JP4980883B2 - 高融点金属ポット - Google Patents
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Description
本発明は、高融点金属又は高融点合金から形成されたプレート、ポット、及びこのようなポットを含む又はこのようなポットに基づく製品に関する。
歴史的に、深絞りによる金属ポットの製造のための装置が試行錯誤しながら開発されている。通常、これは複数の反復及び実験を伴う。高融点金属、例えばタンタル等の高価な金属の場合、このような実験において消費される材料のコストは法外に高い場合がある。また、通常の方法は、劣悪な結晶粒組織構造を有するポットを製造する。慣用的に準備された金属ポットは標準グレードのインゴット誘導プレートから形成される。これらのプレートは、特にタンタル及びニオビウムの場合、粗く不均一な結晶粒と、不均一な結晶組織とで知られている。あいにく、これらのプレートは、スパッタリングターゲットにおけるコンポーネントとして使用するためには不適切である。
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照することによってより理解されるであろう。
図10は、金型が本発明に従って設計されなかった場合に、形成されたポットの側壁に対して生じるものを示すコンピュータ画像である。側壁は"トラップ"されず、したがって、その内径は正確に制御されていない。
本発明は、ポットを形成する方法において、(a)高融点金属コンポーネントを含むインゴットを第1の工作物に切断し;(b)第1の工作物にアプセット鍛造を行い、これにより、第2の工作物を形成し;(c)第2の工作物の少なくとも部分的な再結晶を生ぜしめるように十分に高い第1の温度まで、真空又は不活性ガス中で、第2の工作物に第1の焼きなまし工程を行い;(d)第2の工作物の直径を減じることによって、焼きなましされた第2の工作物を再び鍛造し、これにより、第3の工作物を形成し;(e)第3の工作物にアプセット鍛造条件を行い、これにより、第4の工作物を形成し、(f)第4の工作物の直径を減じることによって、第4の工作物を再び鍛造し、これにより、第5の工作物を形成し;(g)第5の工作物を少なくとも部分的に再結晶させるように十分に高い温度まで第5の工作物に第2の焼きなまし工程を行い;(h)第5の工作物にアプセット鍛造を行い、これにより、第6の工作物を形成し;(i)第6の工作物に第3の焼きなまし工程を行い、これにより、焼きなましされた第6の工作物を形成し;(j)焼きなましされた第6の工作物に複数の圧延パスを行うことによって、焼きなましされた第6の工作物をプレートに圧延し、この場合、焼きなましされた第6の工作物が、少なくとも1つのパスの後に厚さが減じられ、焼きなましされた第6の工作物少なくとも1つのパスの間に回転させられ、これにより、プレートを形成し(k)プレートをポットに深絞りし、これにより、ポットを形成し;この場合、第4の焼きなまし工程が、(1)工程(j)の後でかつ工程(k)の前、又は(2)工程(k)の後に行われ、これにより、ポットに処理するのに適した少なくとも1つの工作物又はプレートの寸法が、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法によって予め決定され、工程(b)〜(j)における少なくとも1つの工作物又は工程(k)におけるプレートが、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法によって決定された寸法と実質的に同じ寸法を有するようになっている方法に関する。
操作例以外又はそうでないことが指示された場合以外は、明細書中または特許請求の範囲中で使用される、成分の量、反応条件等に関連する全ての数又は表現は、全ての場合に"約"という用語によって変更されるものと理解されてよい。様々な数値範囲が本特許明細書に開示されている。これらの範囲は連続的であるので、最小値と最大値との間の全ての値を含む。そうでないことが明らかに指示されない限り、本明細書中で記載された種々の数値範囲は近似値である。
Claims (20)
- ポットを形成する方法において、
(a)高融点金属コンポーネントを含むインゴットを第1の工作物に切断し、前記高融点金属コンポーネントが、ニオビウム、タンタル、ニオビウム合金、タンタル合金、及びこれらの組合せから成るグループから選択されており;
(b)第1の工作物にアプセット鍛造を行い、これにより、第2の工作物を形成し;
(c)少なくとも1000℃である第1の温度まで、真空又は不活性ガス中で、第2の工作物に第1の焼きなまし工程を行い、これにより、焼きなましされた第2の工作物を形成し;
(d)第2の工作物の直径を減じることによって、焼きなましされた第2の工作物を再び鍛造し、これにより、第3の工作物を形成し;
(e)第3の工作物にアプセット鍛造を行い、これにより、第4の工作物を形成し、
(f)第4の工作物の直径を減じることによって、第4の工作物を再び鍛造し、これにより、第5の工作物を形成し;
(g)1000℃〜1300℃の温度まで、第5の工作物に第2の焼きなまし工程をこない;
(h)第5の工作物にアプセット鍛造を行い、これにより、第6の工作物を形成し;
(i)第6の工作物に第3の焼きなまし工程を行い、これにより、焼きなましされた第6の工作物を形成し;
(j)焼きなましされた第6の工作物に複数の圧延パスを行うことによって、焼きなましされた工作物をプレートに圧延し;この場合、焼きなましされた第6の工作物が少なくとも1つのパスの後に厚さが減じられ、焼きなましされた第6の工作物が少なくとも1つのパスの間に回転させられ、これによって、実質的に円形のプレートを形成し、周縁に沿った箇所ごとの厚さの変動が最小限に抑制されており、前記プレートが6mm〜15mmの厚さを有しており;
(k)プレートをポットに深絞りし、該深絞りのために使用されるダイは、円錐区分を有しており、プリフォームパンチが使用され、これにより、ASTM E112に従って測定されたあらゆる顕微鏡フィールドの平均結晶粒度が、全体の平均結晶粒度の1ASTMポイント内であるポットを形成し、集合組織が、プレート垂線に対して平行な[100]を備えた粒子と、プレート垂線に対して平行な[111]を備えた粒子とが、2つの最も強いコンポーネントである混合集合組織であり;この場合、第4の焼きなまし工程が、
(1)工程(j)の後でかつ工程(k)の前、又は(2)工程(k)の後に800℃〜1200℃の温度で行われ、ポットに処理するために適した少なくとも1つの工作物又はプレートの寸法が、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法によって予め決定され、これにより、工程(b)〜(j)における少なくとも1つの工作物又は工程(k)におけるプレートが、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法によって決定される寸法と実質的に同じ寸法を有し、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法が、ポットを深絞りするための型を設計するために使用されることを特徴とする、ポットを形成する方法。 - 第1の温度が少なくとも1200℃である、請求項1記載の方法。
- インゴットが、少なくとも99.99%の純度を有するタンタルインゴットである、請求項1記載の方法。
- アプセット鍛造工程(h)が平型の間においてプレスによって行われる、請求項1記載方法。
- アプセット鍛造工程(h)が、第1ステージ及び第2ステージにおいて行われ、この場合、第1のステージは平型を用いて行われ、第2のステージは複数のブローを用いて、シートバーダイを使用して行われ、工作物は、ブローの間において適切な角度だけ回転させられる、請求項1記載の方法。
- インゴットが円筒状であり、150mm〜400mmの範囲の直径を有する、請求項1記載の方法。
- 第1の工作物が、インゴットの直径と等しい直径と、1.5:1〜3:1の範囲の長さ対直径比とを有している、請求項1記載の方法。
- 第2の工作物が、前記第1の工作物の長さの50%から前記第1の工作物の長さの70%の範囲の長さを有する、請求項1記載の方法。
- 第3の工作物が、第1の工作物の直径の60%から第1の工作物の直径の120%までの範囲の直径を有する、請求項1記載の方法。
- 第4の工作物が、第2の工作物の長さの80%から第2の工作物の長さの120%までの範囲の長さを有する、請求項1記載の方法。
- 第5の工作物が、第1の工作物の直径の60%から第1の工作物の直径の120%までの範囲の直径を有する、請求項1記載の方法。
- 第6の工作物が、1:2〜1:5の範囲の長さ対直径比を有する、請求項1記載の方法。
- プレートが、500mm〜1mの範囲の直径と、6mm〜15mmの範囲の厚さを有する、請求項1記載の方法。
- ポットが、150mm〜500mmの範囲の高さと、100mm〜500mmの範囲の直径とを有する、請求項1記載の方法。
- 第1の工作物が、第1の焼きなまし工程の前に0.25〜0.5の真ひずみを受け、第1の焼きなまし工程が、少なくとも1300℃の温度において行われる、請求項1記載の方法。
- 第5の工作物が第2の焼きなまし工程を行われる前に工程(d)、(e)及び(f)において第2の工作物が1よりも大きくかつ約2よりも小さなひずみを受ける、請求項1記載の方法。
- 第3の焼きなまし工程が行われる前に第6の工作物が1よりも大きくかつ2よりも小さな真ひずみを受ける、請求項1記載の方法。
- プレート又はポットが、第4の焼きなまし工程を受ける前に1よりも大きなひずみを受ける、請求項1記載の方法。
- さらに、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法を用いて、少なくとも1つの工作物又はプレートをポットに処理されるのに不適切にするおそれのある欠陥のタイプ及び寸法を予め決定する工程を含み、これにより、工程(b)〜(j)における少なくとも1つの工作物又は工程(k)におけるプレートは、コンピュータ実行される有限要素モデリング評価法によって不都合であると決定された少なくとも1つの欠陥を有することはない、請求項1記載の方法。
- 請求項1記載のステップにより、スパッタリングターゲットとして使用するのに適したポットを製造する方法。
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