粉末冶金钼管热挤压工艺基础研究

摘要

液晶显示器制造工艺中的降低反射层、透明电极、发射极与阴极等均由溅射方法形成。而溅射靶材多以金属纯钼板材为主。近年来随着液晶屏幕尺寸的不断增大，与之对应的溅射板形钼靶也随之增大了其自身的面积。若采用旋转的钼筒作靶材，则屏幕的长度由钼管长度决定，屏幕的宽度则不受限制。为了提高溅射层的均匀性，要求溅射靶材具有较高的致密度(在99.7[％]以上)。然而最常用的成形钼制品工艺(粉末冶金)达不到靶材的致密度要求，所以必须再加一道热加工工艺来提高其制品的致密度——本文采用热挤压工艺。
　　 针对使用粉末冶金坯料挤压成形圆筒(管)形钼靶材并提高其制品致密度的问题，本文采用高温单向压缩试验与有限元数值模拟相结合的方法对粉末冶金钼管热挤压工艺进行了基础研究。其中包括研究粉末冶金钼坯的高温塑性变形行为、钼管材热挤压过程和挤压模具结构的优化。
　　 通过Gleeble-3800热模拟试验机，分别在变形温度为1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，变形应变速率为11.5s-1、17.3 s-1和23s-1下对φ8×12粉末冶金钼圆柱体试样进行了单向压缩实验。根据实验数据建立了粉末冶金钼坯的高温稳态流变应力本构方程，并研究了粉末冶金钼坯的高温塑性变形时流变力学行为的特点。
　　 研究结果表明：粉冶钼在高温变形时明显表现出动态回复与再结晶特征；金属钼是正应变速率敏感性材料，即流变应力随着变形速率的增加而增大。粉末冶金钼坯高温塑性变形过程是受位错运动控制的热激活过程，且其高温变形过程可以用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数来描述。通过悬重法测量热变形后粉末冶金钼坯致密度的变化情况。结果表明：通过变形量为70[％]的变形后，粉末冶金坯料可以达到靶材所要求的致密度。
　　 通过光学显微镜观察其热变形后的微观组织结构，并探讨了热变形后不同热处理温度(750℃、850℃和950℃)对其组织结构的影响。金相组织分析表明，粉末冶金坯料在70[％]的相对应变量下，热处理以退火温度为850℃并在此温度下保温60min最佳，此时大多晶粒相互交错搭接并伴随有细小等轴亚晶的生成，即大部分的带状组织任然保留并消除了热加工造成的残余应力，故性能最好。
　　 为了优化粉冶坯钼管材挤压模具结构，应用DEFORM有限元软件对挤压工艺进行模拟。挤压工艺方案为：挤压温度为1250℃，挤压速度为225mm/s，平模长度分别为8[％]D、10[％]D、11[％]D和12[％]D，模角分别为55°、60°、65°、70°。为了定量比较不同挤压工艺方案的优劣，定义了以挤压力、管材成材率、总费用节省率和坯料所承受的应力应变情况为综合评判函数，得出平锥模的平模长度为10[％]D，模角为65°时模具结构最优。