàn)。


圖1是熔融耙材料在坩堝中準(zhǔn)備向鋼制模具或陶瓷模具傾注的示 意透視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種制造包含金屬靶材料的濺射靶的方法。金屬靶 材料可以包含金屬或兩種以上金屬的合金。用于說(shuō)明的目的且不限于 此，該靶材料可包含鉬，鎢，以及其它金屬和高溫熔融合金，如鎳基、 鉻基、鈷基、鐵基、鉭基、鉬基、鎢基材料和其他合金材料。用于說(shuō) 明的目的且不限于此，靶合金可以包含鈷基合金，該鈷基合金包括選 自由硼、鉻、鉑、鉭、釕、鈮、銅、釩、硅、銀、金、鐵、鋁、鋯和 鎳構(gòu)成的組中的合金元素。例如，該靶可以包含鈷基合金，該鈷基合金包括但不限于Co-Ta-Zr合金、Co-Ta-B合金、Co-Cr-Pt-B合金、 Co-Cr-Pt-B-Cu合金以及其他合金。這些耙金屬或合金可從原材料供應(yīng) 商處購(gòu)得，其具有合適純度，以用于特定的濺射靶應(yīng)用。以團(tuán)塊、粉
末、大塊等形式供應(yīng)靶金屬或合金(如圖1的"輸入合金控制"所 示)。
參見(jiàn)附圖1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括使用合適的熔融方法，
諸如真空感應(yīng)熔融(VIM)或電子束(EB)熔融，在柑堝C或其它適 宜的熔融容器中熔融所選擇的金屬(金屬或合金)耙材料TM。可根據(jù) 待熔融的特定金屬或合金選擇坩堝或熔融容器。在待熔融的特定金屬 或合金需要的情況下，熔融可在惰性氣氛或真空(如"熔爐環(huán)境真空" 所示)下進(jìn)行。當(dāng)在熔融期間，金屬或合金需要惰性氣氛或真空時(shí)， 可使用傳統(tǒng)的真空感應(yīng)熔融設(shè)備(如"VIM熔融系統(tǒng)"所示)。
實(shí)施例中使用的特定傳統(tǒng)的真空感應(yīng)熔融爐使用了一個(gè)直接向下 面的模具M(jìn)傾注的熔融坩堝。然而，本發(fā)明設(shè)想使用諸如傾注坩堝的 傾注容器，任選作為熔融容器和待鑄造模具之間的中間容器。
優(yōu)選地，在熔融容器或傾注容器中的熔融靶材料保持基本上靜止 的狀態(tài)，以使所有低密度非金屬內(nèi)含物上浮到表面，從而可將其從瑢 融體中去除。例如，當(dāng)使用真空感應(yīng)熔融法熔融靶材料的進(jìn)料時(shí)，可 將諸如石墨的基座放置于感應(yīng)線圈IC和熔融容器之間，使得基座被加 熱并反過(guò)來(lái)加熱進(jìn)料，并使得熔融靶材料不被攪動(dòng)。作為選擇，也可 用非常高頻或電阻加熱達(dá)到同樣的結(jié)果。
另外，使用底部?jī)A注坩堝，使得能夠?qū)⑷廴诘陌胁牧弦肽＞咧校?而無(wú)需帶走在熔體表面上浮的非金屬夾雜物。作為選擇，可用茶壺形 坩堝阻止浮在熔體表面的非金屬夾雜物進(jìn)入模具中。美國(guó)專利4832112 描述了其它使進(jìn)入模具的非金屬夾雜物的量最小化的技術(shù)，其全部?jī)?nèi) 容并入此處作為參考。本發(fā)明進(jìn)一步包括以使熔融靶材料在被引入模具之前幾乎不過(guò)熱 的方式，控制在熔融或傾注容器中熔融靶材料TM的溫度。熔融靶材 料的溫度降低到基本上去除熔融靶材料所有的過(guò)熱。該降低的溫度在 整個(gè)熔融耙材料中應(yīng)該是基本上均勻的，且對(duì)于大部分靶材料，盡管 可根據(jù)特定靶金屬或合金調(diào)節(jié)其范圍，但它被控制在高于特定金屬或
合金耙材料測(cè)定的熔點(diǎn)0 20°F之內(nèi)。測(cè)定的熔點(diǎn)可以如美國(guó)專利 4832112所述的確定。
可通過(guò)逐漸降低向熔融容器所處的熔融爐供應(yīng)的功率或能量，降 低熔融容器中熔融靶材料的溫度。例如，當(dāng)通過(guò)如下面實(shí)施例描述的 真空感應(yīng)熔融法熔融耙材料進(jìn)料時(shí)，向感應(yīng)線圈IC的電力供應(yīng)可逐漸 降低，以降低熔融靶材的溫度，以使在將熔融靶材料引入模具之前去 除基本上所有的過(guò)熱。熔融材料的溫度可使用所示的紅外線高溫計(jì)或 其它溫度測(cè)量裝置測(cè)量(如"溫度測(cè)量"所示)。
模具M(jìn)可包括金屬模具或陶瓷模具，它們包括限定具有所需濺射 耙形狀的模腔的內(nèi)壁。可制造的典型濺射靶形狀包括但不限于矩形、 正方形或其它多邊形板以及圓盤(pán)。
除了當(dāng)進(jìn)行熔模鑄造濺射耙時(shí)，本發(fā)明設(shè)想任選在引入模具后的 熔融靶材料中產(chǎn)生湍流。對(duì)于大部分靶材料，它足以將熔融靶材料直 接傾注到模具中。作為選擇，通過(guò)電磁攪拌、機(jī)械攪拌和當(dāng)熔融體傾 注到模具時(shí)粉碎該熔融體，諸如通過(guò)如美國(guó)專利4832112所述的當(dāng)熔
融體進(jìn)入模具時(shí)將熔融體分裂為多個(gè)液流或液滴，對(duì)模具中的熔融靶 材料施加湍流。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)以一定速度從模具抽出熱量使模具中的熔融靶 材料固化，以獲得整個(gè)濺射靶中基本上等軸的、蜂窩狀、非枝晶的晶 粒結(jié)構(gòu)。這樣固化(鑄態(tài))的濺射耙優(yōu)選在整個(gè)濺射靶具有等軸的、
7蜂窩狀、3或3以下的ASTM晶粒尺寸。為了達(dá)到這種等軸的、蜂窩 狀晶粒結(jié)構(gòu)，控制熱量的抽出速度。在某些情況下，熔融耙材料與相 對(duì)冷的模具間的最初溫度梯度足以在界面處產(chǎn)生枝晶柱狀的晶粒。本 發(fā)明設(shè)想任選將模具加熱到足夠高的高模具溫度(如"控制預(yù)熱工藝" 和"預(yù)熱模具"所示)，該溫度將阻止大量與模具內(nèi)壁直接相鄰形成 柱狀晶粒。固化的靶具有所需耙的最終或接近最終的形狀，僅需要在 作為靶使用之前最小的機(jī)械加工。
隨著模具的寬高比增加，為了保持細(xì)晶粒尺寸和相關(guān)的蜂窩狀的 微結(jié)構(gòu)，并且最小化孔增加的趨勢(shì)和可能的偏析，從固化的靶材料更 快地抽出熱量更加重要。通過(guò)前述公開(kāi)的當(dāng)向模具傾注時(shí)粉碎熔融耙 材料，可有助于提高熱量抽取。
在固化的鑄態(tài)濺射靶具有一些孔的情況下，這些孔可通過(guò)各種技 術(shù)去除，包括通過(guò)使用傳統(tǒng)熱氣體等靜壓工藝將鑄態(tài)濺射耙熱等靜壓， 該工藝的氣體壓力、溫度和時(shí)間參數(shù)將取決于使用的特定耙金屬和合 金。美國(guó)專利4832112中描述了這種濺射靶的鑄態(tài)孔的控制和去除。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的但不以任何方式限制，可以將尺寸 為27英寸長(zhǎng)x4.25英寸寬x0.2英寸厚的矩形濺射靶在傳統(tǒng)的預(yù)熱陶瓷 熔模模具中鑄造得到，該模具位于傳統(tǒng)真空感應(yīng)爐較低的腔室中。該 預(yù)熱的熔模模具將包括精密復(fù)制濺射靶所需形狀的模腔。包含例如上 述類型的鈷基合金的靶金屬或合金可在低于10微米滎柱的真空條件 下，在坩堝上部腔室中加熱到高于其熔點(diǎn)約20 50。F的溫度，以使其在 氧化鋯坩堝中熔融。熔爐中感應(yīng)線圈的功率可逐漸降低，直到熔融靶 材料在其熔點(diǎn)的0 20。F之內(nèi)為止。然后，可以將熔融靶材料傾注到模 具內(nèi)，該模具在其頂部可包括壓縮物，這將促使在模具型腔中心線的 快速局部固化。這能夠阻止中心線處相互連接的孔形成，并在必要時(shí) 允許通過(guò)將靶在2100°F、 29KSI的氣壓下熱等靜壓1小時(shí)來(lái)壓實(shí)鑄態(tài) 濺射靶。熱等靜壓后的濺射耙呈現(xiàn)出細(xì)晶粒、等軸蜂窩狀的晶粒結(jié)構(gòu)。雖然以上描述了本發(fā)明的某些實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù) 料到本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施方式，可以在不偏離本發(fā)明的精神和范
圍的情況下對(duì)實(shí)施方式作出修改和改變。
權(quán)利要求
1. 一種制造濺射靶的方法，其包括以下步驟熔融金屬靶材料，以使熔融靶材料幾乎不過(guò)熱的方式控制熔融靶材料的溫度，將熔融靶材料引入具有內(nèi)壁的模具中，該內(nèi)壁以所期望的靶的形狀形成模腔，以及按一定速度從模具抽取熱量使熔融靶材料固化，以固化靶材料，以形成在整個(gè)靶上均勻地具有蜂窩狀非枝晶的微結(jié)構(gòu)的濺射靶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括在引入熔融靶材料之前，將模 具加熱到足夠高的高模具溫度，以阻止與模具內(nèi)壁直接相鄰形成大量 柱狀晶粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將熔融靶材料的溫度控制在靶材料的熔點(diǎn)的0 20。F之內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括將固化的濺射靶熱等靜壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中以一定速度抽出熱量，以生產(chǎn)出 3或3以下的ASTM晶粒尺寸的鑄態(tài)濺射靶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中模具包括陶瓷模具、石墨模具或 金屬模具。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中通過(guò)降低供應(yīng)到感應(yīng)線圈的功率 來(lái)控制熔融靶材料的溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括將靶材料固化為需要最少機(jī)械 加工的耙形狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中靶材料包含鈷基合金，該鈷基合金包括選自由硼、鉻、鉑、鉭、釕、鈮、銅、釩、硅、銀、金、鐵、 鋁、鋯和鎳構(gòu)成的組中的合金元素。
10. —種濺射靶，其包含金屬靶材料，該材料在整個(gè)靶上均勻地 具有基本上等軸的、蜂窩狀非枝晶的微結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的靶，其具有的ASTM晶粒尺寸為3或3以下。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的靶，其通過(guò)熱等靜壓被壓實(shí)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的靶，其包含鈷基合金，該鈷基合金包括選 自由硼、鉻、鉑、鉭、釕、鈮、銅、釩、硅、銀、金、鐵、鋁、鋯和鎳構(gòu)成的組中的合金元素。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造濺射靶的方法，其包括以下步驟熔融金屬靶材料，以使熔融靶材料幾乎不過(guò)熱的方式控制熔融靶材料的溫度，將熔融靶材料引入具有內(nèi)壁的模具中，內(nèi)壁以期望的靶的形狀形成模腔，以及按一定速度從模具抽取熱量使熔融靶材料固化，以固化靶材料，以形成在整個(gè)靶上均勻地具有蜂窩狀非枝晶的微結(jié)構(gòu)的濺射靶。本發(fā)明提供了一種濺射靶，其包含在整個(gè)靶上均勻地具有基本上等軸的、蜂窩狀非枝晶的微結(jié)構(gòu)的金屬靶材料。
文檔編號(hào)C22C19/07GK101490290SQ200780026952
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者泰勒斯·W·漢森, 邁克爾·G·勞恩斯巴赫 申請(qǐng)人:豪梅公司