專利名稱：由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由大變形量粉冶純鎢材料構(gòu)成不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)，尤其 涉及由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
鵒在地殼中含量為0.007%,我國的鎢礦資源豐富，占世界第一位，金屬鎢 廣泛地用于現(xiàn)代技術(shù)的很多領(lǐng)域中，而鎢的精加工異型件在宇航、軍事工 業(yè)和核工業(yè)中有著重要的運用。進入2000年以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速 發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展明顯加速，新技術(shù)應(yīng)用呈如火如荼之勢，藍牙、 Wi-Fi、 3G等應(yīng)用火暴展開。離子植入機是生產(chǎn)半導(dǎo)體晶園的主要設(shè)備，離 子植入機弧光反應(yīng)腔內(nèi)的30%零部件是由金屬鎢的精加工件構(gòu)成，因此鎢 的不規(guī)則零件在IP行業(yè)有著不可替代的運用。
鎢是稀有金屬，晶體結(jié)構(gòu)是體心立方，鎢的優(yōu)點是熔點、強度和彈性 模量高，膨脹系數(shù)小，蒸氣壓低，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好及優(yōu)越的抗蝕性能， 缺點是低溫脆化和高溫氧化嚴重。由于鎢是完全的脆性物質(zhì)，精細加工非 常困難。
美國在上世紀末研制開發(fā)了一種名為多孔鎢的材料一85XDENSE TUNGSTEN:
1、 85%鉤材料成分85%的鉤，15%的銅和未知粘結(jié)劑。
2、 加工工藝將85%的鎢和15%的粘結(jié)劑(銅+未知成分)混合料壓制 成型，壓制件在室溫條件下具有很好的機械加工性能，多孔鎢材料在室溫 條件下的塑性與金屬鐵差不多，因此可以達到精細化機械加工的要求。
3、 脫去粘結(jié)劑將加工完成的多孔鎢零件放入未知保護氣體的加熱爐內(nèi)，加熱溫度約在120(TC，保溫一定時間處理，以去除15%的粘結(jié)劑。
4、 85%W材料優(yōu)缺點優(yōu)點是材料的機械切削性能高，可以制造各種不規(guī)
則的鎢異型件。缺點是材料密度低，產(chǎn)品內(nèi)有殘留的低熔點物質(zhì)，材料純
度低，產(chǎn)品質(zhì)量不高。85XW材料是美國的專利產(chǎn)品，材料成本相當(dāng)昂貴，
大大限制了多孔鎢材料的應(yīng)用程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供了一種由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī) 則零件結(jié)構(gòu)的制造方法，旨在解決上述問題；
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的
1. 鎢粉末的混合采用V型混合器將還原鎢粉末充分混合均勻，V型 混合器轉(zhuǎn)速為10 — 30轉(zhuǎn)/分，混合時間為8-16小時，裝料量根據(jù)V型混合 器的大小而定，為V型混合器容積的2/5-3/5;
2. 等靜壓制借助于高壓泵的作用把流體介質(zhì)壓入耐高壓的鋼體密封 容器內(nèi)，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末上，粉末體在同 一時間內(nèi)在各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度高的壓制 件；壓制壓力為1000Kg/cm2-2200Kg/cm2，保壓時間為30分鐘-60分鐘；
3. 鎢制品燒結(jié)燒結(jié)升溫采用階梯式升溫工藝制度，在80(TC — 1000 。C之間保溫2小時，以去除低熔點物質(zhì)和氧含量；在220(TC—2350'C保溫 4_8小時，燒結(jié)總時間為20小時一26小時/爐，保護氣體為氫氣；
4. 通過鎢燒結(jié)坯熱壓力加工鎢板、棒、塊半成品
(1) 熱鍛造熱鍛造分為自由鍛造和模具鍛造二個步序，熱鍛造的開坯溫 度為145(TC — 155(TC，開坯的第一次變形量為30%—50%之間，以 后遵循一火一道次工藝原則進行熱加工，最終鍛件的變形量大于80
/b ;
(2) 熱軋制熱軋制的開坯溫度為145(TC — 155(TC，開坯的第一次變形量 為20%—40%之間，以后遵循一火一道次工藝原則進行熱加工，最終軋制件的變形量大于50%;
5. 工藝退火在氫氣保護的鉬絲爐內(nèi)，將熱壓力加工的鎢制品進行消
除內(nèi)應(yīng)力退火處理，退火溫度為90(TC — 120(TC，保溫時間為2小時一4小 時；
6. 消除鎢制品應(yīng)力源加工在10-20倍的放大鏡下，檢査鴇制品是否 有爆邊爆角，鎢制品表面是否有凹坑和裂紋
(1) 用120目一360目拋光機將鎢制品的邊角進行倒棱和倒圓，消除缺陷 和應(yīng)力源；
(2) 對設(shè)備不能修復(fù)的部位，用工夾具手工進行消除缺陷和應(yīng)力源。
(3) 對工夾具不能修復(fù)的部位，采用電解倒棱去毛刺；
7. 鎢制品電脈沖加工在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈 沖性的火花放電，放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來；加工電壓 20V—25V，加工電流6A—IOA，加工壓力5Mpa—6Mpa，旋轉(zhuǎn)速度20 —120rpm， 脈寬(Ton) 4，脈尖比(Toff) 1，功率管3個一6個；
8. 鎢制品線切割加工慢走絲的參數(shù)電流1A—16A，電壓6V—26V， 速度4一6rpm，線張力1 —2550T;快走絲的參數(shù)電流1A—6A，電壓75V 一100V，脈寬(Ton) 1 — 40，脈尖l一8，脈寬/脈尖比(Toff) 5/4和5/7， 功率管1個一6個；
9.加工中心加工刀具路徑和加工參數(shù)的選擇是視工件的技術(shù)要求
而定；
10.軌道成型磨加工根據(jù)圓弧尺寸不同，選擇不同的夾具進行磨加
工；
11.精密磨拋光加工。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是打破了鎢制品深加工領(lǐng)域的 禁區(qū)，為鎢制品的廣泛運用，建立了工藝理論基礎(chǔ)；也推動了世界半導(dǎo)體 晶圓芯片質(zhì)量的提高。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述-本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的
1. 鎢粉末的混合采用V型混合器將還原鎢粉末充分混合均勻，V型
混合器轉(zhuǎn)速為10 — 30轉(zhuǎn)/分，混合時間為8-16小時，裝料量根據(jù)V型混合 器的大小而定， 一般為V型混合器容積的2/5-3/5;
2. 等靜壓制借助于高壓泵的作用把流體介質(zhì)壓入耐高壓的鋼體密封
容器內(nèi)，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末上，粉末體在同 一時間內(nèi)在各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度較高地壓制
件。壓制壓力為1000Kg/cm2-2200Kg/cm2，保壓時間為30分鐘_60分鐘；
3. 鎢制品燒結(jié)燒結(jié)升溫采用階梯式升溫工藝制度，在80(TC — 1000 。C之間保溫2小時，以去除低熔點物質(zhì)和氧含量，在220(TC—235(TC保溫 4一8小時，燒結(jié)總時間為20小時一26小時/爐，保護氣體為氫氣；
4. 通過鎢燒結(jié)坯熱壓力加工鎢板、棒、塊半成品
熱鍛造熱鍛造加工的目的是改善組織，提高鎢金屬的綜合性能。熱
鍛造分為自由鍛造和模具鍛造二個步序，熱鍛造的開坯溫度為145(TC — 1550°C，開坯的第一次變形量為30% — 50%之間，以后遵循一火一道次工 藝原則進行熱加工，最終鍛件的變形量大于80%;
熱軋制熱軋制是對板類毛坯進行熱開坯的一種工藝手段，目的是改 善組織，提高鎢金屬的綜合性能，便于后續(xù)的深加工；熱軋制的開坯溫度 為145(TC — 155(TC，開坯的第一次變形量為20%—40%之間，以后遵循一 火一道次工藝原則進行熱加工，最終軋制件的變形量大于50%;
5. 工藝退火在氫氣保護的鉬絲爐內(nèi)，將熱壓力加工的鎢制品進行消 除內(nèi)應(yīng)力退火處理，退火溫度為900。C一120(TC，保溫時間為2小時一4小 時；
6. 消除鎢制品應(yīng)力源加工在10-20倍的放大鏡下，檢査鎢制品是有爆邊爆角，鎢制品表面是否有凹坑和裂紋
用120目一360目專用拋光機將鎢制品的邊角進行倒棱和倒圓，消除缺 陷和應(yīng)力源；
對設(shè)備不能修復(fù)的部位，用工夾具手工進行消除缺陷和應(yīng)力源。 對工夾具不能修復(fù)的部位，采用電解倒棱去毛刺；
7. 鎢制品電脈沖加工在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈 沖性的火花放電，放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來；加工電壓 20V—25V，加工電流6A—IOA，加工壓力5Mpa—6Mpa，旋轉(zhuǎn)速度20 —120rpm， 脈寬(Ton) 4，脈尖比(Toff) 1，功率管3個一6個；
8. 鎢制品線切割加工電火花線切割加工的基本原理是利用移動的銅 絲或鉬絲作電極對工件進行脈沖火花放電、切割成型的。慢走絲的參數(shù)， 電流1A—16A，電壓6V—26V，速度4—6rpm，線張力1一2550T;快走絲的 參數(shù)，電流1A—6A，電壓75V—100V，脈寬(Ton) 1 — 40，脈尖l一8，脈 寬/脈尖比(Toff) 5/4和5/7，功率管1個一6個；
9.加工中心加工加工技術(shù)涉及數(shù)控加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)兩大 方面,其中切削刀具是特定的，刀具路徑和加工參數(shù)的選擇是視工件的技術(shù) 要求而定；
10.軌道成型磨加工此設(shè)備是一臺專用磨削圓弧表面的加工裝備， 根據(jù)圓弧尺寸不同，選擇不同的夾具進行磨加工；
11.精密磨拋光加工是提高零件表面的光整度和降低表面粗糙度的 加工工序。精密磨拋光和超精研磨是運用工裝夾具進行操作。
本發(fā)明中
1、鎢粉末的混合混合是粉末成形前的一個重要工序。在粉末冶金中， 由于產(chǎn)品最終性能的需要或成形過程中的需要，粉末原料在成形前都要經(jīng) 過一些預(yù)處理，為了得到性能均勻的原料，混合工序是必不可少的。合理 科學(xué)的鉤粉末混合工藝對得到恰當(dāng)?shù)姆勰┝６确植己湍茉吹墓?jié)約尤為重要。
2、 等靜壓制等靜壓成形與一般鋼模成形相比較，它的優(yōu)點是等靜壓
時
壓力通過包套同時施加于被壓粉末的整個外表面,可制取形狀復(fù)雜、密 度均勻、高度和直徑的比例以任意選擇的坯件；壓制時粉末與彈性模具的 相對移動小，所需的單位壓力低；壓坯密度均勻；壓坯強度高。
3、 鎢制品燒結(jié)燒結(jié)是粉末冶金過程中的一個關(guān)鍵性工序，也是最后 一個工序，燒結(jié)對最終產(chǎn)品的性能起著決定性作用；鎢的粉末壓坯在適當(dāng) 的溫度和氣氛中受熱所發(fā)生的過程，燒結(jié)的結(jié)果是鎢粉末顆粒之間發(fā)生粘 結(jié)，鎢的粉末壓坯收縮和致密化，燒結(jié)體強度和密度增加。
4、 鎢燒結(jié)坯熱壓力學(xué)加工熱壓力學(xué)加工的目的是改善組織，提高鎢 金屬的綜合性能。例如機械加工需要的原料尺寸為4)17.5mm的鎢棒，一 般鍛造工藝是將小30mm的燒結(jié)坯熱鍛造加工至d)17.5mm，其加工變形量 為(302—17.52)/302乂100%=65.97%;新的工藝加工變形量為(652—17.52) /652X100%=92.75%。鴿制品的加工變形量越大，其脆性向塑性的轉(zhuǎn)變程度 就越高，同時熱加工第一次開坯的變形量要大于50%，工件加熱溫度要科 學(xué)控制，這樣脆塑性轉(zhuǎn)變程度也越高。
5、 工藝退火經(jīng)過熱壓力加工的鎢制品內(nèi)部肯定有應(yīng)力集中和性能不 均勻，通過氫氣保護退火處理，可以消除材料內(nèi)部的應(yīng)力，使材料綜合性 能更均勻。退火溫度不能高于鎢材料的再結(jié)晶溫度，如果高于再結(jié)晶溫度， 材料的脆性會變大。
6、 消除鎢制品應(yīng)力源加工由于鎢是完全的脆性物質(zhì)，雖然鎢的燒結(jié) 坯經(jīng)過熱鍛造和熱軋制后具有一定的塑性，但鎢的晶體結(jié)構(gòu)并未完全改變， 因此， 一定要消除鎢制品應(yīng)力源，以提高鎢的加工性能，消除鎢制品應(yīng)力 源的原則是制品任何位置都無缺陷，這個工序?qū)σ院蠹庸み^程起著最重要 的作用，本發(fā)明的一個最大亮點就是消除應(yīng)力源加工貫穿了整個生產(chǎn)工藝的始終，其意義在于材料科學(xué)與機械加工學(xué)在此點產(chǎn)生了有機的結(jié)合。
7、 電火花加工電火花加工的原理是基于工件電極和工具電極之間產(chǎn) 生脈沖性的火花放電，放電時產(chǎn)生電蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，達到尺寸 加工的目的，電脈沖加工和線切割加工都屬于電火花加工。
8、 加工中心加工加工中心加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中有著廣泛的運用，
但在純鎢材料中的加工運用幾乎為零。國外少數(shù)公司用85XW材料通過加
工中心加工的離子植入機弧光反應(yīng)腔內(nèi)的零部件，而本發(fā)明是用純鎢材料 通過加工中心加工制造同樣的零部件，提高了材料的密度和純度，對半導(dǎo) 體行業(yè)的精細化發(fā)展有著重要的促進作用。
9、 軌道成型磨加工通過加工中心加工的零件圓弧表面粗糙度一般為 0.8u-1.0u,而此設(shè)備加工的零件圓弧表面粗糙度一般為0.6u，因此軌道成型磨 的設(shè)計運用，使鎢零件圓弧表面質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝比較， 軌道成型磨加工是一個創(chuàng)新。
10、 精密磨拋光加工現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝在內(nèi)腔接刀和拐角處有明顯的 接刀痕，這些部位加工粗糙度一般為l.Ou,精密磨拋光和超精研磨的運用將 這些部位加工粗糙度提高到0.4u-0.6u，與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝比較，精密磨拋 光和超精研磨是加工工藝的創(chuàng)新。
綜上所述，本發(fā)明是將材料科學(xué)、熱壓力加工學(xué)、機械加工學(xué)及現(xiàn)代 加工技術(shù)有機的結(jié)合，形成了工藝創(chuàng)新的多學(xué)科的制造方法。
本發(fā)明打破了鎢制品深加工領(lǐng)域的禁區(qū)，為鎢制品的廣泛運用，建立 了工藝理論基礎(chǔ)。
本發(fā)明推動了世界半導(dǎo)體晶圓芯片質(zhì)量的提高。
權(quán)利要求
1. 一種由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制造方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的(1). 鎢粉末的混合采用V型混合器將還原鎢粉末充分混合均勻，V型混合器轉(zhuǎn)速為10—30轉(zhuǎn)/分，混合時間為8-16小時，裝料量根據(jù)V型混合器的大小而定，為V型混合器容積的2/5-3/5；(2). 等靜壓制借助于高壓泵的作用把流體介質(zhì)壓入耐高壓的鋼體密封容器內(nèi)，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內(nèi)的粉末上，粉末體在同一時間內(nèi)在各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度高的壓制件；壓制壓力為1000Kg/cm2-2200Kg/cm2，保壓時間為30分鐘-60分鐘；(3). 鎢制品燒結(jié)燒結(jié)升溫采用階梯式升溫工藝制度，在800℃—1000℃之間保溫2小時，以去除低熔點物質(zhì)和氧含量；在2200℃—2350℃保溫4—8小時，燒結(jié)總時間為20小時—26小時/爐，保護氣體為氫氣；(4). 通過鎢燒結(jié)坯熱壓力加工鎢板、棒、塊半成品；(5). 工藝退火在氫氣保護的鉬絲爐內(nèi)，將熱壓力加工的鎢制品進行消除內(nèi)應(yīng)力退火處理，退火溫度為900℃—1200℃，保溫時間為2小時—4小時；(6). 消除鎢制品應(yīng)力源加工在10-20倍的放大鏡下，檢查鎢制品是否有爆邊爆角，鎢制品表面是否有凹坑和裂紋；(7). 鎢制品電脈沖加工；(8). 鎢制品線切割加工；(9). 加工中心加工刀具路徑和加工參數(shù)的選擇是視工件的技術(shù)要求而定；(10). 軌道成型磨加工根據(jù)圓弧尺寸不同，選擇不同的夾具進行磨加工；(11). 精密磨拋光加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中在步驟(4)中熱鍛造熱鍛造分為自由鍛造和模具鍛造二個步序，熱鍛造的開坯溫度為145(TC — 155(TC，開坯的第一次變形量為30%—50%之間，以后遵循 一火一道次工藝原則進行熱加工，最終鍛件的變形量大于80%;熱軋制熱軋制的開坯溫度為1450。C一155(TC，開坯的第一次變形量 為20%—40%之間，以后遵循一火一道次工藝原則進行熱加工，最終軋制 件的變形量大于50%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由粉冶純鉤材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制 造方法，其中在步驟(6)中用120目一360目拋光機將鎢制品的邊角 進行倒棱和倒圓，消除缺陷和應(yīng)力源；對設(shè)備不能修復(fù)的部位，用工夾具手工進行消除缺陷和應(yīng)力源。 對工夾具不能修復(fù)的部位，采用電解倒棱去毛刺。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由粉冶純鴇材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制 造方法，其中在步驟(7)中在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn) 生脈沖性的火花放電，放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來；加工 電壓20V—25V，加工電流6A—IOA，加工壓力5Mpa—6Mpa，旋轉(zhuǎn)速度20 — 120rpm,脈寬(Ton) 4，脈尖比(Toff) 1，功率管3個一6個。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制 造方法，其中在步驟(8)中慢走絲的參數(shù)電流1A—16A，電壓6V — 26V，速度4一6rpm，線張力1—2550T;快走絲的參數(shù)電流1A—6A，電壓 75V—100V，脈寬(Ton) 1—40，脈尖l一8，脈寬/脈尖比(Toff) 5/4和 5/7，功率管1個一6個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由粉冶純鎢材料構(gòu)成的不規(guī)則零件結(jié)構(gòu)的制造方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的鎢粉末的混合；等靜壓制；鎢制品燒結(jié)；通過鎢燒結(jié)坯熱壓力加工鎢板、棒、塊半成品；工藝退火；消除鎢制品應(yīng)力源加工；鎢制品電脈沖加工；鎢制品線切割加工；加工中心加工；軌道成型磨加工；精密磨拋光加工；本發(fā)明的有益效果是打破了鎢制品深加工領(lǐng)域的禁區(qū)，為鎢制品的廣泛運用，建立了工藝理論基礎(chǔ)；也推動了世界半導(dǎo)體晶圓芯片質(zhì)量的提高。
文檔編號B22F3/24GK101530917SQ200810034449
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者葉志強 申請人:上海西普鎢鉬業(yè)制品有限公司