JP2013091822A - Alloy slab and sputtering target - Google Patents

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Kazuki Yamashita
和貴 山下
Hisaya Sato
尚也 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide Cu-Ga alloy slab in which cracks are prevented from generating upon cutting etc., and a sputtering target made by using such Cu-Ga alloy slab.SOLUTION: The Cu-Ga alloy slab contains a high-melting point metal, whose melting point is higher than that of the Cu-Ga alloy, in an amount of 1 atom% or lower by atomic percent. The sputtering target is made by using the Cu-Ga alloy slab.

Description

本発明は、Cu−Ga合金を主成分とする合金スラブ、および該合金スラブを用いて作製されるスパッタリングターゲットに関する。   The present invention relates to an alloy slab mainly composed of a Cu-Ga alloy and a sputtering target produced using the alloy slab.

Ga(ガリウム)の組成比が比較的大きいCu−Ga合金は、主に、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして用いられる。   A Cu—Ga alloy having a relatively large composition ratio of Ga (gallium) is mainly used as a sputtering target for forming a thin film of a light absorption layer constituting a thin film solar cell.

スパッタリングターゲットは、溶解鋳造法によって製造された直方体形状(例えば大きさが、300mm×400mm×1000mmである)の合金インゴット(スラブ)を、旋盤や丸鋸を用いて幾つかに切断し、切断された合金片(スラブ)を圧延、切削することにより製造される。   The sputtering target is cut by cutting an ingot (slab) of a rectangular parallelepiped shape (for example, a size of 300 mm × 400 mm × 1000 mm) manufactured by a melt casting method into several pieces using a lathe or a circular saw. It is manufactured by rolling and cutting an alloy piece (slab).

例えば、特許文献1には、溶解鋳造によって、Cu−Ga合金からなるスパッタリングターゲット用のCu−Ga合金スラブを製造する方法が開示されている。しかしながら、特許文献1に開示される技術では、比較的小さなサイズのCu−Ga合金スラブしか製造することができず、また、所望するCu−Ga合金スラブの大きさに合わせたモールドをその都度用意しなければならないので、生産性が極めて低い。   For example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a Cu—Ga alloy slab for a sputtering target made of a Cu—Ga alloy by melt casting. However, with the technique disclosed in Patent Document 1, only a relatively small size Cu—Ga alloy slab can be manufactured, and a mold that matches the desired size of the Cu—Ga alloy slab is prepared each time. Productivity is extremely low.

スパッタリングターゲット用のCu−Ga合金スラブを製造する他の方法としては、セラミックスなどの成形と同様に、Cu−Ga合金粉末を焼結することによって所望の形状に成形(製造)する方法がある。Cu−Ga合金粉末を焼結することによって製造されたCu−Ga合金スラブは、スパッタリングターゲットに加工したときに、相対密度が95%以下と低密度であり、酸素含有率が数1000ppmと高いため、スパッタ成膜時の異常放電や酸化物による汚染の問題が伴う。   As another method of manufacturing a Cu—Ga alloy slab for a sputtering target, there is a method of forming (manufacturing) a desired shape by sintering a Cu—Ga alloy powder as in the case of forming ceramics or the like. A Cu—Ga alloy slab produced by sintering Cu—Ga alloy powder has a low relative density of 95% or less and a high oxygen content of several thousand ppm when processed into a sputtering target. In addition, abnormal discharge during sputtering film formation and contamination with oxides are involved.

そのため、スパッタリングターゲット作製時にCu−Ga合金スラブを用いる場合には、Cu−Ga合金スラブは一般的に溶解鋳造によって製造されていることが望ましい。   Therefore, when using a Cu-Ga alloy slab at the time of sputtering target preparation, it is desirable that the Cu-Ga alloy slab is generally manufactured by melt casting.

スパッタリングターゲットとして用いられるGaの組成比が比較的大きいCu−Ga合金は、延性や展性が乏しく、硬度が高くて割れ易い(脆い)。そのため、溶解鋳造により製造されたCu−Ga合金からなるCu−Ga合金スラブには、ひび割れが発生している場合がある。このようなひび割れが発生したCu−Ga合金スラブを製品化するためには、例えばひび割れが発生した部分を切削して除去しなければならない。また、発生した切削屑には切削によって不純物が混入してしまうため、例えばCu−Ga合金スラブをスパッタリングターゲットを作製するときに用いる場合には、当該切削屑をCu−Ga合金スラブを溶解鋳造して製造するときに再利用することができない。そのため、再利用できない多量の切削屑が発生してCu−Ga合金スラブの製品の歩留まりが悪くなる。   A Cu—Ga alloy having a relatively large Ga composition ratio used as a sputtering target has poor ductility and malleability, has high hardness, and is easily cracked (brittle). Therefore, the Cu-Ga alloy slab made of Cu-Ga alloy manufactured by melt casting may have cracks. In order to commercialize such a cracked Cu-Ga alloy slab, for example, the cracked portion must be cut and removed. In addition, since impurities are mixed into the generated cutting scraps by cutting, for example, when using a Cu-Ga alloy slab when producing a sputtering target, the cutting scraps are melt cast into the Cu-Ga alloy slab. It cannot be reused when manufacturing. Therefore, a large amount of cutting waste that cannot be reused is generated, and the yield of Cu-Ga alloy slab products deteriorates.

例えば、非特許文献1には、銅合金鋳物を溶解鋳造により製造するときのひび割れの発生を抑制する方法として、鋳型形状の変更による応力発生源をなくす方法、鋳物各部を一様に冷却して温度勾配を小さくして応力を緩和する方法、鋳型上部などの押し湯部に発熱材や保温材などを設ける方法などが開示されている。   For example, in Non-Patent Document 1, as a method for suppressing the occurrence of cracks when a copper alloy casting is produced by melt casting, a method of eliminating a stress generation source due to a change in mold shape, each part of the casting is uniformly cooled. A method of reducing the stress by reducing the temperature gradient, a method of providing a heat generating material, a heat insulating material, or the like in a hot metal part such as the upper part of the mold are disclosed.

特開2000−73163号公報JP 2000-73163 A

「銅合金鋳物の生産技術」、財団法人素形材センター、p.391〜392“Copper alloy casting production technology”, Foundation Materials Center, p. 391-392

しかしながら、Gaの組成比が比較的大きいCu−Ga合金は、硬度が高くて脆い硬脆材であるので、Cu−Ga合金スラブを溶解鋳造により製造するときのひび割れ対策として、非特許文献1に開示される技術を適用したとしても、大型のCu−Ga合金スラブを、ひび割れ発生を充分に抑制して製造することができない。   However, since a Cu-Ga alloy having a relatively large Ga composition ratio is a hard and brittle material having high hardness, it is disclosed in Non-Patent Document 1 as a countermeasure against cracking when a Cu-Ga alloy slab is manufactured by melt casting. Even if the disclosed technology is applied, a large-sized Cu—Ga alloy slab cannot be manufactured with sufficiently suppressed generation of cracks.

また、製造時にひび割れの発生がなかったとしても、硬脆材であるCu−Ga合金からなるCu−Ga合金スラブは、切断加工時にひび割れが発生してしまうおそれがある。   Moreover, even if there is no crack at the time of manufacture, the Cu—Ga alloy slab made of a Cu—Ga alloy, which is a hard and brittle material, may be cracked at the time of cutting.

したがって本発明の目的は、切断加工時などにおけるひび割れの発生を抑制することができるCu−Ga合金スラブ、および、このようなCu−Ga合金スラブを用いて作製されたスパッタリングターゲットを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a Cu—Ga alloy slab capable of suppressing the occurrence of cracks during cutting and the like, and a sputtering target produced using such a Cu—Ga alloy slab. is there.

本発明は、Cu−Ga合金を主成分とする合金スラブであって、
前記Cu−Ga合金よりも融点の高い高融点金属が、原子百分率で1at%以下含有されていることを特徴とする合金スラブである。
また本発明は、前記高融点金属が、Moであることを特徴とする。
The present invention is an alloy slab mainly composed of a Cu-Ga alloy,
The alloy slab is characterized in that a high melting point metal having a melting point higher than that of the Cu—Ga alloy is contained in an atomic percentage of 1 at% or less.
In the present invention, the refractory metal is Mo.

また本発明は、前記Cu−Ga合金において、Gaの組成比は、原子百分率で10at%以上50at%以下であることを特徴とする。   In the Cu-Ga alloy, the present invention is characterized in that the Ga composition ratio is 10 at% or more and 50 at% or less in atomic percentage.

また本発明は、前記合金スラブを用いて作製されることを特徴とするスパッタリングターゲットである。   Moreover, this invention is produced using the said alloy slab, It is a sputtering target characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、Cu−Ga合金を主成分とする合金スラブには、Cu−Ga合金よりも融点の高い高融点金属が、原子百分率で1at%以下含有されている。このCu−Ga合金を主成分とする合金スラブは、高融点金属を結晶核として、Cu−Ga合金の結晶が微細化されて結晶成長しており、破断に至るまでの変形量が大きいスラブとなっている。そのため、本発明の合金スラブは、切断加工時などにおけるひび割れの発生を抑制することができる。   According to the present invention, an alloy slab mainly composed of a Cu—Ga alloy contains a high melting point metal having a melting point higher than that of the Cu—Ga alloy in an atomic percentage of 1 at% or less. This alloy slab mainly composed of a Cu-Ga alloy has a refractory metal as a crystal nucleus, a crystal of the Cu-Ga alloy is refined and grown, and a slab having a large amount of deformation until fracture occurs. It has become. Therefore, the alloy slab of the present invention can suppress the occurrence of cracks during cutting.

また本発明によれば、高融点金属がMoであるので、高融点金属が結晶核としての機能を果たすことができ、高強度化された合金スラブとなる。そのため、切断加工時などにおけるひび割れの発生が確実に抑制された合金スラブとなる。   Further, according to the present invention, since the refractory metal is Mo, the refractory metal can function as a crystal nucleus, resulting in an alloy slab with increased strength. Therefore, an alloy slab in which the occurrence of cracks during cutting or the like is reliably suppressed is obtained.

また本発明によれば、Cu−Ga合金において、Gaの組成比は、原子百分率で10at%以上50at%以下である。Ga濃度が低い場合には、Cu中へのGa固溶が起こるため、ひび割れの発生が少ない。Ga濃度が高すぎる場合には、固溶限界を超えるため、金属間化合物が形成され、ひび割れの発生が多くなり、かつ鋳造時に偏析が起こりやすくなる。Gaの組成比が、原子百分率で10at%以上50at%以下であることによって、ひび割れの発生のない高強度の合金スラブとなる。   According to the present invention, in the Cu—Ga alloy, the Ga composition ratio is 10 at% or more and 50 at% or less in atomic percentage. When the Ga concentration is low, Ga solid solution occurs in Cu, so that the occurrence of cracks is small. When the Ga concentration is too high, the solid solution limit is exceeded, so that an intermetallic compound is formed, cracking is increased, and segregation is likely to occur during casting. When the composition ratio of Ga is 10 at% or more and 50 at% or less in terms of atomic percentage, a high-strength alloy slab without cracking is obtained.

また本発明によれば、スパッタリングターゲットは、本発明の合金スラブを用いて作製される。本発明の合金スラブは、切断加工時などにおけるひび割れの発生を抑制することができるスラブであるので、その合金スラブを用いて作製されたスパッタリングターゲットは、ひび割れの発生が抑制されたものとなる。したがって、本発明のスパッタリングターゲットは、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。   Moreover, according to this invention, a sputtering target is produced using the alloy slab of this invention. Since the alloy slab of the present invention is a slab that can suppress the occurrence of cracks during cutting or the like, the sputtering target produced using the alloy slab has the occurrence of cracks suppressed. Therefore, the sputtering target of this invention can be used suitably as a sputtering target for thin film formation of the light absorption layer which comprises a thin film type solar cell, for example.

本発明の一実施形態である合金スラブを作製するために用いる鋳造装置100の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the casting apparatus 100 used in order to produce the alloy slab which is one Embodiment of this invention. 鋳型2および貯留槽3の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing configurations of a mold 2 and a storage tank 3. 鋳型2に対する貯留槽3の配置位置を示す図である。It is a figure which shows the arrangement position of the storage tank 3 with respect to the casting_mold | template 2. FIG. 3点曲げ試験を行う様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a 3 point | piece bending test is performed.

本発明の一実施形態である合金スラブは、Cu(銅)およびGa(ガリウム)からなるCu−Ga合金を主成分とする。本実施形態のCu−Ga合金を主成分とする合金スラブ(以下単に「Cu−Ga合金スラブ」と記載する)は、Cu−Ga合金よりも融点の高い高融点金属が、原子百分率で1at%以下含有されている。   The alloy slab which is one embodiment of the present invention contains a Cu—Ga alloy composed of Cu (copper) and Ga (gallium) as a main component. The alloy slab mainly composed of the Cu—Ga alloy of the present embodiment (hereinafter simply referred to as “Cu—Ga alloy slab”) has a high melting point metal having a melting point higher than that of the Cu—Ga alloy. Contains below.

本実施形態のCu−Ga合金スラブは、後述する溶解鋳造によって製造され、Cu、Ga、およびCu−Ga合金よりも融点の高い高融点金属(以下単に「高融点金属」と記載する)を原料として、溶解鋳造によって製造されることで、高融点金属を含有するものとなる。   The Cu—Ga alloy slab of the present embodiment is manufactured by melt casting, which will be described later, and is made of Cu, Ga, and a refractory metal having a melting point higher than that of the Cu—Ga alloy (hereinafter simply referred to as “refractory metal”). As described above, the high melting point metal is contained by being manufactured by melt casting.

溶解鋳造によるCu−Ga合金スラブの製造時、高融点金属は、結晶核としての機能を果たし、これによって、Cu−Ga合金の結晶が微細化されて結晶成長する。そのため、高融点金属が原子百分率で1at%以下含有されている本実施形態のCu−Ga合金スラブは、破断に至るまでの変形量が大きいスラブとなっており、これによって切断加工時などにおけるひび割れの発生を抑制することができる。   At the time of manufacturing a Cu—Ga alloy slab by melt casting, the refractory metal functions as a crystal nucleus, whereby the crystal of the Cu—Ga alloy is refined and crystal grows. Therefore, the Cu—Ga alloy slab of the present embodiment containing a refractory metal in an atomic percentage of 1 at% or less is a slab that has a large amount of deformation until breakage, which causes cracks during cutting and the like. Can be suppressed.

高融点金属は、含有量が少なすぎると、Cu−Ga合金の結晶が微細化されて結晶成長する効果が果たせず、含有量が多すぎると、Cu−Ga合金の結晶構造が変化する。そのため、高融点金属は、原子百分率で0.1at%以上1at%以下含有されていることが好ましい。高融点金属の融点は、Cu−Ga合金の融点に対して、500℃以上高い温度であることが好ましい。   If the content of the refractory metal is too small, the effect of crystal growth of the Cu—Ga alloy is refined and crystal growth cannot be achieved. If the content is too large, the crystal structure of the Cu—Ga alloy changes. Therefore, the refractory metal is preferably contained in an atomic percentage of 0.1 at% or more and 1 at% or less. The melting point of the refractory metal is preferably higher than the melting point of the Cu—Ga alloy by 500 ° C. or more.

Cu−Ga合金スラブに含有される高融点金属としては、Cu−Ga合金よりも融点が高く、後述するスパッタリングターゲットとしての金属汚染源とならないものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、Si(シリコン)などを挙げることができる。   The refractory metal contained in the Cu—Ga alloy slab is not particularly limited as long as it has a higher melting point than the Cu—Ga alloy and does not become a metal contamination source as a sputtering target described later. Examples include Mo (molybdenum), Ti (titanium), and Si (silicon).

Cu−Ga合金中のGaの組成比については、特に限定されるものではないが、10at%以上50at%以下が好ましく、より好ましくは20at%以上40at%以下である。なお、本発明においては、「at%」を「モル%」と類義の語句として扱うこととする。Ga濃度が低い場合には、Cu中へのGa固溶が起こるため、ひび割れの発生が少ない。Ga濃度が高すぎる場合には、固溶限界を超えるため、金属間化合物が形成され、ひび割れの発生が多くなり、かつ鋳造時に偏析が起こりやすくなる。   The composition ratio of Ga in the Cu—Ga alloy is not particularly limited, but is preferably 10 at% or more and 50 at% or less, more preferably 20 at% or more and 40 at% or less. In the present invention, “at%” is treated as a term similar to “mol%”. When the Ga concentration is low, Ga solid solution occurs in Cu, so that the occurrence of cracks is small. When the Ga concentration is too high, the solid solution limit is exceeded, so that an intermetallic compound is formed, cracking is increased, and segregation is likely to occur during casting.

Cu−Ga合金の融点は、Cu−Ga合金中のGaの組成比によって異なり、例えば、Gaの組成比が30at%である場合、そのCu−Ga合金の融点は850℃となる。   The melting point of the Cu—Ga alloy varies depending on the Ga composition ratio in the Cu—Ga alloy. For example, when the Ga composition ratio is 30 at%, the melting point of the Cu—Ga alloy is 850 ° C.

次に、Cu−Ga合金スラブを製造する製造方法について説明する。図1は、本実施形態の合金スラブを作製するために用いる鋳造装置100の構成を示す斜視図である。図2は、鋳型2および貯留槽3の構成を示す斜視図である。図3は、鋳型2に対する貯留槽3の配置位置を示す図である。   Next, the manufacturing method which manufactures a Cu-Ga alloy slab is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a casting apparatus 100 used for producing the alloy slab of the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing configurations of the mold 2 and the storage tank 3. FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement position of the storage tank 3 with respect to the mold 2.

本実施形態のCu−Ga合金スラブは、鋳造装置100を用いて製造することができる。鋳造装置100は、Cu−Ga合金スラブを溶解鋳造により作製するための装置である。   The Cu—Ga alloy slab of the present embodiment can be manufactured using the casting apparatus 100. The casting apparatus 100 is an apparatus for producing a Cu—Ga alloy slab by melt casting.

鋳造装置100は、減圧下での溶解鋳造が可能となるように、チャンバ内に配置されている。鋳造装置100は、坩堝1と鋳型2と貯留槽3とを備える。   The casting apparatus 100 is disposed in the chamber so that melt casting can be performed under reduced pressure. The casting apparatus 100 includes a crucible 1, a mold 2, and a storage tank 3.

坩堝1は、高融点金属が含有されたCu−Ga合金の溶湯(以下単に「溶湯」と記載する)5を収容するものであり、その収容した溶湯5を出湯するための出湯開口12が設けられている。   The crucible 1 accommodates a molten metal of Cu—Ga alloy (hereinafter simply referred to as “molten metal”) 5 containing a refractory metal, and is provided with a tapping opening 12 for tapping the accommodated molten metal 5. It has been.

坩堝1を構成する材料としては、溶解撹拌できるものであれば特に限定はされないが、Cu−Ga合金中への金属汚染源にならないことを考慮するとセラミックス、黒鉛などが好ましい。   The material constituting the crucible 1 is not particularly limited as long as it can be dissolved and stirred, but ceramics, graphite and the like are preferable in view of not being a metal contamination source in the Cu-Ga alloy.

坩堝1は、有底円筒状に形成される坩堝本体11を有し、その坩堝本体11の側壁の上端部近傍に、側壁を厚み方向に貫通する出湯開口12が設けられている。また、坩堝本体11の側壁には、前記出湯開口12を取囲むように、前記側壁から外方に突出する漏斗状の出湯案内部13が形成されている。この出湯案内部13は、坩堝本体11内に収容された溶湯5が、多方向に飛散しながら出湯開口12から出湯されないように、出湯開口12から出湯される溶湯5を一方向に案内する。   The crucible 1 has a crucible main body 11 formed in a bottomed cylindrical shape, and a hot water outlet 12 that penetrates the side wall in the thickness direction is provided in the vicinity of the upper end of the side wall of the crucible main body 11. In addition, a funnel-shaped tapping guide 13 that protrudes outward from the side wall is formed on the side wall of the crucible body 11 so as to surround the tapping opening 12. The hot water guide part 13 guides the molten metal 5 discharged from the hot water opening 12 in one direction so that the molten metal 5 accommodated in the crucible body 11 is not discharged from the hot water opening 12 while being scattered in multiple directions.

坩堝1の大きさとしては特に限定はされないが、坩堝本体11の高さH1が300mm以上1000mm以下、開口部の開口直径D1が150mm以上500mm以下である。また、本実施形態では、出湯開口12は、開口直径が10mm以上20mm以下の円形状に形成される。   The size of the crucible 1 is not particularly limited, but the height H1 of the crucible body 11 is 300 mm or more and 1000 mm or less, and the opening diameter D1 of the opening is 150 mm or more and 500 mm or less. Moreover, in this embodiment, the hot water opening 12 is formed in the circular shape whose opening diameter is 10 mm or more and 20 mm or less.

鋳型2は、有底筒状に形成され、後述の貯留槽3の排出開口33から排出された溶湯5が流入する注湯開口22が設けられ、該注湯開口22から流入して注湯された溶湯5をスラブの形状に成形する。   The casting mold 2 is formed in a bottomed cylindrical shape, and is provided with a pouring opening 22 into which the molten metal 5 discharged from a discharge opening 33 of the storage tank 3 to be described later flows, and flows into the pouring opening 22 to be poured. The molten metal 5 is formed into a slab shape.

鋳型2を構成する材料としては、砂、金属、セラミックス、黒鉛(カーボン)などを挙げることができるが、Cu−Ga合金中への金属汚染源にならないことを考慮すると、砂、セラミックス、黒鉛などが好ましく、熱容量および熱伝導率が高く、冷却効率が高いという点で、黒鉛が特に好ましい。   Examples of the material constituting the mold 2 include sand, metal, ceramics, graphite (carbon) and the like, but considering that they do not become a source of metal contamination into the Cu—Ga alloy, sand, ceramics, graphite, etc. Graphite is particularly preferable in that it has a high heat capacity and thermal conductivity and high cooling efficiency.

鋳型2は、有底筒状に形成される鋳型本体21を有する。この鋳型本体21は、鉛直方向Z上方に開口した中空の直方体であって、長方形平板状の底部と、底部の各辺から底部に対して垂直に立上がる複数(本実施形態では4)の側壁(長方形平板状)とを有する。鋳型2において、注湯開口22は、前記複数の側壁の上端部が連なって長方形状に形成され、鉛直方向Z上方に臨んで開口している。また、鋳型2において、複数の側壁の上端部、すなわち、注湯開口22を形成する開口部の上端部には、図3に示すように、鉛直方向Zの上方から下方に進むにつれて内方側に傾斜して面取りされた面取り部23が形成されている。   The mold 2 has a mold body 21 formed in a bottomed cylindrical shape. The mold body 21 is a hollow rectangular parallelepiped that opens upward in the vertical direction Z, and has a rectangular flat plate-shaped bottom portion and a plurality of (four in the present embodiment) side walls that stand vertically from the sides of the bottom portion. (Rectangular flat plate shape). In the mold 2, the pouring opening 22 is formed in a rectangular shape with the upper end portions of the plurality of side walls connected to each other, and is opened facing the upper side in the vertical direction Z. Moreover, in the casting_mold | template 2, in the upper end part of the some side wall, ie, the upper end part of the opening part which forms the pouring opening 22, as shown in FIG. A chamfered portion 23 that is chamfered at an angle is formed.

鋳型2の大きさは、鋳型本体21の内側における鉛直方向Zの長さ、すなわち、鋳型本体21の内側における高さZ1が20mm以上1000mm以下、好ましくは50mm以上900mm以下であり、注湯開口22の短辺に平行な方向(以下、「短辺方向」という)Xの長さ、すなわち、注湯開口22の短辺の長さX1が20mm以上1000mm以下、好ましくは30mm以上150mm以下であり、注湯開口22の長辺に平行な方向(以下、「長辺方向」という)Yの長さ、すなわち、注湯開口22の長辺の長さY1が100mm以上1000mm以下、好ましくは150mm以上800mm以下である。さらに、鋳型本体21において、注湯開口22の短辺の長さX1と、注湯開口22の長辺の長さY1と、鋳型本体21の内側における高さZ1との関係は、Z1>Y1>X1であることが好ましい。   The mold 2 has a length in the vertical direction Z inside the mold body 21, that is, the height Z1 inside the mold body 21 is 20 mm or more and 1000 mm or less, preferably 50 mm or more and 900 mm or less. The length X of the direction parallel to the short side (hereinafter referred to as “short side direction”), that is, the length X1 of the short side of the pouring opening 22 is 20 mm or more and 1000 mm or less, preferably 30 mm or more and 150 mm or less, The length Y in the direction parallel to the long side of the pouring opening 22 (hereinafter referred to as “long side direction”), that is, the length Y1 of the long side of the pouring opening 22 is 100 mm or more and 1000 mm or less, preferably 150 mm or more and 800 mm. It is as follows. Further, in the mold body 21, the relationship between the length X1 of the short side of the pouring opening 22, the length Y1 of the long side of the pouring opening 22 and the height Z1 inside the mold body 21 is Z1> Y1. It is preferable that> X1.

鋳型本体21の大きさが小さすぎると、Cu−Ga合金スラブの生産性が低下し、さらにCu−Ga合金の溶湯5の急冷が起こるため、脆性割れの原因ともなりえる。また、鋳型本体21の大きさが大きくなりすぎると、鋳造後のCu−Ga合金スラブの内部に応力がたまって脆性割れの原因となるばかりではなく、Cu−Ga合金の溶湯5の最終凝固位置が中央部となるため内部欠陥発生の原因となる。   If the size of the mold main body 21 is too small, the productivity of the Cu—Ga alloy slab decreases, and further, the Cu—Ga alloy melt 5 is rapidly cooled, which may cause brittle cracks. Further, if the size of the mold body 21 becomes too large, not only will stress build up inside the Cu—Ga alloy slab after casting and cause brittle cracks, but also the final solidification position of the molten metal 5 of the Cu—Ga alloy. Becomes the central part, which causes internal defects.

また、鋳型本体21において、注湯開口22の短辺の長さX1と、注湯開口22の長辺の長さY1との長さ比率は、X1を「1」とした場合、X1:Y1が、1:2〜1:15であることが好ましい。より好ましくは、X1:Y1が、1:3〜1:10である。この「X1:Y1」においてY1の値が小さすぎる場合、Cu−Ga合金の溶湯5の鋳型本体21内における凝固形態が変化し、鉛直方向Zの中央部に応力が溜まるため、脆性割れの原因となり、また応力発生を軽減するため、徐冷を行った場合でも、偏析が起こる原因となりえる。また、「X1:Y1」においてY1の値が大きすぎる場合、鋳造後に得られるCu−Ga合金スラブを持ち上げて加工するなどの際に、長辺方向Yの中央部に多くの力がかかり、その部分で割れが発生する可能性が高くなる。   In the mold body 21, the length ratio between the length X1 of the short side of the pouring opening 22 and the length Y1 of the long side of the pouring opening 22 is X1: Y1 when X1 is “1”. Is preferably 1: 2 to 1:15. More preferably, X1: Y1 is 1: 3 to 1:10. When the value of Y1 in this “X1: Y1” is too small, the solidification form in the mold main body 21 of the molten metal 5 of the Cu—Ga alloy changes, and stress accumulates in the central portion in the vertical direction Z, causing brittle cracking. In order to reduce the generation of stress, segregation may occur even when slow cooling is performed. In addition, when the value of Y1 is too large in “X1: Y1”, when a Cu—Ga alloy slab obtained after casting is lifted and processed, a large amount of force is applied to the central portion in the long side direction Y. There is a high possibility that cracks will occur in the part.

また、鋳型本体21の内容積は、鋳型2を構成する材料の比熱、密度、熱伝導率などの条件から、鋳造時の鋳造温度、鋳型本体21の調整温度などの条件と照らし合わせて、適宜選定すればよい。   Further, the internal volume of the mold body 21 is appropriately determined based on conditions such as specific heat, density, and thermal conductivity of the material constituting the mold 2 and conditions such as a casting temperature at the time of casting and an adjustment temperature of the mold body 21. It only has to be selected.

貯留槽3は、坩堝1と鋳型2との間において、坩堝1の鉛直方向Z下方に配置され、坩堝1の出湯開口12から出湯された溶湯5を貯留する有底筒状の部材である。   The storage tank 3 is a bottomed cylindrical member that is disposed below the crucible 1 in the vertical direction Z between the crucible 1 and the mold 2 and stores the molten metal 5 discharged from the outlet 12 of the crucible 1.

貯留槽3を構成する材料としては、砂、金属、セラミックス、黒鉛(カーボン)などを挙げることができるが、Cu−Ga合金中への金属汚染源にならないことを考慮すると、砂、セラミックス、黒鉛などが好ましい。   Examples of the material constituting the storage tank 3 include sand, metal, ceramics, and graphite (carbon). However, considering that they do not become a metal contamination source in the Cu—Ga alloy, sand, ceramics, graphite, and the like. Is preferred.

貯留槽3は、坩堝1の出湯開口12から出湯された溶湯5が流入する流入開口32と、該流入開口32よりも鉛直方向Z下方に設けられ、流入開口32から流入して貯留される溶湯5を、溢流させて排出可能な排出開口33とが設けられている。   The storage tank 3 is provided below the inflow opening 32 into which the molten metal 5 discharged from the outflow opening 12 of the crucible 1 flows, and below the inflow opening 32 in the vertical direction Z. 5 is provided with a discharge opening 33 that can overflow and discharge.

具体的には、貯留槽3は、有底筒状に形成される貯留槽本体31を有する。この貯留槽本体31は、鉛直方向Z上方に開口した中空の直方体であって、長方形平板状の底部311と、底部311の各辺から底部311に対して垂直に立上がる複数(本実施形態では4)の側壁312(長方形平板状)とを有する。貯留槽3において、流入開口32は、前記複数の側壁312の上端部が連なって長方形状に形成され、鉛直方向Z上方に臨んで開口している。また、排出開口33は、複数の側壁312のうちの1つの側壁312、具体的には、底部311の長辺から垂直に立上がる1つの側壁312を厚み方向に貫通して形成される。この排出開口33は、底部311の長辺に平行に延びるスリット状(長方形状)に形成される。   Specifically, the storage tank 3 has a storage tank body 31 formed in a bottomed cylindrical shape. The storage tank main body 31 is a hollow rectangular parallelepiped opened upward in the vertical direction Z, and has a rectangular flat plate-shaped bottom portion 311 and a plurality of (in this embodiment) vertically rising from each side of the bottom portion 311 with respect to the bottom portion 311. 4) side walls 312 (rectangular flat plate shape). In the storage tank 3, the inflow opening 32 is formed in a rectangular shape by connecting the upper ends of the plurality of side walls 312, and opens upward in the vertical direction Z. The discharge opening 33 is formed so as to penetrate one side wall 312 of the plurality of side walls 312, specifically, one side wall 312 rising vertically from the long side of the bottom 311 in the thickness direction. The discharge opening 33 is formed in a slit shape (rectangular shape) extending in parallel with the long side of the bottom 311.

貯留槽3の大きさは、貯留槽本体31の鉛直方向Zの長さ、すなわち、貯留槽本体31の高さZ2が65mm以上1130mm以下、好ましくは80mm以上200mm以下であり、流入開口32の短辺に平行な方向Xの長さ、すなわち、流入開口32の短辺の長さX2が50mm以上1000mm以下、好ましくは100mm以上200mm以下であり、流入開口32の長辺に平行な方向Yの長さ、すなわち、流入開口32の長辺の長さY2が100mm以上1000mm以下、好ましくは150mm以上800mm以下である。さらに、貯留槽本体31において、排出開口33は、底部311から排出開口33を形成する開口部の鉛直方向Z下端部までの距離Z4が、30mm以上100mm以下、好ましくは40mm以上60mm以下の高さ位置に形成される。また、排出開口33の長辺に平行な方向Yの長さ、すなわち、排出開口33の長辺の長さY3が10mm以上1000mm以下、好ましくは15mm以上800mm以下であり、排出開口33の鉛直方向Zの長さ、すなわち、排出開口33の短辺の長さZ3が0mmを超えて100mm以下、好ましくは5mm以上50mm以下である。   The size of the storage tank 3 is the length of the storage tank body 31 in the vertical direction Z, that is, the height Z2 of the storage tank body 31 is 65 mm or more and 1130 mm or less, preferably 80 mm or more and 200 mm or less. The length in the direction X parallel to the side, that is, the length X2 of the short side of the inflow opening 32 is 50 mm or more and 1000 mm or less, preferably 100 mm or more and 200 mm or less, and the length in the direction Y parallel to the long side of the inflow opening 32 That is, the length Y2 of the long side of the inflow opening 32 is not less than 100 mm and not more than 1000 mm, preferably not less than 150 mm and not more than 800 mm. Furthermore, in the storage tank main body 31, the discharge opening 33 has a height Z4 from the bottom 311 to the lower end in the vertical direction Z of the opening forming the discharge opening 33 of 30 mm to 100 mm, preferably 40 mm to 60 mm. Formed in position. Further, the length in the direction Y parallel to the long side of the discharge opening 33, that is, the length Y3 of the long side of the discharge opening 33 is 10 mm or more and 1000 mm or less, preferably 15 mm or more and 800 mm or less. The length of Z, that is, the length Z3 of the short side of the discharge opening 33 exceeds 0 mm and is 100 mm or less, preferably 5 mm or more and 50 mm or less.

貯留槽3において、底部311から排出開口33を形成する開口部の鉛直方向Z下端部までの距離Z4が大きくなりすぎ、かつ、流入開口32の短辺の長さX2および長辺の長さY2が大きくなりすぎると、排出開口33から溢流して排出されずに貯留槽3に貯留される溶湯5の量が多くなりすぎるので、Cu−Ga合金スラブの生産効率が低下するおそれがある。   In the storage tank 3, the distance Z4 from the bottom 311 to the lower end in the vertical direction Z of the opening that forms the discharge opening 33 is too large, and the short side length X2 and the long side length Y2 of the inflow opening 32 are set. If it becomes too large, the amount of the molten metal 5 that overflows from the discharge opening 33 and is not discharged and is stored in the storage tank 3 becomes too large, which may reduce the production efficiency of the Cu—Ga alloy slab.

また、貯留槽3において、底部311から排出開口33を形成する開口部の鉛直方向Z下端部までの距離Z4が小さくなりすぎ、かつ、流入開口32の短辺の長さX2および長辺の長さY2が小さくなりすぎると、坩堝1の出湯開口12から出湯された溶湯5を、貯留槽3を介して鋳型2に注湯するときの、溶湯5の運動エネルギーの低減効果が低下するおそれがある。   Further, in the storage tank 3, the distance Z4 from the bottom 311 to the lower end in the vertical direction Z of the opening that forms the discharge opening 33 becomes too small, and the short side length X2 and the long side length of the inflow opening 32 If the length Y2 becomes too small, there is a possibility that the effect of reducing the kinetic energy of the molten metal 5 when pouring the molten metal 5 discharged from the outlet 12 of the crucible 1 into the mold 2 through the storage tank 3 may be reduced. is there.

更に貯留槽3は、注湯前に加熱しても構わない。加熱温度は50℃以上900℃以下が好ましく、100℃以上500℃以下が更に好ましい。加熱温度が高すぎる場合、加熱に要するエネルギーの使用により、製造コストの増加につながる。また、加熱温度が低すぎる場合には、溶湯5の温度低下に伴い溶湯5の粘度が上昇し、鋳型2内における溶湯5の湯周り不足の原因となりえる。さらには貯留槽3中で溶湯5の凝固が起こり、溶湯5を鋳型2へ注湯できないおそれがある。   Further, the storage tank 3 may be heated before pouring. The heating temperature is preferably 50 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. When the heating temperature is too high, the use of energy required for heating leads to an increase in manufacturing cost. In addition, when the heating temperature is too low, the viscosity of the molten metal 5 increases with a decrease in the temperature of the molten metal 5, which may cause a shortage of the molten metal 5 in the mold 2. Furthermore, the molten metal 5 may be solidified in the storage tank 3, and the molten metal 5 may not be poured into the mold 2.

貯留槽3の加熱方法としては、貯留槽3を昇温できれば特に限定されるものではないが、電磁誘導、ヒーター、赤外線などで貯留槽3を加熱する方法が挙げられる。その中でも使用方法が簡易であり、微細な温度調整も可能であるヒーターが好ましい。   The method for heating the storage tank 3 is not particularly limited as long as the temperature of the storage tank 3 can be increased, but a method of heating the storage tank 3 with electromagnetic induction, a heater, infrared rays, or the like can be given. Among them, a heater that is simple to use and capable of fine temperature adjustment is preferable.

以上のように構成された鋳造装置100を用いてCu−Ga合金スラブを溶解鋳造により作製する場合には、坩堝1に収容された溶湯5が、出湯開口12から出湯されて、流入開口32を介して貯留槽3に一時的に貯留される。このようにして貯留槽3に貯留された溶湯5は、その湯面51が排出開口33を形成する開口部の下面33aよりも上方に超えると、排出開口33から溢流し、貯留槽3から排出されることになる。そして、貯留槽3の排出開口33から溢流して排出された溶湯5は、注湯開口22を介して鋳型2に注湯される。   When a Cu-Ga alloy slab is produced by melt casting using the casting apparatus 100 configured as described above, the molten metal 5 accommodated in the crucible 1 is discharged from the hot water opening 12 and the inflow opening 32 is formed. And temporarily stored in the storage tank 3. Thus, the molten metal 5 stored in the storage tank 3 overflows from the discharge opening 33 and is discharged from the storage tank 3 when the molten metal surface 51 exceeds the lower surface 33a of the opening forming the discharge opening 33. Will be. Then, the molten metal 5 overflowed and discharged from the discharge opening 33 of the storage tank 3 is poured into the mold 2 through the pouring opening 22.

鋳造装置100を用いてCu−Ga合金スラブを溶解鋳造により作製する場合には、前述のように、溶湯5が、坩堝1から直接的に鋳型2内に注湯されるのではなく、貯留槽3を介して鋳型2内に注湯されるので、鋳型2内に注湯されるときの溶湯5の運動エネルギーを減少させることができるとともに、注湯時における鋳型2の内面(特に底面)に衝突することによる溶湯5の飛散を防止することができる。これによって、鋳型2内に注湯されるときの溶湯5の対流を抑制することができるとともに、溶湯5の飛散を防止することができるので、鋳型2内において溶湯5を一様に凝固させることができ、そのため、大型のCu−Ga合金スラブを、ひび割れ発生および内部欠陥の発生を充分に抑制して製造することができる。   When the Cu—Ga alloy slab is produced by melt casting using the casting apparatus 100, the molten metal 5 is not directly poured into the mold 2 from the crucible 1 as described above, but is stored in the storage tank. Since the molten metal 5 is poured into the mold 2 through 3, the kinetic energy of the molten metal 5 when poured into the mold 2 can be reduced, and at the inner surface (particularly the bottom surface) of the mold 2 at the time of pouring. Scattering of the molten metal 5 due to the collision can be prevented. Accordingly, the convection of the molten metal 5 when poured into the mold 2 can be suppressed, and the molten metal 5 can be prevented from being scattered, so that the molten metal 5 can be uniformly solidified in the mold 2. Therefore, a large-sized Cu—Ga alloy slab can be manufactured with sufficiently suppressed generation of cracks and internal defects.

また、図3に示すように、貯留槽3は、排出開口33が形成される側壁312の外面が、鋳型2の内面(鋳型本体21の内面)の上方に連なる位置に配置される。   As shown in FIG. 3, the storage tank 3 is disposed at a position where the outer surface of the side wall 312 where the discharge opening 33 is formed is continuous above the inner surface of the mold 2 (the inner surface of the mold body 21).

このような貯留槽3を備える鋳造装置100において、貯留槽3に貯留された溶湯5は、その湯面51が排出開口33を形成する開口部の下面33aよりも上方に超えると、排出開口33から溢流し、排出開口33が形成される側壁312の外面に沿って流過し、さらに、前記側壁312の外面に連なる鋳型2の内面に沿って面取り部23を介して流過して、鋳型2に注湯される。これによって、鋳型2内に注湯されるときの溶湯5の対流を抑制することができるので、鋳型2内において溶湯5を一様に凝固させることができ、そのため、大型のCu−Ga合金スラブを、ひび割れ発生を充分に抑制して製造することができる。   In the casting apparatus 100 including such a storage tank 3, the molten metal 5 stored in the storage tank 3 has a discharge opening 33 when the molten metal surface 51 exceeds the lower surface 33 a of the opening that forms the discharge opening 33. And then flows along the outer surface of the side wall 312 where the discharge opening 33 is formed, and further flows through the chamfered portion 23 along the inner surface of the mold 2 connected to the outer surface of the side wall 312. 2 is poured. As a result, the convection of the molten metal 5 when poured into the mold 2 can be suppressed, so that the molten metal 5 can be uniformly solidified in the mold 2, so that a large-sized Cu—Ga alloy slab can be obtained. Can be produced while sufficiently suppressing the occurrence of cracks.

以上のような鋳造装置100を用いてCu−Ga合金スラブを製造する場合、まず、坩堝1内にCu、Gaおよび高融点金属の必要量を仕込む。このとき、高融点金属は、粒子状の固体粉末のものを用いる。このような粒子状の高融点金属において、その体積平均粒子径は、たとえば、1μm以上100μm以下である。その後、坩堝1が投入されたチャンバ内を10−1Torr以下まで減圧する。 When manufacturing a Cu-Ga alloy slab using the casting apparatus 100 as described above, first, necessary amounts of Cu, Ga and a refractory metal are charged into the crucible 1. At this time, as the refractory metal, a particulate solid powder is used. In such a particulate refractory metal, the volume average particle diameter is, for example, 1 μm or more and 100 μm or less. Thereafter, the pressure in the chamber in which the crucible 1 is charged is reduced to 10 −1 Torr or less.

チャンバ内が10−1Torr以下まで減圧されたことを確認後、昇温速度5〜20℃/分、好ましくは7〜18℃/分で800℃から1100℃に昇温する。昇温速度が速すぎる場合、突沸が起こる可能性があり、昇温速度が遅すぎる場合、生産性が下がる。昇温後の保持温度(鋳造温度)は、合金組成の融点、鋳型2の材料、体積、比熱、密度などによって変化するが、CuおよびGaの融点以上、高融点金属の融点未満である。これによって、CuおよびGaは溶融するが、高融点金属は溶融しないので、高融点金属が結晶核としての機能を果たすことができる。たとえば、高融点金属として融点が2622℃のMo(モリブデン)を用い、合金組成の融点が850℃である場合には、昇温後の保持温度(鋳造温度)は、900℃以上1000℃以下が好ましく、920℃以上980℃以下がより好ましい。昇温後の保持温度が高すぎる場合、電力消費等が増加するので、製品コストの増加につながる。昇温後の保持温度が低すぎる場合、注湯時に溶湯5が出湯開口12で固まり、出湯開口12が詰まるおそれがある。なお、大気中で昇温した場合、原料の酸化などの問題が起こり、歩留まりの低下につながる。 After confirming that the pressure in the chamber has been reduced to 10 −1 Torr or less, the temperature is raised from 800 ° C. to 1100 ° C. at a temperature rising rate of 5 to 20 ° C./min, preferably 7 to 18 ° C./min. If the rate of temperature increase is too fast, bumping may occur, and if the rate of temperature increase is too slow, productivity will decrease. The holding temperature (casting temperature) after the temperature rise varies depending on the melting point of the alloy composition, the material of the mold 2, the volume, the specific heat, the density, etc., but is higher than the melting point of Cu and Ga and lower than the melting point of the refractory metal. Thereby, Cu and Ga melt, but the refractory metal does not melt, so that the refractory metal can function as a crystal nucleus. For example, when Mo (molybdenum) having a melting point of 2622 ° C. is used as the refractory metal and the melting point of the alloy composition is 850 ° C., the holding temperature (casting temperature) after the temperature rise is 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less. Preferably, 920 degreeC or more and 980 degrees C or less are more preferable. If the holding temperature after the temperature rise is too high, power consumption and the like increase, leading to an increase in product cost. If the holding temperature after the temperature rise is too low, the molten metal 5 may harden at the outlet 12 and the outlet 12 may be clogged. Note that when the temperature is raised in the atmosphere, problems such as oxidation of the raw material occur, leading to a decrease in yield.

その後、昇温後の温度(鋳造温度)で30分間〜12時間、好ましくは1時間〜5時間保持し、高融点金属が含有されたCu−Ga合金の溶湯5(合金液体)にする。保持時間が短すぎる場合、合金が完全に混ざり合わない、または溶湯5中に残存する気体が除ききらず、後のさらに高真空化する工程で、突沸が起こる原因となり得る、長すぎる場合、やはり生産性の低下を招き好ましくない。   Thereafter, the temperature is raised for 30 minutes to 12 hours, preferably 1 hour to 5 hours, after the temperature is raised (casting temperature) to obtain a molten Cu-Ga alloy 5 (alloy liquid) containing a refractory metal. If the holding time is too short, the alloy does not mix completely, or the gas remaining in the molten metal 5 cannot be completely removed, which can cause bumping in the subsequent higher vacuuming process. This is not preferable because it causes a decrease in properties.

さらにその後、8×10−4Torr以下、好ましくは5×10−4Torrまで減圧し、30分間以上12時間以下、好ましくは1時間以上5時間以下保持する。鋳造時のチャンバ内圧力が高い場合、鋳造後のCu−Ga合金スラブ内への気体の巻き込みが起こり、内部欠陥の原因となる。また低すぎる場合には、ポンプ性能をあげる必要性があり、製造機器の高コスト化につながる。さらに昇温前に減圧しすぎると、突沸の原因となるため、避けたほうがよい。保持時間が短い場合、溶湯5中に存在する気体が除ききれず、内部欠陥の原因となる。逆に長すぎる場合には、やはり生産性の低下を招き好ましくない。 Thereafter, the pressure is reduced to 8 × 10 −4 Torr or less, preferably 5 × 10 −4 Torr, and maintained for 30 minutes to 12 hours, preferably 1 hour to 5 hours. When the pressure in the chamber at the time of casting is high, entrainment of gas occurs in the Cu-Ga alloy slab after casting, causing internal defects. On the other hand, if it is too low, there is a need to increase the pump performance, leading to an increase in the cost of manufacturing equipment. Furthermore, if the pressure is reduced too much before raising the temperature, it may cause bumping and should be avoided. If the holding time is short, the gas present in the molten metal 5 cannot be removed, causing internal defects. On the other hand, if the length is too long, productivity is lowered, which is not preferable.

以上のような工程を経て、坩堝1内において高融点金属が含有されたCu−Ga合金の溶湯5を得る。次に、坩堝1内の溶湯5を、出湯開口12から出湯させる。出湯開口12から出湯された溶湯5は、流入開口32を介して貯留槽3に一時的に貯留される。このようにして貯留槽3に貯留された溶湯5は、その湯面51が排出開口33を形成する開口部の下面よりも上方に超えると、排出開口33から溢流し、貯留槽3から排出される。そして、貯留槽3の排出開口33から溢流して排出された溶湯5は、注湯開口22を介して鋳型2に注湯される。   Through the steps as described above, a molten Cu-Ga alloy 5 containing a refractory metal is obtained in the crucible 1. Next, the molten metal 5 in the crucible 1 is discharged from the hot water opening 12. The molten metal 5 discharged from the hot water opening 12 is temporarily stored in the storage tank 3 through the inflow opening 32. The molten metal 5 stored in the storage tank 3 overflows from the discharge opening 33 and is discharged from the storage tank 3 when the molten metal surface 51 exceeds the lower surface of the opening that forms the discharge opening 33. The Then, the molten metal 5 overflowed and discharged from the discharge opening 33 of the storage tank 3 is poured into the mold 2 through the pouring opening 22.

なお、鋳型2および貯留槽3を複数個並べて、一度に鋳造することも可能である。次に、鋳型2内で鋳造された高融点金属が含有されたCu−Ga合金を室温まで自然冷却した後、鋳型2からそのCu−Ga合金を取出す。   It is also possible to cast a plurality of molds 2 and storage tanks 3 side by side and cast them at once. Next, after the Cu—Ga alloy containing the refractory metal cast in the mold 2 is naturally cooled to room temperature, the Cu—Ga alloy is taken out from the mold 2.

次に、鋳型2から取出した前記Cu−Ga合金を大気圧下または真空下(好ましくは大気圧下)で加熱処理を行う。加熱処理時の温度としては、450℃以上700℃未満、より好ましくは500℃以上600℃以下である。前記Cu−Ga合金に加熱処理を施すことによって、鋳型2内において溶湯5が凝固されて得られた前記Cu−Ga合金において、Cu中にGaが偏析するのを抑制した上で、前記Cu−Ga合金の内部に発生した応力を解放することができる。加熱処理時の温度が低すぎる場合、凝固時に発生した応力を解放できず、高すぎる場合は偏析が起こる。加熱処理の時間は、1時間以上12時間以下が好ましく、より好ましくは2時間以上8時間以下である。加熱処理の時間が短すぎる場合、前記Cu−Ga合金の内部応力の解放ができず、長すぎる場合生産性の低下につながる。   Next, the Cu—Ga alloy taken out from the mold 2 is subjected to a heat treatment under atmospheric pressure or vacuum (preferably under atmospheric pressure). As temperature at the time of heat processing, it is 450 degreeC or more and less than 700 degreeC, More preferably, it is 500 degreeC or more and 600 degrees C or less. In the Cu—Ga alloy obtained by solidifying the molten metal 5 in the mold 2 by performing heat treatment on the Cu—Ga alloy, the Cu— The stress generated in the Ga alloy can be released. If the temperature during the heat treatment is too low, the stress generated during solidification cannot be released, and if it is too high, segregation occurs. The time for the heat treatment is preferably 1 hour or more and 12 hours or less, more preferably 2 hours or more and 8 hours or less. When the heat treatment time is too short, the internal stress of the Cu—Ga alloy cannot be released, and when it is too long, productivity is lowered.

以上のようにして、Cu−Ga合金を主成分とし、高融点金属が含有されるCu−Ga合金スラブを得ることができる。   As described above, a Cu—Ga alloy slab containing a Cu—Ga alloy as a main component and containing a refractory metal can be obtained.

なお、本実施形態では、高融点金属を坩堝1内に仕込む段階で投入したが、CuおよびGaのみをまず溶融させてCu−Ga合金の溶湯を得た後、そのCu−Ga合金の溶湯に高融点金属を投入するようにしてもよい。   In this embodiment, the refractory metal is charged at the stage of charging into the crucible 1, but only Cu and Ga are first melted to obtain a molten Cu—Ga alloy, and then the molten Cu—Ga alloy is used. A refractory metal may be added.

得られたCu−Ga合金スラブは、スパッタリングターゲットを作製するときのスラブとして、好適に用いることができる。   The obtained Cu—Ga alloy slab can be suitably used as a slab for producing a sputtering target.

Cu−Ga合金スラブをスパッタリングターゲットへと加工する方法としては、ワイヤー放電加工、放電加工、レーザー加工、研削機によるダイヤモンド切断加工、ダイヤモンドバンドソーを用いた切断加工、切削加工、ウォータージェット加工、ワイヤーソー、ブレードソーなど一般的な方法を採用することができる。これらの加工方法の中でも、Cu−Ga合金が硬脆材であることを考慮すると、ワイヤー放電加工、ダイヤモンドバンドソー、放電加工、レーザー加工、ワイヤーソー、ウォータージェット加工などが好ましく、ワイヤー放電加工、ダイヤモンドバンドソー、ワイヤーソーがより好ましい。   As a method of processing a Cu-Ga alloy slab into a sputtering target, wire electric discharge machining, electric discharge machining, laser machining, diamond cutting with a grinding machine, cutting using a diamond band saw, cutting, water jet machining, wire saw A general method such as a blade saw can be employed. Among these processing methods, considering that the Cu-Ga alloy is a hard and brittle material, wire electric discharge machining, diamond band saw, electric discharge machining, laser machining, wire saw, water jet machining, etc. are preferable, wire electric discharge machining, diamond A band saw and a wire saw are more preferable.

Cu−Ga合金スラブを、ワイヤー放電加工にてスパッタリングターゲットへと加工する場合、0.1mm以上0.4mm以下のワイヤー線を用いることが好ましく、より好ましくは0.2mm以上0.4mm以下のワイヤー線を使用する。また、ワイヤー放電加工における切断速度(加工速度)は、0.1mm/分以上8mm/分以下が好ましく、より好ましくは0.1mm/分以上3mm/分以下である。ワイヤー線の太さは、細すぎるとワイヤー線が加工中に切れる原因になり、また加工速度においては、遅すぎると生産性の低下につながり、早すぎると割れる原因になる。   When processing a Cu-Ga alloy slab into a sputtering target by wire electric discharge machining, it is preferable to use a wire wire of 0.1 mm or more and 0.4 mm or less, more preferably a wire of 0.2 mm or more and 0.4 mm or less. Use lines. Moreover, the cutting speed (working speed) in wire electric discharge machining is preferably 0.1 mm / min or more and 8 mm / min or less, more preferably 0.1 mm / min or more and 3 mm / min or less. If the thickness of the wire is too thin, it will cause the wire to break during processing, and if the processing speed is too slow, it will lead to a decrease in productivity, and if it is too fast, it will cause cracking.

本実施形態のCu−Ga合金スラブは、切断加工時などにおけるひび割れの発生を抑制することができるスラブであるので、その合金スラブを用いて作製されたスパッタリングターゲットは、ひび割れの発生が抑制されたものとなる。したがって、本実施形態のスパッタリングターゲットは、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。   Since the Cu—Ga alloy slab of the present embodiment is a slab that can suppress the occurrence of cracks during cutting, etc., the sputtering target produced using the alloy slab has suppressed the occurrence of cracks. It becomes a thing. Therefore, the sputtering target of this embodiment can be suitably used as, for example, a sputtering target for forming a thin film of a light absorption layer constituting a thin film solar cell.

(実施例)
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、実施例は本発明の一実施態様であり、本発明を限定するものではない。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, an Example is one embodiment of this invention and does not limit this invention.

(実施例1)
<鋳造装置>
鋳造装置として、図1に示した、貯留槽を備える鋳造装置を用いた。
Example 1
<Casting device>
As the casting apparatus, the casting apparatus including a storage tank shown in FIG. 1 was used.

[坩堝]
・材質:高純度黒鉛(カーボン)
・出湯開口の開口直径:12mm
[crucible]
・ Material: High purity graphite (carbon)
・ Opening opening diameter: 12mm

[鋳型]
・材質:高純度黒鉛(カーボン)
・鋳型本体の内側における高さZ1:650mm
・注湯開口の短辺の長さX1:70mm
・注湯開口の長辺の長さY1:350mm
[template]
・ Material: High purity graphite (carbon)
-Height Z1: 650mm inside the mold body
・ Length of short side of pouring opening X1: 70mm
・ Long side length Y1: 350mm of the pouring opening

[貯留槽]
・材質:高純度黒鉛(カーボン)
・溶湯が注湯される直前の貯留槽の温度:200℃
・貯留槽本体の高さZ2:120mm
・流入開口の短辺の長さX2:128mm
・流入開口の長辺の長さY2:251mm
・底部から排出開口を形成する開口部の下端部までの距離Z4:45mm
・排出開口の長辺の長さY3:200mm
・排出開口の短辺の長さZ3:30mm
[Reservoir]
・ Material: High purity graphite (carbon)
・ Temperature of the storage tank just before the molten metal is poured: 200 ° C
-Height of storage tank body Z2: 120 mm
・ Short side length X2 of the inflow opening: 128mm
・ Long side length Y2 of the inflow opening: 251 mm
・ Distance Z4 from the bottom to the lower end of the opening forming the discharge opening: 45 mm
-Long side length Y3 of discharge opening: 200 mm
・ Short side length Z3 of the discharge opening: 30 mm

まず、坩堝内に銅(Cu)67660g、ガリウム(Ga)31840g、モリブデン(Mo)500gを仕込み、坩堝が投入されたチャンバ内を1×10−1Torr台まで減圧した後、940℃(鋳造温度)で1時間保持し、その後、2×10−4Torr台まで減圧して2時間保持して、Moが含有されたCu−Ga合金の溶湯を得た。なお、高融点金属であるMoとしては、体積平均粒子径が3μmの粒子状の微粉末を用いた。 First, 67,660 g of copper (Cu), 31840 g of gallium (Ga), and 500 g of molybdenum (Mo) were charged in a crucible, and after the pressure in the chamber into which the crucible was charged was reduced to 1 × 10 −1 Torr level, 940 ° C. (casting temperature ) For 1 hour, and after that, the pressure was reduced to 2 × 10 −4 Torr level and held for 2 hours to obtain a molten Cu—Ga alloy containing Mo. In addition, as Mo which is a refractory metal, the particulate fine powder whose volume average particle diameter is 3 micrometers was used.

次に、坩堝内の溶湯を、出湯開口から出湯させる。出湯開口から出湯された溶湯は、流入開口を介して貯留槽に一時的に貯留される。このようにして貯留槽に貯留された溶湯は、その湯面が排出開口を形成する開口部の下面よりも上方に超えると、排出開口から溢流し、鋳型に注湯される。このとき、注湯開口から流入して鋳型に注湯される溶湯の、単位時間あたりの注湯量は、22.4kg/minであった。   Next, the molten metal in the crucible is discharged from the outlet. The molten metal discharged from the hot water opening is temporarily stored in the storage tank through the inflow opening. When the molten metal stored in the storage tank in this way exceeds the lower surface of the opening that forms the discharge opening, it overflows from the discharge opening and is poured into the mold. At this time, the amount of molten metal per unit time of the molten metal flowing from the molten metal opening and poured into the mold was 22.4 kg / min.

次に、鋳型内で鋳造されたCu−Ga合金を室温まで自然冷却した後、鋳型からCu−Ga合金を取出して、熱風循環炉を用い、570℃で2時間の熱処理を行い、縦340mm×横450mm×厚さ50mmの直方体形状のCu−Ga合金スラブを得た。   Next, after the Cu—Ga alloy cast in the mold is naturally cooled to room temperature, the Cu—Ga alloy is taken out from the mold and subjected to heat treatment at 570 ° C. for 2 hours using a hot air circulating furnace, and the length of 340 mm × A rectangular parallelepiped Cu-Ga alloy slab having a width of 450 mm and a thickness of 50 mm was obtained.

(比較例1)
高融点金属であるMoを投入しなかったこと以外は実施例1と同様にして、縦340mm×横450mm×厚さ50mmの直方体形状のCu−Ga合金スラブを得た。
(Comparative Example 1)
A rectangular parallelepiped Cu-Ga alloy slab having a length of 340 mm, a width of 450 mm, and a thickness of 50 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that Mo, which is a refractory metal, was not added.

実施例1および比較例1で得られたCu−Ga合金スラブについて、以下の評価を行った。   The Cu-Ga alloy slab obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was evaluated as follows.

<最大ひずみの評価>
実施例1および比較例1で得られたCu−Ga合金スラブを、ワイヤー放電加工機(0.3mmのワイヤー線)を用いて、加工速度0.7mm/minで、縦340mm×横450mm×厚さ10mmのスライス板に加工した。その後、同じ条件で、スライス板を、縦40mm×横140mm×厚さ10mmの曲げ試験用の試験片へと加工した。
<Evaluation of maximum strain>
The Cu—Ga alloy slab obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was processed using a wire electric discharge machine (0.3 mm wire wire) at a processing speed of 0.7 mm / min, length 340 mm × width 450 mm × thickness. This was processed into a slice plate having a thickness of 10 mm. Thereafter, under the same conditions, the slice plate was processed into a test piece for bending test having a length of 40 mm, a width of 140 mm, and a thickness of 10 mm.

得られた試験片を用いて、以下に示すような方法による3点曲げ試験を行い、最大ひずみの測定を行った。ここで示す最大ひずみとは、試験片の裏面の中央部にひずみゲージを接着して測定されるものであり、試験片破断時のひずみである。   Using the obtained test piece, a three-point bending test was performed by the method as described below, and the maximum strain was measured. The maximum strain shown here is measured by adhering a strain gauge to the center of the back surface of the test piece, and is the strain at the time of breaking the test piece.

上記ひずみは、試験片の長さと、この試験片に荷重を加えたときの試験片の長さの変化量とを用いて算出されるものであり、ひずみゲージにおけるゲージ率およびゲージ抵抗と、試験片に荷重を加えたときのひずみゲージの抵抗変化量とを用いて、下記式(1)のように算出される。
ひずみε(%)=ΔL/L=(ΔR/R)/K …(1)
(式中、Lは試験片の長さを示し、ΔLは試験片に荷重を加えたときの試験片の長さの変化量を示し、Kはひずみゲージのゲージ率を示し、Rはひずみゲージのゲージ抵抗を示し、ΔRは試験片に荷重を加えたときのひずみゲージの抵抗変化量を示す。)なお、最大ひずみの値が大きいほど、破断にいたるまでの試験片の変形量が大きいことを示し、試験片が、塑性加工を施しやすい材料であるといえる。
The strain is calculated using the length of the test piece and the amount of change in the length of the test piece when a load is applied to the test piece. Using the amount of change in resistance of the strain gauge when a load is applied to the piece, it is calculated as in the following formula (1).
Strain ε (%) = ΔL / L = (ΔR / R) / K (1)
(In the formula, L represents the length of the test piece, ΔL represents the amount of change in the length of the test piece when a load is applied to the test piece, K represents the gauge factor of the strain gauge, and R represents the strain gauge. And ΔR indicates the amount of change in resistance of the strain gauge when a load is applied to the test piece.) The larger the maximum strain value, the greater the deformation of the test piece until it breaks. It can be said that the test piece is a material that is easy to be subjected to plastic working.

図4は、3点曲げ試験を行う様子を示す図である。3点曲げ試験では、まず、図4に示すように、一定距離(100mm)離間して配置された2本の支点棒202の上に、図示しないひずみゲージ(株式会社共和電業製、KFG−5−120−C1−11−L1M3R)が接着された試験片200の裏面200bが、2本の支点棒202と接触するように試験片200を置いた。2本の支点棒202間の中央に対応する試験片200の表面200aに支持棒201を置き、矢符203の方向からクロスヘッドスピード1mm/分で荷重を加えて、試験片200が破断するまでの応力とひずみとを測定した。2本の支点棒202および支持棒201には、それぞれΦ12.7mm×50mmの棒を用いた。評価結果を表1に示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a three-point bending test is performed. In the three-point bending test, first, as shown in FIG. 4, a strain gauge (not shown) (KFG-made by Kyowa Denki Co., Ltd.) is placed on two fulcrum rods 202 spaced apart by a fixed distance (100 mm). The test piece 200 was placed so that the back surface 200b of the test piece 200 to which 5-120-C1-11-L1M3R) was adhered was in contact with the two fulcrum bars 202. The support bar 201 is placed on the surface 200a of the test piece 200 corresponding to the center between the two fulcrum bars 202, and a load is applied at a crosshead speed of 1 mm / min from the direction of the arrow 203 until the test piece 200 breaks. The stress and strain were measured. As the two fulcrum rods 202 and the support rods 201, Φ12.7 mm × 50 mm rods were used, respectively. The evaluation results are shown in Table 1.

表1の結果から、実施例1で得られたCu−Ga合金スラブを用いた試験片は、最大ひずみの値が大きく、塑性加工が施しやすい材料であることがわかる。   From the results in Table 1, it can be seen that the test piece using the Cu—Ga alloy slab obtained in Example 1 is a material that has a large maximum strain value and is easily subjected to plastic working.

1 坩堝
2 鋳型
3 貯留槽
11 坩堝本体
12 出湯開口
13 出湯案内部
21 鋳型本体
22 注湯開口
31 貯留槽本体
32 流入開口
33 排出開口
100 鋳造装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crucible 2 Mold 3 Storage tank 11 Crucible body 12 Outlet opening 13 Outlet guide part 21 Mold body 22 Pouring opening 31 Reservoir body 32 Inflow opening 33 Outlet opening 100 Casting apparatus

Claims (4)

Cu−Ga合金を主成分とする合金スラブであって、
前記Cu−Ga合金よりも融点の高い高融点金属が、原子百分率で1at%以下含有されていることを特徴とする合金スラブ。
An alloy slab mainly composed of a Cu-Ga alloy,
An alloy slab comprising a high melting point metal having a melting point higher than that of the Cu-Ga alloy in an atomic percentage of 1 at% or less.
前記高融点金属が、Moであることを特徴とする請求項1に記載の合金スラブ。   The alloy slab according to claim 1, wherein the refractory metal is Mo. 前記Cu−Ga合金において、Gaの組成比は、原子百分率で10at%以上50at%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の合金スラブ。   3. The alloy slab according to claim 1, wherein the Cu—Ga alloy has a Ga composition ratio of 10 at% or more and 50 at% or less in atomic percentage. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の合金スラブを用いて作製されることを特徴とするスパッタリングターゲット。   It is produced using the alloy slab as described in any one of Claims 1-3, The sputtering target characterized by the above-mentioned.
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