(57)【要約】  ニオブ合金を製造する方法であって、Ａ）ニオブ粉末、並びにイットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の粉末を含有する配合物を形成し、かつ該配合物を圧縮して、圧縮配合物を形成すること、Ｂ）圧縮配合物を、ニオブを含有する電極に結合すること、Ｃ）電極及び圧縮配合物を真空アーク再溶解条件下で溶融させ、かかる該配合物と溶融された電極とを混合すること、Ｄ）溶融された電極を冷却して、合金鋳塊を形成すること、かつＥ）その合金鋳塊に熱−機械的加工工程を適用して、展伸材を形成することを含む、ニオブ合金を製造する方法。本方法は、より微細なＡＳＴＭ５である粒度を有する完全に再結晶化されたニオブ展伸材を提供し、深絞りカップ及びスパッタリングターゲットを製造するために使用されうる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ合金を製造する方法であって、
Ａ）ニオブ粉末、並びにイットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の粉末を含有する配合物を形成し、かつ該配合物を圧縮して、圧縮配合物を形成すること、
Ｂ）該圧縮配合物を、ニオブを含有する電極に結合すること、
Ｃ）真空アーク再溶解条件下で電極及び圧縮配合物を溶融させ、かかる該配合物を溶融された電極と混合すること、
Ｄ）溶融された電極を冷却して、合金鋳塊を形成すること、かつ
Ｅ）前記合金鋳塊に熱−機械的加工工程を適用して、展伸材を形成すること
を含む、ニオブ合金を製造する方法。
【請求項２】
Ｅ）における展伸材が、５〜１０の微細で均一なＡＳＴＭ粒度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属が、展伸材におけるニオブの合計に対して、０．１〜１００ｐｐｍでＡ）中に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｅ）における熱−機械的加工工程が、
ｉ）合金鋳塊を形成して、展伸材を形成し、かつ
ｉｉ）該展伸材を９５０〜１１５０℃の温度で焼鈍する
ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｉ）における焼鈍が、少なくとも７５％の再結晶化をもたらす、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
Ｅ）における熱−機械的加工工程が、
Ｉ）展伸材を中間の厚さに圧延する工程、
ＩＩ）Ｉ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍する工程、
ＩＩＩ）ＩＩ）の展伸材を圧延する工程、かつ
ＩＶ）ＩＩＩ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍し、そして室温に展伸材を冷却する工程
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ＩＩ）及びＩＶ）における焼鈍が、少なくとも７５％の再結晶化をもたらす、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１の方法によって得られたニオブ含有展伸材。
【請求項１１】
展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項１０に記載の展伸材。
【請求項１２】
請求項１０に記載の展伸材から製造された深絞りカップ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の展伸材から製造されたスパッタリングターゲット。
【請求項１４】
ニオブ合金を製造する方法であって、
ａ）ニオブを溶融して、溶融物を形成し、
ｂ）該溶融物中のニオブに対して、イットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の０．１〜６０ｐｐｍを添加し、
ｃ）該溶融物を冷却して、合金鋳塊を形成し、
ｄ）該合金鋳塊に熱−機械的加工工程を適用して、展伸材を形成する
ことを含む、ニオブ合金を製造する方法。
【請求項１５】
該展伸材が、５〜１０の微細で均一なＡＳＴＭ粒度を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
金属が、ニオブの合計に対して、ｂ）において０．１〜１００ｐｐｍで存在する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ｄ）における熱−機械的加工工程が、
ｉ）合金鋳塊を形成して、展伸材を形成し、かつ
ｉｉ）該展伸材を９５０〜１１５０℃の温度で焼鈍する
ことを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
該展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ｉ）における焼鈍が、少なくとも７５％の再結晶化をもたらす、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ｄ）における熱−機械的加工工程が、
Ｉ）展伸材を中間の厚さに圧延する工程、
ＩＩ）Ｉ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍する工程、
ＩＩＩ）ＩＩ）の展伸材を圧延する工程、かつ
ＩＶ）ＩＩＩ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍し、そして室温まで展伸材を冷却する工程
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
該展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ＩＩ）及びＩＶ）における焼鈍が、少なくとも７５％の再結晶化をもたらす、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１４の方法によって得られたニオブ含有展伸材。
【請求項２４】
展伸材が、箔、薄板、板、管、及び棒材からなる群から選択される、請求項２３に記載の展伸材。
【請求項２５】
請求項２３に記載の展伸材から製造される深絞りカップ。
【請求項２６】
請求項２４に記載の展伸材から製造されるスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、ニオブ板又はニオブ薄板の製造方法並びに、例えば深絞りカップ及びスパッタリングターゲットのためのそれらの使用に関する。
【０００２】
ニオブ鋳塊は、当該技術における公知の方法を使用して、板及び薄板の寸法に圧延されうる。このような板及び薄板は、例えばカップに深絞りすることによって合成ダイヤモンド工業のために使用できる。典型的には使用されるニオブ箔は、不整合の粗大な粒度を有し、深絞りカップの底面の不十分な平面度及び平滑度をまねく。不十分な平面度及び／又は平滑度（みかん膚）は、欠陥を修正するために過度の研削を必要とする合成ダイヤモンドをもたらす。この問題は最終的に、ニオブ薄板における粗大粒子の構造に関連している。粗大粒子の構造はまた、深絞り作業中に薄板に引き裂けをまねきうる。
【０００３】
典型的な市販のニオブ薄板の粒度は、変動しうる、４〜１０のＡＳＴＭ粒度の範囲である。しかしながら、少なくとも９０％の再結晶化で７．５より微細なＡＳＴＭ粒度を有するニオブ薄板を深絞り用途のために使用することが所望されるが、これはまだ平面度及び表面仕上げについて高い不良率を生じる。少なくとも９０％の再結晶化で８．０より微細なＡＳＴＭ粒度は、ほぼ完全に前記問題を排除する。
【０００４】
一定のＡＳＴＭ粒度及び十分な再結晶化を有するニオブ薄板を製造する方法であって、該薄板での平面度及び／もしくは平滑度の問題を最小限にするか又は回避する上記製造方法を提供することが所望されていた。
【０００５】
２００４年１０月２７日に出願された米国の出願番号１０／９７４５１９号は、前記問題を解決するケイ素含有ニオブ合金を記載している。
【０００６】
発明の詳細な説明
本発明は、ニオブ合金を製造する方法に関する。この方法は、
Ａ）ニオブ粉末、並びにイットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の粉末を含有する配合物を形成し、かつ該配合物を圧縮して、圧縮配合物を形成すること、
Ｂ）圧縮配合物を、ニオブを含有する電極に結合すること、
Ｃ）真空アーク再溶解条件下で電極及び圧縮配合物を溶融させ、かかる該配合物を溶融された電極と混合すること、
Ｄ）溶融された電極を冷却して、合金鋳塊を形成すること、かつ
Ｅ）前記合金鋳塊に熱−機械的加工工程を適用して、展伸材を形成すること
を含む。
【０００７】
本発明はまた、前記方法によって製造されたニオブ含有展伸材に関する。
【０００８】
本発明はさらに、前記の改質ニオブ展伸材から製造された深絞りカップ及びスパッタリングターゲットに関する。
【０００９】
作業実施例以外、又はさもなければ指摘されている場合に、本明細書及び特許請求の範囲において使用される成分量、反応条件等に関連する全ての数又は表現は、用語"約"によって全ての場合において修飾されるものと理解されるべきである。
【００１０】
本発明はニオブ展伸材の製造方法に関する。この方法は、ニオブ展伸材における最終的な粒度を著しく減少させ、並びによりいっそう良好に制御することを提供する。よりいっそう詳述すれば、本発明は、５ｐｐｍより大きい合金金属を含有し、一貫して微細で、均一かつ十分に再結晶化された粒子構造を有するニオブ展伸材を提供する。
【００１１】
本明細書中で使用されるように、用語"展伸材"は、一般に、熱−機械的加工工程にさらされて、特定の形状及び／又は他の特性を必要とする金属に帰因する。熱的工程は、制限されないが、焼鈍、焼付け、精錬及び／又は溶融を含みうる。機械的工程は、制限されないが、加工、鍛造、圧延、据込み鍛造、据込み炉戻し技術（ｕｐｓｅｔ−ａｎｄ−ｆｏｒｇｅ−ｂａｃｋ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ハンマー鍛造、寄せ鍛造（ｄｒａｗｂａｃｋ ｆｏｒｇｉｎｇ）、展伸鍛造、円形鍛造、及びロータリスウェージングを含みうる。
【００１２】
本発明において提供される展伸材は、制限されないが、一般に平面金属の形状、例えば箔（厚さ約１０ミル未満）、薄板（厚さ約１０〜約１２５ミル）、及び板（厚さ約１２５ミル超）を含む。他の展伸材の形状には、一本の金属が中心部で中空である（かつ前記金属は、任意の内部断面及び外部断面の形状を有してよいが、しばしば、これらの形状は円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、六角形、又は八角形である）管、及び全体を通して密である金属であり、かつ前記金属は任意の内部断面及び外部断面の形状を有してよいが、しばしば、これらの形状は円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、六角形、又は八角形である棒材が含まれうる。
【００１３】
本発明において、真空アーク再溶解は、ニオブを、高い焼鈍温度を有する古典的な熱−機械的加工に加えて添加する低レベルの金属と合金化するために使用され、微細で完全に再結晶化された粒子構造を有するニオブ展伸材を製造する。本発明の方法は、高い収率、より一貫した製品、及びより低い製造費用を提供する。
【００１４】
本発明の一実施態様において、イットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属は、ニオブ鋳塊におけるニオブの合計に対して、少なくとも０．０１ｐｐｍ、場合により０．１ｐｐｍ、及び６０ｐｐｍ、場合により５０ｐｐｍのレベルである。ニオブ中の金属量は、任意の値であってよく、又は上記で列挙された値のいずれかの値の間で変動してよい。
【００１５】
本方法において、ニオブ粉末、並びにイットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の粉末を含有する配合物は、形成され、かつ圧縮されて、圧縮配合物を形成する。本明細書中で使用されるように、用語"圧縮配合物"は、材料混合物を圧縮して、安定な形状に成形された固体の形状に帰因し、この形状は別の物体に接続することが可能であり、従って他の物体が溶融するときに、圧縮配合物は溶融され、そして他の物体の成分と混ざり合う。
【００１６】
圧縮配合物は、好適な方法を使用してニオブを含有する電極に結合され、そしてこれら双方は真空アーク再溶解（ＶＡＲ）条件下で溶融され、続いて冷却される。言い換えれば、ニオブは電極として作用し、かつ真空下で帯電電極とニオブとの間でアークを衝突させることによって溶融される。アーク出力は、２５〜５０Ｖ及び７０００〜１００００アンペアであってよい。
【００１７】
典型的には、ニオブ、並びにイットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の圧縮配合物は、ニオブ電極と一緒に使用される。
【００１８】
金属電極及び圧縮配合物は冷却され、合金鋳塊を形成する。
【００１９】
前記に示した熱−機械的加工工程は、該合金鋳塊に適用され、前記のような展伸材を形成する。
【００２０】
鍛造後、該合金鋳塊は、少なくとも９５０℃及び１１５０℃までの温度で真空焼鈍されうる。展伸材の焼鈍温度は、任意の値であってよく、又は上記で列挙された値の間で変動してよい。
【００２１】
焼鈍工程は、少なくとも５分、及び１８０分までを要する。焼鈍時間の長さは、任意の値であってよく、又は上記で列挙された任意の値の間で変動してよい。
【００２２】
焼鈍工程は、少なくとも７５％の再結晶化、及び場合により少なくとも９５％までの再結晶化をもたらしうる。
【００２３】
本発明の一実施態様において、一連の圧延工程及び焼鈍工程は、合金鋳塊で実施されうる。圧延工程及び焼鈍工程の任意の好適な組み合わせが、使用されてよい。本発明の特殊な実施態様において、次の工程：
Ｉ）展伸材を中間の厚さに圧延する工程、
ＩＩ）Ｉ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍する工程、
ＩＩＩ）ＩＩ）の展伸材を圧延する工程、かつ
ＩＶ）ＩＩＩ）の展伸材を９５０℃〜１１５０℃の温度で３０分〜１８０分間焼鈍し、そして室温まで展伸材を冷却する工程
が使用される。
【００２４】
本発明の一実施態様において、中間の厚さＩ）は、０．５〜２ｃｍであってよく、かつ展伸材ＩＩＩ）は、０．００５〜０．２４ｃｍの厚さを有してよい。
【００２５】
本発明の特定の一実施態様は、
ａ）ニオブを溶融して、溶融物を形成し、
ｂ）該溶融物中のニオブに対して、イットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される金属の０．１〜６０ｐｐｍを添加し、
ｃ）該溶融物を冷却して、合金鋳塊を形成し、
ｄ）該合金鋳塊に熱−機械的加工工程を適用して、展伸材を形成する
ことによってニオブ合金を製造する方法を提供する。
【００２６】
ｄ）における熱−機械的加工工程は、ｉ）合金鋳塊を鍛造して展伸材を形成すること、かつｉｉ）展伸材を９５０〜１１５０℃の温度で焼鈍することを含みうる。
【００２７】
特殊な連続した圧延工程及び焼鈍工程は、前記に記述されたようなこの特殊な実施態様において使用されてよい。焼鈍工程は、少なくとも７５％の再結晶化、及び場合により少なくとも９５％までの再結晶化をもたらしうる。
【００２８】
代わりの一実施態様において、屑ニオブは、ＶＡＲ、ＩＳＭ、又は他の低温炉床溶融技術により固化され、そして金属（イットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される）は、該溶融物に直接添加されるか又は前記のＶＡＲ法により添加される。
【００２９】
本発明において、冷却され焼鈍された板及び薄板は、１０までの微細で均一なＡＳＴＭ粒度を有し、かつ５程の粗大さであってよい。本発明の一実施態様において、ＡＳＴＭ粒度は、８〜１０の範囲である。
【００３０】
本発明はまた、前記の方法により製造された、箔、薄板、板、管、及び棒材から選択される展伸材を提供する。
【００３１】
本発明はまた、前記の展伸材を用いて得られた、製造された、もしくは含む、深絞りカップ又はスパッタリングターゲットを提供する。
【００３２】
簡単な理論に束縛されることを望まないならば、金属（イットリウム、アルミニウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ランタン及びセリウムからなる群から選択される）が、ニオブと結合してニオブ中に合金粒子を形成し、又は酸素と結合して、それぞれの添加した金属のサブミクロンサイズの酸化物をもたらすことが確信される。薄板への圧延（冷却加工）は、続く焼鈍に対して粒子核形成部位として最初に作用し、引き続く焼鈍で、粒界ピン止め点として作用する合金粒子の均一の分散をもたらす。
【００３３】
本発明は、前記において説明の目的ために詳細に記載されたが、かかる詳細な記載は、単に前記目的のためであり、かつ特許請求の範囲によって制限されうることを除外して本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、当業者によって本明細書中で変更されうると解されるべきである。
【国際調査報告】
2009506219.tif 000002
2009506219.tif 000003
2009506219.tif 000004