(57)【要約】  一実施形態は物品を提供し、この物品は空洞を有する内側容器を含み、この内側容器はセラミックを含み、この物品はさらに外側容器を含み、この外側容器はサセプタを含み、内側容器の外表面の少なくとも一部は外側容器の内表面に接触しており、内側容器はモールドから取外し可能である。本物品を用いた溶融の方法も提供される。
2014528888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品であって、
空洞を有し熱衝撃感受性セラミックを備える内側容器と、
外側容器と、を備え、
前記内側容器の外表面の少なくとも一部は前記外側容器の内表面に接触しており、
前記内側容器は再使用可能であり、かつ前記外側容器から取外し可能であり、
前記物品は、前記外側容器を有さない類似の物品に比べて、亀裂の開始に関する改善された熱衝撃抵抗性を有する、物品。
【請求項２】
前記セラミックは、元素の周期表のＩＶＡ、ＶＡおよびＶＩＡ族から選択される少なくとも１つの元素を含む請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記セラミックは、酸化物、窒化物、酸窒化物、ホウ化物、炭化物、炭窒化物、ケイ酸塩、チタン酸塩、ケイ化物、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記セラミックは、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記外側容器は、グラファイト、耐火性材料、炭化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記内側容器および前記外側容器の少なくとも一方は耐火性材料を含む請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記外側容器は前記内側容器よりも熱伝導性が高い請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記外側容器は熱源に接続される請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記内側容器の前記外表面の実質的に全体が前記外側容器の前記内表面に接触する請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記取外し可能な内側容器は再使用可能である請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
溶融の方法であって、
合金元素の混合物を提供するステップと、
物品の中で前記合金元素の溶融温度より高い温度まで前記混合物を加熱するステップと
、を備え、
前記物品は、
前記混合物を含む空洞を有しセラミックを備える内側容器と、
外側容器と、を備え、
前記内側容器の外表面の少なくとも一部は前記外側容器の内表面に接触しており、
前記内側容器は前記物品から取外し可能である、方法。
【請求項１２】
前記セラミックは、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記合金元素は、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｆｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｗ、Ｒｕ、またはその組み合わせを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱するステップの少なくとも一部は真空誘導溶融によって行われる請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記混合物中の前記溶融合金元素を急冷して、少なくとも部分的にアモルファスの組成物を形成するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記加熱するステップの後に、前記内側容器と前記加熱された混合物との間に湿潤が実質的に起こらない請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記内側容器を取外すステップと、前記内側容器を前記物品に再挿入するステップとをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記加熱された混合物は、前記外側容器の元素を実質的に含まない請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
内側容器は、外側容器を有さない内側容器に比べて、亀裂の開始に関する改善された熱衝撃抵抗性を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記内側容器は、前記物品が１２００℃にて少なくとも８時間加熱された後も、観察可能な亀裂を実質的に発生しない請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
るつぼアセンブリであって、
セラミックを含む内側層と、
炭素を含む外側層と、を備え、
前記内側層の外表面の少なくとも一部は前記外側層の内表面に接触しており、
前記るつぼは、前記外側容器を有さない類似のるつぼに比べて、亀裂の開始に関する改善された熱衝撃抵抗性を有する、るつぼアセンブリ。
【請求項２２】
前記内側層は、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む粒子を含む請求項２１に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項２３】
外側層はグラファイトを含む請求項２１に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項２４】
前記内側層はるつぼの一部である請求項２１に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項２５】
前記セラミックは吹き付けられた微粒子を含む請求項２１に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項２６】
前記セラミックは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、およびＵから選択される少なくとも１つの元素を含む請求項１に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に引用されるすべての公報、特許および特許出願は、その全体としてここに引用により援用される。
【０００２】
関連出願
本出願は、シリアル番号１３／１９８，９０６号を有する、２０１１年８月５日の同日に提出された同一の発明者セオドア・アンドリュー・ワニューク（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ  Ａｎｄｒｅｗ  Ｗａｎｉｕｋ）の「合金溶融に対するるつぼ材料（ＣＲＵＣＩＢＬＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＦＯＲ  ＡＬＬＯＹ  ＭＥＬＴＩＮＧ）」と題する米国出願に関連する。
【背景技術】
【０００３】
真空誘導溶融（ｖａｃｕｕｍ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｌｔｉｎｇ：ＶＩＭ）は、冷炉床溶融技術に比べて比較的安価であり、高生産率が可能である。しかし、ＶＩＭがアモルファス合金生成のための方法に選択されるときには、きれいな合金供給原料（すなわち酸素、炭素、窒素、その他の金属不純物が少ないこと）を生成するための有効手段が必要である。現在、グラファイトはＺｒベースのアモルファス合金の溶融物を含ませるために用いられる最も一般的なるつぼ材料である。このタイプのるつぼで生成される溶融物は典型的に、特に再利用を繰り返した後に、グラファイトを含有するるつぼから溶融物への炭素原子の拡散によって高レベルの炭素を含有する。同様に、ジルコニアおよびアルミナは、どちらもほとんどのＺｒベースのＢＭＧ組成物と顕著に反応するため、これらの材料を含有するるつぼはしばしば望ましくない結果をもたらし得る。よって、コンタミネーションはなお課題となっている。
【０００４】
よって、ＶＩＭに用いることができ、かつるつぼ材料の元素による合金のコンタミネーションを最小限にできるるつぼを開発することが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態は物品を提供し、この物品は空洞を有する内側容器を含み、この内側容器はセラミックを含み、この物品はさらに外側容器を含み、この外側容器はサセプタを含み、内側容器の外表面の少なくとも一部は外側容器の内表面に接触しており、内側容器はモールドから取外し可能である。本物品を用いた溶融の方法も提供される。
【０００６】
代替的な実施形態は溶融の方法を提供し、この方法は、合金元素の混合物を提供するステップと、物品の中で合金元素の溶融温度より高い温度まで混合物を加熱するステップとを含み、この物品は供給原料を含む空洞を有する内側容器を含み、この内側容器はセラミックを含み、この物品はさらに外側容器を含み、この外側容器はサセプタを含み、内側容器の外表面の少なくとも一部は外側容器の内表面に接触しており、内側容器は物品から取外し可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態におけるるつぼ設計の概略図である。
【０００８】
【図２】サイアロンとＺｒベースのアモルファス合金との適合性をテストするための実験装置の写真である。るつぼ２１は、０．００５トル未満に排気された石英筐体２２の内側に置かれており、排気石英筐体と、サイアロンるつぼと、るつぼ内の合金インゴット２４との外側の周囲に誘導コイル２３が置かれている。
【０００９】
【図３】図２に示される装置の代替的な図である。頂部のホース３１は真空ポンプに接続されており、コイル２３は無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源（図示せず）に接続されている。
【００１０】
【図４（ａ）】一実施形態において、合金インゴットをサイアロンるつぼ内で１０００℃にて約３０分間誘導的に溶融し、合金を室温に冷却したところを示す写真である。次いでるつぼを意図的に破壊して、合金が湿潤してサイアロンに結合したかどうかを評価した。合金は元のるつぼに残留物を残さずに完全にサイアロンの外に出ることが見出され、湿潤が非常に低いこと、すなわち合金処理に対する良好な適合性が示された。
【図４（ｂ）】一実施形態において、合金インゴットをサイアロンるつぼ内で１０００℃にて約３０分間誘導的に溶融し、合金を室温に冷却したところを示す写真である。次いでるつぼを意図的に破壊して、合金が湿潤してサイアロンに結合したかどうかを評価した。合金は元のるつぼに残留物を残さずに完全にサイアロンの外に出ることが見出され、湿潤が非常に低いこと、すなわち合金処理に対する良好な適合性が示された。図４（ｂ）は図４（ａ）を拡大した図である。
【００１１】
【図５】３０分間に大量の銅が合金から蒸発したことを示す写真であり、ボートをサイアロンスリーブでライニングするときにも同じ銅蒸着が観察された。
【００１２】
【図６】一実施形態において、合金を急速に加熱し、溶融し、るつぼに充填した後にるつぼの頂部が破壊されたことを示す写真である。合金はゆっくりと冷却され、亀裂が入ったるつぼの中に保持された。合金とるつぼとの間の湿潤は低く、るつぼの断片を除去することはかなり容易であり、処理に対する良好な適合性が示された。
【００１３】
【図７（ａ）】一実施形態において、グラファイトサセプタに挿入されたイットリアるつぼを示す図であって、両方とも処理のために石英容器内に保持されている。
【図７（ｂ）】一実施形態において、グラファイトサセプタに挿入されたイットリアるつぼを示す別の図であって、両方とも処理のために石英容器内に保持されている。
【図７（ｃ）】一実施形態において、グラファイトサセプタに挿入されたイットリアるつぼを示す別の図であって、両方とも処理のために石英容器内に保持されている。特に図７（ｃ）は、合金インゴットが溶融の結果としてイットリアるつぼ内に崩壊していることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
相
本明細書における「相（ｐｈａｓｅ）」という用語は、熱力学的相図に見出すことのできる相を示すことができる。相とは、空間（例、熱力学系）の領域であって、その領域全体にわたる材料の物理的特性は本質的に均一である。物理的特性の例は、密度、屈折率、化学的組成および格子周期性を含む。相の簡単な説明は、化学的に均一、物理的に明確、および／または機械的に分離可能である材料の領域である。たとえば、ガラスのジャーの中の氷および水からなる系において、角氷は１つの相であり、水は第２の相であり、水上の湿った空気は第３の相である。ジャーのガラスはもう１つの別個の相である。相は固溶体を示してもよく、それは２成分、３成分、４成分もしくはそれ以上の溶体であってもよく、または相はたとえば金属間化合物などの化合物を示してもよい。別の例として、アモルファス相は結晶相とは異なる。
【００１５】
金属、遷移金属および非金属
「金属」という用語は、電気的陽性の化学元素を示す。本明細書における「元素（ｅｌｅｍｅｎｔ）」という用語は一般的に、周期表に見出され得る元素を示す。物理的には、基底状態の金属原子は、占有状態に近い空状態を有する部分的に満たされたバンドを含む。「遷移金属」という用語は、周期表の３族から１２族の金属元素のいずれかであり、それらは不完全な内側電子殻を有し、一連の元素における電気的陽性が最高のものと最低のものとの間の遷移リンクの役割をする。遷移金属は、複数の原子価、着色した化合物、および安定な錯イオンを形成する能力を特徴とする。「非金属」という用語は、電子を失って陽イオンを形成する能力を有さない化学元素を示す。
【００１６】
適用に依存して、あらゆる好適な非金属元素またはその組み合わせが用いられてもよい。合金（または「合金組成物」）は、たとえば少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、またはそれ以上の非金属元素など、複数の非金属元素を含んでもよい。非金属元素は周期表の１３〜１７族に見出されるあらゆる元素であってもよい。たとえば、非金属元素はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、およびＢのうちのいずれか１つであってもよい。ときには、非金属元素が１３〜１７族における特定のメタロイド（例、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅ、およびＰｏ）を示してもよい。一実施形態において、非金属元素はＢ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、またはその組み合わせを含んでもよい。したがって、合金はたとえばホウ化物、炭化物、またはその両方などを含んでもよい。
【００１７】
遷移金属元素は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、水銀、ラザホジウム、ドブニウム、シーボーギウム、ボーリウム、ハッシウム、マイトネリウム、ウンウンニリウム、ウンウンウニウム、およびウンウンビウムのいずれかであってもよい。一実施形態において、遷移金属元素を含有するＢＭＧは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、およびＨｇのうちの少なくとも１つを有してもよい。適用に依存して、あらゆる好適な遷移金属元素またはその組み合わせが用いられてもよい。合金組成物は、たとえば少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、またはそれ以上の遷移金属元素など、複数の遷移金属元素を含んでもよい。
【００１８】
ここに記載される合金または合金「サンプル」または「試料」合金は、あらゆる形状またはサイズを有してもよい。たとえば、合金は粒子の形状を有してもよく、それはたとえば球形、楕円体、ワイヤ状、棒状、シート状、フレーク状、または不規則な形状などの形状であってもよい。その粒子はあらゆるサイズを有してもよい。たとえば、粒子の平均直径は約１ミクロンから約１００ミクロン、たとえば約５ミクロンから約８０ミクロン、たとえば約１０ミクロンから約６０ミクロン、たとえば約１５ミクロンから約５０ミクロン、たとえば約１５ミクロンから約４５ミクロン、たとえば約２０ミクロンから約４０ミクロン、たとえば約２５ミクロンから約３５ミクロンなどであってもよい。たとえば一実施形態において、粒子の平均直径は約２５ミクロンから約４４ミクロンである。いくつかの実施形態においては、たとえばナノメートル範囲のものなどのもっと小さい粒子、またはたとえば１００ミクロンを超えるものなどのもっと大きい粒子が用いられてもよい。
【００１９】
合金サンプルまたは試料は、もっと大きな寸法のものであってもよい。たとえば、合金サンプルはバルク構造構成要素、たとえばインゴット、電子デバイスのハウジング／ケーシング、またはミリメートル、センチメートルもしくはメートル範囲の寸法を有する構造構成要素の一部などであってもよい。
【００２０】
固溶体
「固溶体（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」という用語は、固形の溶体を示す。「溶体（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」という用語は、２つまたはそれ以上の物質の混合物を示し、それは固体、液体、気体、またはその組み合わせであってもよい。混合物は均質であっても不均質であってもよい。「混合物（ｍｉｘｔｕｒｅ）」という用語は、互いに組み合わされ、かつ一般的に分離可能である２つまたはそれ以上の物質の組成物である。一般的に、その２つまたはそれ以上の物質は互いに化学的に組み合わされていない。
【００２１】
合金
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される合金粉末組成物は完全に合金化されていてもよい。一実施形態において、「合金」とは２つまたはそれ以上の金属の均質な混合物または固溶体を示し、一方の原子は他方の原子間の間隙位置を置換または占有している。たとえば、黄銅は亜鉛と銅との合金である。合金は複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）とは異なり、たとえば金属性マトリックス中の１つまたはそれ以上の化合物など、金属マトリックス中の１つまたはそれ以上の元素の部分的または完全な固溶体を示してもよい。本明細書における合金という用語は、単一の固相微細構造を与え得る完全な固溶体合金と、２つまたはそれ以上の相を与え得る部分的な溶体との両方を示し得る。本明細書に記載される合金組成物は、合金を含むもの、または合金含有複合体を含むものを示してもよい。
【００２２】
よって、完全に合金化された合金は構成要素の均質な分布を有してもよく、固溶体相、化合物相、またはその両方であってもよい。本明細書において用いられる「完全に合金化された（ｆｕｌｌｙ  ａｌｌｏｙｅｄ）」という用語は、誤差許容範囲内のわずかなばらつきを説明してもよい。たとえば、この用語は少なくとも９０％の合金化、たとえば少なくとも９５％の合金化、たとえば少なくとも９９％の合金化、たとえば少なくとも９９．５％の合金化、たとえば少なくとも９９．９％の合金化などを示してもよい。本明細書におけるパーセンテージは、状況に応じて体積パーセントまたは重量パーセンテージのいずれを示してもよい。これらのパーセンテージは、合金の一部ではない組成物または相に関するものであってもよい不純物によって均衡を取られてもよい。
【００２３】
アモルファスまたは非晶質固体
「アモルファス」または「非晶質固体」とは、結晶の特徴である格子周期性を欠く固体のことである。本明細書で用いられる「アモルファス固体（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｏｌｉｄ）」は、加熱の際にガラス転移によって軟化して液状の状態に変わるアモルファス固体である「ガラス」を含む。一般的に、アモルファス材料は結晶のような長距離秩序特徴を有さないが、化学結合の性質によって原子長規模で何らかの短距離秩序を有することはある。アモルファス固体と結晶固体との区別は、たとえばｘ線回折および透過電子顕微鏡法などの構造的特徴付け技術によって定められる格子周期性に基づいて行われてもよい。
【００２４】
「秩序（ｏｒｄｅｒ）」および「無秩序（ｄｉｓｏｒｄｅｒ）」という用語は、多粒子系における何らかの対称性または相関性の存在または不在を示す。「長距離（ｌｏｎｇ−ｒａｎｇｅ）秩序」および「短距離（ｓｈｏｒｔ−ｒａｎｇｅ）秩序」という用語は、材料内の秩序を長さ規模に基づいて区別するものである。
【００２５】
固体における秩序の最も厳密な形は格子周期性である。すなわち、特定のパターン（単位格子内の原子の配置）が何度も繰り返されることによって、空間の並進的に不変のタイリングが形成される。これは結晶を定義する特性である。可能な対称性は、１４種のブラヴェ格子および２３０種の空間群に分類されている。
【００２６】
格子周期性は長距離秩序を与える。ただ１つの単位格子が既知であれば、並進対称性によって、任意の距離におけるすべての原子位置を正確に予測することが可能である。通常はその逆も真であるが、例外はたとえば、完全に決定論的なタイリングを有するが格子周期性を有さない準結晶などの場合である。
【００２７】
長距離秩序は、同じサンプルの離れた部分が相関した挙動を示すような物理系を特徴付ける。これは相関関数、すなわちスピン−スピン相関関数Ｇ（ｘ，ｘ’）＝＜ｓ（ｘ），ｓ（ｘ’）＞として表すことができる。
【００２８】
上の関数において、ｓはスピン量子数であり、ｘは特定の系における距離関数である。この関数はｘ＝ｘ’のときには１に等しく、距離｜ｘ−ｘ’｜が増加するにつれて減少する。典型的に、大きな距離においてこの関数はゼロに向けて指数関数的に減少し、この系は無秩序になったと考えられる。しかし、この相関関数が大きな｜ｘ−ｘ’｜において一定の値に向けて減少するとき、その系は長距離秩序を有するといえる。この関数が距離の累乗としてゼロに向けて減少するとき、それは準長距離秩序と呼ばれ得る。大きな値の｜ｘ−ｘ’｜を構成するものは相対的であることに留意されたい。
【００２９】
たとえばスピングラスなど、ある系の挙動を定めるいくつかのパラメータが時間とともに進化しない確率変数である（すなわちそれらは急冷または凍結されている）とき、その系は急冷無秩序を示すといえる。それは、確率変数がそれ自体で進化することを許されているアニール無秩序とは反対である。本明細書における実施形態は、急冷無秩序を含む系を含む。
【００３０】
本明細書に記載される合金は、結晶性であっても、部分的に結晶性であっても、アモルファスであっても、実質的にアモルファスであってもよい。たとえば、合金サンプル／試料は少なくともいくらかの結晶化度を含んでもよく、その粒子／結晶のサイズはナノメートルおよび／またはマイクロメートルの範囲であってもよい。代替的に、合金は実質的にアモルファスであってもよく、たとえば完全にアモルファスであってもよい。一実施形態において、合金粉末組成物は少なくとも実質的にアモルファスではなく、たとえば実質的に結晶性であり、たとえば完全に結晶性である。
【００３１】
一実施形態において、他の部分はアモルファスの合金の中に１つの結晶または複数の結晶が存在することは、合金中の「結晶相」と解釈されてもよい。合金の結晶化度の程度（またはいくつかの実施形態においては略して「結晶化度」）とは、合金中に存在する結晶相の量を示してもよい。その程度は、たとえば合金中に存在する結晶の分率などを示してもよい。分率（ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、状況に応じて体積分率または重量分率を示してもよい。アモルファス合金がどれほど「アモルファス」であるかという尺度はアモルファス性（ａｍｏｒｐｈｉｃｉｔｙ）であってもよい。アモルファス性は、結晶化度の程度によって測定されてもよい。たとえば一実施形態において、低度の結晶化度を有する合金は高度のアモルファス性を有するといえる。たとえば一実施形態において、６０ｖｏｌ％の結晶相を有する合金は、４０ｖｏｌ％のアモルファス相を有し得る。
【００３２】
アモルファス合金またはアモルファス金属
「アモルファス合金」とは、５０体積％を超えるアモルファス含有量、好ましくは９０体積％を超えるアモルファス含有量、より好ましくは９５体積％を超えるアモルファス含有量、最も好ましくは９９体積％超からほぼ１００体積％のアモルファス含有量を有する合金である。上述のとおり、アモルファス性が高い合金は同時に結晶化度の程度が低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子規模の構造を有するアモルファス金属材料のことである。ほとんどの金属は結晶性であり、したがって高度に秩序のある原子配置を有するのに対し、アモルファス合金は非結晶性である。液体状態から冷却の際にこうした無秩序構造が直接生成されるような材料は、「ガラス」と呼ばれることがある。したがって、アモルファス金属は一般的に「金属ガラス」または「ガラス状金属」と呼ばれる。一実施形態において、バルク金属ガラス（ｂｕｌｋ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｇｌａｓｓ）（「ＢＭＧ」）とは、少なくとも部分的にアモルファスの微細構造を有する合金を示してもよい。しかしながら、極度に迅速な冷却の他にもアモルファス金属を生成するやり方はいくつかあり、それは物理蒸着、固体反応、イオン照射、溶融回転、および機械的合金化を含む。どのように調製されたかに関わらず、アモルファス合金は単一クラスの材料であってもよい。
【００３３】
アモルファス金属はさまざまな急速冷却法によって生成されてもよい。たとえば、回転する金属ディスク上に溶融金属をスパッタリングすることによってアモルファス金属を生成してもよい。１秒当り何百万度というオーダーの急速冷却は結晶を形成するには速過ぎる可能性があるため、材料はガラス状の状態に「閉じ込められる」。加えて、たとえばバルク金属ガラスなど、厚い層におけるアモルファス構造の形成を可能にするために十分に低い臨界冷却速度によって、アモルファス金属／合金が生成されてもよい。
【００３４】
「バルク金属ガラス」（「ＢＭＧ」）、バルクアモルファス合金、およびバルク凝固アモルファス合金という用語は、本明細書において交換可能に用いられる。これらの用語は、少なくともミリメートル範囲の最小寸法を有するアモルファス合金を示す。たとえば、その寸法は少なくとも約０．５ｍｍ、たとえば少なくとも約１ｍｍ、たとえば少なくとも約２ｍｍ、たとえば少なくとも約４ｍｍ、たとえば少なくとも約５ｍｍ、たとえば少なくとも約６ｍｍ、たとえば少なくとも約８ｍｍ、たとえば少なくとも約１０ｍｍ、たとえば少なくとも約１２ｍｍなどであってもよい。ジオメトリによって、その寸法は直径、半径、厚さ、幅、長さなどを示してもよい。さらに、ＢＭＧは少なくとも１つの寸法がセンチメートル範囲である金属ガラスであってもよく、その寸法はたとえば少なくとも約１．０ｃｍ、たとえば少なくとも約２．０ｃｍ、たとえば少なくとも約５．０ｃｍ、たとえば少なくとも約１０．０ｃｍなどであってもよい。いくつかの実施形態においては、ＢＭＧの少なくとも１つの寸法が少なくともメートル範囲であってもよい。ＢＭＧは、金属ガラスに関して上述した形状または形のいずれを取ってもよい。したがって、本明細書においていくつかの実施形態に記載されるＢＭＧは、１つの重要な局面において従来の蒸着技術によって作製される薄膜とは異なっていてもよい。すなわち、前者は後者よりもかなり大きな寸法であってもよい。
【００３５】
アモルファス金属は、純粋な金属ではなく合金であってもよい。合金は顕著に異なるサイズの原子を含有することによって、溶融状態における自由体積が低くなる（したがって他の金属および合金よりも高い桁の粘性を有する）ことがある。その粘性は、原子が十分に移動して秩序ある格子を形成することを妨げる。この材料構造の結果として、冷却の際の収縮が少なくなり、塑性変形に対する抵抗性がもたらされることがある。いくつかの場合には結晶性材料の弱点である粒界がないことは、たとえば摩耗および腐食に対するより良好な抵抗性をもたらすことがある。一実施形態において、アモルファス金属は技術的にはガラスであるが、酸化物ガラスおよびセラミックよりもかなり強靱であって脆性が低いことがある。
【００３６】
アモルファス材料の熱伝導率は、その結晶性対応物よりも低いことがある。よりゆっくりした冷却の際にもアモルファス構造を形成させるために、合金を３つまたはそれ以上の構成要素で作ることによって、より高いポテンシャルエネルギおよびより低い形成確率を有する複雑な結晶単位をもたらしてもよい。アモルファス合金の形成はいくつかの因子に依存し得る。すなわち、合金の構成要素の組成、構成要素の原子半径（高い充填密度および低い自由体積を達成するために、好ましくは１２％を超える有意差を有する）、ならびに構成要素の組み合わせを混合することによる負の発熱（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｈｅａｔ）、結晶核形成の阻害、および溶融金属が過冷却状態にとどまる時間の延長である。しかしながら、アモルファス合金の形成は多くの異なる変数に基づいているため、ある合金組成物がアモルファス合金を形成するかどうかを予め判断することは困難であり得る。
【００３７】
たとえばホウ素、シリコン、リン、およびその他のガラス形成剤などと磁性金属（鉄、コバルト、ニッケル）とのアモルファス合金は磁性であってもよく、低い保磁力および高い電気抵抗を有してもよい。抵抗が高いことによって、交番磁界を受けたときの渦電流による損失が低くなり、これはたとえば変圧器の磁気コアなどとして有用な特性である。
【００３８】
アモルファス合金は、さまざまな潜在的に有用な特性を有してもよい。特に、アモルファス合金は類似の化学組成の結晶合金よりも強い傾向があり、かつ結晶合金よりも大きな可逆的（「弾性」）変形を持続できる。アモルファス金属はその強度をそれらの非結晶性構造から直接得るものであり、それは結晶合金の強度を制限する欠点（転位など）を何も有さなくてもよい。たとえば、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）として公知である最近のアモルファス金属の１つは、高純度チタンのほぼ２倍の引張り強度を有する。いくつかの実施形態において、室温の金属ガラスは延性がなく、張力を加えられると突然故障する傾向があり、そのために差し迫った故障が顕在化しないために、信頼性が重要であるような適用における材料適用が制限される。したがってこの課題を克服するために、延性結晶金属の樹枝状の粒子または繊維を含有する金属ガラスマトリックスを有する金属マトリックス複合体材料が用いられてもよい。代替的には、悪化（ｅｍｂｉｔｔｅｒｍｅｎｔ）をもたらす傾向のある元素（例、Ｎｉ）が少ないＢＭＧが用いられてもよい。たとえば、Ｎｉを含まないＢＭＧを用いることによってＢＭＧの延性を改善してもよい。
【００３９】
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、それらが真のガラスになり得ることである。言い換えると、バルクアモルファス合金を加熱によって軟化して流動させることができる。これによって、ポリマーとまったく同様の、たとえば射出成形などによる容易な処理を可能にできる。その結果、スポーツ機器、医療用装置、電子部品および機器、ならびに薄膜を作製するためにアモルファス合金を用いることができる。高速酸素燃料技術を介して、アモルファス金属の薄膜を保護コーティングとして蒸着することもできる。
【００４０】
材料はアモルファス相、結晶相、またはその両方を有してもよい。アモルファス相および結晶相は、同じ化学組成を有していて、微細構造のみが異なっていてもよい。すなわち一方がアモルファス、他方が結晶である。一実施形態における微細構造とは、２５×倍率またはそれ以上の顕微鏡によって明らかになる材料の構造を示す。代替的に、２つの相は異なる化学組成および微細構造を有してもよい。たとえば、組成物は部分的にアモルファスであっても、実質的にアモルファスであっても、完全にアモルファスであってもよい。
【００４１】
上述のとおり、アモルファス性の程度（および反対に結晶化度の程度）は、合金中に存在する結晶の分率によって測定できる。その程度は、合金中に存在する結晶相の重量分率、体積分率を示してもよい。部分的にアモルファスの組成物とは、その少なくとも約５ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約１０ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約２０ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約４０ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約６０ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約８０ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９０ｖｏｌ％などがアモルファス相である組成物を示してもよい。「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、本出願の別の場所に定義されている。したがって、少なくとも実質的にアモルファスの組成物とは、その少なくとも約９０ｖｏｌ％がアモルファスであるもの、たとえば少なくとも約９５ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９８ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９９ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９９．５ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９９．８ｖｏｌ％、たとえば少なくとも約９９．９ｖｏｌ％などのものを示してもよい。一実施形態において、実質的にアモルファスの組成物の中には、いくらかの付帯的なわずかな量の結晶相が存在していてもよい。
【００４２】
一実施形態において、アモルファス合金組成物は、アモルファス相に関して均質であってもよい。組成が均一である物質は均質である。これは不均質な物質と対照的である。「組成（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」という用語は、物質の化学組成および／または微細構造を示す。ある物質の体積を半分に分けたときに、両方の半体が実質的に同じ組成を有するとき、その物質は均質である。たとえば、粒子懸濁液の体積を半分に分けたときに、両方の半体が実質的に同じ体積の粒子を有するとき、その粒子懸濁液は均質である。しかし、個々の粒子を顕微鏡で見ることが可能かもしれない。均質な物質の別の例は空気であり、空気中には異なる成分が同等に浮遊しているが、空気中の粒子、気体および液体を別々に分析したり、空気から分離したりできる。
【００４３】
アモルファス合金に関して均質である組成物とは、微細構造全体に実質的に均一に分布されたアモルファス相を有する組成物を示してもよい。言い換えると、その組成物は巨視的に、組成物全体にわたって実質的に均一に分布されたアモルファス合金を含む。代替的実施形態において、組成物は、中に非アモルファス相を有するアモルファス相を有する複合体の組成物であってもよい。非アモルファス相とは１つの結晶または複数の結晶であってもよい。結晶は、たとえば球形、楕円体、ワイヤ状、棒状、シート状、フレーク状、または不規則な形状など、あらゆる形状の粒子の形であってもよい。一実施形態において、結晶は樹枝状の形を有してもよい。たとえば、少なくとも部分的にアモルファスの複合体組成物は、アモルファス相マトリックス中に分散された樹枝状結晶の形状の結晶相を有してもよい。その分散は均一であっても不均一であってもよく、アモルファス相と結晶相とは同じ化学組成を有しても、異なる化学組成を有してもよい。一実施形態において、それらは実質的に同じ化学組成を有する。別の実施形態において、結晶相はＢＭＧ相よりも延性が高くてもよい。
【００４４】
本明細書に記載される方法は、あらゆるタイプのアモルファス合金に適用可能であってもよい。同様に、本明細書において組成物または物品の構成要素として記載されるアモルファス合金は、あらゆるタイプのものであってもよい。アモルファス合金は、元素Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ、Ｌａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅ、またはその組み合わせを含んでもよい。つまり、合金はその化学式または化学組成にこれらの元素のあらゆる組み合わせを含んでもよい。これらの元素は異なる重量または体積パーセンテージで存在してもよい。たとえば、鉄「ベースの（ｂａｓｅｄ）」合金とは、わずかではない重量パーセンテージの鉄が中に存在する合金を示してもよく、その重量パーセントは、たとえば少なくとも約２０ｗｔ％、たとえば少なくとも約４０ｗｔ％、たとえば少なくとも約５０ｗｔ％、たとえば少なくとも約６０ｗｔ％、たとえば少なくとも約８０ｗｔ％などであってもよい。代替的に、一実施形態において、上述のパーセンテージは重量パーセンテージである代わりに体積パーセンテージであってもよい。したがって、アモルファス合金はジルコニウムベース、チタンベース、プラチナベース、パラジウムベース、金ベース、銀ベース、銅ベース、鉄ベース、ニッケルベース、アルミニウムベース、モリブデンベースなどであってもよい。合金はさらに、特定の目的に適合するために上記の元素のいずれかを含まなくてもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、合金または合金を含む組成物は、ニッケル、アルミニウム、もしくはベリリウム、またはその組み合わせを実質的に含まなくてもよい。一実施形態において、合金または複合体は、ニッケル、アルミニウム、ベリリウム、またはその組み合わせを完全に含まない。
【００４５】
たとえば、アモルファス合金は式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）cを有してもよく、ここでａ、ｂおよびｃの各々は重量または原子パーセンテージを表す。一実施形態においては、原子パーセンテージでａは３０から７５の範囲であり、ｂは５から６０の範囲であり、ｃは０から５０の範囲である。代替的に、アモルファス合金は式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有してもよく、ここでａ、ｂおよびｃの各々は重量または原子パーセンテージを表す。一実施形態においては、原子パーセンテージでａは４０から７５の範囲であり、ｂは５から５０の範囲であり、ｃは５から５０の範囲である。加えて、合金は式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有してもよく、ここでａ、ｂおよびｃの各々は重量または原子パーセンテージを表す。一実施形態においては、原子パーセンテージでａは４５から６５の範囲であり、ｂは７．５から３５の範囲であり、ｃは１０から３７．５の範囲である。代替的に、合金は式（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｉ，Ｃｕ）c（Ａｌ）dを有してもよく、ここでａ、ｂ、ｃおよびｄの各々は重量または原子パーセンテージを表す。一実施形態においては、原子パーセンテージでａは４５から６５の範囲であり、ｂは０から１０の範囲であり、ｃは２０から４０の範囲であり、ｄは７．５から１５の範囲である。前述の合金系の例示的実施形態の１つは商品名Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）であるＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅベースのアモルファス合金、たとえば米国カリフォルニア州のリキッドメタルテクノロジーズ（Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）により製作されるＶｉｔｒｅｌｏｙ−１およびＶｉｔｒｅｌｏｙ−１０１などである。異なる系のアモルファス合金のいくつかの例を表１に提供している。
【００４６】
加えて、アモルファス合金は鉄を含む合金、たとえば（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）ベースの合金などであってもよい。こうした組成物の例は、米国特許第６,３２５,８６８号、第５，２８８，３４４号、第５，３６８，６５９号、第５，６１８，３５９号、および第５，７３５，９７５号、イノウエ（Ｉｎｏｕｅ）ら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，第７１巻，ｐ４６４（１９９７）、シェン（Ｓｈｅｎ）ら、Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，第４２巻，ｐ２１３６（２００１）、ならびに日本国特許出願第２００１２６２７７号（特開２００１３０３２１８号）に開示されている。例示的組成の１つはＦｅ72Ａｌ5Ｇａ2Ｐ11Ｃ6Ｂ4である。別の例はＦｅ72Ａｌ7Ｚｒ10Ｍｏ5Ｗ2Ｂ15である。本明細書におけるコーティングに用いられ得る別の鉄ベース合金系は米国特許出願公開第２０１０／００８４０５２号に開示されており、ここではアモルファス金属がたとえばマンガン（１から３原子（ａｔｏｍｉｃ）％）、イットリウム（０．１から１０原子％）およびシリコン（０．３から３．１原子％）などを括弧内に与えられた組成の範囲で含有し、かつ以下の元素を括弧内に与えられた組成の規定された範囲で含有する：クロム（１５から２０原子％）、モリブデン（２から１５原子％）、タングステン（１から３原子％）、ホウ素（５から１６原子％）、炭素（３から１６原子％）、および残余部（ｂａｌａｎｃｅ）の鉄。
【００４７】
上述のアモルファス合金系はさらに付加的な元素を含んでもよく、それはたとえばＮｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｏを含む付加的な遷移金属元素などであってもよい。付加的な元素は、約３０ｗｔ％以下、たとえば約２０ｗｔ％以下、たとえば約１０ｗｔ％以下、たとえば約５ｗｔ％以下などで存在してもよい。一実施形態において、付加的な任意の元素はコバルト、マンガン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、タングステン、イットリウム、チタン、バナジウムおよびハフニウムのうちの少なくとも１つであることによって、炭化物を形成し、摩耗および腐食抵抗性をさらに改善する。さらなる任意の元素は亜リン酸、ゲルマニウムおよびヒ素を合計で最大約２％、好ましくは１％未満含むことによって、融点を下げてもよい。その他の付帯的な不純物は約２％未満、好ましくは０．５％未満であるべきである。
【００４８】
いくつかの実施形態において、アモルファス合金を有する組成物は少量の不純物を含み得る。不純物元素は、たとえば機械的特性（例、堅さ、強度、破壊機構など）の改善、および／または腐食抵抗性の改善など、組成物の特性を変更するために意図的に加えられてもよい。代替的には、たとえば処理および製造の副生成物として得られるものなど、不可避の付帯的な不純物として不純物が存在してもよい。不純物は約１０ｗｔ％以下、たとえば約５ｗｔ％、たとえば約２ｗｔ％、たとえば約１ｗｔ％、たとえば約０．５ｗｔ％、たとえば約０．１ｗｔ％などであってもよい。いくつかの実施形態において、これらのパーセンテージは重量パーセンテージである代わりに体積パーセンテージであってもよい。一実施形態において、合金サンプル／組成物は本質的にアモルファス合金からなる（付帯的な少量の不純物のみを伴う）。別の実施形態において、組成物はアモルファス合金からなる（観察可能な微量の不純物を伴わない）。
表１．例示的なアモルファス合金組成
【表１】
2014528888.tif 000003
【００４９】
溶融器具
本明細書に記載される一実施形態は、元素の合金化および／または金属合金の溶融のために用いられる物品または器具を提供する。一実施形態において、この物品は容器であってもよく、それは一実施形態においてはるつぼまたはるつぼアセンブリの形であってもよい。本明細書に記載される物品は、金属合金を成形および鋳造するためにも用いられ得る。
【００５０】
一実施形態における「合金化する（ａｌｌｏｙｉｎｇ）」という用語は、予め定められた量の複数の個別の「原料（ｒａｗ）」元素（例、金属元素または非金属元素）を加熱し、それらを溶かして混ぜ合わせることによって少なくとも１つの合金を形成するプロセスを示す。たとえば、これらの元素の各々は粉末、バー、インゴットなどの形であってもよい。いくつかの場合には、少なくとも部分的にアモルファスの合金を含むマスター合金を用いて、付加的な元素とともに合金化させてもよい。本明細書に記載されるいくつかの実施形態におけるこのプロセスは、これらの元素／マスター合金を特定の構成に積み重ねて、混合物中の最低融点を有する元素を軟化、溶融、湿潤、および／または他の元素と融合させることによって、混合物を崩壊、混合、および／または最終的に均質にさせるステップを含んでもよい。個々の構成要素がほぼ溶融して互いに混合されると、通常はその溶融物をある予め定められた程度だけ過熱することによって、完全に溶融した均質な合金生成物（例、合金供給原料）を確実に得てもよい。加熱および／または混合されるべき構成要素（すなわち合金元素または合金化元素）は、「合金チャージ（ａｌｌｏｙ  ｃｈａｒｇｅ）」と呼ばれることがある。
【００５１】
一実施形態における「溶融（ｍｅｌｔｉｎｇ）」という用語は上述のステップを含んでもよいが、より一般的には、合金供給原料（アモルファスまたは結晶のいずれであってもよいし、その間のいずれの程度の結晶化度であってもよい）のすでに均質（または比較的均質）な小片を取り、それをその融点を超えるまで加熱して、それをさらに処理するプロセスを説明するために用いられてもよい。言い換えると、合金化と比べて、本明細書における「溶融」とは、合金化のプロセス（元素は溶融状態にあるときに合金化し得るため）に加えて、処理の前に均質な合金供給原料を取ってそれを加熱することによって溶融させるプロセスを示してもよい。合金化および／または溶融の際に用いられる容器は、いくつかの実施形態において「るつぼ」と呼ばれる。
【００５２】
本明細書に記載される一実施形態における「成形（ｍｏｌｄｉｎｇ）」という用語は、「熱可塑性成形（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ｆｏｒｍｉｎｇ）」および「熱間成形（ｈｏｔ  ｆｏｒｍｉｎｇ）」と交換可能に用いられてもよい。特定的には、本明細書におけるこの用語は、合金供給原料をガラス遷移温度Ｔｇよりも高いが溶融温度Ｔｍよりも低い温度まで加熱し、次いでそこから形を成形するプロセスを示してもよい。前に与えられたとおり、本明細書において用いられる「供給原料（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ）」という用語は部分的にアモルファスであっても、実質的にアモルファスであっても、完全にアモルファスであってもよい。言い換えると、いくつかの場合における成形プロセスは、溶融／合金化プロセスの後に行われる。なぜなら前者は後者の生成物を成形／形成することだからである。
【００５３】
本明細書の一実施形態における「鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）」という用語は、合金供給原料をその合金の溶融点を超える温度まで加熱した後に、その溶融供給原料から形を成形するプロセスを示してもよい。「鋳造」および「成形」という用語は時折交換可能に用いられてもよい。たとえば「射出成形」の場合、成形のプロセスは鋳造のプロセスと類似であり得る。合金化および／または溶融の際に用いられる容器は、いくつかの実施形態において「モールド」と呼ばれる。
【００５４】
るつぼは、いくつかの点でモールドとは異なっていてもよい。「るつぼ」とは空洞を有する容器を示してもよく、この容器は金属、ガラス、および顔料の製造、ならびにいくつかの最近の実験プロセスに対して用いられる耐火性材料を含み、それはこの容器の内容物を溶融するか、または別様に変化させるために十分に高い温度に耐え得るものである。るつぼの空洞のジオメトリは通常、最終金属／合金生成物のジオメトリに最小限の影響を与える。なぜなら、生成物はしばしばその後に別個の成形プロセスにおいて所望の形状に成形されるからである。これに対し、「モールド」とはプラスチック、ガラス、金属、またはセラミック原材料などの液体が充填される中空にされたブロックを示してもよい。液体はモールド内で硬化または凝固し、その形状になる。言い換えると、モールドの空洞のジオメトリは最終金属／合金生成物のジオメトリに対する顕著な役割を有し得る。なぜなら後者は前者に適合するからである。したがって、モールドの空洞のジオメトリの設計は重要であり得る。加えて、すべての場合に当てはまるわけではないが、一般的に合金化／溶融プロセスは合金チャージのＴｍよりも高い温度で行われる必要があるが、成形の温度はそうではないため、一般的にるつぼはモールドよりもかなり多く加熱およびその衝撃（例、下記に説明されるとおりのアタックおよびコンタミネーション）に耐え得る必要がある。
【００５５】
本明細書に記載される物品は空洞を有する内側容器を含んでもよく、この内側容器はセラミックを含み、この物品はさらに外側容器を含んでもよく、この外側容器はサセプタを含み、内側容器の外表面の少なくとも一部は外側容器の内表面に接触しており、内側容器はモールドから取外し可能である。一実施形態において、この物品はるつぼ、またはるつぼアセンブリの一部であってもよい。たとえば、図１に示されるとおり、内側容器はるつぼであってもよく、それは外側容器の空洞内に置かれていてもよい。
【００５６】
内側容器はセラミックを含んでもよいし、本質的にセラミックからなっていてもよいし、セラミックからなっていてもよい。セラミックは、周期表のＩＶＡ、ＶＡおよびＶＩＡ族から選択される少なくとも１つの元素を含んでもよい。特定的には、その元素はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、およびＵのうちの少なくとも１つであってもよい。一実施形態において、セラミックは酸化物、窒化物、酸窒化物、ホウ化物、炭化物、炭窒化物、ケイ酸塩、チタン酸塩、ケイ化物、またはその組み合わせを含んでもよい。たとえば、セラミックはイットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン（ＴｉＢ2）、ケイ酸ジルコニウム（または「ジルコン」）、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物（または「サイアロン」）、またはその組み合わせを含んでもよい。内側容器は、誘導加熱において用いられるような無線周波数（ＲＦ）に対して非感受性の材料を含んでもよい。こうしたＲＦ非感受性材料の１つはイットリアである。代替的には、ＲＦに対して感受性の材料が用いられてもよい。
【００５７】
別の実施形態において、内側容器は耐火性材料を含んでもよい。耐火性材料は、たとえばモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、レニウムなどの耐火性金属を含んでもよい。代替的に、耐火性材料は耐火性セラミックを含んでもよい。セラミックは前述のセラミックのいずれかであってもよく、それはイットリア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、二ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、炭化タングステン、シリカ、および石英ガラス（ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）を含む。
【００５８】
外側容器はサセプタを含んでもよい。本明細書における「サセプタ」とは、電磁エネルギを吸収してそれを熱に変換する能力を有するために用いられる材料を示してもよく、ときにはその熱が赤外線熱放射として再放射されるように設計されてもよい。このエネルギは、工業用加熱プロセスおよびときにはマイクロ波調理にも用いられる無線周波数またはマイクロ波放射であってもよい。一般的に公知のあらゆるサセプタが用いられてもよい。たとえば、サセプタはグラファイト、耐火性材料、またはその両方を含んでもよい。耐火性材料は上述されている。代替的に、サセプタは炭化ケイ素、ステンレス鋼、および／またはあらゆるその他の導電性材料を含んでもよい。
【００５９】
一実施形態において、外側容器は、内側容器の材料よりも熱伝導性の高い材料を含んでもよい。よって、外側容器は内側容器よりも熱伝導性が高くなり得る。外側容器は、誘導加熱の際のＲＦに対して感受性の材料を含んでもよい。代替的には、ＲＦに対して非感受性の材料が用いられてもよい。
【００６０】
外側容器は熱源に接続される。熱源はあらゆる好適な熱源であってもよい。たとえば、図１に示されるとおり、熱源は外側容器の少なくとも一部を囲む誘導加熱コイルであってもよい。内側容器１１は外側容器１２の空洞の内側にある。この実施形態において、内側容器１１はセラミックを含むるつぼであってもよい。るつぼは、合金化および／または溶融のために好適な、当該技術分野において公知のあらゆる商業的に入手可能なるつぼであってもよい。内側容器１１の少なくとも一部は外側容器１２と接触している。図１は単なる概略図であり、代替バージョンの設計が存在し得ることに留意されたい。たとえば、１１の高さは１２の高さよりも高くてもよい（図示されるとおり）が、より低くても、同じ高さであってもよい。内側容器１１の壁の厚さは、外側容器１２の壁の厚さと同じであっても、それより大きくても小さくてもよい。内側および外側容器はあらゆる望ましいジオメトリを有してもよい。たとえば、それは円筒形、球形、立方体、矩形、または不規則な形状であってもよい。
【００６１】
外側容器および内側容器は、さまざまなやり方で互いに接触していてもよい。たとえば一実施形態においては、内側容器の外表面の実質的に全体が外側容器の内表面と接触する。１つの場合には、図１に提供される概略図に示されるとおり、内側容器が外側容器の空洞内に密接に適合してもよい。ジオメトリによっては、（図１の内側容器の底部に示されるとおり）内側および外側容器の間に隙間があってもよい。代替的には、２つの容器のジオメトリが隙間のないものであってもよい。したがって、（図１に示されるとおり）内側および外側容器は内側容器の壁全体によって接触していてもよい。代替的には、内側容器の特定の壁（例、底部壁）のみが外側容器と接触していてもよい。
【００６２】
内側容器は外側容器から取外されて、再挿入されてもよい。一実施形態において、取外し可能な内側容器は再使用可能であってもよい。たとえば、内側容器はモールドであってもよく、モールドの内側の成形金属／合金部分を取出してから、その後の成形プロセスのためにモールドが外側容器に再挿入されてもよい。この再使用可能性は、内側容器が合金化、溶融、または鋳造のために用いられる場合にも適用され得る。以下に示されるとおり、ここに提供される内側容器は、驚くべきことに自身に接触する合金の湿潤が少ないことが示され、それによって金属合金による内側容器の内表面のコンタミネーション、およびその逆のリスクが最小化される。その結果として、内側るつぼは再使用され得る。
【００６３】
ここに記載される構成の物品は、驚くべき利点を有するるつぼ（またはるつぼアセンブリ）として用いられ得る。たとえばこの物品は、たとえばイットリアまたはサイアロンなどの熱衝撃感受性材料を含むるつぼを、加熱中または加熱後にるつぼの完全性を失うことなく使用することを可能にできる。一実施形態において、内側容器はＲＦ非感受性材料を含むるつぼであってもよい。内側容器の壁は、サセプタを含み得る外側容器の壁に対するライナーの働きもしてもよい。よって、内側容器の空洞内のアモルファス合金構成要素の代わりに、ＲＦ非感受性材料がＲＦ放射を捕えてもよい。
【００６４】
代替的実施形態の１つはるつぼアセンブリを提供し、そのるつぼアセンブリは、セラミックを含む内側層と、サセプタを含む外側層とを含み、サセプタは（たとえばグラファイトなどの形の）炭素を含んでもよい。一実施形態において、内側層の外表面の少なくとも一部は外側層の内表面に接触する。
【００６５】
内側層のセラミックは、あらゆる形状またはサイズであってもよい。内側層は独立したるつぼである代わりに、サセプタに対するライナーの働きをしてもよい。内側層は、たとえばセラミックの単数または複数のシートで作られた中空の円筒であってもよい。代替的に、内側層はたとえば吹き付けられた微粒子など、複数の微粒子の形を有してもよい。微粒子はあらゆる公知の吹き付け技術によって吹き付けられてもよい。微粒子は粒子の形であってもよく、その粒子はたとえば球形、棒状、フレーク状、またはあらゆる不規則な形状など、あらゆる形状またはサイズであってもよい。セラミックは前述のセラミックのいずれかであってもよく、たとえばイットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、またはその組み合わせなどであってもよい。他方で、外側層は前述の外側容器に用いられ得る材料のいずれかを含んでもよい。
【００６６】
溶融プロセス
上述のとおり、ここに記載される物品は、溶融および／または合金化プロセスに用いられてもよい。一実施形態における溶融プロセスは、合金化されるべき合金元素の混合物（または合金チャージ）を提供するステップと、混合物をるつぼの中で合金元素の溶融温度よりも高い温度まで加熱するステップとを含んでもよい。一実施形態における合金は、少なくとも部分的にアモルファスの合金を示すが、いくつかの場合における合金は、結晶合金をも示してもよい。一実施形態において、合金はＢＭＧである。るつぼは、たとえば本明細書に記載される物品のいずれかにおけるものなどの、あらゆる好適なるつぼであってもよい。特定的には、るつぼは外側容器の空洞の内側にあってもよい。るつぼは成形プロセスに用いられてもよいが、本明細書に提供される実施形態のいくつかにおいては、るつぼは溶融または成形に用いられることが好ましい。
【００６７】
溶融実施形態の１つにおいて、混合物は複数の個別の合金元素または少なくとも１つのマスター合金を含んでもよく、それらは内側容器の内側に配置され得る最終合金組成物を作製するために用いられ、それらは十分に高い温度に加熱されることによって、融合して互いに溶け合い、溶融合金を形成してもよい。装置は、たとえば図２および図３に示されるものなどであってもよい。たとえば加熱プロセス全体など、加熱の少なくとも一部は、たとえばＲＦ周波数によって行われる１つの誘導加熱などの誘導加熱など、上述の加熱技術のいずれかによって行われてもよい。合金と空気との反応を回避するために、たとえば低真空または高真空などの部分的真空下で加熱が行われてもよい。一実施形態において、真空環境は約１０-2トル以下、たとえば約１０-3トル以下、たとえば約１０-4トル以下などであってもよい。代替的に、加熱および／または配置（ｄｉｓｐｏｓｉｎｇ）のステップは、たとえばアルゴン、窒素、ヘリウム、またはその混合物などの不活性雰囲気において行われてもよい。適用に対して好適であれば、たとえば周囲空気などの非不活性気体が用いられてもよい。別の実施形態において、そのステップは部分的真空と不活性雰囲気との組み合わせにおいて行われてもよい。一実施形態において、加熱は真空誘導溶融によって行われてもよい。加熱は、たとえばアルゴンによるものなどの不活性雰囲気において行われてもよい。
【００６８】
合金元素は金属元素、非金属元素、またはその両方を含んでもよい。その元素は上述の合金のいずれの元素であってもよい。加えて、それらの元素がともに溶解した後、合金はその液相線温度以上のある温度、すなわち、合金がたとえば完全に溶融する温度など、少なくとも実質的に溶融している温度にて、ある期間保持されてもよい。その期間の長さは合金の化学によって異なっていてもよい。結果として、ここに提供されるるつぼを介して、元素および／またはマスター合金は、均質な合金または合金供給原料に変わり得る。溶融した合金化元素をたとえば急冷などにより冷却して固体の供給原料にすることを含む、追加の処理が適用されてもよい。供給原料は、その後の成形プロセスにおいて望ましい予め定められたジオメトリに成形されてもよい。
【００６９】
混合物は、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｆｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｗ、Ｒｕ、またはその組み合わせを含んでもよい。上述の合金のいずれかを形成するために用いられ得るあらゆるその他の元素も用いられてもよい。たとえば、合金はたとえばＢＭＧなどのアモルファス合金であってもよい。特に、合金はＰｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｇｅ、またはその組み合わせを含む貴金属ベースのアモルファス合金であってもよい。合金はＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂｅ、またはその組み合わせを含む樹枝状アモルファス合金であってもよい。代替的に、合金はＦｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｙ、またはその組み合わせを含むＦｅベースのアモルファス合金であってもよい。加えて、合金はＳｉ、Ｙ、Ｓｃ、および／またはＰｂの少量の添加を含むアモルファス合金のいずれかであってもよい。加えて、合金はＭｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｗ、Ｒｕ、またはその組み合わせを含むアモルファス合金の１つであってもよい。
【００７０】
上述のとおり、内側容器は、内側容器の壁と合金供給原料との間に加熱プロセスの結果として（またはそのプロセスの間に）生じる湿潤を最小限にし得る材料を含むことが望ましい。たとえば、内側容器はイットリア、サイアロン、または内側容器に対する候補として上述された材料のいずれかを含んでもよい。「湿潤（ｗｅｔｔｉｎｇ）」という用語は、当該技術分野において容易に理解される。いくつかの実施形態において、湿潤を欠く（ｌａｃｋ  ｏｆ  ｗｅｔｔｉｎｇ）とは、溶融金属が急冷されて固体になった後に、内側容器の内壁の上に顕著な量の合金が観察されないことを示してもよい。壁に合金元素が存在するのは、合金と内側容器との間の物理的相互作用／反応（例、吸着）または化学的相互作用／反応（例、化学反応）によるものであり得る。一実施形態において、湿潤を欠くとは、内側容器の内壁の上に、いくらかの微量のものを除き、合金が実質的に存在しないことを示してもよい。加えて、ここに記載される物品は、合金からの元素と、内側容器および／または外側容器を含むるつぼアセンブリ全体の元素との相互拡散および／またはコンタミネーションを最小化できる。たとえば、溶融した加熱合金チャージ、および結果として得られる固体合金供給原料は、内側容器、外側容器、またはその両方から拡散した元素を少なくとも実質的に含まなくてもよい。たとえば、外側層（または容器）がグラファイトサセプタを含む場合、合金はグラファイトサセプタからの炭素を実質的に含まなくてもよい。
【００７１】
さらに、湿潤を欠くことは、溶融合金の元素と内側容器（またはいくつかの場合には外側容器）の元素との反応（化学的または物理的）がないことに反映されてもよい。一実施形態において、ここに提供される物品は、内側容器内の溶融合金チャージまたは個々の元素が、内側容器との界面において内側容器と反応することを実質的に防いでもよい。こうした反応は、合金チャージのるつぼの壁に対する「アタック」または代替的に「コンタミネーション」と呼ばれることもある。
【００７２】
反応とは、さまざまなタイプの反応を示してもよい。たとえば反応とは、内側容器の元素が溶融合金に溶解することによって、容器の構成要素元素による溶融合金のコンタミネーションをもたらすことを示してもよい。溶解は、内側容器を構成する結晶の破壊、およびそれらの元素の溶融合金への拡散を伴ってもよい。加えて溶解は、溶融合金の内側容器への拡散も示してもよい。拡散は、合金（チャージ）の元素が容器内の粒子（または結晶）および／または粒界の中に拡散的に輸送されることを伴ってもよい。いくつかの場合には、反応とは、溶融合金と内側容器との界面においてそれら両方からの元素を含む結晶相が生成されることを示してもよい。これらの結晶相は酸化物、窒化物、炭化物などであってもよいし、これらの結晶相は金属間化合物であってもよい。それらは撹拌によって界面から溶融合金のバルクに運ばれて、さらなるコンタミネーションをもたらすこともある。
【００７３】
一実施形態において、「アタック」（または「コンタミネーション」）は、最終溶融合金中の不純物元素の濃度を測定する（内側容器を含む元素が合金に入った程度を示す）か、または最終溶融合金の主要元素の、所望の公称組成からの偏差（合金元素の内側容器への拡散を示す）のいずれかによって定量化されてもよい。これは、合金組成の測定、ならびに主要構成要素と、たとえば酸素、炭素、窒素、硫黄、水素、および内側容器の元素などの不純物元素との両方に関する公称組成との比較を伴ってもよい。不純物元素に対する許容度は、溶融される実際の合金組成物によって異なる。さらに、「アタック」の付加的な尺度の１つは処理後の内側容器の壁の厚さであってもよく、これは実質的な量の容器材料が溶融合金に溶解したかどうかを示すものである。
【００７４】
内側容器はるつぼから取外し可能であるため、内側容器を取外し、洗浄し（またはあらゆる生成後処理を受けさせ）て、るつぼの外側容器の空洞に再挿入してもよい。代替的には、新しい交換内側容器を外側容器の空洞に挿入してもよい。
【００７５】
一実施形態において、内側るつぼ容器は前処理されてもよい。たとえば、グラファイトを含むるつぼなどのるつぼの内側を、ＺｒもしくはＳｉ粉末のコーティング、または炭素と反応するＺｒもしくはＳｉを含有する化合物によって前処理してもよい。次いでるつぼを真空下で加熱することにより、粉末を強制的にるつぼと反応させて、炭化ジルコニウムまたは炭化ケイ素を形成してもよい。前処理されたるつぼを用いて合金供給原料を溶融させてもよく、グラファイトから合金への炭素付加が最小化される。炭化ケイ素を内側容器のセラミックとして直接用いることに加えて、この前処理法は、改善された熱衝撃を有するセラミックるつぼを生成するための代替的技術となり得る。
【００７６】
熱衝撃抵抗性の改善
前述のとおり、ここに記載される物品は、溶融器具として用いられるときに既存のるつぼよりも改善された熱衝撃抵抗性を有し得る。特に、一実施形態においては、外側容器と内側容器（すなわちるつぼ）とを組み合わせることによって、ここに記載されるるつぼは外側容器を有さないるつぼに比べて、亀裂の開始に関する改善された熱衝撃抵抗性を有する。熱衝撃抵抗性の測定は、当該技術分野における通常の当業者に容易に理解され得る。たとえばセラミックの場合、熱衝撃抵抗性の測定は通常、固体小片をさまざまな高温にゆっくりと加熱し、次いでそれをたとえば水などの低温媒体内で急冷することを伴う。ＡＳＴＭ  Ｃ１５２５規格は、この測定に関する何らかのガイダンスを提供している。一実施形態においては、亀裂の誘導によって保持曲げ強度が実質的に低減されることなく固体小片が急冷され得る最大温度間隔が、熱衝撃抵抗性を表してもよい。
【００７７】
１つの材料、または種々の材料を合わせたものの熱衝撃抵抗性は、さまざまな技術によって改善され得る。たとえば、より高い熱伝導性を有する材料、より低い熱膨張係数を有する材料、より高い強度またはより低い弾性係数を有する材料、より高い靱性または亀裂に対する抵抗性を有する材料を用いることによって改善が達成されてもよいし、材料自体の熱勾配を低減させるために材料をもっとゆっくり加熱することによって熱衝撃抵抗性が改善されてもよい。加えて、これらの技術のあらゆる組み合わせ、またはあらゆるその他の一般的に公知の技術によって改善が達成されてもよい。
【００７８】
一実施形態において、ここに記載されるるつぼアセンブリは、材料自体の熱勾配を低減させるために材料をもっとゆっくり加熱することによって熱衝撃抵抗性を改善してもよい。特定的には、サセプタを外側で用いることによって、内側容器は低い熱衝撃抵抗性および／または破壊靱性を有する材料を含んでもよい。サセプタは内側容器を均一に加熱でき、かつ内側容器と中の合金チャージとがゆっくりと、より制御された態様で加熱されることを可能にし、それらは両方とも内側容器内の熱勾配を低減させる助けとなり、熱衝撃による故障を防ぐ。
【００７９】
その結果、ここに記載される物品は、内側容器の壁の中への亀裂および／または壁を通る亀裂を効果的に防ぐことができる。たとえば１つの場合には、ここに記載される物品の内側容器の壁の中への亀裂および／または壁を通る亀裂が観察されない。たとえば、既存の溶融技術はしばしば、イットリアるつぼ単独の使用を伴う。しかし、合金チャージが誘導的に加熱されてるつぼ内に崩壊するとすぐに、約１０００℃を超える溶融合金が比較的低温のるつぼを打つ衝撃によって、直ちにるつぼに亀裂が入る。つまり、るつぼは導電性ではないため、誘導によって加熱されない。図６は、加熱後の熱衝撃によるるつぼの破壊を示す。これに対し、ここに記載される物品において提供されるとおり、一実施形態において図７（ｃ）に示されるとおり、るつぼの外側がサセプタを介して加熱されれば、るつぼは合金が崩壊する前に内側の合金の溶融温度近くまで温められるために、熱勾配は実質的に低減される。
【００８０】
ここに記載される装置の結果としてもたらされる高い熱衝撃抵抗性のために、るつぼがある期間、たとえば少なくとも約１０００℃、たとえば少なくとも約１１００℃、たとえば少なくとも約１２００℃、たとえば少なくとも約１３００℃、たとえば少なくとも約１４００℃、たとえば少なくとも約１５００℃などの高温で加熱された後も、内側容器（またはるつぼ）は観察可能な亀裂を実質的に発生しない。その期間の長さは温度によって異なっていてもよく、その長さは数分から数時間の範囲であってもよい。たとえば、その期間は少なくとも約５分、たとえば少なくとも約１０分、たとえば少なくとも約２０分、たとえば少なくとも約４０分、たとえば少なくとも約１時間、たとえば少なくとも約２時間、たとえば少なくとも約４時間、たとえば少なくとも約６時間、たとえば少なくとも約８時間、たとえば少なくとも約１０時間、たとえば少なくとも約１２時間などであってもよい。一実施形態において、温度が１２００℃であるとき、少なくとも８時間にわたって観察可能な亀裂は実質的に観察されない。別の実施形態において、温度が少なくとも約１３００℃、たとえば少なくとも約１４００℃であるとき、約５分から約６０分の間は観察可能な亀裂は実質的に観察されない。
【００８１】
電子デバイス
前述のるつぼは、ＢＭＧを伴う製作プロセスに用いられてもよい。ＢＭＧの優れた特性のために、ＢＭＧはさまざまなデバイスおよび部品の構造的構成要素に作製され得る。こうしたタイプのデバイスの１つは電子デバイスである。
【００８２】
本明細書における電子デバイスとは、当該技術分野において公知であるあらゆる電子デバイスを示してもよい。たとえば、電子デバイスは電話機、たとえば携帯電話および陸線電話など、またはあらゆる通信デバイス、たとえばｉＰｈｏｎｅ（商標）などを含むスマートフォン、および電子ｅメール送信／受信デバイスなどであってもよい。電子デバイスは、たとえばデジタルディスプレイ、ＴＶモニタ、電子書籍リーダ、ポータブル・ウェブブラウザ（例、ｉＰａｄ（商標））、およびコンピュータモニタなどのディスプレイの一部であってもよい。さらに電子デバイスは、ポータブルＤＶＤプレーヤー、従来のＤＶＤプレーヤー、ブルーレイディスクプレーヤー、ビデオゲームコンソール、音楽プレーヤー、たとえばポータブル音楽プレーヤー（例、ｉＰｏｄ（商標））などを含む娯楽デバイスであってもよい。さらに電子デバイスは、たとえば画像、ビデオ、音響のストリーミングの制御などの制御を提供するデバイス（例、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（商標））の一部であってもよいし、電子デバイスに対するリモートコントロールであってもよい。電子デバイスは、たとえばハードドライブタワーのハウジングまたはケーシング、ラップトップハウジング、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、およびスピーカなどのコンピュータまたはその付属物の一部であってもよい。さらにこの物品は、たとえば腕時計または掛け（置き）時計などのデバイスに適用されてもよい。
【００８３】
本明細書において、冠詞「ａ」および「ａｎ」は、その冠詞の文法上の対象が１つまたは１つより多く（すなわち少なくとも１つ）あることを示すために用いられる。たとえば、「ポリマー樹脂（ａ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｒｅｓｉｎ）」は、１つのポリマー樹脂または２つ以上のポリマー樹脂を意味する。本明細書において言及されるあらゆる範囲は包括的である。本明細書を通じて用いられる「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、小さな変動を記載して説明するために用いられる。たとえば、それらの用語は±５％以下、たとえば±２％以下、たとえば±１％以下、たとえば±０．５％以下、たとえば±０．２％以下、たとえば±０．１％以下、たとえば±０．０５％以下などを示してもよい。
【実施例】
【００８４】
非制限的な実施例
さまざまなるつぼ材料におけるコンタミネーションのレベルをテストするために、一連の実験が行われた。
【００８５】
イットリア
このセラミックはＬＭ１を弱く湿潤することが見出され、化学分析では実質的な過熱の１時間後でも混入物のレベルは許容できる（低い）ものであることが示された。さらに、サセプタを含有する外側容器がないとき、イットリアの熱衝撃抵抗性は非常に低く、溶融合金が崩壊するとすぐにるつぼに亀裂が入ることが見出された。
【００８６】
代替的なイットリアるつぼ実施形態をテストした。Ｈｆベースのアモルファス合金を溶融するためのグラファイトるつぼの内側にイットリアを吹き付けコートした。合金を導入する前に、このイットリアコーティングを１２００℃にて８時間焼き付けた。溶融プロセスの後、意外なことに合金の湿潤およびグラファイトへのアタックはみられなかった。
【００８７】
サイアロン
窒化ケイ素の変形物であるサイアロンは、概してかなり良好な熱衝撃抵抗性および靱性を有するセラミックである。実験結果から、サイアロンは実験中に接触したほとんどの溶融合金による湿潤およびアタックに抵抗できることが示された。窒素レベルはわずかしか増加しないことが見出され、サイアロンはＺｒベース合金の処理のために望ましい材料であると判定された。
【００８８】
炭化ケイ素
炭化ケイ素は、供給原料のドロスの量を低減するための多孔性フィルタ材料として用いられた。ＳｉＣによってさまざまな合金の複数の鋳造物を作り、概してＺｒベース合金はこの材料を非常に弱く湿潤するか、またはまったく湿潤しないことが観察された。炭化ケイ素は、コンタミネーションを低減するための合金溶融に対する良好な候補となることが判定された。熱衝撃を低減させるために、上述のとおり、グラファイトサセプタの内側に炭化ケイ素るつぼを置くことが提案された。
【００８９】
図２は、サイアロンとＺｒベースのアモルファス合金との適合性をテストするための実験装置の写真を提供するものである。るつぼ２１は、０．００５トル未満に排気された石英筐体２２の内側に置かれ、排気石英筐体と、サイアロンるつぼと、るつぼ内の合金インゴットとの外側の周囲に誘導コイル２３が置かれた。図３に示されるとおり、頂部のホース３１は真空ポンプに接続されており、コイル２３はＲＦ電源に接続されている。
【００９０】
図４（ａ）〜４（ｂ）は、インゴットをサイアロン内で１０００℃にて約３０分間誘導的に溶融し、合金を室温に冷却したところを示す写真を提供するものである。次いでるつぼを意図的に破壊して、合金が湿潤してサイアロンに結合したかどうかを評価した。実際には、合金は元のるつぼに残留物を残さずに完全にサイアロンの外に出た。これは、湿潤が非常に低いこと、すなわち合金処理に対する良好な適合性を示すものである。図５は、３０分間に大量の銅が合金から蒸発したことを示す写真を提供するものであり、ボートをサイアロンスリーブでライニングするときにも同じ銅蒸着が観察された。
【００９１】
イットリアるつぼをジルコニウムベース合金とともに１０００℃にて１時間加熱し、次いで徐冷した。図６は、合金を急速に加熱し、溶融し、るつぼに充填した後にるつぼの頂部が破壊されたことを示す写真を提供するものである。合金はゆっくりと冷却され、亀裂が入ったるつぼの中に保持された。しかし、合金とるつぼとの間の湿潤は低く、るつぼの断片を除去することはかなり容易であり、処理に対する良好な適合性が示された。
【００９２】
化学分析によって示されるとおり、コンタミネーションは低く、その結果は表２に提供される。イットリアはグラファイトに比べてＯ含有量をわずかに増やしたことが示される。この結果は、テストされたセラミックるつぼが合金チャージによる低い湿潤を有する可能性があることを示す。よって、ｃサセプタの外側容器を導入することによって、るつぼアセンブリ全体が、低い湿潤および改善された熱衝撃抵抗性という利益を得ることになる。
表２．異なるるつぼ設計の異なるコンタミネーションレベルを示す化学分析結果。
【表２】
2014528888.tif 000004
【００９３】
比較のために、グラファイトサセプタ７２内のイットリアるつぼ７１によって以下の実験を行った。図７（ａ）〜７（ｃ）に示されるとおり、これらは両方とも石英容器７３の内側に保持された。
【００９４】
イットリアるつぼに入れた合金インゴットは、Ｚｒ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｂｅベース合金（ＬＭ１）であり、その組成は表２に示される。サセプタを誘導的に加熱して合金インゴットを溶融し、合金インゴットはイットリアるつぼ内に崩壊した。合金を約１０００℃にて１時間保持し、その後ゆっくりと室温まで冷却させた。合金が溶融してるつぼを充填する際に、イットリアるつぼはグラファイトサセプタからの放射によって均一に加熱されていることが観察され、さらにるつぼ内に（熱衝撃による）亀裂は観察されなかった。図７（ｂ）〜７（ｃ）を参照されたい。
【図１】
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【図２】
2014528888.tif 000006
【図３】
2014528888.tif 000007
【図４（ａ）】
2014528888.tif 000008
【図４（ｂ）】
2014528888.tif 000009
【図５】
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【図６】
2014528888.tif 000011
【図７（ａ）】
2014528888.tif 000012
【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月7日(2014.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品であって、
合金元素の混合物を含むように構成された空洞を有し熱衝撃感受性セラミックを備える内側容器と、
外側容器と、を備え、
前記内側容器の外表面の少なくとも一部は前記外側容器の内表面に接触しており、
前記内側容器は再使用可能であり、かつ前記外側容器から取外し可能であり、
前記混合物が溶融されるときに、前記内側容器と前記混合物との間で実質的に湿潤が生じない、物品。
【請求項２】
前記セラミックは、酸化物、窒化物、酸窒化物、ホウ化物、炭化物、炭窒化物、ケイ酸塩、チタン酸塩、ケイ化物、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記セラミックは、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記外側容器は、グラファイト、耐火性材料、炭化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記内側容器および前記外側容器の少なくとも一方は耐火性材料を含む請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記外側容器は前記内側容器よりも熱伝導性が高い請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記外側容器は熱源に接続される請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記内側容器の前記外表面の実質的に全体が前記外側容器の前記内表面に接触する請求項１に記載の物品。
【請求項９】
溶融の方法であって、
合金元素の混合物を提供するステップと、
物品の中で前記合金元素の溶融温度より高い温度まで前記混合物を加熱するステップと
、を備え、
前記物品は、
前記混合物を含む空洞を有しセラミックを備える内側容器と、
外側容器と、を備え、
前記内側容器の外表面の少なくとも一部は前記外側容器の内表面に接触しており、
前記内側容器は前記物品から取外し可能であり、
前記加熱するステップの後に、前記内側容器と前記加熱された混合物との間で実質的に湿潤が生じない、
方法。
【請求項１０】
前記セラミックは、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記合金元素は、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｆｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｗ、Ｒｕ、またはその組み合わせを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記加熱するステップの少なくとも一部は真空誘導溶融によって行われる請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記混合物中の前記溶融合金元素を急冷して、少なくとも部分的にアモルファスの組成物を形成するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱された混合物は、前記外側容器の元素を実質的に含まない請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記内側容器は、前記物品が１２００℃にて少なくとも８時間加熱された後も、観察可能な亀裂を実質的に発生しない請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
合金元素の混合物を含むように構成されたるつぼアセンブリであって、
セラミックを含む内側層と、
炭素を含む外側層と、を備え、
前記混合物が溶融されるときに、前記内側層と前記混合物との間で実質的に湿潤が生じない、るつぼアセンブリ。
【請求項１７】
前記内側層は、イットリア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ホウ素、ホウ化チタン、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、炭化タングステン、アルミニウム酸窒化物、またはその組み合わせを含む粒子を含む請求項１６に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項１８】
外側層はグラファイトを含む請求項１６に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項１９】
前記セラミックは吹き付けられた微粒子を含む請求項１６に記載のるつぼアセンブリ。
【請求項２０】
前記セラミックは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、およびＵから選択される少なくとも１つの元素を含む請求項１に記載の物品。
【国際調査報告】
2014528888.tif 000015
2014528888.tif 000016
2014528888.tif 000017