JP2021526184A - 銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法 - Google Patents

Abstract

本願は、銅、インジウム、ガリウムおよび回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を溶解用坩堝内で合金溶湯に溶解することと、合金溶湯をアトマイジング、冷却、篩分して粒度が設定範囲内にある銅インジウムガリウム合金粉末を得ることと、粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を回収することとを含む銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法であって、溶解工程において、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝の底部に配置し、銅と回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム粉末とを混合してから溶解用坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法を開示する。

Description

本出願は、合金粉末の製造分野に関し、特に、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池に用いられる銅インジウムガリウム（ＣＩＧ）合金粉末の調製方法に関する。

銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池は、銅、インジウム、ガリウムおよびセレンという４種類の元素からなる、黄銅鉱構造を有する化合物半導体であり、光吸収能力が強く、発電安定性が良く、転換効率が高く、昼間の発電時間が長く、発電量が高く、製造コストが低く、並びにエネルギーの回収周期が短いなどの利点を有する。銅インジウムガリウムセレン薄膜太陽電池は、金属ゲート電極、反射防止膜、窓層（ＺｎＯ）、遷移層（ＣｄＣ）、光吸収層（ＣＩＧＳ）、金属裏面電極（Ｍｏ）、ガラス基板などからなる多層構造を有する。そのうち、吸収層ＣＩＧＳは薄膜電池の重要な材料である。マグネトロンスパッタリング技術を用いてＣＩＧＳ吸収層を調製することは現在の主流の技術であり、銅インジウムガリウム系のターゲット材が用いられる。

「金属予備成形層をスパッタリングしてからセレン化、硫化する」というプロセスで生産されるＣＩＧＳ薄膜太陽電池は、現在、世界中に技術が最も先進的で、工業化生産に最も成熟した第２世代光起電製品である。スパッタリングに用いるＣＩＧターゲット材は、通常、特定の粒径範囲の銅インジウムガリウム合金粉末で調製されるものである。従来の銅インジウムガリウム合金粉末の調製技術は、通常、収率が４０％〜６０％である。

製造コストを低減させるために、粒径の範囲外のＣＩＧ粉末はすべて炉に戻される。そのため、粉末加工方法による材料投入の際に、誘導炉の溶解用坩堝内に４種類の金属または合金、すなわち、銅単体、インジウム、ガリウムおよび銅インジウムガリウム合金粉末が同時に存在する。これら金属または合金の融点に十分に差異があり、銅の融点が１０８３℃で、インジウムの融点が１５６℃で、ガリウムの融点が２９．８℃で、銅インジウムガリウム合金の融点が約６５０℃である。そのうち、銅の密度が最も大きいであるため、誘導溶解の際に、通常、溶解用坩堝の底部に堆積する。また、銅の融点が最も高いため、十分に溶融させるために、合金溶湯の温度を１１００℃に上昇させ、金属溶湯を一定の温度で一定の時間を保持する必要があり、高すぎる溶解温度および長すぎる溶解時間によって、一部の低融点の金属元素を焼損しやすいため、合金成分がずれてしまい、製品性能が不安定となり、合金粉末の調製周期が長くなり、エネルギー消費コストおよび製造コストも向上する。

以下、本明細書は、主題技術について概要を説明するが、特許請求の範囲を限定するものではない。
本出願は、製品性能を改善し、エネルギー消費コストを低減し、生産効率を向上させるように、新たな銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法を提供する。

本出願の一態様によれば、
銅、インジウム、ガリウムおよび回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を溶解用坩堝内で合金溶湯に溶解する工程（１）と、
合金溶湯をアトマイジング、冷却、篩分して粒度が設定範囲内にある銅インジウムガリウム合金粉末を得る工程（２）と、
粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を回収する工程（３）とを含む銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法であって、
溶解工程において、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝の底部に配置し、銅と回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム粉末とを混合してから溶解用坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する、銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法を提供する。

本出願のオプションの実施形態として、前記銅は粒子状の銅であり、粒径が１０ｍｍ以下であり、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍまたは１０ｍｍなどであり、１〜１０ｍｍであってもよく、２〜５ｍｍであってもよい。

本出願のオプションの実施形態として、前記熔解は加熱工程を含む。前記加熱工程の目標温度が９００〜９３０℃であり、例えば９００℃、９０５℃、９１０℃、９１５℃、９２０℃、９２５℃または９３０℃などであり、９１０〜９２０℃であってもよい。

本出願のオプションの実施形態として、前記加熱工程の持続時間が４３〜５１分間であり、例えば４３分間、４４分間、４５分間、４６分間、４７分間、４８分間、４９分間、５０分間または５１分間などである。

本出願のオプションの実施形態として、前記溶解は、加熱工程の後の定温工程を含み、前記定温工程の持続時間が４３〜５１分間であり、例えば４３分間、４４分間、４５分間、４６分間、４７分間、４８分間、４９分間、５０分間または５１分間などである

本出願のオプションの実施形態として、後続のスパッタリングに用いられる銅インジウムガリウム合金粉末に適する粒度範囲は３０〜１６０μｍであり、４０〜１５０μｍであってもく、５０〜１４０μｍであってもよく、５０〜１２０μｍまたは４０〜１００μｍであってもよい。

本出願のオプションの実施形態として、溶解は真空下で行なわれ、真空度が０．１〜０．５ｍｂａｒであってもよく、０．２〜０．５ｍｂａｒであってもよい。

本出願のオプションの実施形態として、溶解用坩堝内に投入されるインジウム、ガリウム、銅および回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末の質量百分率は、インジウム１５％〜４０％、ガリウム５％〜３０％、銅２０％〜５０％、および銅インジウムガリウム合金粉末３０％〜６０％である。

本出願のオプションの実施形態として、合金溶湯を８００〜８２０℃、例えば８００℃、８０２℃、８０５℃、８０８℃、８１０℃、８１２℃、８１５℃、８１８℃または８２０℃に降温し、アトマイジングによる粉末化を行う。

本出願のオプションの実施形態として、前記アトマイジングによる粉末化は、合金溶湯を予熱されたタンディッシュに注入することと、アトマイジングガスを導入して粉末化作業を行うこととを含む。

本出願のオプションの実施形態として、前記予熱されたタンディッシュの温度は７５０〜７７０℃であり、例えば７５０℃、７５５℃、７６０℃、７６５℃または７７０℃である。

本出願のオプションの実施形態として、アトマイジングガスの圧力が２ＭＰａ〜２．５ＭＰａであり、前記アトマイジングガスの導入流量が１８〜２０ｋｇ／分であり、例えば１８ｋｇ／分、１８．５ｋｇ／分、１９ｋｇ／分、１９．５ｋｇ／分または２０ｋｇ／分である。

本出願のオプションの実施形態として、アトマイジングガスは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスのうちの１種または少なくとも２種の組合せである。

本出願のオプションの実施形態として、工程（１）に記載の回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末は、工程（３）において回収される粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末である。

本出願の方法により銅インジウムガリウム合金粉末を調製し、特に、溶解工程において、適当なサイズの銅粒子と回収した銅インジウムガリウム合金粉末とを予め混合してから、溶解用坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に配置するという投入方式で、比較的低い温度でＣＩＧ合金を十分に合金化することが可能であり、１０００℃以上の温度に昇温して温度を保持する必要がない。さらに、エネルギー消費コスト、製造コスト、および低融点の元素の焼損による元素成分の偏りのリスクを低減し、素材の無駄遣いを減少し、生産効率を向上させ、従来の金属および合金の誘導溶解プロセスに比べて、プロセス面でも技術面でも進歩し、実用化にさらに適し、産業上の広い利用価値を有する。

本出願の１つの実施例による溶解用坩堝内のインジウム、ガリウム、および銅粒子と銅インジウムガリウム合金粉末との混合物の分布の構造模式図である。

本出願の実施例の目的、技術案および利点をさらに明確にするために、以下、本出願の実施例に係る図面を参照しながら、本出願の実施例に係る技術案について明確で完全に説明するが、説明する実施例は本出願の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本出願に係る実施例に基づき、当業者が創造的な労力せずに得られた他の実施例は、いずれも本出願の保護の範囲に属するものである。

以下の詳細な説明では、本出願の一部として本出願の特定の実施例を説明するための各明細書の図面を参照することができる。図面において、類似する符号は異なる図面においてほぼ類似する構成要素を記述する。本出願のそれぞれの特定の実施例を以下のように十分に詳細に説明することで、当業者は本出願の技術案を実施することができる。他の実施例を採用するまたは本出願の実施例を変更することができることが理解されるべきである。

本明細書において、特に記載がない限り、百分率は質量百分率である。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法は、
銅、インジウム、ガリウムおよび回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を溶解用坩堝内で合金溶湯に溶解し、該溶解工程において、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝の底部に配置し、銅粒子と回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム粉末とを混合して溶解用坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に配置することと、
合金溶湯をアトマイジング、冷却、篩分して粒度が設定範囲内にある銅インジウムガリウム合金粉末を得ることと、
粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を回収することとを含む。

金属銅材料として、粒子状の材料を選択して用いる必要があり、等質量の銅は、粒子が小さければ小さいほど表面積が大きく、溶解時間が短い。しかし、小さければ小さいほど好ましいわけではなく、銅粒子のサイズが小さすぎると、中間周波炉の磁誘導溶解の効率も向上せず、さらに、銅粒子が小さければ小さいほど必要な加工回数が多くなり、素材の加工コストが高くなるため、製造コストは高くなる。本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、銅粒子のサイズは１０ｍｍ以下であり、好ましくは２〜５ｍｍである。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、本出願に使用される金属インジウム、ガリウムおよび銅は、純度が９９．９９９９％以上に達す。

後続のスパッタリングの銅インジウムガリウム合金粉末に対する要求に応じて、前記銅インジウムガリウム合金粉末の粒度の設定範囲は３０〜１６０μｍであり、好ましくは４０〜１５０μｍである。この範囲にある粉末は、ターゲット材の製造過程における堆積効率がより良好で、粉末の有効利用率が８０％以上に達することができる。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、溶解は真空下で行い、真空度が、通常、０．１〜０．５ｍｂａｒであり、好ましくは０．２〜０．５ｍｂａｒである。

本出願では、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝の底部に配置することを採用し、上記粒度範囲を有する銅粒子は、回収した銅インジウムガリウム合金粉末と予め混合されてから坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に置かれ、混合物の融点が低下したため、溶解温度が低下する。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、前記溶解工程における加熱温度は９００〜９３０℃であり、好ましくは９１０〜９２０℃であり、加熱時間は４３〜５１分間である。その後、９１０〜９２０℃に４３〜５１分間保持する。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、溶解用坩堝内に投入されるインジウム、ガリウム、銅粒子、および回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末の質量百分率は、金属インジウムの質量百分率の範囲が１５％〜４０％で、金属ガリウムの質量百分率の範囲が５％〜３０％で、銅粒子の質量百分率の範囲が２０％〜５０％で、およびＣＩＧ粉末の質量百分率の範囲が３０％〜６０％である。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、溶解後、合金溶湯を８００〜８２０℃に降温し、アトマイジングによる粉末化を行う。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、前記アトマイジングによる粉末化工程は、
合金溶湯を予熱されたタンディッシュに注入することと、
アトマイジングガスを導入して粉末化作業を行うことと、を含む。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、前記予熱温度は７５０〜７７０℃である。

本出願のいくつかの好ましい実施形態によれば、アトマイジングガスが窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスであり、圧力が２〜２．５ＭＰａで、ガス流量が１８〜２０ｋｇ／分である。

本出願の上記方法による銅インジウムガリウム合金粉末は、その構成における銅とインジウムとガリウムとの割合が（２０％〜５０％）：（１５％〜４０％）：（５％〜３０％）（質量換算で）である。本出願による銅インジウムガリウム合金粉末は、銅インジウムガリウム合金の主元素の焼損を減少することができため、主元素の偏りを±０．３％以内に抑えることができ、さらに、ＣＩＧ粉末を調製する周期を短縮し、エネルギー消費および製造コストを減少し、生産効率を向上させる。

本出願のいくつかの実施形態によれば、銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法は以下の工程を含む。
（１）融点に応じて金属および合金の溶解用坩堝内の位置を設定する。材料を溶解用坩堝内に配置するときに、図１における参照符号２に示すように、材料のうち、融点の低い金属インジウムおよび金属ガリウムを溶解用坩堝の底部に配置する。
（２）１０ｍｍ以下の銅粒子と粒径３０〜１６０μｍの範囲を超えた銅インジウムガリウムＣＩＧ合金粉末とを十分に均一に混合する。
（３）図１における参照符号３に示すように、均一に混合した銅粒子およびＣＩＧ合金粉末を溶解用坩堝の上部に配置し、すなわち、溶解用坩堝内の金属インジウムおよび金属ガリウムの上方に配置する。
（４）０．２〜０．５ｍｂａｒまで真空引きを行い、真空溶解炉の電源をオンにし、溶解用坩堝内の金属を９１５℃程度に加熱してＣＩＧ合金溶湯を形成する。
（５）溶解炉の電源をオフにし、２つのチャンバ内の気圧が外気圧に等しくなるように、溶解チャンバおよびアトマイジングチャンバに窒素ガスを充填し、ＣＩＧ合金溶湯の温度が８１０±１０℃に低下してから、溶解の電源をオンにし、坩堝内の溶液温度を８１０±１０℃に保持する。
（６）溶解チャンバの気圧を０．０４ｂａｒ程度に上昇させ、アトマイジングチャンバの排気口を開き、７５０℃程度に加熱したタンディッシュにＣＩＧ合金溶湯を注入する。
（７）アトマイジングガスを導入して粉末化作業を行い、アトマイジングによる粉末化をしている間に、タンディッシュの温度を７５０℃±１０℃に保持する。ここで、アトマイジングガスは窒素ガスであり、圧力が２ＭＰａ程度で、ガス流量が約１９ｋｇ／分である。
（８）粉末を収集する。

ＣＩＧ合金粉末の成分の測定は以下のとおりである。
（１）収集した粉末をサンプラーでサンプリングする。
（２）乱流粉末混合器でサンプルを均一に混合する。
（３）均一に混合した粉末から１０ｇのサンプルを取り出し、２０トンの液圧プレスで加圧して見本を得る。
（４）見本をＸＲＦ内に入れて測定する。
（５）成分の結果を得る。

図１は、本出願のいくつかの実施形態にしたがって、溶解用坩堝内に投入した原料の配合を示す図である。図１に示すように、下層における金属インジウムおよび金属ガリウムまたは両者の混合物２と、上層に設置される銅粒子およびＣＩＧ粉末の混合物３とが溶解用坩堝１内に分布される。ここで、金属インジウム、金属ガリウム、銅粒子、およびＣＩＧ粉末の割合は（１５％〜４０％）、（５％〜３０％）、（２０％〜５０％）、および（３０％〜６０％）であり、投入した原料の比率は、銅：インジウム：ガリウム＝４０％：４０％：２０％である。

実施例１
表１における実施例１に示すように、２６ｋｇのサイズ１０ｍｍの銅粒子と、回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを予め十分に混合してから、図１における参照符号２に示すように、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝１の底部に配置し、上記銅粒子とＣＩＧとの混合物を図１における参照符号３に示すように溶解用坩堝１内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％であり、溶解温度が９１５℃であり、真空度が０．２ｍｂａｒである。５１分間溶解すれば全ての金属を完全に合金化することができ、注湯温度が８１０±１０℃であり、タンディッシュの温度が７６０±１０℃であり、窒素ガスの気圧が２±０．０５ＭＰａであり、窒素ガスの流量が１９．２±０．２である。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．８３％、４０．１３％、２０．０４％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．１７％、＋０．１３％、＋０．０４％である。該実施例のＣＩＧ合金粉末の成分の偏りはいずれも±０．３％以内である。

実施例２
表１における実施例２に示すように、２６ｋｇのサイズ５ｍｍの銅粒子と、回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを予め十分に混合してから、図１における参照符号２に示すように、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝１の底部に配置し、上記銅粒子とＣＩＧとの混合物を図１における参照符号３に示すように溶解用坩堝１内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％であり、溶解温度が９１５℃であり、真空度が０．３ｍｂａｒである。４７分間溶解すれば全ての金属を完全に合金化させることができ、注湯温度が８１０±１０℃であり、タンディッシュの温度が７６０±１０℃であり、窒素ガスの気圧が２±０．０５ＭＰａであり、窒素ガスの流量が１９．２±０．２である。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．７５％、４０．０３％、２０．２２％であり、その成分の偏りはそれぞれ−０．２５％、＋０．０３％、＋０．２２％である。該実施例のＣＩＧ合金粉末の成分の偏りはいずれも±０．３％以内である。

実施例３
表１における実施例３に示すように、２６ｋｇのサイズ２ｍｍの銅粒子と、回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを予め十分に混合してから、図１における参照符号２に示すように、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝１の底部に配置し、上記銅粒子とＣＩＧとの混合物を図１における参照符号３に示すように溶解用坩堝１内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％であり、溶解温度が９１５℃であり、真空度が０．５ｍｂａｒである。４３分間溶解すれば全ての金属を完全に合金化させることができ、注湯温度が８１０±１０℃であり、タンディッシュの温度が７６０±１０℃であり、窒素ガスの気圧が２±０．０５ＭＰａであり、窒素ガスの流量が１９．２±０．２である。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．９１％、４０．１２％、１９．９７％であり、その成分の偏りはそれぞれ−０．０９％、＋０．１２％、−０．０３％である。該実施例のＣＩＧ合金粉末の成分の偏りはいずれも±０．３％以内である。

比較例１
２６ｋｇのサイズ１ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が９１５℃であり、溶解時間が４２分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．９５％、４０．１７％、１９．８８％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．０５％、＋０．１７％、−０．１２％であり、該比較例のＣＩＧ合金粉末の成分の偏りはいずれも±０．３％以内であるが、粒径が減少すると、材料コストが増加し、溶解にかかる時間は実施例に比べて明らかに変化しない。

比較例２
２６ｋｇのサイズ２０ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が９１５℃であり、溶解時間が７５分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．７９％、４０．１５％、２０．０６％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．２１％、＋０．１５％、＋０．０６％で、該比較例のＣＩＧ合金粉末の成分の偏りはいずれも±０．３％以内であるが、溶解にかかる時間は実施例よりも２４分間以上長くなる。

比較例３
表１における比較例３に示すように、２６ｋｇのサイズ２０ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が１１００℃であり、溶解時間が５２分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．５５％、３９．８２％、２０．６３％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．４５％、−０．１８％、＋０．６３％であり、銅およびガリウムの成分の偏りは±０．３％の範囲を超えた。

比較例４
表１における比較例４に示すように、２６ｋｇのサイズ１０ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が１１００℃であり、溶解時間が４８分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．８５％、３９．６５％、２０．５０％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．１５％、−０．３５％、＋０．５％であり、インジウムおよびガリウムの成分の偏りは±０．３％の範囲を超えた。

比較例５
表１における比較例５に示すように、２６ｋｇのサイズ５ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が１１００℃であり、溶解時間が４６分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．７７％、３９．８８％、２０．３５％であり、その成分の偏りはそれぞれ−０．２３％、−０．１２％、＋０．３５％であり、ガリウムの成分の偏りは±０．３％の範囲を超えた。

比較例６
表１における比較例６に示すように、２６ｋｇのサイズ２ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解温度が１１００℃であり、溶解時間が４５分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．３６％、３９．６３％、２１．０１％であり、その成分の偏りはそれぞれ−０．６４％、−０．３７％、＋１．０１％であり、成分の偏りはいずれも±０．３％の範囲を超えた。

比較例７
表１における比較例７に示すように、２６ｋｇのサイズ１ｍｍの銅粒子と、インジウム、ガリウム、並びに回収した６５ｋｇの粒度３８μｍ未満および粒度１５０μｍ超えのＣＩＧ合金粉末とを混合し、溶解用坩堝内に配置する。ここで、銅、インジウムおよびガリウムの原料投入比率が４０％：４０％：２０％である。溶解の最高温度が１１００℃であり、溶解時間が４４分間であり、他の条件は実施例１〜３と同じである。得られたＣＩＧ合金粉末の成分の測定結果として、銅、インジウム、ガリウムはそれぞれ３９．４５％、３９．７７％、２０．７８％であり、成分の偏りはそれぞれ−０．５５％、−０．２３％、＋０．７８％であり、銅およびガリウムの成分の偏りは±０．３％の範囲を超えた。

以上の実施例と比較例との比較結果から分かるように、２〜１０ｍｍの銅粒子を採用して９１５℃程度の温度で溶解すると、成分の偏りを±０．３％以内に抑えることができ、溶解過程は比較的制御可能であるが、１１００℃では、このような範囲規制が実現できない。１０ｍｍ超えの銅粒子を用いると、溶解時間が長くなり、エネルギーの無駄遣いが生じる。一方、１ｍｍの銅粒子を用いると、原料コストが増加し、溶解効率の向上に寄与しない。

本出願の前述した方法により金属の溶解を行うと、溶解用坩堝の底部の金属が一番早く溶融するため、底部のインジウムとガリウムとの合金溶湯の密度が上部の銅とＣＩＧ粉末との混合物の密度よりも大きくなる。これによって、混合物は溶湯の上部に浮き、一定の温度に達すると、固液界面において溶融が発生する。銅粒子の密度が合金溶湯の密度よりも大きいため、銅粒子を被覆するＣＩＧ粉末が溶融すると、銅粒子は溶解用坩堝の底部に徐々に沈降し、沈降過程において徐々に溶融する。銅粒子が小さいため、底部に向かう途中で溶湯とＣＩＧ合金を形成し、すなわち、完全に合金化されるため、溶解用坩堝の底部に堆積しない。

本出願の方法を用いてＣＩＧ合金粉末を調製し、溶解用坩堝内において、合金を約９１５℃に加熱すれば完全な合金化を実現することができ、完全に合金化すると、１１００℃まで昇温し続けて温度をしばらく保持する必要がないように合金をアトマイジング温度に降温してアトマイジング作業を行うことができ、温度が高すぎることによる元素の焼損を減少し、成分の偏りの範囲が小さいＣＩＧ合金粉末が得られる。さらに、エネルギー消費コスト、製造コスト、および低融点の元素の焼損による元素成分の偏りのリスクを低減し、元素の無駄遣いを減少し、生産効率を向上させ、従来の金属および合金の誘導溶解プロセスに比べて、プロセス面でも技術面でも進歩し、実用にさらに適し、産業上の広い利用価値を有する。

上記実施例は、本出願を説明するためのものに過ぎず、本出願を限定するものではなく、当業者であれば、本出願の範囲を逸脱しない前提で種々の変化と変形が可能であり、従って、全ての均等な技術案も本出願の開示の範囲に属すべきである。

１ 溶解用坩堝
２ 金属インジウム及び金属ガリウム
３ 銅粒子及び（ＣＩＧ）粉末の混合物

Claims (13)

1. 銅、インジウム、ガリウムおよび回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を溶解用坩堝内で合金溶湯に溶解する工程（１）と、
   合金溶湯をアトマイジング、冷却、篩分して粒度が設定範囲内にある銅インジウムガリウム合金粉末を得る工程（２）と、
   粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末を回収する工程（３）と、
   を含む銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法であって、
   溶解工程において、インジウムおよびガリウムを溶解用坩堝の底部に配置し、銅と回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム粉末とを混合してから溶解用坩堝内のインジウムおよびガリウムの上方に配置する、銅インジウムガリウム合金粉末の調製方法。
2. 前記銅は粒子状の銅であり、粒径が１０ｍｍ以下であり、１〜１０ｍｍであってもよく、２〜５ｍｍであってもよい、請求項１に記載の調製方法。
3. 前記溶解は加熱工程を含み、前記加熱工程の目標温度は９００℃〜９３０℃であり、９１０℃〜９２０℃であってもよい、請求項１または２に記載の調製方法。
4. 前記加熱工程の持続時間が４３〜５１分間である、請求項３に記載の調製方法。
5. 前記溶解は、加熱工程の後の定温工程を含み、前記定温工程の持続時間が４３〜５１分間である、請求項３または４に記載の調製方法。
6. 前記銅インジウムガリウム合金粉末の粒度の設定範囲は３０〜１６０μｍである、請求項１から５のいずれか１項に記載の調製方法。
7. 前記溶解が真空下で行われ、真空度が０．１〜０．５ｍｂａｒであってもよい、請求項１から６のいずれか１項に記載の調製方法。
8. 溶解用坩堝内に投入されるインジウム、ガリウム、銅および回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末の質量百分率は、インジウム１５％〜４０％、ガリウム５％〜３０％、銅２０％〜５０％、および銅インジウムガリウム合金粉末３０％〜６０％である、請求項１から７のいずれか１項に記載の調製方法。
9. 前記合金溶湯を８００〜８２０℃に降温し、アトマイジングによる粉末化を行う、請求項１から８のいずれか１項に記載の調製方法。
10. 前記アトマイジングによる粉末化は、
    前記合金溶湯を予熱されたタンディッシュに注入することと、
    アトマイジングガスを導入して粉末化を行うことと、を含む、請求項９に記載の調製方法。
11. 前記予熱されたタンディッシュの温度は７５０〜７７０℃である、請求項１０に記載の調製方法。
12. 前記アトマイジングガスの圧力が２〜２．５ＭＰａであり、前記アトマイジングガスの導入流量が１８〜２０ｋｇ／分である、請求項１０または１１に記載の調製方法。
13. 工程（１）に記載の回収した粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末は、工程（３）において回収される粒度が設定範囲外にある銅インジウムガリウム合金粉末である、請求項１に記載の調製方法。

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