一种用于筒形靶材的烧结工装的制作方法

本实用新型属于粉末冶金烧结技术领域，具体涉及一种用于筒形靶材的烧结工装。

背景技术：

目前使用的大部分溅射靶材构造为圆形或矩形平面靶，然而平面靶材利用率低，仅30％-40％的靶材利用率。因此，为了提高溅射效率，越来越多的使用筒形靶材，但是筒形靶材制造比平面靶的制造更加困难。

由于，筒形靶材大多为较长的靶材，因此，沿长度的变形尤其被视为影响产品合格的问题，如果筒形靶材在长度上变形，会导致与插入筒形靶材内部的磁铁接触而导致磁铁与靶材内壁互相摩擦，导致磁体损坏，所以筒形靶材在制作过程中长度变形会导致靶材不合格，成为制约材料合格率低的重要因素。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的不足之处，本实用新型提供了一种用于筒形靶材的烧结工装，通过使筒形靶材在烧结过程中在无阻力下自由收缩，降低靶材弯曲变形，提高产品合格率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于筒形靶材的烧结工装，包括：

包套，包括锥形腔和与所述锥形腔同轴连通的筒形腔；

烧结机构，包括支撑圆筒和与所述支撑圆筒同轴连通的锥形筒，所述包套放置在所述烧结机构内后，所述锥形筒与所述锥形腔接触连接，其中，所述支撑圆筒长度大于所述筒形腔的长度、内直径大于所述筒形腔的外直径。

进一步的，所述锥形筒的尺寸由内向外逐渐增大，且所述锥形筒的锥角小于所述锥形腔的锥角，所述锥形筒的高度大于所述锥形腔的高度。

进一步的，所述锥形筒与所述支撑圆筒的连接处的直径与所述支撑圆筒的直径相同。

进一步的，在所述支撑圆筒上分布设有多个传热孔。

进一步的，所述支撑圆筒和锥形筒均由氧化铝或氧化锆耐火砖制成。

进一步的，所述包套上的锥形腔和筒形腔由内包套和外包套围成，其中，所述内包套由不锈钢无缝管加工而成，所述外包套由低碳钢管制备而成。

进一步的，所述外包套的壁厚小于所述内包套的壁厚。

进一步的，所述锥形腔的顶部设有脱气嘴。

本实用新型提供的一种用于筒形靶材的烧结工装，通过将支撑圆筒和锥形筒同轴连通，并在包套放置在烧结机构内后，锥形筒与锥形腔接触连接，使锥形腔固定在锥形筒内，进而使包套以直立状态固定在烧结机构内；再通过将支撑圆筒长度大于筒形腔的长度、内直径大于筒形腔的外直径，使在温度与压力作用下处于缓慢收缩的包套沿着烧结机构的内壁运动的同时，使包套的底部在支撑圆筒内悬空，进而使包套在没有摩擦阻力的阻碍下，在温度与压力作用下进行自由收缩，进而降低靶材弯曲变形，提高产品合格率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型示例性实施例提供的一种用于筒形靶材的烧结工装的结构示意图；

图2为本实用新型示例性实施例提供的烧结机构2的结构示意图；

图3为本实用新型示例性实施例提供的包套1的结构示意图；

图4为通过本实用新型示例性实施例提供的一种用于筒形靶材的烧结工装烧结筒形靶材的流程示意图。

图中：

1-包套，101-锥形腔，102-筒形腔，103-内包套，104-外包套，105-脱气嘴；

2-烧结机构，201-支撑圆筒，202-锥形筒，203-传热孔；

3-粉末。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了解决现有技术中不能避免制备出的筒形靶材沿长度方向发生变形的技术问题，本实用新型提供了一种用于筒形靶材的烧结工装。

本实用新型第一方面提供的一种用于筒形靶材的烧结工装，参见图1至3，烧结工装包括包套1和烧结机构2，包套1包括锥形腔101和与锥形腔101同轴连通的筒形腔102；烧结机构2包括支撑圆筒201和与支撑圆筒201同轴连通的锥形筒202，包套1放置在烧结机构2内后，锥形筒202与锥形腔101接触连接，其中，支撑圆筒201长度大于筒形腔102的长度、内直径大于筒形腔102的外直径，其中，锥形腔101的尺寸由内向外逐渐增大，且锥形腔101的底部与筒形腔102的连接面的形状相同。

通过将支撑圆筒201和锥形筒202同轴连通，并在包套1放置在烧结机构2内后，锥形筒202与锥形腔101接触连接，使锥形腔101固定在锥形筒202内，进而使包套1以直立状态固定在烧结机构2内；再通过将支撑圆筒201长度大于筒形腔102的长度、内直径大于筒形腔102的外直径，使在温度与压力作用下处于缓慢收缩的包套1沿着烧结机构2的内壁运动的同时，使包套1的底部在支撑圆筒201内悬空，进而使包套1在没有摩擦阻力的阻碍下，在温度与压力作用下进行自由收缩，进而降低靶材弯曲变形，提高产品合格率。

作为一优选实施方式，锥形筒202的尺寸由内向外逐渐增大，且锥形筒202的锥角小于锥形腔101的锥角，锥形筒202的高度大于锥形腔101的高度。在本实施方式中，通过将锥形筒202优选为尺寸由内向外逐渐增大的锥形筒202，并使锥形筒202的锥角小于锥形腔101的锥角，可以使位于包套1的锥形腔101内的靶材在被烧结时，随靶材收缩发生尺寸变化的包套1能够始终与烧结机构2上的锥形筒202连接，避免形变后的包套1在烧结机构2内掉落；同时，将锥形筒202的高度大于锥形腔101的高度，能够使随靶材收缩发生尺寸变化的锥形腔101能够始终位于与锥形筒202内。

作为一优选实施方式，锥形筒202与支撑圆筒201的连接处的直径与支撑圆筒201的直径相同。在本实施方式中，由于支撑圆筒201的直径大于未被烧结前的包套1的筒形腔102的直径，因此，通过将支撑圆筒201的直径尺寸与锥形筒202的底部与支撑圆筒201连接处的直径尺寸相同，能够避免包套1在被烧结时与锥形筒202与支撑圆筒201的连接处接触。

作为一优选实施方式，在支撑圆筒201上分布设有多个传热孔203。在本实施方式中，通过在支撑圆筒201在高度方向有均匀的传热孔203，能够保证烧结炉内热量和压力及时传入被烧结的靶材，避免因热量传递而导致靶材收缩不足的情况。

作为一优选实施方式，支撑圆筒201和锥形筒202均由氧化铝或氧化锆耐火砖制成。

作为一优选实施方式，包套1上的锥形腔101和筒形腔102由内包套103和外包套104围成，其中，内包套103由不锈钢无缝管加工而成，外包套104由低碳钢管制备而成。在本实施方式中，内包套103和外包套104通过焊接的方式固定连接。

作为一优选实施方式，外包套104的壁厚小于内包套103的壁厚。在本实施方式中，内包套103的壁厚为4mm，外包套104的壁厚为2mm。

作为一优选实施方式，锥形腔101的顶部设有脱气嘴105。

本实用新型第二方面提供的一种用于筒形靶材的烧结方法，参见图4，包括如下步骤：

s100、将待烧结的粉末装入如上述的一种用于筒形靶材的烧结工装中的包套1内；

s200、将包套1置于脱气炉中进行脱气处理，脱气温度为300-500℃，脱气时间为4h-10h；

s300、将包套1向放置到烧结机构2内，使包套1保持直立，且包套1的底部在烧结机构2的支撑下保持悬空；

s400、将烧结工装装入热等静压炉内进行烧结，保温温度为1000-1300℃，保温时间为2-5h，保温压力为120-150mpa，即可获得筒形靶材。

作为一优选实施方式，通过振动台装粉方式，在将待烧结的粉末装入包套1内时。

下面以圆筒形铬靶为例说明整个产品实现过程，同时进一步说明烧结工装的使用方法。

实施例1

一种用于筒形靶材的烧结方法，包括如下步骤：

(1)制作包套1：内包套103采用壁厚为4mm的不锈钢无缝管加工，外包套104采用2mm后低碳钢管加工，按照图2的结构进行焊接；

(2)装粉：采用振动台装粉方式，将待烧结的粉末装入焊接好包套1内部；

(3)脱气：将装粉后包套1置于脱气炉中进行脱气处理，脱气温度为300-500℃，脱气时间根据装粉量不同从4h-10h间变动。

(4)烧结机构2：烧结机构2采用氧化铝耐火砖制作，壁厚为30mm，上部分成锥形筒202，下部分为直筒形状，在圆周上分布50mm的圆孔，方便烧结炉中热量和气体进入烧结机构2；

(5)装配：按照图3方式，将包套1转入烧结工装，保证包套1的直立度，且包套1的底部在烧结机构2的支撑下保持悬空；

(6)烧结：将工装装入热等静压炉内，保温温度为1000-1300℃，时间2-5h，压力120-150mpa，即可获得筒形靶材。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

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