靶材修复设备的制作方法

1.本实用新型涉及电池制造技术领域，特别是涉及一种靶材修复设备。


背景技术：

2.磁控溅射作为目前最重要的镀膜方法之一，广泛用于金属、半导体和绝缘体等多种材料的表面镀膜，具有易于控制成膜厚度、镀膜面积大和附着力强等优点，大量应用于集成电路、信息存储、液晶显示器、激光存储器、电子控制器为主的电子信息与信息产业等多个技术领域。
3.镀膜靶材作为通过磁控溅射等镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源，由于在溅射过程中，带电粒子流会形成弧形轨迹，因此在靶材表面会形成下凹的弧面，从而在靶材的部分区域薄到无法使用时，靶材的其他区域往往还有相当一部分材料没有充分发挥作用，进而导致靶材的浪费，降低靶材的利用率，提高了生产成本。
4.为了避免靶材的浪费，出现了一些修复靶材的方法，但由于修复设备的结构限制，往往用于修复平面靶材，而难以对圆柱形靶材进行修复，因此如何有效提高圆柱形靶材的利用率成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对圆柱形靶材难以修复的问题，提供一种靶材修复装置，该靶材修复装置可高效地实现对圆柱形靶材的修复。
6.根据本技术的一个方面，提供一种靶材修复设备，包括：
7.具有容纳腔的外罩；
8.两组固定组件，收容于容纳腔内，两组固定组件在第一方向上间隔设置；
9.具有加热腔的加热装置，收容于容纳腔内并位于两组固定组件之间；以及
10.喷涂机构，收容于容纳腔内并位于加热装置的一侧，喷涂机构包括清理组件和修复组件，清理组件用于向加热腔喷涂清理介质，修复组件用于向加热腔喷涂修复介质。
11.本技术实施例的技术方案中，在利用喷涂装置喷涂清理介质清除待修复的靶材的表面残留后，可在利用加热装置对待修复的靶材加热的同时利用喷涂装置喷涂修复介质对靶材进行修复，从而方便快捷地实现了圆柱形靶材的修复，不存在对待修复靶材的二次加压和局部升温过程，具有较高的修复效率和良品率。
12.在其中一个实施例中，加热装置具有在垂直于第一方向的第二方向上相对设置的第一开口和第二开口，第一开口和第二开口分别连通容纳腔和加热腔。通过第一开口和第二开口将靶材安装于加热腔内，为靶材的安装与拆卸提供了便利，有效提高了操作效率。
13.在其中一个实施例中，加热装置包括在第二方向上间隔设置的第一加热体和第二加热体，第一加热体和第二加热体之间界定形成加热腔以及第一开口和第二开口。第一加热体和第二加热体可对靶材进行加热。
14.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括：
15.压辊，压辊的一侧通过第二开口伸入加热腔内；及
16.压辊驱动件，与压辊传动连接，用于驱动压辊相对加热装置转动。通过设置压辊，可驱动靶材转动，从而使靶材在圆周方向上的不同位置附着修复介质。
17.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括压紧驱动件，压紧驱动件设于压辊一侧，压紧驱动件用于对压辊施加沿第二方向朝向加热腔的压紧力。利用压紧驱动件提供的压紧力，可对靶材表面喷涂的材料进行压实，保证喷涂材料的附着力和良好的表面质量。
18.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括沿第一方向延伸的导轨，喷涂机构安装于导轨，并受控地沿导轨在第一方向上往复移动。如此，喷涂机构可沿第一方向往复移动，从而对靶材的轴向上的不同位置进行喷涂。
19.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括：
20.移动座，可移动地安装于导轨；及
21.直线驱动单元，安装于导轨并与移动座传动连接，直线驱动单元用于驱动移动座沿第一方向往复移动。通过移动座与直线驱动单元的设置，实现了喷涂机构可在喷涂驱动机构的驱动下沿第一方向往复移动，从而对靶材的轴向上的不同位置进行喷涂。
22.在其中一个实施例中，固定组件包括：
23.开设有安装孔的固定卡盘；及
24.多个卡爪，安装于固定卡盘一侧并周向环绕于安装孔外，每个卡爪可沿安装孔的径向方向移动以形成大小可变的夹持间隙。如此，靶材的固定管的相对两端分别被两组固定组件的卡爪夹持，从而使靶材沿第一方向竖直固定在容纳腔中。
25.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括：
26.进水管，进水管的一端伸入容纳腔并朝其中一组固定组件延伸；及
27.出水管，出水管的一端伸入容纳腔并朝另一组固定组件延伸。通过冷却水对靶材的芯部进行冷却，可使靶材的芯部保持理想温度，从而防止已修复的靶材晶粒继续变化，而造成靶材组织的变化。
28.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括供水装置，供水装置设于外罩外，进水管和出水管远离固定组件的另一端连接于供水装置。如此，供水装置提供的冷却水通过出水管进入靶材的固定管的一端内，然后流经固定管后通过出水管回到供水装置中。
29.在其中一个实施例中，外罩开设有连通容纳腔和外罩的外环境的进气口。如此，惰性气体通过进气口排入容纳腔中，以使容纳腔内的气体压力达到目标值。
30.在其中一个实施例中，靶材修复设备还包括供气装置，供气装置设于外罩外，进气口连通供气装置。如此，供气装置提供的惰性气体通过进气口排入容纳腔中以使容纳腔内的气体压力达到目标值。
31.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
32.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普
通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
33.图1为本实用新型一实施例的靶材修复设备的结构示意图；
34.图2为图1所示靶材修复设备的部分结构示意图。
35.附图标号说明：
36.100、靶材修复设备；110、外罩；111、容纳腔；112、进气口；114、出气口；132、固定组件；150、加热装置；151、第一加热体；152、第二加热体；153、加热腔；154、第一开口；155、第二开口；161、进水管；163、出水管；165、供水装置；170、喷涂装置；172、导轨；176、直线驱动件；178、喷涂机构；1781、清理组件；1783、修复组件；180、供气装置；190、压辊装置；192、压辊；194、轴承座；196、压紧驱动件；
37.200、靶材；210、固定管；230、靶材主体。
具体实施方式
38.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
39.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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
40.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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
41.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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
42.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另
一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
44.正如背景技术中所述，现有的靶材修复设备往往针对平面靶材进行修复，通常采用将靶材放置在基体上，然后对靶材的一侧表面进行修复，之后将靶材翻面以对靶材的另一侧表面进行修复。但是发明人注意到，利用上述设备仅能修复平面靶材，而难以对圆柱形靶材进行修复。而且，发明人在研究过程中发现，目前常用的靶材修复方法需要经过碱洗-水洗-乙醇洗-粉末填充-预压-烧结-机械加工等工序，加工周期长，设备结构复杂，工艺要求及修复成本高，修复良品率低，容易造成底层材料甚至背板的破裂和变形。而且，修复后的靶材往往会出现脱层现象，或因结合力不够，导致使用过程中发生新旧材料分离和脱靶等严重工艺问题，此外，靶材的界面处理属于表面处理后粘合方式，无法有效消除旧靶表面残留，后续工艺过程中容易造成薄膜材料的不可控掺杂，导致材料性能不可控等问题。
45.为了解决上述问题，发明人经过深入研究，设计了一种靶材修复设备100，用于对圆柱形的靶材200进行修复。该靶材修复设备100具有加工周期短、设备结构简单、工艺要求及修复成本低、修复良品率高等特点，而且不易出现脱层现象和新旧材料分离及脱靶等严重工艺问题。此外，还可有效消除旧靶表面残留，避免后续工艺中的薄膜材料的不可控掺杂。
46.请参照图1及图2，靶材200修复装置包括外罩110、固定装置、加热装置150以及喷涂装置170，外罩110具有容纳腔111，固定装置、加热装置150以及喷涂装置170均收容于容纳腔111中，固定装置用于固定待修复的靶材200，加热装置150用于对待修复的靶材200进行加热，喷涂装置170用于朝待修复的靶材200喷涂清理介质清理靶材200和喷涂修复介质以对靶材200进行修复。
47.采用上述靶材修复设备100，在利用喷涂装置170喷涂清理介质清除待修复的靶材200的表面残留后，可在利用加热装置150对待修复的靶材200加热的同时利用喷涂装置170喷涂修复介质对靶材200进行修复，从而方便快捷地实现了圆柱形靶材200的修复，不存在对待修复靶材200的二次加压和局部升温过程，具有较高的修复效率和良品率。
48.请继续参阅图1及图2，外罩110呈中空的立方体状壳体结构以形成容纳腔111，且外罩110具有可开合的门体以打开或封闭容纳腔111。在下列实施例中，外罩110的高度方向为第一方向。
49.待修复的靶材200包括固定管210和靶材主体230，固定管210为两端开口的中空管状结构，靶材主体230套设于固定管210外，且靶材主体230的长度小于固定管210的长度，固定管210的相对两端分别伸出靶材主体230的两端端面。固定装置包括两组固定组件132，两组固定组件132在第一方向上间隔设置于容纳腔111的上下两侧，两组固定组件132分别夹持固定管210伸出靶材主体230的相对两端，从而使待修复的靶材200沿第一方向竖立在容纳腔111中，固定管210的中心轴线沿第一方向延伸。
50.具体地，在一实施例中，每组固定组件132均包括固定卡盘及多个卡爪。固定卡盘呈圆盘状结构，固定卡盘的中心开设有安装孔。多个卡爪安装于固定卡盘的一侧表面并沿周向环绕于安装孔外，且每个卡爪可在安装孔的径向方向上移动以形成大小可变的卡持间
隙，从而与不同待修复的靶材200中的不同外径固定管210相匹配。
51.如此，待修复的靶材200的固定管210伸出靶材主体230的相对两端分别被两组固定组件132的卡爪夹持，且被卡爪夹持的固定管210可通过安装孔伸出固定卡盘。作为一较佳的实施方式，固定组件132为三爪卡盘。可以理解，固定组件132的具体构造不限于此，可根据需要设置以满足待修复的靶材200的限位要求。
52.加热装置150位于两组固定组件132之间，用于对待修复的靶材200进行加热。具体地，加热装置150包括第一加热体151和第二加热体152，第一加热体151和第二加热体152在垂直于第一方向的第二方向上间隔设置，第一加热体151和第二加热体152之间界定形成用于容纳靶材主体230的加热腔153，同时形成在垂直于第一方向的第二方向上相对设置的第一开口154和第二开口155，第一开口154和第二开口155分别连通容纳腔111和加热腔153，且第一开口154和第二开口155分别沿第一方向自加热装置150的一端延伸至加热装置150的另一端。
53.如此，可通过第一开口154和第二开口155将靶材200安装于加热腔153内，第一加热体151和第二加热体152中至少一者可对靶材200进行加热。相较于现有技术中仅有一侧开口的加热结构，本技术中可同时通过第一开口154和第二开口155同时安装或拆卸靶材200，从而有效提高了操作效率。作为一较佳的实施方式，加热装置150对靶材200进行中频加热，加热温度在1200℃-1900℃。在其他一些实施例中，加热装置150还可对靶材200进行高频加热或火焰加热。
54.请继续参阅图1，喷涂装置170间隔设于加热装置150的第一开口154的一侧，包括喷涂驱动机构及喷涂机构178，喷涂机构178可在喷涂驱动机构的驱动下沿第一方向往复移动，从而对靶材200的轴向上的不同位置进行喷涂。
55.具体地，喷涂驱动机构包括导轨172、移动座以及直线驱动单元176。其中，导轨172间隔设于加热装置150的第一开口154的一侧，并沿第一方向自加热装置150的一端延伸至加热装置150的另一端。移动座可移动地安装于导轨172，直线驱动单元176安装于导轨172并传动连接于移动座，直线驱动单元176用于驱动移动座沿第一方向往复移动。
56.喷涂机构178通过移动座可移动地安装于导轨172，在直线驱动单元176的驱动下，喷涂机构178在移动座的带动下沿导轨172在第一方向上往复移动。喷涂机构178包括在第一方向上间隔设置的清理组件1781和修复组件1783，清理组件1781用于向加热腔153内喷涂清理介质，修复组件1783用于向加热腔153内喷涂修复介质。具体地，清理组件1781用于朝靶材200喷涂等离子体以清理靶材200表层的钝化层。修复组件1783用于朝靶材200喷涂粒径为100-1000目的氧化镍合金粉末，掺杂合金对应的化合物包括cu2o，mgo2，mno2，ag，co，in2o3，al2o3中的一种或多种元素)，喷涂压力优选为0.6-1.5mpa，粒子撞击速度为350-550m/s。
57.靶材修复设备100还包括压辊装置190，压辊装置190位于加热装置150在第二方向上的一侧，包括压辊192、轴承座194、压辊驱动件以及压紧驱动件196。其中，压辊192呈圆柱状结构，压辊192的中心轴线沿第一方向延伸，且压辊192的径向上的一侧通过第二开口155伸入加热腔153内以与待修复的靶材200的外圆面接触。两个轴承座194沿第一方向间隔设置，压辊192的轴向上的相对两端分别可转动地安装于两个轴承座194。压辊驱动件与压辊192的一端传动连接，用于驱动压辊192绕自身中心轴线相对加热装置150转动。压紧驱动件
196为气缸，压紧驱动件196设于压辊192一侧，用于对压辊192施加沿第二方向朝向加热腔153的压紧力。
58.如此，压辊192在与靶材200接触的同时绕自身中心转动，从而可驱动靶材200绕其自身的中心轴线转动，从而可使靶材200在圆周方向上的不同位置朝向喷涂机构178而获得喷涂介质。同时，压辊192对靶材200表面施加沿第二方向的压力，从而可对靶材200表面的修复介质进行压实，保证修复介质的附着力和良好的表面质量。
59.在一些实施例中，靶材修复设备100还包括进水管161和出水管163。进水管161的一端伸入容纳腔111并朝其中一组固定组件132并连通靶材200的固定管210的一端，进水管161的另一端连接于位于外罩110外的供水装置163的出水口。出水管163的一端伸入容纳腔111并朝另一组固定组件132延伸并连通靶材200的固定管210的另一端，出水管163的另一端连接于供水装置165的回水口。在一些实施例中，供水装置165为循环水泵。需要说明的是，附图1中的供水装置165仅作为示意，并不代表供水装置165的实际安装位置以及具体构造，供水装置165的实际安装位置和具体构造可根据需要设置以满足不同要求。
60.如此，供水装置165提供的冷却水通过进水管161进入靶材200的固定管210的一端内，然后流经固定管210后通过出水管163回到供水装置163中，从而对靶材200的芯部进行冷却，使靶材200的芯部保持理想温度，从而防止已修复的靶材200晶粒继续变化，而造成靶材200组织的变化。
61.在一些实施例中，外罩110开设有连通容纳腔111和外罩110的外环境的进气口112和出气口114，进气口112开设于外罩110的一侧底部并连通设于外罩110外的供气装置180的出气端，出气口114开设于外罩110的另一侧顶部并连通于供气装置180的进气端。如此，供气装置180提供的惰性气体通过进气口112排入容纳腔111中以使容纳腔111内的气体压力达到目标值，修复完成后，惰性气体则可通过出气口114排出并回到供气装置180。需要说明的是，附图1中的供气装置180仅作为示意，并不代表供气装置180的实际安装位置以及具体构造，供气装置180的实际安装位置和具体构造可根据需要设置以满足不同要求。
62.利用上述靶材修复设备100修复靶材200的修复方法如下：
63.首先，测量待修复的靶材200进行损耗区域长度及外径以确定修复量，并根据待修复的靶材200的外表面确定清理深度。然后打开外罩110将待修复的靶材200放入加热装置150中，并采用固定装置夹持靶材200的固定管210的相对两端以使靶材200保持竖直状态。
64.之后，关闭外罩110并开启供气装置180，供气装置180通过进气口112向容纳腔111内输入惰性气体，并保证加热腔153内的气体压力为10pa-60pa。然后开启清理组件1781以朝靶材200的表面喷涂等离子体以清理靶材200表面的污物及钝化物，清理深度为0-2mm之间。
65.然后，加热装置150对靶材200进行加热以使靶材200的表面温度达到1200℃-1900℃之间，同时供水装置160通过进水管161向靶材200的固定管210中注入冷却水以冷却靶材200的芯部，固定管210内的水压优选地处于0.3-0.6mpa之间。
66.当靶材200的温度达到目标温度后，修复组件1783对靶材200喷涂粒径为100-1000目的氧化镍合金粉末。在喷涂氧化镍合金粉末的同时，修复组件1783沿第一方向移动，压辊192同步转动以驱动靶材200转动，从而实现对靶材200在圆周方向上的不同区域的喷涂，从而完成对靶材200的修复。
67.最后，完成修复的靶材200在惰性气体中自然冷却至300℃以下，关闭供水装置160及供气装置180，然后打开外罩110将修复后的靶材200取出。
68.上述靶材修复设备100，在采用等离子体对待修复的靶材200的表面一次清理后，可持续喷涂合金粉末以实现圆柱形靶材200的修复。采用中频加热和喷涂方式清除表面残留的过程中，不存在对原靶材200的二次加压和局部升温过程，且可对修复厚度和位置进行精准控制，修复的靶材200的纯度较高，无其它杂质掺入，具有较高的修复效率和良品率。而且，压辊192的设置可促进靶材200与修复介质的再结晶，使晶粒细化，有效防止靶材200脱层，还可深层清除原靶材200的表面残留进行有机结合，无明显的新旧界面存在。此外，注入靶材200中的冷却水可防止已修复的靶材200晶粒继续变化，而造成靶材200组织的变化。
69.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。