陶瓷靶材制备工艺中,熔炼铸造法的具体步骤如下:
原料准备:选择纯度高、粒度合适的陶瓷原料粉末,根据陶瓷靶材的成分要求,准确称量和配比各种原料。例如,制备氧化锆陶瓷靶材时,要准备高纯度的氧化锆粉末,若需要添加稳定剂(如氧化钇),也要称量相应的量。
混合与球磨:将称量好的原料放入球磨机中,加入适量的研磨介质(如氧化锆磨球)和水或其他溶剂,进行球磨混合。球磨时间和转速根据原料的性质和所需粉末的粒度来确定,一般球磨时间为几小时到几十小时不等。通过球磨,使原料粉末混合均匀,并将颗粒研磨至更细小的尺寸,提高原料的活性和均匀性。
干燥:将球磨后的浆料进行干燥,去除其中的水分或溶剂。干燥方式可以采用烘箱干燥、喷雾干燥等方法。烘箱干燥时,温度通常控制在几十摄氏度到一百多摄氏度,干燥时间根据浆料的量和干燥设备的效率而定,可能需要数小时甚至更长时间;喷雾干燥则是将浆料喷成雾状,在热风中快速干燥,可得到粒度均匀、流动性好的粉末。
熔炼:将干燥后的混合粉末放入特定的熔炼设备中进行熔炼,常用的熔炼方法有以下几种:
真空感应熔炼:利用电磁感应产生热量来熔化粉末。交变电流通过感应线圈流动,产生变化的磁场,使金属材料中产生涡电流和热量,进而将陶瓷粉末加热至熔化状态。这种方法能够实现较为均匀的加热。
真空电弧熔炼:以电弧作为热源,在电极和熔炼底部之间形成电弧,产生高温来熔化陶瓷粉末。
真空电子轰击熔炼:使用高能电子束作为热源,电子束对准陶瓷粉末材料,电子与材料相互作用产生热量使其熔化。该方法适合熔炼高熔点、难熔的陶瓷材料。
浇铸成型:在熔炼完成后,将熔化的陶瓷溶液倒入预先准备好的模具中。模具的形状和尺寸根据所需陶瓷靶材的形状和尺寸来设计。在浇铸过程中,要注意控制浇铸速度和温度,避免出现浇铸不均匀或产生气泡等问题。
冷却凝固:浇铸后的模具在自然环境或特定的冷却条件下进行冷却,使陶瓷溶液逐渐凝固成固态的陶瓷铸锭。冷却速度对陶瓷靶材的微观结构和性能有一定影响,对于一些特殊的陶瓷材料,可能需要控制冷却速度来获得理想的组织结构和性能。
脱模与清理:当陶瓷铸锭完全凝固后,将其从模具中取出。然后对铸锭进行清理,去除表面的杂质、毛刺等,使其表面达到一定的光洁度。
机械加工:对清理后的陶瓷铸锭进行机械加工,以获得所需的陶瓷靶材的形状和尺寸。机械加工过程包括切割、磨削、抛光等工艺,通过这些工艺可以控制靶材的尺寸精度和表面平整度,满足溅射等应用的要求。
质量检测:对加工后的陶瓷靶材进行全面的质量检测,包括成分分析、密度测量、硬度测试、微观结构观察、平整度和尺寸精度检测等。只有各项指标都符合要求的靶材才能进入下一道工序或作为成品出货。
包装出货:将检测合格的陶瓷靶材进行包装,通常采用真空包装或其他防潮、防尘的包装方式,以保护靶材在运输和储存过程中不受损坏。然后将包装好的靶材按照客户的要求进行发货。