CN1257998C - 钽和铌的坯料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了挤压的钽坯料和铌坯料，该坯料具有基本均匀的粒度和具有的平均粒度优选为约150微米或更小，更优选的平均粒度为100微米或更小，挤压的坯料可以进行锻制或通过其它一般技术加工成最后使用的产品，如溅射靶。也描述了用于制备挤压钽坯料或铌坯料的方法，包括在足够的温度下挤压起始坯料足够的时间以使坯料至少部分再结晶并形成本发明的挤压坯料。
Description
技术背景
本发明是关于钽和铌金属，及由钽和/或铌，诸如钽坯料或铌坯料，形成产品的方法。本发明还关于具有包括均匀粒度的细微、均匀显微组织的钽坯料或铌坯料。
金属坯料，诸如钽坯料在商业上可从许多厂家购得，一般，这些坯料是由其最小厚度和/或纵横比所规定。通常坯料是圆柱形，并具有21/2英寸或更大的直径和/或具有大于0.5的L/D纵横比。因此，坯料不是金属板或片，一般是由金属锭，如钽锭形成的中间产品，然后，钽坯藉助于诸如锻造而制成各类最终用户所用的其它形式，对这种使用如溅射靶等而进一步进行加工。提供给这些最终用户的钽坯料并不具有细微和均匀的粒度。而工业上生产的钽坯在坯料中心和边缘之间具有变化的晶粒结构。工业钽坯的中心一般具有的显微结构，由邻接变化细粒度区域的大而细长颗粒的宽带构成，或由未结晶化材料构成。反之，工业钽坯的外侧部分与坯中心相比，具有相当细微和均匀的晶粒结构。因此，由具有粗糙的非均匀晶粒结构的坯料锻造的产品也会呈现粗糙、非均匀晶粒结构。对于钽的许多高性能应用，诸如，溅射靶和化学能的军用弹头，业已报导非均匀晶粒结构有损于撞击产品的性能(S.I.Wright，G.T.Gray和A.D.Rollett的对钽板机械性质的组织和显微组织的梯度影响(Textural and Micro structural Gradient Effects on the mechanicalBehavior of a Tantalum Plate)，
Meltallurgical and materials Transactions A，25A，pp1025-1031，1994；C.A，Michalwk，R.O.Burt，和D.P.Lewis，Tantalum 101：钽材料的经济和工艺(Economic and Techonlogy of Ta Materlals)，
Semiconductor International，Vol.23，No.8，pp271-278，2000；C.A.Michaluk，与钽的溅射沉积特性相关的间断定位和粒度(Correlating Discrete Orientation and Grain Size tothe Sputter Deposition Properties of Tantalum)
Jonrnal of Electronic Materials，Vol.31，No.1，pp2-9，2002)，本文全部引入作为参考。
因此，需要提供具有均匀粒度，优选由高纯的钽和/或铌制造的钽和铌坯料。此外，还需要提供制造这种钽坯料或铌坯料的方法。
发明简要
本发明的一个特征是提供具有基本上均匀粒度的钽坯料或铌坯料。
本发明的另一个特征是提供制造具有基本均匀粒度的钽坯料或铌坯料的方法。
本发明的另一个特征是提供一种中间坯料产品，这种产品可用于形成最终使用产品，如溅射靶，其中最终使用的产品以及中间坯料产品都具有基本上均匀的粒度。
本发明的其他特征和优点，以部分列入以下的描述，部分将从描述中说明，或者可通过本发明的实践而知晓。借助于说明书和权利要求书中所指出的要素和组合将实现并达到本发明的目的和其他优点。
为获得这些和其他优点，根据本发明的目的，这里作更具体和更广泛的描述，本发明是关于具有基本均匀粒度的钽坯料。钽坯优选具有约150μm或更小的平均粒度。此外，坯料中钽的纯度至少为99.95％。本发明的另一种坯料是具有相同特征的铌。
本发明还关于由上述的本发明钽坯或铌坯形成的溅射靶。
本发明还关于形成具有基本均匀粒度的钽坯的方法。并包括选取钽锭，和切割金属锭成为大的坯料。将大坯料或放入以后抽空并密封的包套中，或者用防护性涂料涂覆坯料，以在后续的热加工期间防止大坯料氧化，并在随后的挤压作业期间也能用作润滑剂。接着，在足以确保至少挤压的钽坯部分再结晶的温度下加热大坯料，最好是钽坯完全再结晶。以后，去除包套或防护性涂层，如果需要可将挤压的棒切割成更小的坯料或切片，并用通常的方法进一步加工，如锻造等。再有，可利用相同的步骤形成铌坯。
应当理解以上总的描述和以下详细的描述仅仅是示范性的和解释性的，并对所提出的权利要求对本发明进一步解释。
附图简要描述
图1表示通常的工业制造方法与本发明优选实施方法相对比的流程图。
图2(A)和2(B)提供表示本发明实例中有关制造或使用的某种材料的各种参数的实验结果。
图3(A-B)-9(A-B)是表示本发明实例中使用的和/或制备的各种样品的晶粒结构的显微照片。
本发明的详细描述
本发明是关于具有基本均匀粒度的钽坯和/或铌坯。对于本发明的目的，坯料是圆柱形的，或者除圆柱状外的其他形状，诸如，具有椭圆、方形、矩形或多角形截面的形状。本发明还关于由钽坯和/或铌坯形成的产品，如溅射靶等。本发明还关于制造本发明钽坯和铌坯的方法。
关于钽坯或铌坯，坯料最好具有基本均匀的粒度，更优选的是坯料在整个直径和长度上具有均匀的粒度。对于本发明的目的，基本均匀的粒度，根据ASTM-E112测定，在整个挤压坯料的截面上在任意增量面积范围内测定，由挤压坯料的整个截面上测定的平均ASTM粒度，其偏离不大于+/-100μm。此外，在挤压坯料截面范围的粒度，按照正态分布或泊松分布，优选均匀地变化，当双峰粒度分布明显时，优选不呈现二相显微组织。而且，纵向晶粒的纵横比优选不超过20。纵向晶粒定义为坯料中任意平面所含有的那些晶粒，其极点垂直于挤压方向。
挤压和退火的坯料优选呈部分再结晶的显微组织。优选的是，坯料的再结晶大于80％，最好的是挤压坯料的再结晶大于99％。此外，退火的坯料，优选具有约150μm或更小的平均粒度，虽然其他粒度也在本发明范围之内。更优选的是，本发明钽坯或铌坯的平均粒度约为150μm或更小，更好是100μm或更小，特好是50μm或更小。优选的平均粒度范围为约25～约150μm，更好的平均粒度范围为约25～约100μm。本发明的坯料最好具有细微均匀的显微组织。
本发明的挤压坯料还具有极好的组织特征，这种组织特征特别适于如溅射靶一类的应用。
存在于钽坯中钽的纯度至少为99.5％，虽然低于或高于这纯度的其他纯度也可使用。更优选的是钽金属具有至少99.95％的纯度，其纯度范围可为99.5％～99.999％或更多。其他的范围包括99.99％～99.995％和99.995％～99.999％和99.999％～99.9995％。存在于本发明坯料中的钽还可包括其他金属，因此是钽合金坯料，优选含有高纯钽金属，作为合金的一种成分。可形成本发明钽合金坯料的其他成分包括，但不限于，钇、铌、钨、钼、钛、硅、铪、铁、镍、铬等等。可用于形成本发明钽坯的高纯钽，可通过国际公开申请No.WO 00/31310中描述的工艺获得，本文一并列入以供参考。铌优选也具有类似的纯度水平。
正如以上所描述，对于本发明的目的，钽和铌坯料优选为圆柱形，其直径为21/2英寸或更大。另一种描述本发明坯料的方式是纵横比L/D，大于0.5，优选是1.0，更好是2.0。在本发明的最佳实施方案中，坯料的直径为约3-5英寸，更优选为3 1/2-4 1/2英寸，更好为3 7/8英寸，具有任意高度的坯料，例如5-7英寸，但并不限于此。
正如以上所述，本发明的坯料可随后形成最终使用的产品，如溅射靶，通过切割坯料成所需要的尺寸，然后镦锻坯料成为能用作平面溅射靶的盘状。此外，坯料可轧制以成片或板。本发明的坯料也可用于其他各种用途，例如，但不限于，空心阴极磁控管(HCM)溅射靶，化学能(CE)弹头衬，和用于深冲应用的原料，诸如，杯、坩埚，和拉制无缝管，等等。
基本上，本发明的坯料可以与通常的钽和铌坯相同的方式使用，除了本发明的坯料就均匀粒度而论，具有改进的性能，并优选具有小的平均粒度，如约150μm或更小，这导致许许多多所要求的性能，例如，但不限于，在随后的加工期间，更均匀地变形和整个工件的加工硬化。这又可以降低随后退火操作的温度，获得比通过通常的加工的其他方式实施的最终产品更细、更均匀显微组织。
本发明的坯料优选按以下描述制造。优选地，获得钽锭或铌锭，并切割成大尺寸的坯料，如约6-14英寸直径，优选约8-11英寸，最好约10英寸，其长度可以是任意长度。适宜长度的实例，但不限于此，从约10到40英寸，优选约15-30英寸。在将这种坯料转变成本发明的钽或铌坯料之前，这种坯料应是起始坯料尺寸。
优选的是，将这种起始坯料或者放在抽空和密封的包套内，或者，用防护性涂料涂覆坯料。金属包套或防护性涂层优选能防止坯料表面的氧化，并在随后的加工中起到润滑剂的作用。因此，任何适宜的包套或防护性涂料都可使用，只要它能阻止或降低坯料表面的氧化，而且在随后的加工步骤中不被破坏掉，适宜的防护性涂层应是铜涂层，它可采用通常的技术形成，例如火焰喷射。根据以下讨论的挤压温度，也可使用其他防护性涂层，像玻璃基涂层。在大体上高挤压温度下，可与玻璃涂层结合使用高熔点金属。例如，可使用金属包套，如钼，可用于防止在均热和挤压作业期间，保护钽或铌免于污染，而玻璃涂层提供润滑作用。挤压后，玻璃颗粒嵌入到廉价的包套金属内，而不会进入钽或铌的坯料中。通过机加工包套金属，可去除玻璃污染的包套，而不会机加工下面的钽或铌坯料，结果增加了更昂贵的钽或铌材料的产额。
一旦包套在应有位置，或者优选使用防护层，将起始坯料在足够的温度下加热足够的时间，以确保在挤压期间和挤压后，变形和贮能是均匀地分布在工件中，优选是在挤压期间能引起至少部分动态再结晶，更好的是在挤压期间全部再结晶。作为实例，可使用通常的挤压机以挤压，具有其尺寸等于或大于予挤压坯料加包套或防护涂层的长度和直径的衬的金属。作为实例，可使用锥度为约45°，内径为4英寸，由硬质钢制成的挤压模具。在放入起始坯料前，通常将挤压模组加热到接近坯料均热温度的温度，以准备挤压。适宜的温度包括，但不限于，温度范围为约1200°F-2950°F，对于钽，优选为约1800°F-1900°F。一旦坯料加热到足够时间，坯料的中心就会处于或接近均热温度，然后将起始坯料放入挤压机，进行挤压。
通常，根据挤压设备的能力，挤压机使用约0.1-10英寸/秒的挤压杆速度。在优选的实施方案中，如果起始坯料的直径为约10英寸，挤压优选使坯料的直径降低到约3-4英寸。在挤压期间在高温下的均热和随后的绝热加热，会导致坯料部分再结晶，最好是全部再结晶。产生的坯料优选遍及坯料含有基本均匀的粒度，其优选平均粒度约为150μm或更小，更优选的平均粒度为100μm或更小。通过单程经过挤压机、或通过连续挤压作业、或通过挤压和通常的变形过程结合的方式，可以生产坯料。
在排出挤压机后，挤压坯料进行空气冷却，或者，任选地可进行水淬火，以快速降低挤压坯料的温度，并防止晶粒生长。在优选方法中，通过酸溶解、或机械清除、或用于去除金属涂层的任何其他技术，除去包套金属或防护性涂层。
一旦除去防护性涂层或包套，对挤压的坯料优选进行退火，以获得部分再结晶的显微组织，最好获得具有均匀或均一粒度的全部再结晶的晶粒结构并且其平均粒度优选为150μm或更小，更好为100μm以下。可在任何温度下进行退火，以获得所要求水平的再结晶，如从950℃或更低到1150℃或更高，优选是在真空中进行，如至少1×10-4乇。退火时间为2小时，或任意适宜的时间，大于或小于2上时。退火方法优选在退火去除任何表面污染之前包括通常的酸浸渍或其他表面净化技术。然后将坯料切成上述的小块，并加工成具有任意形式的普通坯料的最终使用产品。例如，本发明的坯料可锻制成盘状，并用作溅射靶，如前所述，具有基本均匀粒度以及细微粒度的本发明的挤压坯料，由该坯料形成的最终使用产品，具有相同的优良特性，根据上述的理由，这种特性是有益的。
作为另一个可选择或替换的方案，可以用上述方式进行坯料挤压，但是，挤压的坯料不需要通过挤压过程而至少部分再结晶。当挤压过程期间不需要发生再结晶时，挤压可在任意温度下进行，如从环境温度或室温(如，20-25℃)到低于钽或铌的熔点温度。对于钽，挤压温度优选从1200°F到5400°F。如果挤压，在被挤压的坯料中产生非常少的再结晶或者完全不产生。如果挤压坯料没有完全再结晶，则挤压坯料包套优选经受一次或多次退火步骤以引起至少部分再结晶。退火温度是足以使挤压坯料产生部分再结晶的温度，优选的是挤压坯料完全再结晶的温度。对于钽，优选的退火温度为950℃～1150℃，优选退火时间为2小时。正如以上指出，在任意退火以去除任何表面污染之前，优选使挤压的坯料经受通常的净化步骤，如通常的酸浸。
用于形成本发明坯料的金属锭可通过用于形成钽或铌锭的普通技术而获得。例如，钽可从矿石制得，随后碾碎，通过利用酸溶液从粉碎的矿石中分离钽，并使含有钽的酸溶液以比重分离法由含有铌和其他杂质的酸溶液中分离。然后将含钽的酸溶液结晶成盐，然后使这种含钽盐在具有搅拌器的容器中与纯钠反应，该搅拌器通常由镍合金材料构成，其中盐溶解在水中，以获得钽粉，再通过各种熔融技术将其熔融，如电子束熔融、真空电弧熔融、或等离子体熔融。
用于形成起始钽坯的起始金属锭优选是高纯度的钽坯。通常，用于制造本发明高纯钽金属的方法，包括：精炼过程、真空熔融过程、和热机械加工过程。在这种方法或作业中，精炼过程包括以粉末形式从含钽矿石中提取钽金属的步骤，所选择的含钽矿石优选含有低量杂质，尤其是含有低量的铌、钼、和钨。更好的是铌、钼、和钨的含量低于10ppm，最好低于8ppm。这样的选择可导致更纯的钽金属。在精炼过程后，真空熔融过程是用于清除低熔点的杂质，如醇酸，并从钽转变成金属，同时钽材料固结成完全致密的、可锻的金属锭。在此过程之后，可对金属锭进行机加工，这有助于分解铸态晶粒结构以达到宜于挤压的粒度和形式。
通过使含钽盐与至少一种试剂(例如，化合物或元素)在反应容器内进行反应，该试剂能还原此盐成钽金属，并进一步形成第二种盐。反应容器可以是任何用于金属反应的容器，并能经受800℃到1200℃量级的高温。对于本发明的目的，与含钽盐和能够将盐还原成钽的试剂进行接触的反应容器或反应容器的衬，是由在钽的熔融点时具有与钽一样或更高的蒸汽压的材料所制成。反应容器中的搅拌器是由相同材料制成，同样也可以加衬里。衬只存在于与盐和钽接触的反应容器和搅拌器部分。可形成衬里或反应容器的这种金属材料的实例包括，但不限于，由以下制成的金属基材料：镍、铬、铁、锰、钛、锆、铪、钒、钌、钴、铑、钯、铂、或其组合物、或其合金，只要合金材料具有与钽金属熔点相同或更高蒸汽压就可以。优选地，金属是镍或镍基合金、铬或铬基合金、或铁或铁基合金。如果，在反应容器和/或搅拌器上，存在衬里，则一般的厚度为约0.5-3cm。也可使用其他厚度。在本发明的范围之内也具有由上述的相同或不同金属材料形成的多层衬里。
含钽盐可以是能够具有含于其中钽的任何盐，像氟化钾钽，关于能够在反应容器中将盐还原成钽和第二盐的试剂，能够进行这种还原的试剂是任何能够将含钽盐还原成钽金属和其他成分(例如各种盐类)的试剂，并可以通过用水或其他溶剂将盐溶解而与钽金属分离。优选地，这种试剂是钠，其他实例包括，但不限于，锂、镁、钙、钾、碳、一氧化碳、离子氢、等等。通常在将含钽盐在还原期间能形成的第二盐是氟化钠。就本申请看，能用于本发明的详细还原过程列于Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，3rd Edition，Vol.22，pp541-564，U.S.专利Nos，2950185，3829310，4149876和3767456。加工钽的详细情况也记载于U.S.专利Nos.5234491，5242481和4884399。所有这些专利和出版物都列于本文作为参考。
上述方法为包括在多步过程中，它可用低纯钽开始，如含钽矿。可与钽共存的杂质之一是铌。此阶段中的其他杂质是钨、硅、钙、铁、锰、等。更详细地，通过具有钽和杂质的低纯钽与酸溶液混合，可净化低纯钽，如果作为矿石存在，低纯钽在与酸溶液混合前，首先粉碎，酸溶液应能基本上溶解所有的钽和杂质，尤其是在高温下进行混合时。
一旦酸溶液有足够时间以基本溶解全部，(若不是全部)的含有钽和杂质的固体，就进行液固分离，这将去除任何未溶解的杂质。通过溶液萃取进一步净化溶液。使用甲基异丁酮(MIBK)与富钽溶液接触，并添加去离子水以形成钽分液。此时，存在于含钽液体中的铌含量一般低于25ppm。
然后，具有至少含有钽的液体，可使用槽将该溶液结晶为盐。通常这种盐可以是氟化钽钾盐。这种盐最好是K2TaF7。然后如上所述，使这种盐与能够将该盐还原成1)钽和2)第二盐的试剂反应。这种化合物是纯钠，反应是在上述的反应容器中进行。正如以上所述，作为副产品的第二盐，通过使盐溶解在水源中而与钽分离，并洗去溶解盐。此时，钽的纯度一般为99.50～99.99％。
一旦从该反应中提取钽粉，任何存留的杂质，包括来自反应容器的任何污染，通过熔融钽粉都可去除。
在许多方法都可熔融钽粉，如，真空电弧熔融或电子束熔融。一般讲，熔融时的真空将足以基本上从回收的钽中去除任何存在的杂质，以致于获得高纯度钽。优选地，熔融可在10-4乇或更高的高真空中进行。为了使这些杂质，如镍和铁可被蒸发掉，熔融钽上面的压力低于金属杂质的蒸汽压。铸锭的直径应尽可能地大，优选大于9 1/2英寸。大直径可确保对真空界面的更大的熔融表面，这促进净化速率。此外，大的金属锭直径可在加工期间付与金属更多的冷加工，这可改进最终产品的特性。一旦大量的熔融钽固结，形成的金属锭会具有99.995％或更高的纯度，最好是99.999％或更高。电子束加工优选使用20000～28000伏，15-40安培，在1×10-3～1×10-6乇的真空下，以每小时300～800磅的熔融速率的条件下进行。更好是使用24000～26000伏，17～36安，在1×10-4～1×10-5乇的真空下，以每小时400～600Ibs的熔融速率进行。关于VAR(真空电弧重熔)加工，使用25～45伏，12000～22000安，在2×10-2～1×10-4乇的真空下，每小时500～2000Ibs的熔融速率。最好是使用30～60V，16000～18000amps，在2×10-2～1×10-4乇真空下，每小时800～1200磅的条件。
得到的高纯金属锭优选含有10ppm或更少的金属杂质，优选是50ppm或更少的O2，25ppm或更少的N2，和25ppm或更少的C。如果要求纯度为99.995，所得高纯金属的金属杂质优选为50ppm或更少，并优选50ppm或更少的O2，25ppm或更少的N2，和25ppm或更少的碳。这种金属锭可用于上述方式形成本发明的钽坯。
如上所述，另一方面，利用上述的挤压细节可制造铌坯。因此，可获得具有基本均匀粒度的铌坯。粒度的优选参数和其他特性与以上提供的钽参数相同，考虑到铌的不同熔融温度和其他加工条件(例如，在1000～1650℃的低温下进行挤压)，对于本技术领域中的人员都是知道的。
通过以下实施例可更详细地说明本发明，这些实例是本发明的示范例。
实施例
使用不同的加工方法，通过三重电子束(3EB)溶融而生产的2种钽锭，是制成3.75″直径的坯料。“工业方法”标定的金属锭为直径12″，3476磅重的金属锭。从金属锭的顶、中、和底部取样的化学结果示于图2(A)和2(B)中。利用图1所示标准的工业加工法，将金属锭加工成直径为3.75″的棒。从锻造产品的中部部位采取的坯料，切割成机加工直径厚度约1/2″的样品片，在至少5×10-4乇的真空中将样品片退火2小时。金相样品是按照标准的金相学工艺进行抛磨样品片的中心和边缘的纵向截面，在50HF-50HNO3溶液中浸蚀30-60钞钟。工业生产的钽坯产品的金相测试结果汇总于图2(A)和2(B)中。
本发明的金属锭的直径为10″，3734磅重。从金属锭的顶、中、底部采取样品的化学分析结果示于图2(A)和2(B)中，参照φ和挤压温度。将这种第二金属锭切割成约20″长的4区段，标为A，B，C和D。区段A-D分别是从金属锭的底部到顶部分配，按以下描述进行热挤压，并示于图1和2(A-B)：
方法A：将金属锭区段A，机加工成8.9″直径封装在铜包套中，1800°F下均热6小时，通过4.0″直径模具，由9.5″衬里挤压。
方法B：将金属锭区段B，机加工成8.9″直径封装在铜包套中，1850°F下均热6小时，通过4.0″直径模具，由9.5″衬里挤压。
方法C：将金属锭区段C，机加工成8.9″直径封装在铜包套中，1900℃下均热6小时，通过4.0″直径模具，由9.5″衬里挤压。
方法D：将金属锭区段D，机加工成9.5″直径封装在铜包套中，1900℃下均热6小时，通过4.0″直径模具，由10.25″衬里挤压。
从挤压棒的中心部分切割成样片，每个机加工直径厚度约1/2″。将每个样片切割成楔形体，将每个挤压棒的楔形体在至少5×10-4乇的真空中退火2小时，温度分别为950、1050、1150℃。金相样品是按照标准金相学工艺抛磨样片的中心和边缘的纵向截面，在50HF-50HNO3的溶液中浸蚀30-60秒。图2(A)和2(B)中汇总了挤压钽坯产品的金相检测结果。
在工业生产的坯料的中心和边缘区域处沿纵向平面的晶粒组织的显微照片示于图3(A)和3(B)。在图像上坯料轴垂直于微米标度。图3(A)和3(B)示出许多与工业生产钽坯的显微组织有关结果。首先，坯料的中心处含有二相晶粒组织，它由含有邻近含大而细长晶粒的微晶小岛的未再结晶材料的宽带构成。工业坯料的中心呈现20-245μm的粒度。是在所有的被测材料中观察到的最大范围的粒度。第二，沿着工业坯料边缘的晶粒组织特征是完全再结晶并相当均匀。这与坯料中心处的情况明显不同，反映出在工业生产的钽坯中看到的显微组织的不均匀性。
图4(A)和4(B)、5(A)和5(B)、6(A)和6(B)分别为挤压棒A在950、1050、1150℃下退火时中心和边缘部分的显微照片。比较图4-6中的图像说明了退火温度对显微组织的一般影响。在图4(A)和4(B)中看到的晶粒度特征与工业坯料中所观察到的相类似。但具有显著少量的双相的。一般讲，从950增加到1050℃的退火温度，并没有明显地增加挤压钽坯的平均粒度，但提高了粒度的均匀性和再结晶的百分比。1150℃的退火温度促进了一些晶粒的生长，而没有损害挤压钽坯中的均匀性。较高温度退火可确保整个挤压钽坯的显微组织是均匀的和完全再结晶的。
图6(A)和6(B)、7(A)和(B)、8(A)和8(B)及9(A)和9(B)分别表示挤压坯料A，B，C和D，每个在1150℃下退火2小时后，其中心和边缘区域的显微照片。图6-9都显示挤压温度和坯料尺寸对挤压钽坯晶粒组织的影响。对于从9.5″直径衬里挤压8.9″直径的金属锭部分并在1150℃下退火2小时，挤压温度从1800℃增加到1900℃，对增加晶粒度和提高晶粒度均匀性的影响甚微。这种趋势表明增加挤压温度可增加变形的均匀性和挤压期间付与材料的贮能。然而，对于1900℃的挤压温度，金属锭部分的直径从8.9增加到9.5″，和挤压衬里从9.5增加到10.25″直径，产生的坯料产品具有等于或更细的平均粒度和同样粒度的均匀性。这种观察表明增加予挤压金属锭的直径可对挤压坯料付与更大量的贮能。
总之，由实施例中推导出的信息可以断定最佳方法包括在1900°F温度下挤压9.5″大直径的钽锭部分以生产4″直径的挤压态棒，并能机加工成3.75″直径的坯料。在1050-1150℃下使挤压钽坯进行退火后，在坯料的整个截面上可获得充分再结晶的和具有平均粒度小于100μm的相当均匀的显微组织。
本发明的其他实施方案对于本技术领域中的人员，根据提交的说明书中的见解和公开的发明实践会更加清楚。本说明书和作为范例的实施例具有以下权利要求和其等同内容所说明的本发明真实范围和精神。
Claims (86)
1.一种挤出钽坯，其中所述挤出钽坯是锭制备的，纯度至少99.99％，其中所述挤出钽坯在挤出后和任何进一步热机械加工前具有基本均匀的晶粒度。
2.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述挤出钽坯具有平均粒度为150μm或更小。
3.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述挤出钽坯具有平均粒度为100μm或更小。
4.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述挤出钽坯具有平均粒度为50μm或更小。
5.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述挤出钽坯具有平均粒度为25～100μm。
6.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，具有至少99.995％的纯度。
7.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述钽坯是完全再结晶的。
8.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述钽坯是至少大于80％再结晶。
9.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述钽坯是98％或更多的再结晶。
10.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，所述钽坯是80％或更多的再结晶。
11.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，具有99.995％～99.999％的纯度。
12.根据权利要求1的挤出钽坯，特征是，还包括至少一种合金材料。
13.一种含有权利要求1的挤出钽坯的溅射靶。
14.一种含有权利要求1的挤出钽坯的电容器包套。
15.一种含有权利要求1的挤出钽坯的电阻膜层。
16.一种含有至少权利要求1的挤出钽坯作为成分的制品。
17.一种制造权利要求1的挤出钽坯的方法，它包括在1200°F-2950°F下挤出钽锭，以达到在挤出期间钽坯至少大于80％再结晶。
18.根据权利要求17的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程中是均匀的。
19.根据权利要求17的方法，它还包括在挤出后，水淬挤出钽坯的步骤。
20.根据权利要求17的方法，它还包括机械净化挤出钽坯。
21.一种用于制造权利要求1挤出钽坯的方法，它包括在1200°F-2950°F下将起始钽坯挤出，使钽坯至少大于80％再结晶，以形成所述挤出钽坯。
22.根据权利要求21的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程中是均匀的。
23.根据权利要求21的方法，它还包括挤出后，对挤出钽坯进行水淬的步骤。
24.根据权利要求21的方法，它还包括机械净化挤出的钽坯。
25.一种制造权利要求1被挤出钽坯的方法，它包括将锭切割成至少一种起始坯料，并在所述起始坯料上涂布防护涂层或者将所述起始坯料放入包套内，
在1200°F-2950°F下，将起始钽坯料挤出，以使钽坯至少大于80％再结晶，以形成所述挤出钽坯。
26.根据权利要求25的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程中是均匀的。
27.根据权利要求25的方法，它还包括在挤出后，对挤出的钽坯进行水淬的步骤。
28.根据权利要求25的方法，它还包括机械净化挤出的钽坯。
29.根据权利要求25的方法，特征是，所述锭是通过电子束熔化高纯钽粉原料而获得的。
30.根据权利要求25的方法，特征是，在挤出后，去除防护性涂层或包套。
31.根据权利要求30的方法，特征是，通过酸洗或机械净化，或二者结合而去除所述防护性涂层。
32.一种挤出铌坯，其中所述挤出铌坯是锭制备的和具有纯度至少约99.99％，其中所述挤出铌坯在挤出后和在任何进一步热机械加工前具有基本均匀的粒度。
33.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述挤出铌坯具有平均粒度为150μm或更小。
34.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述挤出铌坯具有平均粒度为100μm或更小。
35.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述挤出铌坯具有平均粒度为50μm或更小。
36.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述挤出铌坯具有平均粒度为25～100μm。
37.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，具有至少99.995％的纯度。
38.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述铌坯是完全再结晶的。
39.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述铌坯至少是大于80％再结晶。
40.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述铌坯为98％或更多的再结晶。
41.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，所述铌坯为80％或更多的再结晶。
42.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，具有99.995％～99.999％的纯度。
43.根据权利要求32的挤出铌坯，特征是，它还含有至少一种合金材料。
44.一种含有权利要求32的挤出铌坯的溅射靶。
45.一种含有权利要求32的挤出铌坯的电容器包套。
46.一种含有权利要求32的挤出铌坯的电阻薄膜层。
47.一种含有至少权利要求32的挤出铌坯作为成分的制品。
48.一种制造权利要求32的挤出铌坯的方法，它包括在1000°F-2650°F下挤出铌锭，以在挤出期间，使铌坯至少大于80％再结晶。
49.根据权利要求48的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程中是均匀的。
50.根据权利要求48的方法，它还包括在挤出后，将挤出的铌坯进行水淬的步骤。
51.根据权利要求48的方法，它还包括机械净化挤出铌坯。
52.一种制造权利要求32的挤出铌坯的方法，它包括在1000°F-2650°F下，挤出起始铌坯，以使铌坯至少大于80％再结晶而形成所述挤出铌坯。
53.根据权利要求52的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程中是均匀的。
54.根据权利要求52的方法，它还包括挤出后，对挤出铌坯进行水淬的步骤。
55.根据权利要求52的方法，它还包括机械净化挤出铌坯。
56.一种制备权利要求32的铌坯的方法，它包括将锭切割成至少一种起始坯料，在该起始坯料上涂布防护性涂层，或将该起始坯料放入包套内，
在1000°F-2650°F下，挤出起始坯料，以使铌坯至少大于80％再结晶，并形成所述挤出铌坯。
57.根据权利要求56的方法，特征是，所述温度在整个挤出过程是均匀的。
58.根据权利要求56的方法，它还包括在挤出后，将被挤出的铌坯进行水淬的步骤。
59.根据权利要求56的方法，它还包括机械净化挤出钽坯。
60.根据权利要求56的方法，特征是，所述锭是通过电子束熔化高纯铌粉原料而获得。
61.根据权利要求56的方法，特征是，在所述挤出后，去除所述防护性涂层或包套。
62.根据权利要求61的方法，特征是，通过酸洗或机械净化，或两者结合而去除防护性涂层。
63.根据权利要求17的方法，它还包括将所述挤出钽坯进行退火。
64.根据权利要求63的方法，特征是，在退火期间，退火的温度和时间要足以使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
65.根据权利要求63的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
66.根据权利要求21的方法，它还包括对所述挤出钽坯进行退火。
67.根据权利要求66的方法，特征是，在进行退火期间，退火的温度和时间要足以使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
68.根据权利要求66的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
69.根据权利要求25的方法，它还包括对所述挤出的钽坯进行退火。
70.根据权利要求69的方法，特征是，在进行退火期间，所述退火的温度和时间要足以使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
71.根据权利要求69的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
72.根据权利要求48的方法，它还包括对所述挤出铌坯进行退火。
73.根据权利要求72的方法，特征是，在进行退火期间，进行退火的温度和时间，要足以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
74.根据权利要求72的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
75.根据权利要求52的方法，它还包括对所述挤出铌坯进行退火。
76.根据权利要求75的方法，特征是，在进行退火期间，退火的温度和时间，要足以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
77.根据权利要求75的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
78.根据权利要求56的方法，它还包括对所述挤出铌坯进行退火。
79.根据权利要求78的方法，特征是，在退火期间，进行退火的温度和时间，要足以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
80.根据权利要求78的方法，特征是，所述退火是在950～1150℃下进行2小时。
81.一种制造权利要求1的挤出钽坯的方法，它包括对钽锭进行挤出，以形成挤出的钽坯，然后在足够的温度下对所述挤出钽坯进行足够时间的退火，使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
82.一种制造权利要求1的挤出钽坯的方法，它包括对起始钽坯进行挤出，以形成所述挤出钽坯，然后，在足够的温度下对所述挤出钽坯进行足够时间的退火，以使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
83.一种制造权利要求1的挤出钽坯的方法，它包括将锭切割成至少一种起始坯料，在起始坯料上涂布防护性涂层或将起始坯料放入包套中，
对起始坯料进行挤出以形成所述挤出钽坯，然后在足够的温度下，对所述挤出钽坯进行足够时间的退火，使挤出的钽坯至少大于80％再结晶。
84.一种制造权利要求32的挤出铌坯的方法，它包括将铌锭进行挤出，以形成挤出的铌坯，然后在足够的温度下对所述挤出铌坯进行足够时间的退火，以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
85.一种制造权利要求32的挤出铌坯的方法，它包括对起始的铌坯进行挤出，以形成所述挤出铌坯，然后在足够的温度下对所述挤出铌坯进行足够时间的退火，以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
86.一种制造权利要求32的挤出铌坯的方法，它包括将金属锭切割成至少一种起始坯料，在该起始坯料上涂布防护性涂层或将该起始坯料放入包套内，
对起始坯料进行挤出以形成所述挤出铌坯，然后在足够的温度下将所述挤出铌坯进行足够时间的退火，以使挤出的铌坯至少大于80％再结晶。
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