(57)【要約】  原料を切断するためのワイヤおよび該ワイヤで原料を切断する方法。ワイヤは、少なくとも３５ａｔ％の鉄と、略７から５０ａｔ％の範囲内のニッケルおよび／またはコバルトと、略１から３５ａｔ％の範囲内で存在する、ホウ素、炭素、シリコン、リンおよび／または窒素からなる群から選択される少なくとも１つの非金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲内で存在する、銅、チタン、モリブデン、アルミニウム、および／またはクロムからなる群から選択される１つの金属と、を含む鉄系合金を有してよく、該ワイヤは１を超えるアスペクト比を有し、５００ｎｍ未満の寸法の金属相および／または結晶相を示す。
2013511393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を切断する方法であって、
少なくとも３５ａｔ％の鉄と、略７から５０ａｔ％の範囲内のニッケルおよび／またはコバルトと、略１から３５ａｔ％の範囲内で存在する、ホウ素、炭素、シリコン、リンおよび／または窒素からなる群から選択される少なくとも１つの非金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲内で存在する、銅、チタン、モリブデン、アルミニウム、および／またはクロムからなる群から選択される１つの金属と、を含む鉄系合金を有するワイヤであって、前記ワイヤが１を超えるアスペクト比を有し、５００ｎｍ未満の寸法の金属相および／または結晶相を示す、ワイヤを提供する段階と、
前記ワイヤで前記原料を切断する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
研磨スラリーを供給する段階と、前記研磨スラリーを前記原料および前記ワイヤに接触させる段階と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研磨スラリーが、９以上のモース硬度を有する粒子を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ワイヤが、９以上のモース硬度を有する粒子で被覆または含浸される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記粒子が１０μｍから１２０μｍの範囲内の寸法である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ワイヤが、ニッケル、銅、銀および金のうちの１つまたは複数の材料を含むオーバーストライクで被覆される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ワイヤが、０．８ｍｍから２ｍｍの範囲内の幅、および１５μｍから１５０μｍの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、前記ワイヤが１％以上の引張伸びを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、前記ワイヤが１％から７％の引張伸びを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、前記ワイヤが０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、前記合金が１％から７％の引張伸び、および０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ワイヤが金属ガラス相を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
１０℃／分の速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、前記ワイヤが、３５０から６５０℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、前記ワイヤが、−８．９から−１７３．９Ｊ／ｇの発熱エネルギーを有する少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１％から７％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、３５０℃から６５０℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、−８．９から−１７３．９Ｊ／ｇの発熱エネルギーを有する少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記鉄系合金が、４３から６８ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１５ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２から２１ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２から１９ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、１から６ａｔ％の範囲内で任意で存在する炭素と、０．１から４ａｔ％の範囲内で任意で存在するシリコンと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記鉄系合金が、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１．５％から６．８％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１．０ＧＰａから３．７ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、４０３から６１８℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記鉄系合金が、４０ａｔ％から６５ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２ａｔ％から１２ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、０．１ａｔ％から４ａｔ％の範囲内で存在するシリコンと、１ａｔ％から２０ａｔ％の範囲内で存在するクロムと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記鉄系合金が、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、２．７％から４．８％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、２．７ＧＰａから４．７ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、４１６から５５６℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記原料がシリコンインゴットである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも３５ａｔ％の鉄と、略７から５０ａｔ％の範囲内のニッケルおよび／またはコバルトと、略１から３５ａｔ％の範囲内で存在する、ホウ素、炭素、シリコン、リンおよび／または窒素からなる群から選択される少なくとも１つの非金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲内で存在する、銅、チタン、モリブデン、アルミニウム、および／またはクロムからなる群から選択される１つの金属と、を含む鉄系合金を含む、原料を切断するためのワイヤであって、前記ワイヤが１を超えるアスペクト比、ならびに５００ｎｍ未満の寸法の金属相および／または結晶相を有する、ワイヤ。
【請求項２２】
前記ワイヤが、９を超えるモース硬度を有する粒子で含浸されている、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項２３】
前記ワイヤの表面上に少なくとも部分的に設けられたコーティングをさらに備える、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項２４】
前記ワイヤが、４０ａｔ％から６８ａｔ％で存在する鉄と、１３ａｔ％から３９ａｔ％で存在するニッケルおよびコバルトから選択される１つまたは複数と、１２ａｔ％から２９ａｔ％の範囲内で存在するホウ素、炭素およびシリコンから選択される１つまたは複数と、１ａｔ％から２０ａｔ％の範囲内で存在するクロム、チタン、モリブデンおよびアルミニウムからなる群から選択される任意で１つまたは複数の遷移金属と、を含む、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項２５】
ニッケルが１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在し、コバルトが１から２１ａｔ％の範囲内で存在し、ホウ素が１２から１９ａｔ％の範囲内で存在し、炭素が１から６ａｔ％の範囲内で存在し、シリコンが０．３から４ａｔ％の範囲内で存在する、請求項２４に記載のワイヤ。
【請求項２６】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１％から７％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、３５０℃から６５０℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、−８．９から−１７３．９Ｊ／ｇの発熱エネルギーを有する少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項２７】
前記鉄系合金が、４３から６８ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２から２１ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２から１９ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、１から６ａｔ％の範囲内で任意で存在する炭素と、０．１から４ａｔ％の範囲内で任意で存在するシリコンと、を含む、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項２８】
前記鉄系合金が、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１．５％から６．８％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１．０ＧＰａから３．７ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、４０３から６１８℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項２７に記載のワイヤ。
【請求項２９】
前記鉄系合金が、４０ａｔ％から６５ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２ａｔ％から１２ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、０．１ａｔ％から４ａｔ％の範囲内で存在するシリコンと、１ａｔ％から２０ａｔ％の範囲内で存在するクロムと、を含む、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３０】
前記鉄系合金が、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、２．７％から４．８％の引張伸びを示し、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、２．７ＧＰａから４．７ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示し、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、４１６から５５６℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ワイヤが、０．８ｍｍから２ｍｍの範囲の幅および１５μｍから１５０μｍの範囲内の厚さを有する、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３２】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１％以上の引張伸びを示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３３】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１％から７％の引張伸びを示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３４】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３５】
前記ワイヤが、０．００１ｓ−１の歪み速度で測定した場合に、１％から７％の引張伸び、および０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲内の極限引張強度を示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３６】
前記ワイヤが金属ガラス相を含む、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３７】
前記ワイヤが、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、３５０℃から６５０℃に少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【請求項３８】
前記ワイヤが、１０℃／分の昇温速度で、ＤＳＣまたはＤＴＡで測定した場合に、−８．９から−１７３．９Ｊ／ｇの発熱エネルギーを有する少なくとも１つまたは複数のガラスから結晶への転移ピークを示す、請求項２１に記載のワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００９年１１月２日に出願された米国仮特許出願第６１／２５７３４９号の出願日の利益を主張するものであり、その開示内容は参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本開示は、ワイヤならびに比較的高い引張強度（≧０．５ＧＰａ）および引張伸び（≧１％）の組み合わせを示す、ガラス形成鉄系合金から形成された、アスペクト比（厚さ対幅の比率）が１から３３３である比較的平らなワイヤを利用した切断方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ワイヤソーに利用されるワイヤは、通常、比較的伸張性の高い鋼で作製することができ、１２０〜３８０μｍの間の全ての値および増分を含めた範囲の比較的細いワイヤ径を得るために深くドローダウン（ｄｒａｗｎ  ｄｏｗｎ）され得る。ワイヤ径の下限は、従来の伸線の段階の数および実用性、ならびに加工硬化によって低下し得る比較的有意な延性を得るための能力によって限定され得る。さらに、作製されたワイヤは、異方性をもたらす伸線構造を発現させ得る。ワイヤは、ワイヤカッティングソーに使用することができ、スラリー研磨またはダイヤモンドワイヤの２つの異なる種類を含み得る。
【０００４】
しかし、欠点もいくつか存在する。例えば、ダイヤモンドワイヤ切断では、電解銅シースで被覆することによって構成されるベースとして鋼ワイヤが使用され、典型的に１０μｍから１２０μｍのサイズのダイヤモンドに含浸され得る。次いで、ワイヤを補強するために、ワイヤ全体にニッケルが重ねて被覆され得る。ワイヤ全体の径が１４０μｍから３８０μｍに増加し得るため、これらの層の積層は切断における制限要因となる可能性がある。しかし、ワイヤ厚さは材料または切溝の損失に影響し、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、石英、ガラスなどを含む比較的高価な材料の場合、切断中の材料損失または切溝損失は重大であり得る。
【０００５】
ワイヤ径が小さくなるにつれて破断荷重（すなわち引張荷重）を大幅に低減することができるため、比較的小さなワイヤ径によって小さな切溝損失がもたらされ得る。例えば、図１を参照すると、３０Ｎの破断荷重を達成するために（安全係数なし）、ワイヤ材料が６ＧＰａの引張強度を有する場合に必要とされる最小ワイヤ径は８０μｍであり得る。したがって、純粋に強度の観点から、より細いワイヤ径の小さな断面積は、小さな断面積のワイヤの商業的実現を制限する決定的な因子と成り得る。さらに、強く引き伸ばされたワイヤは、比較的低い引張伸びを示す場合があり、小さな欠陥が亀裂の核となり得るため、ワイヤの用途が制限され得る。亀裂先端の前面における有効な塑性領域の欠如および低い延性に起因して、亀裂はその後ワイヤ内に広がり得る。両因子は、従来の鋼合金および従来の強化／延性機構を使用して商業的に成功した高アスペクト比のワイヤを製造するための性能をかなり制限し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様は、原料を切断する方法に関する。該方法は、少なくとも３５ａｔ％の鉄と、略７から５０ａｔ％の範囲内のニッケルおよび／またはコバルトと、略１から３５ａｔ％の範囲内で存在する、ホウ素、炭素、シリコン、リンおよび／または窒素からなる群から選択される少なくとも１つの非金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲内で存在する、銅、チタン、モリブデン、アルミニウム、および／またはクロムからなる群から選択される１つの金属と、を含む鉄系合金を有するワイヤであって、前記ワイヤが１を超えるアスペクト比を有し、５００ｎｍ未満の寸法の金属相および／または結晶相を示す、ワイヤを提供する段階と、前記ワイヤで前記原料を切断する段階と、を含み得る。
【０００７】
本開示の別の態様は、原料を切断するためのワイヤに関する。該ワイヤは、少なくとも３５ａｔ％の鉄と、略７から５０ａｔ％の範囲内のニッケルおよび／またはコバルトと、略１から３５ａｔ％の範囲内で存在する、ホウ素、炭素、シリコン、リンおよび／または窒素からなる群から選択される少なくとも１つの非金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲内で存在する、銅、チタン、モリブデン、アルミニウム、および／またはクロムからなる群から選択される１つの金属と、を含む鉄系合金を含んでよく、該ワイヤは、１を超えるアスペクト比、ならびに５００ｎｍ未満の寸法の金属相および／または結晶相を有する。
【０００８】
添付の図面と併用して、本明細書に記載の実施形態に関する以下の説明を参照することで、本開示の上記のおよび他の特徴、およびこれらの特徴をもたらす態様がさらに明らかとなり、より深く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】引張強度１から６ＧＰａの円形断面のワイヤのワイヤ径に応じた破断荷重のグラフの例を示す。
【図２】合金４８から作製された平ワイヤのワイヤスプールの例を示す。この平ワイヤの平均厚さは、８０μｍであり、幅は１．３ｍｍであり、アスペクト比は１６．３であった。
【図３】引張強度１から６ＧＰａであり、一定の１ｍｍ幅を有する平断面のワイヤのワイヤ径／厚さに応じた破断荷重のグラフの例を示す。
【図４】１から１０に示された平ワイヤ断面のアスペクト比の例を示す。
【図５】光起電（ＰＶ）ソーラーパネルにおけるシリコンウエハの充填密度を向上させるために、ウエハの切断の前に、円筒形シリコンインゴットを角柱にする段階を示す。
【図６】ガイド間の距離が最小であるワイヤガイドの固定位置を示す角柱シリコンインゴットのワイヤ切断の断面描写である。
【図７】ガイド間の距離が最小であるワイヤガイドの可変位置を示す、１つのエッジが円形に残された角柱シリコンインゴットのワイヤ切断の断面描写である。
【図８】１０．５ｍ／ｓで製造された長さが長い平ワイヤの例を示す。
【図９】３９、３０、１６、１０．５、７．５および５ｍ／ｓで溶融紡糸された合金１１のＤＴＡ曲線の例を示す。
【図１０】図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、断面形状の変化を示す異なる速度で溶融紡糸された平ワイヤの断面のＳＥＭ写真の例である。
【図１１】図１１ａおよび１１ｂは、合金５９におけるナノスケールスピノーダルガラスマトリクス微視的成分構造のＴＥＭ画像の例を示す。８ａはホイール側を示し、８ｂは自由側を示す。
【図１２】２つの屈曲の形成及び亀裂の存在を示す、欠陥を引き起こす引張試験後の合金１引張試験片の例を示す。
【図１３】表面欠陥の存在を示す合金１引張試験片（図９）のホイール側の拡大図の例を示す。
【図１４】破断面および無傷の切り欠きの対を示す試験後の合金４８引張試験片の例を示す。
【図１５】形成されたが短い距離のみに広がったいくつかのせん断帯を示す、図１１に示された合金４８引張試験片における底部切り欠きの拡大図の例を示す。
【図１６】ダイヤモンド圧子によってもたらされた円形圧痕を示す自由側への圧入後の合金４８平ワイヤのホイール側の例を示す。
【図１７】圧痕が表面から浮き出ているが損傷されていないことを示す、浅い角度でとられた合金４８平ワイヤにおける圧入の形状の例を示す。
【図１８】ダイヤモンド圧子によってもたらされた円形圧痕を示すホイール側への圧入後の１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸された合金４８平ワイヤの自由側の例を示す。
【図１９】ダイヤモンド圧子によってもたらされた円形圧痕を示す圧入後の１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸された合金４８平ワイヤのホイール側の例を示す。
【図２０】ダイヤモンド圧子によってもたらされた円形圧痕を示す自由側への圧入後の１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸された合金４８平ワイヤのホイール側の例を示す。
【図２１ａ】延伸平ワイヤの塑性変形の変調分布の例を示す。交互に分布した変形の大きな領域と小さな領域を示す。
【図２１ｂ】延伸平ワイヤの塑性変形の変調分布の例を示す。図２１ａの異なる領域におけるせん断帯密度を図示する。
【図２１ｃ】延伸平ワイヤの塑性変形の変調分布の例を示す。変形が小さな領域における比較的大きな間隔を有する比較的短いせん断帯を示す。
【図２１ｄ】延伸平ワイヤの塑性変形の変調分布の例を示す。変形が大きな領域に停止する２種類のせん断体および密なせん断帯を示す。
【図２２】ナノスケールのせん断体停止機構の例を示す。２２ａおよび２２ｂは、その先にＩＤＩＣ領域の分岐を含む自己誘発せん断帯停止を示す。２２ｃおよび２２ｄは、あるせん断体が別のせん断体に衝突することによる相互誘発せん断体停止を示す。これにより４つの枝が形成され、それらの全てはその後停止する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、石英、ガラスなどを含む比較的高価な材料をインゴット、クリスタル、ウエハ、薄片などに切断し、結果として比較的低い切断損失が得られ、材料の利用率を改善し、製造コストを削減することができる切断方法に関する。例えば１から３３２、１から１０、４、５、２５、５０、７５など、全ての値及び範囲をその中に含めた、１より大きく最大３３３のアスペクト比を有する比較的平らなワイヤを利用することができる。比較的平らなワイヤは、同程度の破断荷重を示す円形ワイヤより、薄い断面切断厚さで比較的高い破断荷重を示すことができる。いくつかの実施形態では、５０重量パーセント（ｗｔ％）以上の鉄を含むガラス形成鉄系合金が使用され、０．５ＧＰａ以上の比較的高い極限引張強度および１％以上の引張伸びの組み合わせがもたらされ得る。ワイヤは、硬質粒子および／またはダイヤモンドで被覆および／または含浸されてもされなくてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ワイヤの化学的構造は、少なくとも３５ａｔ％の鉄と、約７から５０ａｔ％の範囲のニッケルおよび／またはコバルト、略１から３５ａｔ％の範囲で存在するホウ素、炭素、シリコン、リン、および／または窒素からなる群から選択された少なくとも１つの金属または半金属と、略０から２５ａｔ％の範囲で存在する銅、チタン、モリブデン、アルミニウムおよび／またはクロムからなる群から選択された１つの金属とを含むか、基本的にこれらから構成されるか、またはこれらから構成され得る。当然のことながら、最大５ａｔ％の追加の原子が合金組成内に不純物として存在し得る。合金は、工業純度（最大５ａｔ％の不純物許容）および高純度（不純物１ａｔ％未満）の原料のいずれかまたは両方で形成され得る。ワイヤは、１０２から１０６Ｋ／ｓの金属ガラス形成の臨界冷却速度を示し得るガラス形成合金化学的構造から形成され得る。さらに、形成されたワイヤは、１０℃／分の速度での示差走査熱量測定（ＤＳＣ）または示差熱分析（ＤＴＡ）によって測定した場合に−８．９から−１７３．９Ｊ／ｇの発熱エネルギーを有し、３５０℃から６５０℃の範囲内に少なくとも１つの結晶ピークを有する、完全なおよび／または部分的な金属ガラス微細構造を示し得る。形成されたワイヤは、金属ガラスおよび／または５００ｎｍ未満の結晶相を含むかまたはそれらから構成される構造を示し得る。ワイヤは、例えば０．５ＧＰａから４．５ＧＰａの範囲など、その中の全ての値および範囲を含む、０．５ＧＰａ以上の比較的高い極限引張強度、おおび例えば１％から７％の範囲など、その中のすべての値および範囲を含む、１％以上の引張伸びを示し得る。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ワイヤは、例えば鉄系ガラス合金ワイヤとすることができ、以下の範囲内の全ての値および増分を含む、４０ａｔ％から６８ａｔ％存在する鉄と、１３ａｔ％から３９ａｔ％存在するニッケルおよび／またはコバルトと、１２ａｔ％から２９ａｔ％の範囲内で存在するホウ素、炭素および／またはシリコンと、任意で１ａｔ％から２０ａｔ％の範囲内で存在するクロム、チタン、モリブデン、アルミニウムなどの１つまたは複数の遷移金属と、を含み得る。さらに、ニッケルが存在する場合は、その中の全ての値および増分を含み、１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在してよく、コバルトが存在する場合は、１から２１ａｔ％の範囲で存在してよい。さらに、ホウ素が存在する場合は、１２から１９ａｔ％の範囲で存在してよく、炭素が存在する場合は、１から６ａｔ％の範囲で存在してよく、シリコンが存在する場合は、０．３から４ａｔ％の範囲で存在してよい。
【００１３】
いくつかの上記の好ましい実施形態では、ワイヤは、４３から６８ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１５ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２から２１ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２から１９ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、炭素が存在する場合は１から６ａｔ％の範囲で存在する炭素と、シリコンが存在する場合は０．１から４ａｔ％の範囲内で存在するシリコンと、を含むか、これらから基本的に構成されるか、またはこれらから構成され得る。これらの好ましい合金は、特に、クロムを含まないものとすることができる。このような合金は、３６６から５０６℃の範囲内の一次ガラス転移開始温度および４０３℃から５３２℃の範囲内の一次ピークガラス転移温度を示し得る。さらに、合金は、４４０℃から６０６℃の範囲内の二次ガラス転移開始温度および４５１から６１８℃の範囲内の二次ピークガラス転移温度を示し得る。ガラス転移温度は、１０℃／分の速度で、示差熱分析（ＤＴＡ）または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定することができる。さらに、合金は、１．５４から６．８％の範囲内の引張伸び、１．０８から３．７ＧＰａの極限引張強度、および９９．８から３２１Ｎの引張荷重を示し得る。試験された合金は、１０．５ｍ／ｓの速度で溶融紡糸され、試験は約０．００１ｓ−１の歪み速度で実施された。形成されたワイヤは、５００ｎｍ未満のサイズの結晶相および／または金属を有し得る。
【００１４】
他の好ましい実施形態では、ワイヤは、４０ａｔ％から６５ａｔ％の範囲内で存在する鉄と、１３ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するニッケルと、２ａｔ％から１２ａｔ％の範囲内で存在するコバルトと、１２ａｔ％から１７ａｔ％の範囲内で存在するホウ素と、０．１ａｔ％から４ａｔ％の範囲内で存在するシリコンと、１ａｔ％から２０ａｔ％の範囲内で存在するクロムと、を含むか、これらから基本的に構成されるか、またはこれらから構成され得る。これらの好ましい合金は、特に、炭素を含まないものとすることができる。このような合金は、３９０から４８６℃の範囲内の一次ガラス転移開始温度および４１６から４９５℃の範囲内の一次ピークガラス転移温度を示し得る。さらに、合金は、４５２から５４６℃の範囲内の二次ガラス転移開始温度および４６４から５５６℃の二次ピークガラス転移温度を示し得る。ガラス転移温度は、１０℃／分の速度で、示差熱分析（ＤＴＡ）または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定することができる。さらに、合金は、２．７７から４．８％の引張伸び、２．７３から４．６６ＧＰａの極限引張強度、および１１５．９から２０１．４Ｎの引張荷重を示し得る。試験された合金は、１６ｍ／ｓの速度で溶融紡糸され、試験は約０．００１ｓ−１の歪み速度で実施された。形成されたワイヤは、５００ｎｍ未満のサイズの結晶相および／または金属を有し得る。
【００１５】
したがって、合金は、４０．０ａｔ％、４０．１ａｔ％ａｔ％、４０．２ａｔ％、４０．３ａｔ％、４０．４ａｔ％、４０．５ａｔ％、４０．６ａｔ％、４０．７ａｔ％、４０．８ａｔ％、４０．９ａｔ％、４１ａｔ％、４１．１ａｔ％、４１．２ａｔ％、４１．３ａｔ％、４１．４ａｔ％、４１．５ａｔ％、４１．６ａｔ％、４１．７ａｔ％、４１．８ａｔ％、４１．９ａｔ％、４２ａｔ％、４２．１ａｔ％、４２．２ａｔ％、４２．３ａｔ％、４２．４ａｔ％、４２．５ａｔ％、４２．６ａｔ％、４２．７ａｔ％、４２．８ａｔ％、４２．９ａｔ％、４３ａｔ％、４３．１ａｔ％、４３．２ａｔ％、４３．３ａｔ％、４３．４ａｔ％、４３．５ａｔ％、４３．６ａｔ％、４３．７ａｔ％、４３．８ａｔ％、４３．９ａｔ％、４４ａｔ％、４４．１ａｔ％、４４．２ａｔ％、４４．３ａｔ％、４４．４ａｔ％、４４．５ａｔ％、４４．６ａｔ％、４４．７ａｔ％、４４．８ａｔ％、４４．９ａｔ％、４５ａｔ％、４５．１ａｔ％、４５．２ａｔ％、４５．３ａｔ％、４５．４ａｔ％、４５．５ａｔ％、４５．６ａｔ％、４５．７ａｔ％、４５．８ａｔ％、４５．９ａｔ％、４６ａｔ％、４６．１ａｔ％、４６．２ａｔ％、４６．３ａｔ％、４６．４ａｔ％、４６．５ａｔ％、４６．６ａｔ％、４６．７ａｔ％、４６．８ａｔ％、４６．９ａｔ％、４７ａｔ％、４７．１ａｔ％、４７．２ａｔ％、４７．３ａｔ％、４７．４ａｔ％、４７．５ａｔ％、４７．６ａｔ％、４７．７ａｔ％、４７．８ａｔ％、４７．９ａｔ％、４８ａｔ％、４８．１ａｔ％、４８．２ａｔ％、４８．３ａｔ％、４８．４ａｔ％、４８．５ａｔ％、４８．６ａｔ％、４８．７ａｔ％、４８．８ａｔ％、４８．９ａｔ％、４９ａｔ％、４９．１ａｔ％、４９．２ａｔ％、４９．３ａｔ％、４９．４ａｔ％、４９．５ａｔ％、４９．６ａｔ％、４９．７ａｔ％、４９．８ａｔ％、４９．９ａｔ％、５０ａｔ％、５０．１ａｔ％、５０．２ａｔ％、５０．３ａｔ％、５０．４ａｔ％、５０．５ａｔ％、５０．６ａｔ％、５０．７ａｔ％、５０．８ａｔ％、５０．９ａｔ％、５１ａｔ％、５１．１ａｔ％、５１．２ａｔ％、５１．３ａｔ％、５１．４ａｔ％、５１．５ａｔ％、５１．６ａｔ％、５１．７ａｔ％、５１．８ａｔ％、５１．９ａｔ％、５２ａｔ％、５２．１ａｔ％、５２．２ａｔ％、５２．３ａｔ％、５２．４ａｔ％、５２．５ａｔ％、５２．６ａｔ％、５２．７ａｔ％、５２．８ａｔ％、５２．９ａｔ％、５３ａｔ％、５３．１ａｔ％、５３．２ａｔ％、５３．３ａｔ％、５３．４ａｔ％、５３．５ａｔ％、５３．６ａｔ％、５３．７ａｔ％、５３．８ａｔ％、５３．９ａｔ％、５４ａｔ％、５４．１ａｔ％、５４．２ａｔ％、５４．３ａｔ％、５４．４ａｔ％、５４．５ａｔ％、５４．６ａｔ％、５４．７ａｔ％、５４．８ａｔ％、５４．９ａｔ％、５５ａｔ％、５５．１ａｔ％、５５．２ａｔ％、５５．３ａｔ％、５５．４ａｔ％、５５．５ａｔ％、５５．６ａｔ％、５５．７ａｔ％、５５．８ａｔ％、５５．９ａｔ％、５６ａｔ％、５６．１ａｔ％、５６．２ａｔ％、５６．３ａｔ％、５６．４ａｔ％、５６．５ａｔ％、５６．６ａｔ％、５６．７ａｔ％、５６．８ａｔ％、５６．９ａｔ％、５７ａｔ％、５７．１ａｔ％、５７．２ａｔ％、５７．３ａｔ％、５７．４ａｔ％、５７．５ａｔ％、５７．６ａｔ％、５７．７ａｔ％、５７．８ａｔ％、５７．９ａｔ％、５８ａｔ％、５８．１ａｔ％、５８．２ａｔ％、５８．３ａｔ％、５８．４ａｔ％、５８．５ａｔ％、５８．６ａｔ％、５８．７ａｔ％、５８．８ａｔ％、５８．９ａｔ％、５９ａｔ％、５９．１ａｔ％、５９．２ａｔ％、５９．３ａｔ％、５９．４ａｔ％、５９．５ａｔ％、５９．６ａｔ％、５９．７ａｔ％、５９．８ａｔ％、５９．９ａｔ％、６０ａｔ％、６０．１ａｔ％、６０．２ａｔ％、６０．３ａｔ％、６０．４ａｔ％、６０．５ａｔ％、６０．６ａｔ％、６０．７ａｔ％、６０．８ａｔ％、６０．９ａｔ％、６１ａｔ％、６１．１ａｔ％、６１．２ａｔ％、６１．３ａｔ％、６１．４ａｔ％、６１．５ａｔ％、６１．６ａｔ％、６１．７ａｔ％、６１．８ａｔ％、６１．９ａｔ％、６２ａｔ％、６２．１ａｔ％、６２．２ａｔ％、６２．３ａｔ％、６２．４ａｔ％、６２．５ａｔ％、６２．６ａｔ％、６２．７ａｔ％、６２．８ａｔ％、６２．９ａｔ％、６３ａｔ％、６３．１ａｔ％、６３．２ａｔ％、６３．３ａｔ％、６３．４ａｔ％、６３．５ａｔ％、６３．６ａｔ％、６３．７ａｔ％、６３．８ａｔ％、６３．９ａｔ％、６４ａｔ％、６４．１ａｔ％、６４．２ａｔ％、６４．３ａｔ％、６４．４ａｔ％、６４．５ａｔ％、６４．６ａｔ％、６４．７ａｔ％、６４．８ａｔ％、６４．９ａｔ％、６５ａｔ％、６５．１ａｔ％、６５．２ａｔ％、６５．３ａｔ％、６５．４ａｔ％、６５．５ａｔ％、６５．６ａｔ％、６５．７ａｔ％、６５．８ａｔ％、６５．９ａｔ％、６６ａｔ％、６６．１ａｔ％、６６．２ａｔ％、６６．３ａｔ％、６６．４ａｔ％、６６．５ａｔ％、６６．６ａｔ％、６６．７ａｔ％、６６．８ａｔ％、６６．９ａｔ％、６７ａｔ％、６７．１ａｔ％、６７．２ａｔ％、６７．３ａｔ％、６７．４ａｔ％、６７．５ａｔ％、６７．６ａｔ％、６７．７ａｔ％、６７．８ａｔ％、６７．９ａｔ％、および／または６８．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で存在する鉄を含み得る。ニッケルは、１３ａｔ％、１３．１ａｔ％、１３．２ａｔ％、１３．３ａｔ％、１３．４ａｔ％、１３．５ａｔ％、１３．６ａｔ％、１３．７ａｔ％、１３．８ａｔ％、１３．９ａｔ％、１４ａｔ％、１４．１ａｔ％、１４．２ａｔ％、１４．３ａｔ％、１４．４ａｔ％、１４．５ａｔ％、１４．６ａｔ％、１４．７ａｔ％、１４．８ａｔ％、１４．９ａｔ％、１５ａｔ％、１５．１ａｔ％、１５．２ａｔ％、１５．３ａｔ％、１５．４ａｔ％、１５．５ａｔ％、１５．６ａｔ％、１５．７ａｔ％、１５．８ａｔ％、１５．９ａｔ％、１６ａｔ％、１６．１ａｔ％、１６．２ａｔ％、１６．３ａｔ％、１６．４ａｔ％、１６．５ａｔ％、１６．６ａｔ％、１６．７ａｔ％、１６．８ａｔ％、１６．９ａｔ％、および／または１７．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で存在し得る。コバルトは、２ａｔ％、２．１ａｔ％、２．２ａｔ％、２．３ａｔ％、２．４ａｔ％、２．５ａｔ％、２．６ａｔ％、２．７ａｔ％、２．８ａｔ％、２．９ａｔ％、３ａｔ％、３．１ａｔ％、３．２ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、３．５ａｔ％、３．６ａｔ％、３．７ａｔ％、３．８ａｔ％、３．９ａｔ％、４ａｔ％、４．１ａｔ％、４．２ａｔ％、４．３ａｔ％、４．４ａｔ％、４．５ａｔ％、４．６ａｔ％、４．７ａｔ％、４．８ａｔ％、４．９ａｔ％、５ａｔ％、５．１ａｔ％、５．２ａｔ％、５．３ａｔ％、５．４ａｔ％、５．５ａｔ％、５．６ａｔ％、５．７ａｔ％、５．８ａｔ％、５．９ａｔ％、６ａｔ％、６．１ａｔ％、６．２ａｔ％、６．３ａｔ％、６．４ａｔ％、６．５ａｔ％、６．６ａｔ％、６．７ａｔ％、６．８ａｔ％、６．９ａｔ％、７ａｔ％、７．１ａｔ％、７．２ａｔ％、７．３ａｔ％、７．４ａｔ％、７．５ａｔ％、７．６ａｔ％、７．７ａｔ％、７．８ａｔ％、７．９ａｔ％、８ａｔ％、８．１ａｔ％、８．２ａｔ％、８．３ａｔ％、８．４ａｔ％、８．５ａｔ％、８．６ａｔ％、８．７ａｔ％、８．８ａｔ％、８．９ａｔ％、９ａｔ％、９．１ａｔ％、９．２ａｔ％、９．３ａｔ％、９．４ａｔ％、９．５ａｔ％、９．６ａｔ％、９．７ａｔ％、９．８ａｔ％、９．９ａｔ％、１０ａｔ％、１０．１ａｔ％、１０．２ａｔ％、１０．３ａｔ％、１０．４ａｔ％、１０．５ａｔ％、１０．６ａｔ％、１０．７ａｔ％、１０．８ａｔ％、１０．９ａｔ％、１１ａｔ％、１１．１ａｔ％、１１．２ａｔ％、１１．３ａｔ％、１１．４ａｔ％、１１．５ａｔ％、１１．６ａｔ％、１１．７ａｔ％、１１．８ａｔ％、１１．９ａｔ％、１２ａｔ％、１２．１ａｔ％、１２．２ａｔ％、１２．３ａｔ％、１２．４ａｔ％、１２．５ａｔ％、１２．６ａｔ％、１２．７ａｔ％、１２．８ａｔ％、１２．９ａｔ％、１３ａｔ％、１３．１ａｔ％、１３．２ａｔ％、１３．３ａｔ％、１３．４ａｔ％、１３．５ａｔ％、１３．６ａｔ％、１３．７ａｔ％、１３．８ａｔ％、１３．９ａｔ％、１４ａｔ％、１４．１ａｔ％、１４．２ａｔ％、１４．３ａｔ％、１４．４ａｔ％、１４．５ａｔ％、１４．６ａｔ％、１４．７ａｔ％、１４．８ａｔ％、１４．９ａｔ％、１５ａｔ％、１５．１ａｔ％、１５．２ａｔ％、１５．３ａｔ％、１５．４ａｔ％、１５．５ａｔ％、１５．６ａｔ％、１５．７ａｔ％、１５．８ａｔ％、１５．９ａｔ％、１６ａｔ％、１６．１ａｔ％、１６．２ａｔ％、１６．３ａｔ％、１６．４ａｔ％、１６．５ａｔ％、１６．６ａｔ％、１６．７ａｔ％、１６．８ａｔ％、１６．９ａｔ％、１７ａｔ％、１７．１ａｔ％、１７．２ａｔ％、１７．３ａｔ％、１７．４ａｔ％、１７．５ａｔ％、１７．６ａｔ％、１７．７ａｔ％、１７．８ａｔ％、１７．９ａｔ％、１８ａｔ％、１８．１ａｔ％、１８．２ａｔ％、１８．３ａｔ％、１８．４ａｔ％、１８．５ａｔ％、１８．６ａｔ％、１８．７ａｔ％、１８．８ａｔ％、１８．９ａｔ％、１９ａｔ％、１９．１ａｔ％、１９．２ａｔ％、１９．３ａｔ％、１９．４ａｔ％、１９．５ａｔ％、１９．６ａｔ％、１９．７ａｔ％、１９．８ａｔ％、１９．９ａｔ％、２０ａｔ％、２０．１ａｔ％、２０．２ａｔ％、２０．３ａｔ％、２０．４ａｔ％、２０．５ａｔ％、２０．６ａｔ％、２０．７ａｔ％、２０．８ａｔ％、２０．９ａｔ％、および／または２１．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で存在し得る。ホウ素は、１２ａｔ％、１２．１ａｔ％、１２．２ａｔ％、１２．３ａｔ％、１２．４ａｔ％、１２．５ａｔ％、１２．６ａｔ％、１２．７ａｔ％、１２．８ａｔ％、１２．９ａｔ％、１３ａｔ％、１３．１ａｔ％、１３．２ａｔ％、１３．３ａｔ％、１３．４ａｔ％、１３．５ａｔ％、１３．６ａｔ％、１３．７ａｔ％、１３．８ａｔ％、１３．９ａｔ％、１４ａｔ％、１４．１ａｔ％、１４．２ａｔ％、１４．３ａｔ％、１４．４ａｔ％、１４．５ａｔ％、１４．６ａｔ％、１４．７ａｔ％、１４．８ａｔ％、１４．９ａｔ％、１５ａｔ％、１５．１ａｔ％、１５．２ａｔ％、１５．３ａｔ％、１５．４ａｔ％、１５．５ａｔ％、１５．６ａｔ％、１５．７ａｔ％、１５．８ａｔ％、１５．９ａｔ％、１６ａｔ％、１６．１ａｔ％、１６．２ａｔ％、１６．３ａｔ％、１６．４ａｔ％、１６．５ａｔ％、１６．６ａｔ％、１６．７ａｔ％、１６．８ａｔ％、１６．９ａｔ％、１７ａｔ％、１７．１ａｔ％、１７．２ａｔ％、１７．３ａｔ％、１７．４ａｔ％、１７．５ａｔ％、１７．６ａｔ％、１７．７ａｔ％、１７．８ａｔ％、１７．９ａｔ％、１８ａｔ％、１８．１ａｔ％、１８．２ａｔ％、１８．３ａｔ％、１８．４ａｔ％、１８．５ａｔ％、１８．６ａｔ％、１８．７ａｔ％、１８．８ａｔ％、１８．９ａｔ％、および／または１９．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で存在し得る。炭素は、０．０ａｔ％、１ａｔ％、１．１ａｔ％、１．２ａｔ％、１．３ａｔ％、１．４ａｔ％、１．５ａｔ％、１．６ａｔ％、１．７ａｔ％、１．８ａｔ％、１．９ａｔ％、２ａｔ％、２．１ａｔ％、２．２ａｔ％、２．３ａｔ％、２．４ａｔ％、２．５ａｔ％、２．６ａｔ％、２．７ａｔ％、２．８ａｔ％、２．９ａｔ％、３ａｔ％、３．１ａｔ％、３．２ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、３．５ａｔ％、３．６ａｔ％、３．７ａｔ％、３．８ａｔ％、３．９ａｔ％、４ａｔ％、４．１ａｔ％、４．２ａｔ％、４．３ａｔ％、４．４ａｔ％、４．５ａｔ％、４．６ａｔ％、４．７ａｔ％、４．８ａｔ％、４．９ａｔ％、５ａｔ％、５．１ａｔ％、５．２ａｔ％、５．３ａｔ％、５．４ａｔ％、５．５ａｔ％、５．６ａｔ％、５．７ａｔ％、５．８ａｔ％、５．９ａｔ％、および／または６．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で任意で存在し得る。シリコンは、０．１ａｔ％、０．２ａｔ％、０．３ａｔ％、０．４ａｔ％、０．５ａｔ％、０．６ａｔ％、０．７ａｔ％、０．８ａｔ％、０．９ａｔ％、１ａｔ％、１．１ａｔ％、１．２ａｔ％、１．３ａｔ％、１．４ａｔ％、１．５ａｔ％、１．
６ａｔ％、１．７ａｔ％、１．８ａｔ％、１．９ａｔ％、２ａｔ％、２．１ａｔ％、２．２ａｔ％、２．３ａｔ％、２．４ａｔ％、２．５ａｔ％、２．６ａｔ％、２．７ａｔ％、２．８ａｔ％、２．９ａｔ％、３ａｔ％、３．１ａｔ％、３．２ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、３．５ａｔ％、３．６ａｔ％、３．７ａｔ％、３．８ａｔ％、３．９ａｔ％、および／または４．０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で存在し得る。クロムは、０．０ａｔ％、１ａｔ％、１．１ａｔ％、１．２ａｔ％、１．３ａｔ％、１．４ａｔ％、１．５ａｔ％、１．６ａｔ％、１．７ａｔ％、１．８ａｔ％、１．９ａｔ％、２ａｔ％、２．１ａｔ％、２．２ａｔ％、２．３ａｔ％、２．４ａｔ％、２．５ａｔ％、２．６ａｔ％、２．７ａｔ％、２．８ａｔ％、２．９ａｔ％、３ａｔ％、３．１ａｔ％、３．２ａｔ％、３．３ａｔ％、３．４ａｔ％、３．５ａｔ％、３．６ａｔ％、３．７ａｔ％、３．８ａｔ％、３．９ａｔ％、４ａｔ％、４．１ａｔ％、４．２ａｔ％、４．３ａｔ％、４．４ａｔ％、４．５ａｔ％、４．６ａｔ％、４．７ａｔ％、４．８ａｔ％、４．９ａｔ％、５ａｔ％、５．１ａｔ％、５．２ａｔ％、５．３ａｔ％、５．４ａｔ％、５．５ａｔ％、５．６ａｔ％、５．７ａｔ％、５．８ａｔ％、５．９ａｔ％、６ａｔ％、６．１ａｔ％、６．２ａｔ％、６．３ａｔ％、６．４ａｔ％、６．５ａｔ％、６．６ａｔ％、６．７ａｔ％、６．８ａｔ％、６．９ａｔ％、７ａｔ％、７．１ａｔ％、７．２ａｔ％、７．３ａｔ％、７．４ａｔ％、７．５ａｔ％、７．６ａｔ％、７．７ａｔ％、７．８ａｔ％、７．９ａｔ％、８ａｔ％、８．１ａｔ％、８．２ａｔ％、８．３ａｔ％、８．４ａｔ％、８．５ａｔ％、８．６ａｔ％、８．７ａｔ％、８．８ａｔ％、８．９ａｔ％、９ａｔ％、９．１ａｔ％、９．２ａｔ％、９．３ａｔ％、９．４ａｔ％、９．５ａｔ％、９．６ａｔ％、９．７ａｔ％、９．８ａｔ％、９．９ａｔ％、１０ａｔ％、１０．１ａｔ％、１０．２ａｔ％、１０．３ａｔ％、１０．４ａｔ％、１０．５ａｔ％、１０．６ａｔ％、１０．７ａｔ％、１０．８ａｔ％、１０．９ａｔ％、１１ａｔ％、１１．１ａｔ％、１１．２ａｔ％、１１．３ａｔ％、１１．４ａｔ％、１１．５ａｔ％、１１．６ａｔ％、１１．７ａｔ％、１１．８ａｔ％、１１．９ａｔ％、１２ａｔ％、１２．１ａｔ％、１２．２ａｔ％、１２．３ａｔ％、１２．４ａｔ％、１２．５ａｔ％、１２．６ａｔ％、１２．７ａｔ％、１２．８ａｔ％、１２．９ａｔ％、１３ａｔ％、１３．１ａｔ％、１３．２ａｔ％、１３．３ａｔ％、１３．４ａｔ％、１３．５ａｔ％、１３．６ａｔ％、１３．７ａｔ％、１３．８ａｔ％、１３．９ａｔ％、１４ａｔ％、１４．１ａｔ％、１４．２ａｔ％、１４．３ａｔ％、１４．４ａｔ％、１４．５ａｔ％、１４．６ａｔ％、１４．７ａｔ％、１４．８ａｔ％、１４．９ａｔ％、１５ａｔ％、１５．１ａｔ％、１５．２ａｔ％、１５．３ａｔ％、１５．４ａｔ％、１５．５ａｔ％、１５．６ａｔ％、１５．７ａｔ％、１５．８ａｔ％、１５．９ａｔ％、１６ａｔ％、１６．１ａｔ％、１６．２ａｔ％、１６．３ａｔ％、１６．４ａｔ％、１６．５ａｔ％、１６．６ａｔ％、１６．７ａｔ％、１６．８ａｔ％、１６．９ａｔ％、１７ａｔ％、１７．１ａｔ％、１７．２ａｔ％、１７．３ａｔ％、１７．４ａｔ％、１７．５ａｔ％、１７．６ａｔ％、１７．７ａｔ％、１７．８ａｔ％、１７．９ａｔ％、１８ａｔ％、１８．１ａｔ％、１８．２ａｔ％、１８．３ａｔ％、１８．４ａｔ％、１８．５ａｔ％、１８．６ａｔ％、１８．７ａｔ％、１８．８ａｔ％、１８．９ａｔ％、１９ａｔ％、１９．１ａｔ％、１９．２ａｔ％、１９．３ａｔ％、１９．４ａｔ％、１９．５ａｔ％、１９．６ａｔ％、１９．７ａｔ％、１９．８ａｔ％、１９．９ａｔ％、および／または２０ａｔ％のうちの１つまたは複数の増分で任意で存在し得る。
【００１６】
多くの方法を使用して、本明細書に開示されたアスペクト比が１より大きいワイヤを製造することが可能であり、該方法として、例えば、溶融紡糸、ホイール鋳造、噴射鋳造、平面流鋳造およびこれらの方法の変形によって液体から直接または間接的にワイヤを形成する方法が挙げられる。例えば、このような連続したワイヤを形成するための１つの方法として、ガス圧を使用して、高速で移動する銅ホイール上に液体溶融物を射出することができる溶融紡糸／噴射鋳造法が挙げられる。いくつかの実施形態では、ワイヤは、目的のアスペクト比に作製するために、金属流の方向と平行に整列された溝を有する機械加工されたホイール上で形成され得る。ワイヤ引き伸ばしはまた、長方形の断面を有するダイス、または楕円形のダイスなどのその他の比較的アスペクト比の高いダイスを使用して実施され得る。ダイスのアスペクト比は、その中の全ての値および増分を含む、１より大きく３３３までとすることができ、例えば１より大きく１０まで、１より大きく２５まで、１より大きく５０まで、１より大きく１００まで、２から１０、２から２５、２から５０などであり得る。別の例では、従来の円形断面のワイヤは、ローリングによって後処理され得るかまたは、ワイヤは鋳造されて比較的高いアスペクト比を有する断面が導入され得ると考えられる。さらに、合金は、不活性雰囲気または空気中で処理され得る。例えば、ヘリウムまたはアルゴンガスが処理環境に供給され得る。例えば１ｋｍから１，０００ｋｍなど、１ｋｍより長い長さを有する比較的長い長さのワイヤを得ることができる。また、上記の方法によって液体溶融物から製造されたワイヤは、ワイヤドローイングまたは束ワイヤドローイングなどの従来の変形手段から製造された従来のワイヤとは明らかに異なり得る。バルクスケール（ミクロンレベル）で異方性構造をもたらし得るドローイングなどの機械的後処理によって製造されたワイヤと比較すると、液体溶融物から製造されたワイヤは、機械的および／または形態的特性に関して、バルクスケール（ミクロンレベル）で等方性構造を示す。
【００１７】
比較的長い連続した平ワイヤ（リボンとも称される）は、その中の全ての値及び範囲を含み、０．８ｍｍから２ｍｍの幅、およびその中の全ての値及び範囲を含み、１５μｍから１５０μｍの厚さを有し得る。幅、厚さおよびアスペクト比を含む平ワイヤの物理的寸法は、ノズル穴径、金属流量、金属粘度および表面張力、ホイール接線速度などを含むさまざまな因子に依存し得る。いくつかの例では、製造されたワイヤの断面は、可変の深さおよび幅を有するホイールの溝を機械加工することによってさらに変更することができる。
【００１８】
図２には、表２に記載された合金４８から形成された、８０μｍの厚さ、１．３ｍｍの幅、および約１６．３のアスペクト比を有する平ワイヤのワイヤスプールの例が示されている。液体溶融物からの急冷を含む溶融紡糸法へのその他の変更は、ワイヤ鋳造法および平面流鋳造を含み得る。ワイヤ鋳造法では、液体溶融物を高速移動するホイール上に射出するというよりも、回転している液体冷却剤中に射出することにより、その中の全ての値及び増分を含む、典型的に１００から１５０μｍの厚さを有する非円形断面がもたらされ得る。平面流鋳造法では、液体溶融物は、幅広いローラー上に流され、最大８．４インチ（２１５ｍｍ）のシート幅が典型的に１６μｍから７５μｍの厚さで製造され得る。シートの切断において、この方法では、ずっと大きなアスペクト比が許容され得る。例えば、１インチの厚さのストリップがシートから切断され、１インチの厚さおよび７５μｍの幅を有し、３３３のアスペクト比を示すワイヤが形成され得る。
【００１９】
形成されたワイヤは、スピノーダルガラスマトリックス微細成分を示すことができ、該微細成分は、核形成制御されない転移機構によって形成される微細成分と解釈することができる。さらに基本的には、スピノーダル分解とは、合金の２つ以上の成分（例えば金属組成物）の溶液が、明らかに異なる化学組成及び物理特性を有する異なる領域（または相）に分離され得る機構と解釈することができる。この機構は、相分離が離散した核形成部に限らず材料全体にわたって一様に生じるという点で従来の核形成とは異なる。相として、先に示唆したように、例えば１つまたは複数の半結晶クラスターまたは結晶相が挙げられ、したがって、化学変動によって少なくとも１つの明らかな結晶相が得られるまで、局所レベルで原子の連続拡散により形成され得る。半結晶クラスターとは、本明細書では、最大直線寸法が２ｍｍ以下であるものと解釈することができ、結晶クラスターとは、最大直線寸法が、その中の全ての値及び範囲を含み、２ｎｍを超えるもの、例えば最大５００ｎｍであるものと解釈することができる。スピノーダル分解の初期段階の間、形成されるクラスターは小さく、それらの化学組成はガラスマトリックスとは異なるが、それらは未だ完全に結晶化しておらず、十分に規則的な結晶周期性を有しない。追加の結晶相は、同じ結晶構造または異なる構造を示すことができる。さらに、ガラスマトリックス相が形成され得る。ガラスマトリックスは、ランダムに充填され得る固相における構造単位の集合体の形をとり得るミクロ構造を含むものと解釈することができる。構造単位の微細化のレベルまたはサイズは、オングストローム程度の範囲（すなわち５Åから１００Å）であり得る。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ワイヤは、研磨粒子をコーティングおよび／または含浸させることができる。研磨粒子は、９を超えるモース硬度を有する粒子を含んでよく、例えばダイヤモンド、コランダム、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、チタンカーバイド、立方晶窒化ホウ素などを含み得る。粒子径は、その中の全ての値および範囲を含み、１０μｍから１２０μｍの範囲であり得る。さらに、ワイヤは、ニッケル保護膜またはオーバーストライク（ｏｖｅｒｓｔｒｉｋｅ）によって被覆することができ、ワイヤ表面は、少なくとも部分的にオーバーストライクコーティングによって被覆され得る。保護膜は、ワイヤに被覆または含浸された粒子が存在する場合、それらを保持するように使用することができる。
【００２１】
ワイヤは、ワイヤカッティングソーにおいて使用することができ、該ソーは、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、石英、ガラスなどを含む原料をインゴット、クリスタル、ウエハ、薄片などに切断するためのスラリー研磨ソーまたはダイヤモンドワイヤソーを含み得るが、これらに限定されるわけではない。スラリー研磨ワイヤ切断では、裸の鋼ワイヤまたは真ちゅうをコーティングした鋼ワイヤを、スラリー研磨材と組み合わせて利用することができる。スラリーは水性スラリーとすることができ、その中の研磨材は、１つまたは複数のシリコンカーバイド、酸化アルミニウム、タングステンカーバイド、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、またはその他のモース硬度が９以上の硬質粒子を含み得る。比較的高速で動くワイヤは、液体スラリー中の研磨材と接触し、研磨材をワイヤと原料の間に捕捉することによって、原料を切断することができる。ダイヤモンドワイヤ切断では、ワイヤは、ベースとして使用することができ、その上に追加の層を積層することができる。例えば、ワイヤは、まず、ダイヤモンドを含浸された電解銅シース、またはその中の全ての値及び範囲を含む、粒径１０μｍから１２０μｍの範囲を有し得るその他のモース硬度９以上の硬質粒子で被覆され得る。ワイヤを補強するために、ワイヤ全体にニッケル、銅、銀、または金被膜を被覆することができる。比較的平らな（すなわち厚さ対幅が高アスペクト比）ワイヤは、適当なワイヤガイドを使用した切断においてワイヤが整列されるようなワイヤ切断工程に利用することができる。例えば、ワイヤは、切断が比較的薄いエッジで行われ、一方で比較的厚いエッジ（すなわち、より大きな断面積）が全体的な破断荷重に寄与するように配列され得る。
【００２２】
図３には、１ＧＰａから６ＧＰａの引張強度を有する、一定の１ｍｍの幅での平断面ワイヤにおける、ワイヤ径に応じた破断荷重の例が示されている。説明されたように、比較的大きな断面積によって、類似の切断径の円形断面と比較してより高い破断荷重を得ることができる。例えば、３０Ｎの破断荷重（前述と同様に安全係数なし）を維持するためには、引張強度１ＧＰａのワイヤでは３０μｍの厚さのワイヤを使用することができる。より大きな引張強度または大きなワイヤ幅では、３０μｍ未満のワイヤ厚さでさえ切断する性能をもたらし得る。
【００２３】
さまざまな引張強度のワイヤで１０Ｎ、２５Ｎおよび５０Ｎの破断荷重に必要とされる円形ワイヤの径と平ワイヤの厚さ（１ｍｍ幅を有する）の間の直接理論比較を表１に示す。表に示されるように、特定の破断荷重目標および引張強度では、円形断面を有するワイヤと比較して、平ワイヤに必要とされるワイヤ径／厚さはずっと小さい。さらに、当然のことながら、場合によっては、必要な破断荷重よりも高くワイヤを過大設計する多くの理由がある場合もある。過大設計により、例えば、ワイヤ破損の可能性を制限してワイヤ切断の安全係数が増加し、ワイヤを廃棄するまでに複数回使用することができるようにする。さらに、平ワイヤの形状および耐荷重幅に起因して、所与の切断径でより高い荷重力を適用することができ、これにより、ワイヤがよりピンと張り、横滑りしたりガタガタ音を立てたりする可能性が低くなる。したがって、切溝損失をさらに低減させることができる。
【００２４】
【表１】
2013511393.tif 000003
【００２５】
広範囲にわたるワイヤ断面のアスペクト比が考えられる。アスペクト比とは、幅を厚さで割ったものとして定義することができる。当然のことながら、円形または四角形の断面を有するワイヤのアスペクト比は１に等しい。図４は、さまざまな可能性のある平ワイヤ断面１から１０に対する選択されたアスペクト比の例を示す。例えば、図示されるように、厚さ対幅の比は、１：１、４：３、３：２、１６：９、２：１、３：１、５：１、または１０：１とすることができる。しかし、当然のことながら、数多くの選択肢が可能であり、選択されるアスペクト比は、製造工程、抽出ワイヤ形状、破断荷重要件、および／または安全係数目標に依存し得る。切断は、切溝損失を最小限にするために、ワイヤの最小または最薄の面を使用して実施されるように、ワイヤを整列して使用することができる。
【００２６】
１実施例では、本明細書に記載されたワイヤを使用してシリコンインゴットからシリコンウエハを切断することができる。シリコンインゴットは、円筒形２０に成長され得る。太陽電池におけるシリコンウエハの充填密度を向上させるために、円柱形インゴットに、平らな面が形成され得る。すなわち、図５に示すように、湾曲したエッジが切断されて四角形の断面２２がもたらされる。次いで、角柱シリコンインゴットは、図６に断面を図示するように、ワイヤソー２１０を使用してウエハに切断され得る。
【００２７】
高いアスペクト比のワイヤ２１２を備えたワイヤソー２１０を使用したウエハの切断は、切断／切溝損失を低減させ得る。切断中、ワイヤの方向の正確なアライメントおよび制御が必要とされ、切断方向にアライメントおよび方向制御を提供する重要な点の１つは、インゴットへの最初の切り込みの段階であることが理解される。高アスペクト比のワイヤの方向が、シリコンインゴットの表面に垂直な方向にワイヤの長い表面を維持するように正確に制御されなければ、ワイヤは、「少しずつ移動し」、位置が変化する可能性がある。
【００２８】
図６に示すように、四角形の断面を有するシリコンインゴット２１４は、ワイヤガイド間に固定の最短距離を有し得る。ワイヤ方向の制御を向上させるために、特に高アスペクト比のワイヤを利用する場合、切断開始の重要な段階において特に、ワイヤガイド２１６を可能な限り閉じることが望ましい。ワイヤガイド間の支持されない長さが減少するため、ワイヤ方向の制御が容易になることが予測される。この問題に取り組むため、図７に示すように、シリコンインゴットは、４つのうちの３つの側面２２２、２２４、２２６が四角に切断され、４番目の側面２２８は、湾曲したまま維持され得る。この方法により、湾曲した側面の切断の開始に対してワイヤガイド２１６を互いにより近く配置する性能が向上するため、ワイヤ方向の制御が向上する。インゴット内をより深く切断するにつれて、ワイヤガイドは後退し、ワイヤが留まる切断チャネルによりワイヤ方向の制御が容易になる。
【００２９】
さらに、シリコンインゴットの湾曲したエッジにより、切断開始時の不安定状態切断から、ウエハが切断された後に除去されることになるインゴットの部分に到達する、安定状態切断条件への変化がもたらされ得る。不安定状態条件は、最適より少ない材料を生成し得る。ウエハの切断に続いて、ウエハの湾曲したエッジが除去され、四角形のウエハを生成することができる。
【００３０】
実施例
以下の実施例は、例示目的のみで提示されるため、開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００３１】
例えば、高純度元素を使用して、表２および３に示す原子比率に従って対象合金の合金原料１５ｇを秤量した。次いで、アーク溶融システムの銅製炉内に原料を配置した。遮蔽ガスとして高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。均質性を確保するために、インゴットを数回反転させて再度溶融させた。混合後、インゴットをおよそ幅１２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのフィンガの形態に鋳造した。
【００３２】
【表２−１】
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【００３３】
【表２−２】
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【００３４】
【表２−３】
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【００３５】
【表３】
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【００３６】
平ワイヤを作製するために、表２および３の合金組成に基づいて作製したインゴットフィンガを、穴径約０．８１ｍｍの石英るつぼ内の熔融紡糸チャンバに配置した。高周波誘導を使用して、１／３気圧のヘリウム雰囲気下でインゴットを溶融させ、その後、５から３９ｍ／ｓの接線速度で移動している２４５ｍｍ径の銅製ホイール上に射出した。その結果として作製された平ワイヤ（リボン）は、典型的に幅が約１．３ｍｍ、厚さが２０から２５０μｍ、長さが１から３０ｍの範囲内であった。表４には、ホイールの接線速度に応じた、作製される合金の典型的なリボンの厚さの範囲を示す。厚さに基づいて、周知の関係式ｄＴ／ｄｔ＝１０／（ｄｃ）２［１０］を用いて冷却速度を予測することができる。表４には、各リボン厚さに対して予測された冷却速度を示す。表に示すように、通常のパラメータを用いた溶融紡糸において可能な冷却速度範囲は、２．５×ｌ０６から１６×ｌ０３Ｋ／ｓの範囲である。既知の延性範囲に基づく好ましい冷却速度は、１０３から１０６Ｋ／ｓの範囲である。１０．５ｍ／ｓで処理された平ワイヤ（リボン）の例を図８に示す。
【００３７】
【表４】
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【００３８】
Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ  ＤＴＡ−７システムをＤＳＣ−７オプションとともに使用して、固化した状態の平ワイヤに関する熱分析を実施した。示差熱分析（ＤＴＡ）および示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、超高純度アルゴン（９９．９９８％）を流すことによってサンプルの酸化を防止しながら、昇温速度１０℃／分で実施した。表５には、１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸された、表２に記載の合金に対するガラスから結晶への転移に関するＤＳＣデータを示す。表６には、１０．５、１６、および３９ｍ／ｓで溶融紡糸された、表３に記載の合金に対するガラスから結晶への転移に関するＤＳＣデータを示す。
【００３９】
これらからわかるように、大部分のサンプルは、紡糸した状態のワイヤがかなりの割合で金属ガラスを含み得ることを実証するガラスから結晶への転移を示している。ガラスから結晶への転移は、３６６℃から６１８℃の温度範囲内において１段階または２段階で起こり、転移のエンタルピーは、−８．９Ｊ／ｇから−１７３．９Ｊ／ｇである。
【００４０】
【表５−１】
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【００４１】
【表５−２】
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【００４２】
【表６−１】
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【００４３】
【表６−２】
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【００４４】
【表６−３】
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【００４５】
マイクロスケール引張試験を使用して、室温での平ワイヤの機械的性質を求めた。試験は、市販のＦｕｌｌａｍ製引張ステージにおいて実施し、ＭＴＥＳＴ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ソフトウェアプログラムによって観測および制御した。ステッピングモーターにより、グリップシステムを介して変形を加え、一方でグリップジョーの一端に接続されたロードセルによって荷重を測定した。ゲージ長の変化を測定するために２つのグリップジョーに取り付けられた線形可変作動変圧器（ＬＶＤＴ）を使用して変位を求めた。試験の前に、平ワイヤ（リボン）の厚さおよび幅を、ゲージ長の異なる位置において少なくとも３回慎重に測定した。その後、ゲージ厚およびゲージ幅として平均値を記録し、応力および歪み計算用の入力パラメータとして使用した。引張試験の初期ゲージ長は、リボンを固定した後、２つのグリップジョーの前面間のワイヤ長を正確に測定して求めた厳密値を用いて、約９ｍｍに設定した。全ての試験は、歪み速度約０．００１ｓ−１での変位制御の下で実施した。表７には、１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸した場合の表２に示す各合金に対する、全伸び、極限引張強度、およびヤング率を含む引張試験結果の概要を示す。表８には、１６ｍ／ｓで溶融紡糸した場合の表３に示す各合金に対する、全伸び、極限引張強度、およびヤング率を含む引張試験結果の概要を示す。
【００４６】
溶融紡糸工程から生じる偶発的な巨視的欠陥が局所的に性能の低い領域をもたらし得るため、各サンプル測定を３回ずつ行ったことにも留意すべきである。結果からわかるように、引張強度値は比較的高く、１．０８ＧＰａから４．６６ＧＰａであり、全伸び値もまた比較的高く、１．５４％から６．８０％であった。破断荷重は、９９．８Ｎから３２１．０Ｎである。延性が観測されるすべての場合において、応力‐歪み曲線は、比較的効果的な歪み硬化が起こっていることを示差している。
【００４７】
【表７−１】
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【００４８】
【表７−２】
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【００４９】
【表７−３】
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【００５０】
【表７−４】
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【００５１】
【表７−５】
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【００５２】
【表７−６】
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【００５３】
【表７−７】
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【００５４】
【表８−１】
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【００５５】
【表８−２】
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【００５６】
【表８−３】
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【００５７】
実施例１
高純度元素を使用して、表２に示す原子比率に従って合金１１の合金原料１５ｇを秤量した。次いで、アーク溶融システムの銅製炉内に原料を配置した。遮蔽ガスとして高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。均質性を確保するために、インゴットを数回反転させて再度溶融させた。混合後、インゴットをおよそ幅１２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのフィンガの形態に鋳造した。結果として得られたフィンガを、穴径約０．８１ｍｍの石英坩堝内の溶融紡糸チャンバに配置した。高周波誘導を使用して、１／３気圧のヘリウム雰囲気下でインゴットを溶融させ、その後、３９、３０、１６、１０．５、７．５および５ｍ／ｓの接線速度で移動している２４５ｍｍ径の銅製ホイール上に射出した。
【００５８】
Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ  ＤＴＡ−７システムをＤＳＣ−７オプションとともに使用して、固化した状態の平ワイヤに関する熱分析を実施した。示差熱分析（ＤＴＡ）および示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、超高純度アルゴンを流すことによってサンプルの酸化を防止しながら、昇温速度１０℃／分で実施した。表９には、３９ｍ／ｓから５ｍ／ｓの異なるホイール接線速度で溶融紡糸された、合金１１に対するガラスから結晶への転移に関するＤＳＣデータを示す。ホイール接線速度の増加にともなって冷却速度は増加し、冷却速度は、最高速のホイール速度の場合で１０６Ｋ／ｓであり、最低速の場合に１０３Ｋ／ｓの範囲となることが予測される。図９には、ホイール接線速度に応じた各サンプルのＤＴＡプロットを示す。図からわかるように、大部分のサンプル（５ｍ／ｓで作製したものを除く）は、ガラスから結晶への転移を示し、紡糸した状態のものがかなりの割合の金属ガラスを含むことを実証している。ガラスから結晶への転移は、４１８℃から２２８℃の温度範囲内において１段階または２段階で起こり、転移のエンタルピーは、−９．０Ｊ／ｇから−１１０．７Ｊ／ｇである。
【００５９】
【表９】
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【００６０】
表１０には、合金１１の溶融挙動を表す高温ＤＴＡ結果を示す。表１０の結果からわかるように、１０８６℃から１０９４℃で観測される初期溶融（すなわち固相線）および最高１１２０℃の最終溶融の１から２段階で溶融が起こる。
【００６１】
【表１０】
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【００６２】
平ワイヤを完全に平坦に曲げる性能は、高い歪みが生じ得るが、従来の曲げ試験では測定されないような特殊な延性条件を示す。リボンを完全に巻きつける場合、複雑な機構に由来して１１９．８％程度の高い歪みを受ける。実際には、歪みは、リボンの伸び側において約５７％から約９７％の範囲であり得る。１８０°曲げ（すなわち平坦）の間、４種類の挙動を観測することができる。タイプ１‐破損せずに曲げることができない、タイプ２‐ホイール側を外側にして一側に曲げることができる、タイプ３‐自由側を外側にして一側に曲げることができる、タイプ４‐両側に曲げることができる。紡糸した状態の合金１１リボンサンプルの曲げ試験（１８０°）を各サンプルに行い、結果を表１１において関連付けた。示すように、特定の処理条件に依存して、合金の曲げ反応は、延性から脆性までさまざまであった。
【００６３】
【表１１】
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【００６４】
合金１１の引張試験は、前述の手順に従って、Ｆｕｌｌａｍ試験装置を使用して行った。表１２には、ホイール接線速度３９から５ｍ／ｓで溶融紡糸した場合の合金１１に対する、全伸び、降伏強度、極限引張強度、ヤング率、および弾性エネルギー係数を含む引張試験結果の概要を示す。溶融紡糸工程から生じる偶発的な巨視的欠陥により局所領域で性能が低下し得るため、各サンプル測定を３回ずつ行った。結果からわかるように、全ての特性は、リボン厚さおよび冷却速度に依存して変化する。ホイール速度３９ｍ／ｓで作製されたリボンに対して最大引張強度３．４８ＧＰａが測定された。ヤング率は、リボン厚の増加に伴って１７６から８１ＧＰａまで低下する。降伏応力は、ほとんどのリボンに対して約１．４０から１．６０ＧＰａであった。作製した状態においてガラスを含む全ての平ワイヤ（リボン）は、１．０から４．７５％の範囲内の全伸び、５．１から１０．５ＭＰａの弾性エネルギー係数、および１１から１１０ＭＰａの靭性係数を示した。
【００６５】
【表１２】
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【００６６】
実施例２
高純度元素を使用して、表２および３に示す原子比率に従って選択された合金の原料１５ｇを秤量した。銅製炉内に混合物を配置し、遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、アーク溶融してインゴットにした。混合後、得られたインゴットを、溶融紡糸に適当なフィンガ形状に鋳造した。合金のフィンガを、公称穴径０．８１ｍｍの石英るつぼ内に配置した。高周波誘導によってインゴットを加熱し、５、１０．５および３９ｍ／ｓのホイール接線速度で移動する、高速移動している２４５ｍｍの銅製ホイール上に射出した。図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃには、溶融紡糸した平ワイヤの断面のＳＥＭ後方散乱電子顕微鏡写真を示す。図１０ａでは、サンプルは約２８．０のアスペクト比を示し、図１０ｂでは、サンプルは約１７．６のアスペクト比を示し、図１０ｃでは、サンプルは、約８．１のアスペクト比を示す。平ワイヤの断面は、長方形の形状から外れることでき、溶融紡糸パラメータ、溶融物粘度、および溶融物の表面張力に応じて比較的大きく変化し得る。円形、長方形、楕円形、キャップ形状およびこれらの組み合わせを作製および使用することができる。溶融紡糸ホイールにおける溝を使用してさらなる断面形状を作製することができる。
【００６７】
実施例３
表２の合金４７および４８、ならびに表３の合金５９を円形断面および平ワイヤの両方に作製した。Ｔａｙｌｏｒ−Ｕｌｉｔｏｖｓｋｙプロセスを使用して、１３から６９μｍの金属コア径、および３３から１２５μｍの総ワイヤ径を有する円形断面ワイヤを作製した。平ワイヤは、さまざまなホイール接線速度での溶融紡糸を使用して作製し、１６から２３のアスペクト比が得られた。金属の平ワイヤおよび円形ワイヤの機械的性質は、室温で前述のマイクロスケール引張試験を使用して得た。ワイヤ径（金属コアおよび全体）、ゲージ長、全伸び、測定強度（降伏強度、および極限引張強度）、および破断荷重を含む、円形ワイヤに対する引張試験結果の概要を表１３から１５に示す。結果から分かるように、引張強度値は比較的高く、２．６５から５．５２ＧＰａであり、破断荷重は０．５０から１０．３３Ｎである。ワイヤ幅および厚さ、測定ゲージ長、全伸び、測定強度（降伏強度、および極限引張強度）、および破断荷重を含む平ワイヤの引張試験結果の概要を表１６に示す。結果からわかるように、引張強度値は比較的高く、２．１５から３．８７ＧＰａであり、破断荷重は１８５．４から２５５．３Ｎである。異なる方法で処理された同一の合金は、同一の概算範囲にある引張強度を有する。しかし、平ワイヤの破断荷重は、高アスペクト比からのさらなる幅の程度を超えるものである。
【００６８】
【表１３】
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【００６９】
【表１４】
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【００７０】
【表１５】
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【００７１】
【表１６】
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【００７２】
実施例４
高純度元素を使用して、表３の原子比率に従って合金５９の原料１５ｇを秤量した。銅製炉内に混合物を配置し、遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、アーク溶融してインゴットにした。混合後、得られたインゴットを溶融紡糸に適当なフィンガ形状に鋳造した。合金５９のフィンガを公称穴径０．８１ｍｍを有する石英るつぼ内に配置した。高周波誘導によってインゴットを加熱し、１６ｍ／ｓのホイール接線速度で移動している、２４５ｍｍの高速移動銅製ホイール上に射出した。
【００７３】
機械研削および化学機械研磨に続いてイオンミリングを使用して、平ワイヤからＴＥＭ用薄片を調製した。平ワイヤは厚さにわたってさまざまなナノスケール構造を潜在的に示し得るため、ホイール面および自由面それぞれに近い領域から１０μｍ未満のＴＥＭ薄片を調製した。サンプルは、約３．５ｋｅＶのイオンビームエネルギーレベルで作動する、ガタン社精密イオンポリシングシステム（ＰＩＰＳ）においてイオンミル処理した。ＴＥＭ観察用に十分薄い部分を確保するために、イオンビーム入射角は、最初１０°であり、侵入後に７°まで減少させ、さらに４°に減少させることによって完了した。
【００７４】
ＴＥＭで低倍率で観察した場合、ホイール側および自由側の両方は、大部分において特徴を有しておらず、微小構造的および化学的に均質であることが示唆される。しかし、より高い倍率では、ナノスケール構造の特徴が観察された。ホイール側の構造は、図１１ａに図示した、厚さ約２から３ｎｍ、長さ２から５ｎｍの相互接続した短いクラスターから構成される。これらは、ナノスケール構造を代表するスピノーダルガラスマトリックス微細成分（ＳＧＭＭ）であり、これは、過飽和のガラスマトリックスからのスピノーダル分解によって形成されるものである。
【００７５】
図１１ｂに示すように、自由側におけるナノスケールＳＧＭＭ構造は、ホイール側の構造と基本的に同一であるが、クラスターが比較的大きく、２から１０ｎｍの範囲内にある。ナノビーム電子線回折（ＮＢＥＤ）パターンを、図１１ａおよび１１ｂに図示されたそれぞれ対応する挿入図として示す。ＮＢＥＤパターンの分析は、ホイール側および自由側のいずれにも結晶相が存在しないことを示す。これは、形成されたナノ構造が完全に結晶性でなくてもよいが、直接観察により、ガラスマトリックス中に明らかなクラスターとして存在し得ることを示唆する。
【００７６】
実施例５
高純度元素を使用して、表２の原子比率に従って合金１の原料１５ｇを秤量した。アーク溶融システムの銅製炉内に原料を配置した。遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。均質性を確保するために、インゴットを数回反転させて再度溶融させた。混合後、インゴットをおよそ幅１２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのフィンガの形態に鋳造した。結果として得られたフィンガを、穴径約０．８１ｍｍの石英るつぼ内の溶融紡糸チャンバに配置した。高周波誘導を使用して、１／３気圧のヘリウム雰囲気下でインゴットを溶融させ、その後、１６ｍ／ｓの接線速度で移動している２４５ｍｍ径の銅製ホイール上に射出した。
【００７７】
無作為に選択された平ワイヤサンプルに、前述の方法に従って、マイクロ試験装置を使用して引張試験を行った。引張特性結果は、全伸び２．８４％、引張強度、３．３ＧＰａ、破断荷重１９１．９Ｎであることがわかった。試験を行ったリボンの自由側のＳＥＭ画像を図１２に示す。グリップの高さのずれにより、ワイヤにゆがみが生じ、図１２中の屈曲１および屈曲２として示される２つの屈曲がもたらされた。図面の上部には、ワイヤが破断した破壊表面がある。破壊表面と屈曲１との間には、引張試験の間に形成された平ワイヤ中に存在するクラックもある。図１３には、ホイール側を下にしたワイヤの同一領域のＳＥＭ画像を示す。示されているように、ワイヤのこの側には、集合したいくつかのの表面欠陥がある。これらの欠陥は、溶融紡糸工程の間に平ワイヤが急冷される銅製ホイール上の表面欠陥に起因して生じる。存在する金属ガラス系では、サンプルサイズと比較して大きな（すなわち１０から５０μｍ）これらの欠陥は、せん断帯を形成し、その結果破滅的不具合をもたらすと予測され得る。しかし、この場合、これらの表面欠陥は、不具合を生じさせない。歪み硬化の効果へのさらなる手掛かりが、ワイヤの右側のエッジから始まり左へ向かって延びるクラックによって示され得る。図１３の拡大図に示されるように、クラックの先端付近には表面欠陥がない。したがって、クラックの鈍化は、平ワイヤが高い延性を有することを示す巨視的欠陥の無い領域において起こるようである。主に金属ガラスサンプル中の張力のかかったクラック先端を鈍化するこの特性は、比較的特異かつ異常な挙動を表し得る。
【００７８】
実施例６
高純度元素を使用して、表２の原子比率に従って合金４８の原料１５ｇを秤量した。アーク溶融システムの銅製炉内に原料を配置した。遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。均質性を確保するために、インゴットを数回反転させて再度溶融させた。混合後、インゴットをおよそ幅１２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのフィンガの形態に鋳造した。結果として得られたフィンガを、穴径約０．８１ｍｍの石英るつぼ内の溶融紡糸チャンバに配置した。高周波誘導を使用して、１／３気圧のヘリウム雰囲気下でインゴットを溶融させ、その後、１０．５ｍ／ｓの接線速度で移動している２４５ｍｍ径の銅製ホイール上に射出した。
【００７９】
１０．５ｍ／ｓで溶融紡糸したこの合金の無作為に選択された平ワイヤ試料をワイヤＥＤＭ装置に搭載し、図１４に示すように、ワイヤの各側に一連の切溝を形成した。半径約１２５μｍのこれらの大きな切溝は、クラックを形成して早期不具合をもたらすことが予測され得る大きな人工欠陥を表す。次いで、巨視的欠陥を含むワイヤに対して、２５２．４Ｎの破断荷重で破砕するまで引張試験を行った。欠陥がゲージ長領域の中央付近に位置しているにもかかわらず、破砕領域は、導入された欠陥から離れた箇所で生じた（図１４）。断面積の減少および大きな切り欠き欠陥の存在の両方に基づいて、不具合はこれらの欠陥の間に生じると予測された。さらに、図１４において、切溝を始点とするクラックが全く存在しないことは、合金が有するエッジ欠陥に反応しないことを実証し、ひいてはこの合金および新たな材料群における損傷耐性の別の例を表す。
【００８０】
図１５に示す底部切溝の拡大図は、数本のせん断帯のみ形成され、鈍化する前にそれほど遠くまで伸びなかったことを示している。引張荷重がかかった金属ガラスにおいて、一度形成されたせん断帯は不具合が生じるまで材料中を広がるであろうことが予測される。しかし、この場合、１００μｍ未満しか広がらず、そして鈍化されている。
【００８１】
実施例７
高純度元素を使用して、表２の原子比率に従って合金４８の原料１５ｇを秤量した。アーク溶融システムの銅製炉内に原料を配置した。遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。均質性を確保するために、インゴットを数回反転させて再度溶融させた。混合後、インゴットをおよそ幅１２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのフィンガの形態に鋳造した。結果として得られたフィンガを、穴径約０．８１ｍｍの石英るつぼ内の溶融紡糸チャンバに配置した。高周波誘導を使用して、１／３気圧のヘリウム雰囲気下でインゴットを溶融させ、その後、１０．５ｍ／ｓの接線速度で移動している２４５ｍｍ径の銅製ホイール上に射出した。無作為に選択したこの合金の溶融紡糸平ワイヤに、裏当て材として硬い（約Ｒｃ６９）平坦な溶接試験片を使用し、ダイヤモンド圧子を使用してロックウェルＣ硬度圧入を行った。ロックウェルＣ試験の固定荷重条件の下でワイヤに圧入し、圧入を自由側およびホイール側の両方に行った。圧入の底面では、材料が張力で変形し得る。
【００８２】
図１６に自由側圧入の例を示し、張力を受けたホイール側の平らな円形圧痕にクラックが存在しないことを示している。圧子の一定の力による破断またはワイヤ不具合の兆候は見られないようである。図１７に示すように、表面から浮き上がった圧痕の全体的に圧痕かららせんパターンに広がるせん断帯が見られる。不具合なく厳しい局所的組成変形に耐える平ワイヤの性能は、特有の延性および対損傷性の別の例を表す。
【００８３】
図１８にホイール側圧入の例を示し、張力を受けた自由側の平らな円形圧痕にクラックが存在しないことを示す。先に示した自由側圧痕の例のように、破断またはワイヤ不具合の兆候は見られず、圧痕の全体的に圧痕かららせんパターンに広がるせん断帯が見られる。図１６および１８の両方における平ワイヤの方向は、水平なリボンサンプルの長さと同一であることに注意すべきである。図１６における平らな円形圧痕の筋は、銅製ホイールの機械処理表面に起因する平ワイヤ表面上の表面溝と同一方向に見える。自由側は銅製ホイールと接していないため、図１８にはそのような溝はなく、筋は、ワイヤ下部にある平らな溶接表面によって抑圧されたせん断帯の複雑なパターンである可能性が高い。また、前述の例と同様に、圧痕の全体的に圧痕かららせんパターンに広がるせん断帯がある。
【００８４】
図１９では、合金４８サンプルに複数の圧痕が示されている。ここでも、全ての場合において、圧入による破断またはクラックは見られず、平ワイヤサンプルの特有の延性および欠陥に対する耐性および耐損傷性を示唆している。
【００８５】
大きな圧入欠陥を有する図１９に示す試験片に対して、２５５．９Ｎの破断荷重で欠陥が生じるまで引張試験を行った。驚くべきことに、図２０に示すように、圧入によって形成された表面欠陥から離れた箇所で破断が生じた。この理由は、欠陥をもたらす延性試験のいずれにおいても観察された非常に有効な歪み硬化に起因するものであり、応力集中によるクラック形成および伝搬を防ぐために、より強化されるがかなりの延性を維持している領域を含む。
【００８６】
実施例８
高純度元素を使用して、表２の原子比率に従って合金４０の原料１５ｇを秤量した。銅製炉内に混合物を配置し、遮蔽ガスとして超高純度アルゴンを使用して、原料をアーク溶融してインゴットにした。混合後、得られたインゴットを溶融紡糸に適当なフィンガ形状に鋳造した。合金４０のフィンガを公称穴径０．８１ｍｍを有する石英るつぼ内に配置した。高周波誘導によってインゴットを加熱し、１０．５ｍ／ｓのホイール接線速度で移動している、２４５ｍｍの高速移動銅製ホイール上に射出した。鋳造した状態の平ワイヤに対して、引張試験装置において張力下で破断するまで試験した。得られた張力特性は、全伸び３．６８％、引張強度３．５３ＧＰａ、破断荷重２３７．１Ｎであることがわかった。試験後のワイヤの表面におけるせん断帯をＳＥＭで観察および分析した。また、試験後の平ワイヤからＴＥＭ用試験片を調製し、続いて実施例４と同一の手順を行った。内在するナノスケールのせん断帯変形および抑制機構を調査するためにＴＥＭ解析を行った。
【００８７】
引張試験後の平ワイヤサンプルの表面に分布するせん断帯を図２１ａに示す。マクロスケールレベルで、大変形領域（ＨＤＲ）および小変形領域（ＬＤＲ）が、試験後のワイヤに沿って交互に分布され、それらの間に移行領域を有しており、大変形領域は、小変形領域よりも変形している。大変形領域の幅は、５００μｍ程度であり、小変形領域の幅は約２００μｍである。小変形領域におけるせん断帯は、２０μｍから３０μｍの範囲の平均間隔を有する。大変形領域におけるせん断帯は、密であり、平均間隔は約５μｍである。移行領域では、せん断帯の間隔は、次第に減少する。これらは、図２１ｂに概略的に図示されており、図中、２つの領域は、比較的高いおよび低いせん断帯密度によって示され、点線部分は、移行領域を示す。小変形領域（図２１ｃ）における短く平行なせん断帯と対照的に、大変形領域のおけるせん断帯は、典型的に長い。それらは平ワイヤの幅方向に整列しているが、大部分は、２つの異なる機構のいずれかによって停止する（図２１ｄ）。１つ目の機構は、自己誘発せん断帯停止機構によって停止する単一のせん断帯の伝搬を含む（図２１ｄにおける矢印参照）。２つ目の機構は、おそらくせん断帯先端の先にある長い範囲の歪み場に由来して、互いに衝突して停止する２つのせん断帯を含む。この２つ目の相互作用は、自己誘発せん断帯停止と称され、いくつかの例が図２１ｄにおいて赤い円でマークされている。
【００８８】
ナノスケールレベルでは、せん断帯停止のプロセスが、複数の事象を含む様子が見られる。図２２ａおよび２２ｂに示されるような自己誘発せん断帯停止の場合、せん断帯は当初、周囲の変形していない領域との境界が比較的明確であり、比較的均一なコントラストを有する。その厚みは、新たな伝搬方向へと屈折するまで次第に増加する。その後、局所変形誘起変化（ＬＤＩＣ）が生じ、せん断帯（暗色）の周囲に形成された領域（明色）となる。図２２ａ以外でも、せん断帯およびＬＤＩＣ領域は一貫して明らかであることに注意すべきである。次いで、せん断帯の先のＬＤＩＣ領域は、２つに枝分かれし、次第に細くなり、その後停止する。
【００８９】
図２２ｃおよび２２ｄには、ナノスケールの相互作用誘発せん断帯停止が示されている。右側のせん断帯１（図２２ｃ）は、せん断帯２に衝突し、白色で示されるようないくつかの塑性変形がもたらされる。結果として、２つの場所、すなわちＤ１およびＤ２（図２２ｄ）からくる４本の枝（ａ、ｂ、ｃ、およびｄ）が発生し、全てのせん断帯の枝は、その後停止する。結論として、誘発せん断帯停止は、屈折および分枝を含む複数の事象を含み、せん断帯間の相互作用は、高密度に起因するいくつかの箇所で生じ得る。全てのこれらの特徴は、せん断帯における連続的せん断変形を維持するために必要とされ得るエネルギーの低減を助けることができ、引張荷重下で異常挙動を呈し得る。
【００９０】
当然ながら、全ての合金組成は、所与の組成の最大１００原子パーセントまたは１００重量パーセントを含み得る。さらに、先に示唆したように、所与の合金組成の最大５原子パーセントは、反応物などとして生じ、処理の間に得られ、原料における組成に混入され得る不純物としてよい。さらには、当然ながら、さまざまな合金組成は、上述の合金化元素を含むか、基本的にそれらからなるか、またはそれらに限定され得る。
【００９１】
実施例９
原材料の価格が上昇し、ウエハの厚さが低減するため、切溝損失は、ますます重要な因子となり得る。以下のケース例は、マイクロエレクトロニクスおよび太陽電池産業における、シリコンの材料損失の価値を示す。現在のワイヤ技術では、切溝厚損失は、最終的に、１５０μｍの厚さまで低減され得ると予測されている。さらに、この損失は、ウエハサイズの低減にともなってますます重要となり得る。例えば、工業用太陽電池では、２００４年には平均厚さは３３０μｍであったが、２００７年までに、平均ウエハ厚は、２１０μｍとなった。シリコン切溝の再利用は、ワイヤからの鉄およびＳｉＣ研磨材を含む不純物を含有するポリエチレングリコール液を含むスラリー中に存在するため、困難である。
【００９２】
２００６年、ポリシリコンの世界的生産力は、３７，５００トンであると考えられる。ポリシリコン原料全体の７０％は、最終的には、２６，２５０トン生産される使用可能シリコンインゴットとなると推測されてきた。ウエハ切断工程における平均切溝損失は、シリコン廃棄物全体の３５％である９，１８８トンとなると推測される。２００６年、シリコンの１ポンドあたりの平均価格は、以下のように、種類によって大きく変化する：太陽電池多結晶価格＄３６．３／ｌｂ、半導体ＣＺ価格＄２７．２１／ｌｂ、半導体ＦＺ価格＄９０．７０／ｌｂ、および供給に応じたスポット市場価格＄１３６．０５／ｌｂ。上記の価格に基づく保守的推測では、マイクロエレクトロニクスグレードのシリコンの原価基準は＄５５／ｌｂである。そのため、切溝廃棄物の年間価値は、１年あたり１０．１億ドルと推測することができる。さらに、マイクロエレクトロニクスグレードのシリコンの製造は、大量のエネルギーを消費し、溶融物から結晶を成長、抽出、および精製するために、長時間比較的高い温度を伴い得る。電子エネルギー使用量は、シリコンインゴット１トンあたり９０．７ＭＷ時間であると推測されている。前述のとおり、ウエハ切断プロセスにおける平均切溝損失は、９，１８８トンである。したがって、廃棄されるシリコンに対するエネルギー損失の合計は、８３３，３５２ＭＷ時間となり得る。電気の平均価格の概算が１ＭＷ時間あたり１０．００ドルであることを考慮すると、無駄になる電気価格は、年間８．３億ドルと推測され得る。
【００９３】
いくつかの方法および実施形態に関する前述の説明は、例示を目的として提示したものである。特許請求の範囲を開示された詳細なステップおよび／または形態に限定することを意図するものではなく、上記の教示を考慮した多くの修正および変形が可能である。発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されることを意図するものである。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１ｃ】
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【図２１ｄ】
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【図１】
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【図３】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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