(57)【要約】      （修正有）【課題】モリブデン基合金製の成型品および成型品を製造する方法および成型品の使用を提供する。【解決手段】通常の不純物を含む、少なくとも３重量％〜最大８重量％までのアルミニウムと、少なくとも３重量％〜最大６重量％までのチタンと、残分としてのモリブデンとを有する金属モリブデン基合金製の成型品であって、溶融物から凝固により直接的または間接的に製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常の不純物を含む、少なくとも３重量％〜最大８重量％までのアルミニウムと、少なくとも３重量％〜最大６重量％までのチタンと、残分としてのモリブデンとを有する金属モリブデン基合金製の成型品であって、溶融物から凝固により直接的または間接的に製造される成型品。
【請求項２】
前記不純物が、合計で最大１ａｔ％、好ましくは最大０．１ａｔ％の割合を前記モリブデン基合金中に有することを特徴とする、請求項１記載の成型品。
【請求項３】
前記不純物が、元素のジルコニウム、炭素、ハフニウム、ランタン、イットリウム、セリウム、銅、レニウム、ニオブ、タンタルおよびタングステンのうち１種以上を主な構成要素として含むことを特徴とする、請求項１または２記載の成型品。
【請求項４】
前記モリブデン基合金が、５．３重量％のアルミニウム±０．５重量％のアルミニウムと、４．７重量％のチタン±０．５重量％のチタンとを有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項５】
溶融物を鋳造鋳型内で凝固させることにより製造されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項６】
るつぼ、ロッド、結晶成長のための結晶核としての使用時点を有するロッド、シート、プレート、パイプ、加熱コイルまたはヒーターロッドであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項７】
少なくとも１０ｇの重量、好ましくは少なくとも１００ｇの重量を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項８】
円筒形の外壁を少なくとも特定の領域に含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項９】
鋳型鋳造により製造されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項１０】
少なくとも８５重量％のモリブデンを含有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項１１】
少なくとも４重量％のアルミニウム、好ましくは少なくとも５重量％のアルミニウムを含有することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項１２】
少なくとも４重量％のチタンを含有することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の成型品。
【請求項１３】
通常の不純物を含む、３重量％〜８重量％のアルミニウムと、３重量％〜６重量％のチタンと、残分としてのモリブデンとを有するモリブデン基合金製の成型品を製造する方法において、以下の時系列的に連続する工程：
Ａ）  前記通常の不純物を含む、３重量％〜８重量％のアルミニウムと、３重量％〜６重量％のチタンと、残分としてのモリブデンとから成る溶融物を製造する工程；
Ｂ）  前記溶融物を鋳造鋳型に注型し、前記溶融物を前記鋳造鋳型内で凝固させる工程；および
Ｃ）  このようにして得られた前記成型品を前記鋳造鋳型から取り出す工程
を特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の成型品を製造することを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
工程Ａ）で、前記溶融物が、その前記通常の不純物を含む純金属のモリブデン、アルミニウムおよびチタンから溶融されてもよく、ここで、前記通常の不純物は、好ましくは１ａｔ％未満の割合、特に好ましくは０．１ａｔ％未満の割合で存在する、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
工程Ｃ）に続いて工程Ｄ）が実施され、ここで前記成型品が、好ましくは、バリ取り、切断、圧延、引き抜き、研磨および／またはフライス加工により再成形されることを特徴とする、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
イリジウム代替材料としての、請求項１から１２までのいずれか１項記載の成型品または請求項１３から１６までのいずれか１項記載の方法により製造された成形品の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モリブデン基合金製の成型品に関する。本発明は、そのような成型品を製造する方法およびそのような成型品の使用にも関する。
【０００２】
完全にまたは主にイリジウムから成るるつぼは、高温の溶融物から酸化物またはその他の化学的に攻撃的な材料を結晶成長させるために使用される。そのようなるつぼは、例えば、米国特許出願公開第２０１６／０３０３６３１号明細書、特開２０１４０１２６１３、米国特許出願公開第２０１３／００８７０９４号明細書、および特開２０１８０５９１６５から知られている。材料のイリジウムは、非常に高価になった。特開２０１７２２２５３７では、化学的に攻撃的な溶融物と接触しないイリジウム製の成型品の部分をより安価なモリブデンと交換することが提案されている。また、純粋なモリブデンるつぼまたは純粋なタングステンるつぼを使用してもよいが、これらは、複雑なプラント構造を必要とする。そのようなるつぼは、例えば米国特許出願公開第２０１７／０１９１１８８号明細書から知られている。モリブデンるつぼの欠点のうちの１つは、モリブデンと大気中の酸素との酸化により酸化モリブデンが蒸発することでるつぼ材料が弱くなり、したがってその耐久性が制限されることである。るつぼに加えて、イリジウムは、結晶核や、高温の溶融物と接触するその他の成型品を製造するために広く使用されてもいる。さらに、イリジウム製の発熱体は、大気中の酸素のもと動作する高温炉を製造するために使用される。イリジウムの価格が高いため、そのような用途について、より安価な可能性を見つける必要もある。さらに、イリジウムを加工するのは非常に困難であり得るため、これにより、イリジウム製の成型品の製造原価がさらに上昇する。
【０００３】
アルミニウムおよびチタンを含有するモリブデン基合金製のスパッタリングターゲットは、国際公開第２０１６／０２５９６８号から知られている。スパッタリングターゲットは、粉末混合物を適切な支持材に冷却ガス噴霧することにより製造される。Ｍｏ１−ｘ−ｙＴｉｘＡｌｙ製のスパッタリングされた薄膜の製造は、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｏｃｉｅｔｙ発行のＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａ、３６（２）、２０１８年３月／４月におけるＴａｎｊｙ  Ｊｏｅｒｇ等の刊行物「Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｗｅｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｍｏ−Ｔｉ−Ａｌ  ｆｉｌｍｓ」から知られている。そこでは、少なくとも１６ａｔ％のアルミニウム含量で形成された保護Ａｌ２Ｏ３表面層について説明されている。
【０００４】
よって、この従来技術は、粉末冶金金属混合物による混合物と表面堆積物（スパッタリング）との製造に関する。これらは、薄膜トランジスタにおけるバリアとして使用され、この理由から、るつぼおよびその他の成型品においてバルク材料として使用される混合物からはかけ離れたものである。るつぼは、薄層技術によっては安定に製造することができない。よって、成型品は、公知の薄膜または厚膜技術では、バルク材料として経済的に製造することができない。
【０００５】
よって、本発明の課題は、従来技術の欠点を克服することにある。特に、イリジウムと同様に結晶成長のためのるつぼとして適した、またはイリジウム製の成型品の代替物としての高温利用時のバルク材料として使用可能な成型品および成型品を製造する方法を提供すべきである。この成型品は、イリジウム製の同等の成型品よりも製造がより安価であるべきである。しかしながら同時に、この成型品は、イリジウム製の成型品に比べて、できるだけ同じように化学的に安定性または耐久性があるべきである。
【０００６】
本発明の課題は、通常の不純物を含む、少なくとも３重量％〜最大８重量％までのアルミニウムと、少なくとも３重量％〜最大６重量％までのチタンと、残分としてのモリブデンとを有する金属モリブデン基合金製の成型品であって、溶融物から凝固により直接的または間接的に製造される成型品により達成される。
【０００７】
この成型品は、溶融物から直接製造される必要はない。この成型品は、溶融物から凝固により中間生成物として製造されてもよく、続いて、上記の中間生成物が再成形されて、最終的な成形品が、例えば、圧延、引き抜きまたは打ち抜きにより製造されてもよく、その結果、この成形品は、溶融物から凝固により間接的に製造される。再成形は、中間生成物を溶融することによっては実施されない。再成形の間は、さらなる合金構成要素も添加されない。
【０００８】
本発明の枠組みにおいて、「通常の不純物」という用語は、使用される元素、すなわち、モリブデン、アルミニウムおよびチタンの、製造に関連する不純物を意味すると理解される。これらは、原材料の採収の地理的位置と、元素のモリブデン、アルミニウムおよびチタンの組成に応じて変動し得る。
【０００９】
「モリブデン基合金」という用語は、少なくとも５０ａｔ％のモリブデンを含有する金属合金であると理解される。モリブデン基合金は、少なくとも６６ａｔ％のモリブデンを含有することが好ましい。
【００１０】
成型品は、溶融物、特に酸化物溶融物を加工するための発熱体または型であることが好ましい。
【００１１】
不純物が、合計で最大１ａｔ％、好ましくは最大０．１ａｔ％の割合をモリブデン基合金中に有するようにしてもよい。
【００１２】
このようにして、成型品をほぼ純粋なモリブデン基合金から製造することが保証される。結果として、成型品の物理特性に対する不利な効果、および成型品と接触する酸化物溶融物またはその他の溶融物または材料に対する不利な効果を排除することができる。
【００１３】
さらに、不純物が、元素のジルコニウム、炭素、ハフニウム、ランタン、イットリウム、セリウム、銅、レニウム、ニオブ、タンタルおよびタングステンのうち１種以上を主な構成要素として含むようにしてもよい。
【００１４】
これらの元素は、純金属のモリブデン、アルミニウムおよびチタン中に不純物として高頻度で含有されており、したがって、溶融物により合金化されたモリブデン基合金中に再度見ることができる。
【００１５】
水素および酸素は、１ａｔ％までの割合で、モリブデン合金中の不純物としてさらに含有されていてもよいが、好ましくは０．１ａｔ％未満で含有される。
【００１６】
本発明による特に好ましい成型品は、特に、モリブデン基合金が、５．３重量％のアルミニウム±０．５重量％のアルミニウムと、４．７重量％のチタン±０．５重量％のチタンとを有する点で際立っていると言えるだろう。
【００１７】
この組成の場合、モリブデンの蒸発は特に少なく、同時にモリブデン含量は高い。
【００１８】
さらに、成型品が、溶融物を鋳造鋳型内で凝固させることにより製造されるようにしてもよい。
【００１９】
これは、成型品が大量でも安価であり、主にいずれの外形でも製造可能であることを意味する。
【００２０】
本発明のさらなる発展形態によると、成型品が、るつぼ、ロッド、結晶成長のための結晶核としての使用時点を有するロッド、シート、プレート、パイプ、加熱コイルまたはヒーターロッド（ｈｅａｔｅｒ  ｒｏｄ）であるようにしてもよい。
【００２１】
これらの成型品は、酸化物溶融物およびその他の溶融物を用いた用途に、または大気中の酸素のもと動作する炉の発熱体として特に良好に適している。
【００２２】
さらに、成型品が、少なくとも１０ｇの重量、好ましくは少なくとも１００ｇの重量を有するようにしてもよいことが好ましい。
【００２３】
そのような質量を有する成型品は、酸化物溶融物およびその他の溶融物とすぐに相互作用する鋳型として非常に良好に用いることも、または大気中の酸素において炉の発熱体として用いることも可能である。質量がより小さいと、急速に摩耗して、酸化物溶融物または別の溶融物と一緒には、または炉室内の大気中の酸素と一緒には使用不可能になり得る。
【００２４】
また、成型品が、円筒形の外壁を少なくとも特定の領域に含むようにしてもよい。
【００２５】
モリブデン基合金は、円筒形の外壁を、気体状の大気中の酸素、酸化物溶融物またはその他の溶融物と接触する特定の領域に有する成型品に特に良好に用いることが可能である。
【００２６】
さらに、成型品が鋳型鋳造により製造されるようにしてもよい。
【００２７】
結果として、成型品は特に安価であり、いずれの形状でも製造可能である。仕上げで、成型品をより正確な形状にしても、または鋳型鋳造によっては達成がより困難な形状にしてもよい。
【００２８】
さらに、成型品が少なくとも８５重量％のモリブデンを含むようにしてもよいことが好ましい。
【００２９】
高いモリブデン含量が、温度安定性にとって重要である。
【００３０】
また、成型品が、少なくとも４重量％のアルミニウム、好ましくは少なくとも４．５重量％のアルミニウムを含有するようにしてもよい。
【００３１】
このアルミニウム含量を理由として、モリブデンの蒸発は特に少なく、同時にモリブデン含量は高い。
【００３２】
さらに、成型品が少なくとも４重量％のチタンを含むようにしてもよい。
【００３３】
このチタン含量を理由として、モリブデンの蒸発は特に少なく、同時にモリブデン含量は高い。
【００３４】
また、本発明が基づく課題は、通常の不純物を含む、３重量％〜８重量％のアルミニウムと、３重量％〜６重量％のチタンと、残分としてのモリブデンとを有するモリブデン基合金製の成型品を製造する方法において、以下の時系列的に連続する工程：
Ａ）  通常の不純物を含む、３重量％〜８重量％のアルミニウムと、３重量％〜６重量％のチタンと、残分としてのモリブデンとから成る溶融物を製造する工程；
Ｂ）  溶融物を鋳造鋳型に注型し、溶融物を鋳造鋳型内で凝固させる工程；および
Ｃ）  このようにして得られた成型品を鋳造鋳型から取り出す工程
を特徴とする方法により達成される。
【００３５】
本発明による成型品がこの方法により製造されるようにしてもよい。
【００３６】
さらに、工程Ａ）で、溶融物は、その通常の不純物を含む純金属のモリブデン、アルミニウムおよびチタンから溶融されてもよく、ここで、通常の不純物は、好ましくは１ａｔ％未満の割合、特に好ましくは０．１ａｔ％未満の割合で存在する。
【００３７】
このようにして、成型品をほぼ純粋なモリブデン基合金から製造することが保証される。結果として、成型品の物理特性に対する不利な効果、および成型品と接触する溶融物および材料に対する不利な効果を排除することができる。
【００３８】
さらに、工程Ｄ）を工程Ｃ）に続いて実施してもよく、この工程Ｄ）の間、成型品は、好ましくは、バリ取り、切断、圧延、引き抜き、研磨および／またはフライス加工により再成形される。
【００３９】
結果として、成型品を、溶融鋳込によっては直接的には入手できない、または直接的には入手が困難な所望の形状にすることができる。
【００４０】
また、本発明が基づく課題は、本発明による成型品、または本発明による方法で製造される成型品をイリジウム代替材料として使用することによっても達成される。
【００４１】
この意図される目的は、モリブデン基合金製の成形品について特に道理にかなっている。というのも、これは、イリジウム製の成型品よりも安価であるにもかかわらず、同様に用いることが可能であるからである。
【００４２】
本発明は、適切ではあるがコストの高いイリジウム製の成型品を、本発明によるモリブデン基合金製の成形品と交換することが可能であるという驚くべき認識に基づいており、ここで、成形品は、モリブデンの蒸発を理由とするモリブデンの損失が、純粋なモリブデン製の成形品よりも少ない。
【００４３】
これは、成形品の表面からモリブデンが蒸発する問題が、合金を使用することで打ち消されるという点で達成される。驚くべきことに、モリブデン基合金製の成形品の表面におけるモリブデンの蒸発は、酸化アルミニウム層により、および／または、該当する場合、蒸発がモリブデン基合金中の比較的低いアルミニウム濃度ですでに止まるその他の効果により防止可能であることが発見された。したがって、純粋なモリブデン製の同じ成型品に比べて、本発明による成型品は、使用可能寿命がより長く、モリブデンの蒸発を理由とする不純物がより少なく、ここで、成形品の化学的安定性は同時に、純粋なモリブデン製の成形品の化学的安定性に相当する。結果として、本発明による成型品は、純粋なモリブデン製のまたはこの目的について知られているその他のモリブデン基合金製の成形品よりも、イリジウム製の成形品の代替物として多くの用途により良好に適している。
【００４４】
本発明によると、モリブデン基合金は、溶融物により製造される。用途として、るつぼは、例えば、高温用途のための、例えば、センサー、レーザー結晶、またはダイオード用半導体の結晶成長のための成形品として使用することが可能である。
【００４５】
以下で、本発明の例示的な実施形態について、概略図を参照して説明するが、これにより本発明が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による成型品の概略透視図を示す。
【００４７】
図１に準拠した例示的な実施形態による成型品は、円筒形の外周を有するるつぼであり、外周の円筒軸に対して回転対称の形状を含んでいてもよい。このるつぼは、均質な厚さを含み得る壁１により横方向に区切られていてもよい。このるつぼは、上向きに開いていてもよく、そこに開口部２を備えていてもよい（図１の上部参照）。示されている開口部２（図１の上部）の反対側のるつぼの一端は、平らな平面ベースプレート（目視不可）により封止されていてもよい。結果として、壁１によって横方向に、かつベースプレートによって下側で区切ることが可能なるつぼの内部に、溶融物を収容する内室を構成することができる。
【００４８】
このるつぼは、５〜６重量％のアルミニウムと、４〜５重量％のチタンと、残分のモリブデンと、通常の不純物とから、または３重量％〜８重量％のアルミニウムと、３重量％〜６重量％のチタンと、通常の不純物とを有する別のモリブデン基合金から成ることが好ましい。
【００４９】
このるつぼは、鋳型鋳造により溶融物から製造することが可能である。この溶融物を製造するために、金属のアルミニウム、チタンおよびモリブデンを、アーク溶融炉内にて不活性ガスのもと加圧式溶融により溶融および合金化して、望ましい組成にしてもよい。この間、加圧式エレクトロスラグ再溶融法（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ  ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）をスラグなしで適用してもよい。この溶融物は、液体から下方に引き抜く間にグラビティ鋳造ダイ中で凝固して、るつぼを形成することができる。このるつぼは、得られるブロックから一次または二次再成形により製造されても、または固体材料から機械加工により加工されてもよい。
【００５０】
図１に示されるるつぼの代わりに、その他の成型品、例えば、ロッド、加熱コイルおよびパイプも、同じ方法により製造することが可能である。また、そのような成型品は、溶融物から凝固した後に、さらに再成形することが可能である。これに適した方法は、当業者に知られており、馴染みのあるものである。
【００５１】
先の説明、ならびに請求項、図面、および例示的な実施形態において開示されている本発明の特徴は、個別および任意の所望の組み合わせのどちらにおいても、その様々な実施形態における本発明の実現のために必須であり得る。
【符号の説明】
【００５２】
１  るつぼ壁、  ２  開口部、  Ｄ  るつぼの直径
【図１】
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【外国語明細書】
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