JP2003535218A - 無蒸発ゲッタ合金 - Google Patents
無蒸発ゲッタ合金Info
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Abstract
Description
金に関する。
ることができ、且つ酸素、水、酸化物、及びある種の合金の場合は窒素を非可逆
的に吸着することができる。
の種類の適用において必要となり、例えば、真空維持は、X線発生管における粒
子加速器、電界放射型の平坦表示装置、及び熱ビン(熱)のような断熱排気した
内部空間のジュアー(Dewars)、または油採取及び輸送用の配管、において要求
される。
、上記のガスを除去するために使用することも可能である。例えばランプにおい
ての使用であり、特に、数十ミリバールの圧力で希ガスを充填した蛍光灯であり
、このなかではNEG合金は、微量の酸素、水、水素及びその他のガスを除去す
る目的を有する。すなわち、ランプが機能するために適切な雰囲気を維持するこ
とである。上記の微量ガスを別のガスから除去するもう一つの目的は、不活性ガ
スの精製であり、特に、超小型電子技術工業における適用である。
,203,901号の主題であり、特にこの合金は、wt%組成で84%Zr−
16%Alを含み、名称St101のもとで出願人により製造販売されている。
米国特許第4,071,335号は、Zr−Ni合金を開示し、特にこの合金は
、wt%組成で75.7%Zr−24.3%Niを含み、名称St199のもと
で出願人により製造販売されている。米国特許第4,306,887号は、Zr
−Fe合金を開示し、特にこの合金は、wt%組成で76.6%Zr−23.4
%Feを含み、名称St198のもとで出願人により製造販売されている。米国
特許第4,312,669号は、Zr−V−Fe合金を開示し、特にこの合金は
、wt%組成で70%Zr−24.6V−5.4%Feを含み、名称St707
のもとで出願人により製造販売されている。米国特許第4,668,424号はジ
ルコニウム、ニッケル、ミッシュメタル合金を開示し、1種またはそれ以上の遷
移金属を任意元素として含む。米国特許第4,839,085号は、Zr−V−
E合金を開示し、Eは鉄、ニッケル、マンガン及びアルミニウム、またはそれら
の混合物から選択された合金である。米国特許第5,180,568号は、金属
間化合物Zr1M’1M ”1を開示し、M’およびM”は類似するかまたは相違し
、Cr、Mn、Fe、Co及びNiから選択され、特に化合物Zr1M’1Fe
”1であり、名称St909のもとで出願人により製造販売されている。米国特
許第5,961,750号は、Zr−Co−A合金を開示し、Aはイットリウム
、ランタン、希土類元素、またはそれらの混合物から選択された合金であり、特
にこの合金は、wt%組成で80.8%Zr−14.4Co−5%Aを含み、名
称St787のもとで出願人により製造販売されている。最後に、ガス精製に使
用するためのZr及びVを基にするゲッタ合金は、日本パイオニックス社の名前
で公開された種々の明細書に開示され、それらのうちの例としては特開平5−4
809号、特開平6−135707号及び特開平7−242401号である。
なかで、合金St101は、水素吸着が関係する限りでは最も優れたものである
が、作動するためには比較的高温度での、少なくとも700℃での活性化処理を
必要とする。合金St198は、貧窒素吸着特性であり、このために、このガス
の精製のために使用される。米国特許第5,180,568号に開示される化合
物は水素を吸着しない。これらの反応性相違の結果として、使用合金の選択は、
具体的に予定する適用に依存する。具体的には、これらのなかで、米国特許第4
,312,669号に開示される名称St707が、その良好な吸着量のおかげ
で、そしてこのNEG合金に必要な比較的低い活性化温度のために、最も広く使
用されていると言っても良い。
、熱を遮断するものの場合、その製造の際に、排気した空間に残留するガスは、
除去する必要がある。実際問題としては、製造価格を適切な範囲に維持するため
に、それらの封止前に行うこの空間の排気は、密封した後に一般的に中断され、
この空間内の残留圧力が、限定はされるが一般的に残留する。雰囲気ガスの吸着
は、定義「はずみ車」でもって既知であるエネルギ慣性加速器の最近研究された
適用においても要求され、はずみ車は排気された容器内においては高速度で高質
量の対象物の回転に基本に作用し、容器内に存在するガスの摩擦によるエネルギ
損失から回転質量を守るために、この適用において真空が必要である。これらの
適用において、NEG合金の選択に対して特に重要なことは、窒素に対する挙動
であり、このガスは雰囲気中の約80%の組成物を形成し、且つ雰囲気ガス(希
ガスを除いて)中で、このNEGによって取り除くことが最も困難であるためで
ある。
工業のガス精製である。実際の課題としては、工程ガス中の不純物が、固体デバ
イスを形成するためのレーザと合体することが知られており、すなわち、半導体
デバイス内に電気的欠陥を生じ、そのために製品は廃棄される。半導体工業にお
いて目下要求される純度は、ppt(元素または分子が10-12)のオーダであ
る。したがって、非常に高い不純物吸着効率を有するNEG合金の入手できるこ
とが必要となる。上記のように、工程ガス中の通常不純物に相当するガスのなか
で、窒素は、NEG合金から除去することが最も困難である。
して有する無蒸発ゲッタ合金を提供することである。
ゲッタ合金は、ジルコニウムと、バナジウムと、鉄と、マンガンと、イットリウ
ムとランタンと希土類元素との中から選択された少なく1種の元素とを含み、次
の範囲内で変化しうる元素組成wt%で(後述においては、特別に記載しない限
り、全てのパーセント及び比率は重量で示す)、 60〜85%のジルコニウム 2〜20%のバナジウム 0.5〜10%の鉄 2.5〜30%のマンガン、及び 1〜6%のイットリウム、ランタン、希土類元素またはイットリウム、ランタ
ン、希土類元素の混合物と、を含む。
ジウムと鉄とは、イットリウムとランタンと希土類元素との中の1種の元素と、
及びマンガンとによって置き換えられるため、米国特許第4,312,669号に
記載の合金とは相違する。米国特許第4,668,424号の合金は、これらの合
金はバナジウムとマンガンとを含まず、代わりに20〜45wt%の量のニッケル
を存在させる必要があるために、本願合金と相違いする。米国特許第4,839,
085号の合金は、これらの合金はイットリウム、ランタンまたは希土類元素を
必要としなくて、一般的に、本発明の合金に関して述べると、多量のバナジウム
と少量の鉄とマンガンとを含有する。米国特許第5,180,568号の化合物は
、3元金属間化合物Zr1M’1M”1であり、且つこれらの化合物はバナジウム
、ランタン及び希土類元素を含まない。米国特許第5,961,750号の合金は
コバルトの存在を必要とするが、バナジウム、鉄及びマンガンの存在を必要とし
ない。上記及び次に広範囲にわたって説明するように、化合物中のこれらの相違
がガス吸着における注目すべき相違を生じ、窒素に関する限りにおいては、特に
相違を生じる。
は減少するのに対して、85%より高いこの元素の含有量はあまりにも軟らかな
合金となり、ゲッタ装置の製品に加工することが困難である。記載したパーセン
トから外れる合金化合物含有量では、高バナジウム含有量の場合は窒素と、高い
鉄またはマンガンの含有量の場合は水素と、のガス吸着特性の低下を意味する。
さらに、2%未満のバナジウムを含有する合金は、あまりにも発火性があり、そ
のために製造すること及び取り扱いに対して危険であることが判明した。最後に
、6%より高いパーセントのイットリウム、ランタン、希土類元素またはそれら
の混合物は合金の吸着性を改良せず、それらの使用前の貯蔵問題に起因する大気
中でそれらが不安定性になることが生じる。特に、本発明の利便性は、後述する
元素の代わりに、ミッシュメタル(以後、単にMM記載する)を利用することで
ある。多くの市販混合物はこの名称と同一であり、セリウム、ランタン及びネジ
ウム、及び少量の希土類元素を含み、純金属に比べ廉価である。ミッシュメタル
の正確な組成は上記元素は同様な反応性を有するので重要ではなく、入手可能で
あるミッシュメタルの化学的挙動は、たとえ1成分が変化しても実質的に一定で
あるためであり、この組成物の正確な組成が本発明の合金の作用特性に影響を及
ぼさないためである。
ニウム、 2.5〜15%のバナジウム、 5〜25%のマンガン、及び 1:4〜1:5の間からなる鉄/バナジウムの比率、 の含有量を含む合金が好ましい。
7%Mn−3%MMの組成の合金、及び69%Zr−2.6%V−0.6%Fe
−24.8%Mn−3%MMの組成の合金である。
たは粉末から開始し、オーブン内の溶融によって準備される。不活性ガス雰囲気
のもとでのアークオーブン中の溶融技術は、例えば、圧力300ミリバールのア
ルゴンのもと、或いは誘導オーブン内において真空または不活性ガスのもとが好
ましい。いずれにしても、合金準備のために、冶金工業界で通常である別の技術
の使用が可能である。
は支持体の上または容器内で使用される。いずれの場合においても、合金は、一
般的には250μmより小さく、好ましくは125〜40μmの粒子径を有する
粉末の使用が好ましい。大きな粒子径では、この材料の比表面積(重量あたりの
表面積)の過度の減少が生じ、一方40μ以下の粒子径の値は、種々の適用に対
して使用され且つ要求されるといえ、ゲッタデバイスの製造工程の際にいくつか
の問題が生じる(細かい粉末は自動手段で動かすことがさらに困難であり、大き
な粒子径の粉末に関してはさらに発火性がある)。
の期間活性化することができる。この温度の効果は処理時間を超えても残留し、
400度で10分間の活性化でほとんど完全な活性化を達成することができる。
素のようなガスの吸着に対して作用することができ、水素に対しては既知の合金
と同様の性質を備え、且つ酸化炭素と窒素に対してはさらに優れたものとなる。
一般的に使用最高温度は、約500℃であり、挿入されたところでデバイスの安
定性と機能を損なうことは無い。これらの合金の最高作用温度は、具体的な適用
に依存し、例えば、耐熱空間の場合、この温度は、耐熱空間自体の壁の最も高い
温度によって決定され、「はずみ車」の場合は、この温度は室温であり、ガスの
精製の場合は、この温度は一般的に約300〜400℃である。
吸収された水素の温度と吸収量との関数として合金の平衡水素圧によって評価さ
れるので、この吸着は可逆的である。この観点から、本発明の合金による水素の
吸着は非常に優れ、前述の合金St707の吸着と類似し、これは、最も広範囲
に使用されるゲッタ合金である。また、本発明の合金は、室温で、同じ条件にお
ける合金St707についていうと、吸着量は窒素に対して15倍であり、且つ
COに対しては10である。
バイスの形状は、最も多種であり、例えばゲッタ合金からのみ形成されたペレッ
トを含み、または一般的に金属の支持材としての合金である。この二つの場合に
おいて、粉末の合体は、加圧成形または加圧成形後の焼結によって行なわれる。
加圧成形された粉末のみによって形成されたペレットは、例えば耐熱材及びガス
精製に適用されることが分かった。この粉末を支持する場合は、鋼、ニッケルま
たはニッケル合金が支持材料として使用することができる。支持材は簡単に帯状
にすることができ、帯材の表面に、この合金粉末を種々の技術によって蒸着させ
た後に冷間圧延または焼結によって付着させる。同様の帯材から得られたゲッタ
デバイスは、ランプに使用することができる。この支持体は種々の形状の適切な
容器に形成することができ、その中で粉末は一般的に加圧圧縮によって入れられ
るか、またはいくつかのデバイスでは加圧圧縮が無くて、その中でこの容器は多
孔質隔壁を備え、ガスは通路を説くか可能であるが粉末は残ることができる。後
者の形態は、[はずみ車]の適用に特に安定であり、酸化カルシウムのような吸
湿吸着剤の粉末ゲッタ合金に追加される。これらの可能性のいくつかは図1〜図
5に示され、その中で図1は本発明にしたがうNEG合金加圧粉末だけから作ら
れたペレット10を示す。図2はランプの使用に対して特に安定な形状を有する
NEG合金デバイス20を示し、長さ方向に直行する線に平行に切断することに
よって得られ、帯材21は金属支持材22を形成し、それに本発明の合金粉末2
3が存在する。次にタイプ20のデバイスは、帯材を点線A−A”に沿って切断
することによって得られる。図3は上方に開口された金属容器31から作られる
デバイス30を断面で示し、容器内にNEG合金粉末32が備わる。図4は金属
容器40から作られるデバイスを断面で示し、その中でNEG合金の粉末42が
備わり、多孔質隔壁によって閉じられた上部開口を有する。図5は、先の図面の
デバイスと類似するデバイス50を示し、特に[はずみ車]の適用に適切であり
、本発明のNEG合金51の粉末と吸湿吸着剤52とが備えられる。
かの実施態様に限定するものでなく、この実施態様は当業者に本発明を以下に実
施するかを説明することを意図し、本発明を実施する最良の方法を教示すること
を意図する。
%Fe−8.7%Mn−3%MMの組成を有する100gの合金が、Zrと、M
nと、MMと、バナジウムの重量を約81.5%含有する市販V−Fe合金と、
を所望組成に相当する比率で、工業用オーブン中で溶融することによって準備し
た。使用したミッシュメタルは、wt%組成で50%のセリウムと、30%のラ
ンタンと、15%のネジウムと、残部5%の希土類元素とを含む。合金インゴッ
トを、アルゴン雰囲気のもとボールミル中で粉砕し、且つ粉末を篩い分けして4
0〜128μmの粒子径を有する部分を回収した。
たが、異なる品位のZrと、Mnと、MMと、V−Fe合金とから開始して、6
9%Zr−2.6%V−0.6%Fe−24.8%Mn−3%MMの組成を有す
る合金を得た。
合金の準備に関する。すなわち、この合金は、断熱及びガス精製のような適用に
最も一般的に使用されるNEG材料であるので、比較例として取り扱う。100
gのSt707合金は、実施例1に記載されるような作業によって、Zr及びV
−Fe合金を所望の組成の相当する比率で使用することによって製造した。
例1において準備された0.2gの粉末が、500℃で10分間活性化され、そ
の後測定容器内に導入された。窒素吸着試験は、標準ASTM−F−798−7
2に記載される手順にしたがって、室温と4×10-6ミリバールの窒素圧力で操
作することによって実行された。試験結果は、吸着ガス量の関数(Qで示し、ミ
リバールのガス圧力かけるcm3ガスで測定し、且つ合金グラムあたりで標準化
した)として吸着程度(Sで示し、毎秒当たりのガス吸着をcm3で測定し、且
つ合金グラムあたりで標準化した)として、図6の曲線1のグラフに示す。
結果は図6の曲線2ようなグラフが報告される。
結果は図6の曲線3ようなグラフが報告される。
間と同じように排気された空間で最も一般的に見つけられるガスの1種であるの
で、COが使用された。この試験結果は、図7の曲線4のようなグラフが報告さ
れる。
結果は図7の曲線5ようなグラフが報告される。
結果は図7の曲線6ようなグラフが報告される。
もに水素は、排気された空間に最も多くの量が存在するガスの1種である。この
試験結果は、図8の曲線7のようなグラフが報告される。
験結果は図8の曲線8ようなグラフが報告される。
験結果は図8の曲線9ようなグラフが報告される。
された。試験結果は図9の曲線11ようなグラフが報告される。
験結果は図9の曲線11ようなグラフが報告される。
mmの直径を有し2mm高さのペレットを重量約125mg使用した。このペレ
ットは、実施例1に記載されるように準備された粉末で作られた。試験結果は図
10の曲線12ようなグラフが報告される。
して、実施例15のペレットと同じ大きさを有する。試験結果は図10の曲線1
3ようなグラフが報告される。
試験結果は図11の曲線14ようなグラフが報告される。
の粉末のペレットを使用して繰り返された。試験結果は図11の曲線15ような
グラフが報告される。
で働かす場合に見込まれる因子は、所定の吸着速度での吸着量である。実際に、
通常の適用にいては、金属化合物と吸着ガスとの化学量論的な反応完了として決
定されるNEG合金の熱的吸着容量は達成されず、且つ一般的に作用温度は低く
て反応の進行程度は小さい。したがって、実際的な観点から、ゲッタ合金の容量
として、その吸着速度が、初期値から適用に対して受諾し得る最小値まで減速さ
れたもので仮定される。すなわち、第1にこの最小値が、壁からの放出または浸
透のために、ガスが排気された空間に浸透する速度に等しいことが仮定される。
すなわち、精製に適用の場合、この最小値はこの合金に入る不純物の流れに少な
くとも等しくする必要がある。これらの実際の条件は、このゲッタ合金が接触し
ているガス不純物の量を完全に吸収することが可能にすることを確実にする。こ
の試験結果を解析することによって、本発明の合金はSt707合金より優れた
ガス吸着特性を有することが注目でき、特に、室温での窒素に対する吸着は、バ
ラバラの粉末の場合は(図6)、St707合金より約5〜15倍であり、ペレ
ットの場合は(図10)、約3〜5倍である。室温でのCOに対する吸着は、バ
ラバラの粉末の場合は(図7)、St707合金より約3〜5倍であり、ペレッ
トの場合は(図11)、約6〜11倍である。本発明の粉末合金の水素に対する
吸着は、室温時は(図8)St707合金より優れ、最終的に、300℃でさえ
も、本発明の粉末合金は、St707合金の粉末より高い窒素吸着を示した(図
9)。
着の結果を示す。
着の結果を示す。
着の結果を示す。
着の結果を示す。
吸着の結果を示す。
吸着の結果を示す。
Claims (25)
- 【請求項1】 窒素に対して特に高ガス吸着効率を備える無蒸発ゲッタ合金
であって、 ジルコニウムと、バナジウムと、鉄と、マンガンと、イットリウムとランタン
と希土類元素との中から選択された少なく1種の元素とを含み、 次の範囲内で変化しうる元素組成wt%で、 60〜85%のジルコニウム 2〜20%のバナジウム 0.5〜10%の鉄 2.5〜30%のマンガン、及び 1〜6%のイットリウム、ランタン、希土類元素またはそれらの混合物、 を含む無蒸発ゲッタ合金。 - 【請求項2】 ジルコニウムを約65〜75wt%含む請求項1記載の合金
。 - 【請求項3】 ジルコニウムを約67〜70wt%含む請求項2記載の合金
。 - 【請求項4】 バナジウムを約2.5〜15wt%含む請求項1記載の合金
。 - 【請求項5】 マンガンを約5〜25wt%含む請求項1記載の合金。
- 【請求項6】 鉄とバナジウムとのwt比率が、1:4〜1:5との間にあ
る請求項1記載の合金。 - 【請求項7】 70%Zr−15%V−3.3%Fe−8.7%Mn−3%
ミッシュメタルの組成を含む請求項1記載の合金。 - 【請求項8】 69%Zr−2.6%V−0.6%Fe−24.8%Mn−
3%ミッシュメタルの組成を含む請求項1記載の合金。 - 【請求項9】 請求項1の合金を粉末形状で含むゲッタデバイス。
- 【請求項10】 前記合金が250μm以下の粒子径を有する請求項9記載
のデバイス。 - 【請求項11】 前記粉末が、125〜40μmの間に含まれる粒子径を有
する請求項9記載のデバイス。 - 【請求項12】 前記ゲッタ合金の粉末だけで作られたペッレトで形成され
た請求項9記載のデバイス(10)。 - 【請求項13】 ゲッタ合金の粉末(23)が備えられた金属支持体(22
)から形成されたバンド(21)を、長さ方向に平行な線に沿って切断して得ら
れた請求項9記載のデバイス(20)。 - 【請求項14】 上方に開口した金属容器(31)内をゲッタ合金(32)
の粉末で形成する請求項9記載のデバイス(30)。 - 【請求項15】 多孔質隔壁(43)によって閉ざされた上側開口を有する
金属容器(41)内をゲッタ合金(42)の粉末で形成する請求項9記載のデバ
イス(40)。 - 【請求項16】 前記ゲッタ合金の粉末とは別に、吸湿材料(52)の粉末
を含む請求項15記載のデバイス(50)。 - 【請求項17】 排気された空間が請求項1記載の合金を含み、前記空間を
備える断熱して製造された物品。 - 【請求項18】 前記空間が請求項11に記載されるゲッタデバイスを含む
請求項17に記載の物品。 - 【請求項19】 請求項1に記載する合金を含むガス清浄器。
- 【請求項20】 請求項12に記載するゲッタデバイスを含む請求項19に
記載の清浄器。 - 【請求項21】 請求項1に記載する合金を含むランプ。
- 【請求項22】 請求項13に記載するゲッタデバイスを含む請求項21記
載のランプ。 - 【請求項23】 請求項1に記載する合金を含む慣性エネルギアキュムレー
タの排気容器。 - 【請求項24】 請求項15に記載するデバイスを含む請求項23に記載の
排気容器。 - 【請求項25】 請求項16に記載するデバイスを含む請求項23に記載の
排気容器。
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