一种锅形靶材及其加工方法与流程

1.本发明属于靶材加工技术领域，涉及一种锅形靶材及其加工方法。


背景技术：

2.靶材作为一种重要的镀膜材料，主要应用于电子及信息产业，在集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等领域具有广泛的应用。靶材按形状分类可分为平面靶材和异形靶材，目前通常使用的是平面靶材，其加工工艺相对成熟，而异形靶材由于结构特殊，加工工艺相对复杂，加工难度也更大。hcm机台用溅射靶材即属于异形靶材的一种，整体形状呈锅形，其成型过程需要使用到冲压操作，以加工得到一定形状和尺寸的靶材产品。
3.冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。基于对生产效率的要求，冲压完成后需要进行快速脱模，而由于锅形靶材的结构特性，冲压后靶材容易与上冲头卡住，导致难以脱模；目前的脱模方式主要包括添加脱模剂或增加脱模机构，但前者的离型效果有限，后者会使冲压模具的结构变得更复杂，因而还需要选择合适的组件或操作方式来加快或简化冲压后产品的脱模，提高生产效率。
4.cn 112342509a公开了一种hcm机台用靶材的成型方法，该成型方法包括以下步骤：对原料依次进行锻打、冲孔以及扩孔预成型处理，得到预处理料；对得到的预处理料进行热处理，得到热处理料；对得到的热处理料进行冲压成型，去除氧化皮并进行法兰焊接得到所述hcm机台用靶材。该方法重点强调了靶材主体的成型工艺，对于靶材冲压成型后的脱模工艺并未涉及，自然也未涉及到为方便产品脱模而采取的改进措施。
5.cn 111421063a公开了一种锅形靶材加工成型方法，所述方法包括：将待冲压板坯进行加热，之后与下模具组装并安装上模具得到待冲压件，所述待冲压件经冲压得到锅形靶材；其中，所述冲压中加压的速率为20-50mm/s。该方法重点同样在于锅形靶材的加工成型，通过上、下模具中结构尺寸的控制调节靶材的结构，并通过加工参数的调节控制加工速率，但并未涉及到后续脱模过程以及如何降低脱模难度。
6.综上所述，对于异形靶材，尤其是锅形靶材的加工成型，需要对加工、脱模过程进行整体考虑，使得冲压后靶材和冲头能够自然分离，从而提高生产效率，方便批量生产。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锅形靶材及其加工方法，所述方法采用冲压的方法加工锅形靶材，靶材的形状及尺寸便于控制，并通过碳纸的使用，形成模具和板坯之间的间隔，便于冲压完成后靶材与模具的分离，脱模过程简单快捷，可有效提高锅形靶材的生产效率，便于批量生产。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.一方面，本发明提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
10.(1)将板坯置于下模具空腔位置的上方，然后在板坯上方铺设碳纸；
11.(2)将上模具从步骤(1)板坯和碳纸的上方向下移动进行冲压，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；
12.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，得到锅形靶材。
13.本发明中，对于异形靶材的加工制备，通常需要采取特定的加工方式，例如本发明中的锅形靶材，根据其结构特点适合采用冲压的方法进行加工，板料受到冲压而发生变形，从而获得一定形状、尺寸的靶材产品；所述冲压方法需要使用到冲压设备，主要包括上模具和下模具两部分，其中与板坯原料接触的模具部分需要与待加工锅形靶材的相应部分的形状及尺寸一致，便于得到所需的靶材产品；同时，在板坯和模具之间设置碳纸，避免两者之间的直接接触，可以在板坯加工成型后与模具快速分离，无需复杂操作，既可保证靶材产品的纯度，也能够提高生产效率；所述方法操作简便，产品合格率高，成本较低，便于批量生产。
14.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
15.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述板坯的材质包括cu或ta。
16.优选地，步骤(1)所述板坯的形状为圆盘形。
17.优选地，步骤(1)所述下模具和步骤(2)所述上模具的材质包括模具钢。
18.本发明中，所述模具材质的选择依据主要是冲压的产品以及经济性，需要具备耐磨性、高强度、耐疲劳的特性，可选择的模具钢有cr12mov，其他可用于模具的钢材也可使用，如45号钢。
19.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸。
20.优选地，步骤(1)所述下模具的空腔表面提前涂抹润滑剂。
21.优选地，所述润滑剂包括润滑油和/或机油。
22.本发明中，所述板坯变形后，其外侧也会与下模具接触，通过涂抹润滑剂可避免板坯和下模具之间因压力较大而造成两者接触紧密，难以分离的问题。
23.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳纸包括石墨纸。
24.优选地，步骤(1)所述碳纸完全覆盖板坯的上表面，其面积不小于板坯上表面的面积。
25.优选地，步骤(1)所述碳纸的厚度为0.1～0.3mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm或0.3mm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.本发明中，所述碳纸的选择需要满足与板坯、模具的接触后便于分离的特点，其厚度至少要满足在冲压过程中碳纸不会破损，同时其厚度不宜过大，否则会影响其变形能力，也可能会对产品尺寸的准确性造成影响。
27.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头。
28.优选地，所述上模具中冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同。
29.优选地，所述上模具中冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同。
30.优选地，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径。
31.本发明中，所述上模具中冲头的形状及尺寸是决定锅形靶材相应特性的关键因素，根据所需靶材的结构及尺寸，选择相应的模具。
32.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中。
33.优选地，所述冲压过程的压力增加的速率为2～3t/s，例如2t/s、2.2t/s、2.4t/s、2.5t/s、2.7t/s、2.8t/s或3t/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。
34.优选地，所述冲压过程由冲头一次冲压成型。
35.本发明中，所述冲压过程中，冲头与板坯接触后，施加的压力匀速增加，板坯逐渐向下凹陷，通过上模具和下模具共同控制板坯变形后的形状，匀速加压可以使得冲压过程更加平缓，使冲压完成后产品各处壁厚更加均匀。
36.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述冲压时碳纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间。
37.优选地，步骤(2)所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面。
38.作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述组合件中的上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离。
39.优选地，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下碳纸，得到锅形靶材。
40.作为本发明优选的技术方案，所述加工方法包括以下步骤：
41.(1)将板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的空腔表面提前涂抹润滑剂，然后在板坯上方铺设碳纸，所述碳纸完全覆盖板坯的上表面，其面积不小于板坯上表面的面积，所述碳纸包括石墨纸，厚度为0.1～0.3mm；
42.(2)将上模具从步骤(1)板坯和碳纸的上方向下移动进行冲压，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为2～3t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时碳纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
43.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下碳纸，得到锅形靶材。
44.另一方面，本发明提供了一种采用上述加工方法得到的锅形靶材。
45.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
46.(1)本发明所述方法采用冲压的方法加工锅形靶材，在上模具和下模具的配合下，靶材的形状及尺寸便于控制，并通过碳纸的使用，避免板坯和模具之间的直接接触，便于冲
压完成后靶材与模具的快速分离，无需复杂操作，既可保证靶材产品的纯度，也能够提高生产效率，相比传统的冲压方法生产效率可提高400％以上；
47.(2)本发明所述方法操作简便，产品合格率高，成本较低，便于批量生产。
具体实施方式
48.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例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，本发明保护范围以权利要求书为准。
49.本发明具体实施方式部分提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
50.(1)将板坯置于下模具空腔位置的上方，然后在板坯上方铺设碳纸；
51.(2)将上模具从步骤(1)板坯和碳纸的上方向下移动进行冲压，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；
52.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，得到锅形靶材。
53.以下为本发明典型但非限制性实施例：
54.实施例1：
55.本实施例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
56.(1)将cu板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的材质为45号钢，所述下模具的空腔表面提前涂抹润滑油，然后在板坯上方铺设石墨纸，所述石墨纸完全覆盖板坯的上表面，其面积等于板坯上表面的面积，石墨纸的厚度为0.2mm；
57.(2)将上模具从步骤(1)板坯和石墨纸的上方向下移动进行冲压，上模具的材质为45号钢，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为2.5t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时石墨纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
58.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下石墨纸，得到锅形靶材。
59.本实施例中，采用上述方法加工得到锅形靶材，操作简便快捷，生产效率高，锅形靶材生产的合格率达到92％，锅形靶材的纯度达到5n5。
60.实施例2：
61.本实施例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
62.(1)将ta板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的材质为45号钢，所述下模具的空腔表面提前涂抹机油，然后在板坯上方铺设石墨纸，所述石墨纸完全覆盖板坯的上表面，其
面积等于板坯上表面的面积，石墨纸的厚度为0.1mm；
63.(2)将上模具从步骤(1)板坯和石墨纸的上方向下移动进行冲压，上模具的材质为45号钢，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为2t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时石墨纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
64.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下石墨纸，得到锅形靶材。
65.本实施例中，采用上述方法加工得到锅形靶材，操作简便快捷，生产效率高，锅形靶材生产的合格率达到88％，锅形靶材的纯度达到3n5。
66.实施例3：
67.本实施例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
68.(1)将cu板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的材质为cr12mov，所述下模具的空腔表面提前涂抹润滑油，然后在板坯上方铺设石墨纸，所述石墨纸完全覆盖板坯的上表面，石墨纸的直径比板坯上表面的直径大1mm，其厚度为0.3mm；
69.(2)将上模具从步骤(1)板坯和石墨纸的上方向下移动进行冲压，上模具的材质为cr12mov，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为3t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时石墨纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
70.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下碳纸，得到锅形靶材。
71.本实施例中，采用上述方法加工得到锅形靶材，操作简便快捷，生产效率高，锅形靶材生产的合格率达到92％，锅形靶材的纯度达到5n5。
72.实施例4：
73.本实施例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
74.(1)将ta板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的材质为cr12mov，所述下模具的空腔表面提前涂抹润滑油，然后在板坯上方铺设石墨纸，所述石墨纸完全覆盖板坯的上表面，碳纸的直径比板坯上表面的直径大2mm，其厚度为0.25mm；
75.(2)将上模具从步骤(1)板坯和石墨纸的上方向下移动进行冲压，上模具的材质为cr12mov，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为2.7t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时石墨纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
76.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下碳纸，得到锅形靶材。
77.本实施例中，采用上述方法加工得到锅形靶材，操作简便快捷，生产效率高，锅形靶材生产的合格率达到90％，锅形靶材的纯度达到4n5。
78.实施例5：
79.本实施例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
80.(1)将ta板坯置于下模具空腔位置的上方，所述板坯的形状为圆盘形，板坯的平面尺寸大于所述下模具中空腔的横截面尺寸，所述下模具的材质为cr12mov，在板坯上方铺设石墨纸，所述石墨纸完全覆盖板坯的上表面，其面积等于板坯上表面的面积，石墨纸的厚度为0.15mm；
81.(2)将上模具从步骤(1)板坯和石墨纸的上方向下移动进行冲压，上模具的材质为45号钢，所述上模具中与板坯直接接触的结构为冲头，所述冲头的形状与锅形靶材的内部形状相同，冲头的尺寸与锅形靶材的内部尺寸相同，所述上模具中冲头的半径与板坯的厚度之和小于下模具中空腔的横截面半径，所述上模具向下移动与板坯接触后，施加的压力逐渐增加，压力增加的速率为2.25t/s，将板坯的中间部位压入下模具的空腔中，冲压后板坯形成锅形，与上模具形成组合件；所述冲压时石墨纸紧贴在板坯的表面上，其形状随板坯的形状同步变化，位于板坯和冲头之间，所述板坯形成锅形后，锅形板坯的外部侧面贴紧下模具内腔的侧面；
82.(3)将步骤(2)得到的组合件中的冲压后板坯与上模具分离，分离过程为上模具在动力作用下向上移动，与冲压后的板坯自然分离，所述冲压后的板坯与上模具分离后，取下石墨纸，得到锅形靶材。
83.本实施例中，采用上述方法加工得到锅形靶材，操作简便快捷，生产效率高，锅形靶材生产的合格率达到90.5％，锅形靶材的纯度达到4n。
84.对比例1：
85.本对比例提供了一种锅形靶材的加工方法，所述加工方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(1)中板坯的上方不铺设石墨纸。
86.本对比例中，由于在锅形靶材的冲压加工过程中，板坯尚未铺设石墨纸，冲压时上模具冲头与板坯之间作用力较强，锅形靶材成型后容易与冲头卡住，从而造成上模具与锅形靶材难以分离的问题，造成生产周期延长，相比实施例1生产效率降低80％。
87.综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述方法采用冲压的方法加工锅形靶
材，在上模具和下模具的配合下，靶材的形状及尺寸便于控制，并通过碳纸的使用，避免板坯和模具之间的直接接触，便于冲压完成后靶材与模具的快速分离，无需复杂操作，既可保证靶材产品的纯度，也能够提高生产效率，相比传统的冲压方法生产效率可提高400％以上；所述方法操作简便，产品合格率高，成本较低，便于批量生产。
88.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法的等效替换及辅助步骤的添加、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。