JP5277808B2 - Method for producing fine grain copper material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a fine crystal grain copper material which can produce a fine crystal grain copper material made of high purity copper or a low concentration copper alloy at low cost, in which crystal grains are refined, and which is thermally stable, to provide a fine crystal grain copper material produced by the production method, and to provide a sputtering target composed of the fine crystal grain copper material. <P>SOLUTION: In the method for producing the fine crystal grain copper material where a copper stock 1 made of high purity copper or a low concentration copper alloy is subjected to multi-axes forging treatment of performing compression working from different directions, respectively, and a copper material in which crystal grains are refined is produced, the initial working temperature T1 at which the first compression working in the multi-axes forging is performed is a temperature in which dynamic recrystallization is at least partially generated in the copper stock 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、高純度銅または低濃度銅合金からなり、その結晶粒が微細化された銅材料を製出する微細結晶粒銅材料の製造方法に関するものである。
The present invention is made of a high-purity copper or a low concentration of copper alloy, the crystal grains are those concerning the manufacturing how the fine grain copper material which exits manufacturing a copper material which is reduced.

従来、IC、LSI等の集積回路を構成する回路基板上に配線を形成する方法としてスパッタ法を利用したものが提案されている。ここで、スパッタ法においては、使用されるスパッタリングターゲットの結晶粒径が問題となる。すなわち、スパッタリングターゲットの結晶粒が粗大であると、その表面の凹凸が大きくなり、スパッタ時にシャドウイングが発生し、均一な薄膜を形成することができなくなってしまうのである。
近年、集積回路の高集積化が進められており、これに伴って回路基板上の配線についても、サブミクロンオーダの極細線化が求められている。このような極細線化に対応するためには、スパッタリングターゲットの結晶粒を従来以上に微細化させてシャドウイングの発生を抑える必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method using a sputtering method has been proposed as a method for forming a wiring on a circuit board constituting an integrated circuit such as an IC or LSI. Here, in the sputtering method, the crystal grain size of the sputtering target used becomes a problem. That is, if the crystal grains of the sputtering target are coarse, the surface unevenness increases, shadowing occurs during sputtering, and a uniform thin film cannot be formed.
In recent years, higher integration of integrated circuits has been promoted, and accordingly, wiring on a circuit board is also required to be ultrafine on the order of submicrons. In order to cope with such ultrathinning, it is necessary to make the crystal grain of the sputtering target finer than before to suppress the occurrence of shadowing.

また、配線を構成する材質としては、電気抵抗値を低く抑えるために、純度が99.99%以上とされた高純度銅や添加元素が0.1質量%以下含有された低濃度銅合金が適している。しかしながら、前述の高純度銅や低濃度銅合金は、結晶粒が粗大化しやすい傾向にあり、サブミクロンオーダの極細線化に対応するスパッタリングターゲットを構成することは困難であった。
そこで、高純度銅や低濃度銅合金の結晶粒の微細化の手段として種々のものが提案されている。例えば、非特許文献1には、単軸高温鍛造による方法が開示されており、非特許文献2−4には、超強加工法による方法が開示されている。また、特許文献1には、超強加工と熱処理とを組み合わせた方法が開示されている。
W.Gao,A.Belyakov,H.Miura and T.Sakai, Materials Science and Engineering A,265,233-239(1999) 辻伸泰:鉄と鋼,88(2002),359-369 A.Belyakov , K.Tsuzaki , H.Miura , T.Sakai:Acta Mater.,Vol. 51(2003),847-861 三浦博己、酒井拓:銅と銅合金,Vol.43(2004),56-60 特開2007−327118号公報
Moreover, as a material constituting the wiring, in order to keep the electric resistance value low, high-purity copper having a purity of 99.99% or more and a low-concentration copper alloy containing 0.1% by mass or less of an additive element are used. Is suitable. However, the above-described high-purity copper and low-concentration copper alloy tend to be coarse in crystal grains, and it has been difficult to construct a sputtering target corresponding to sub-micron-order ultra-thinning.
Accordingly, various means have been proposed as means for refining crystal grains of high-purity copper or low-concentration copper alloys. For example, Non-Patent Document 1 discloses a method using uniaxial high-temperature forging, and Non-Patent Document 2-4 discloses a method using a super-strong processing method. Patent Document 1 discloses a method in which super-strong processing and heat treatment are combined.
W. Gao, A. Belyakov, H. Miura and T. Sakai, Materials Science and Engineering A, 265, 233-239 (1999) Nobuyasu Tsuji: Iron and Steel, 88 (2002), 359-369 A. Belyakov, K. Tsuzaki, H. Miura, T. Sakai: Acta Mater., Vol. 51 (2003), 847-861 Hiromi Miura, Taku Sakai: Copper and copper alloys, Vol.43 (2004), 56-60 JP 2007-327118 A

ところで、非特許文献1に記載された方法においては、鍛造加工時の変形抵抗を高く設定しても平均結晶粒径は80〜100μm程度であって、これ以上の結晶粒の微細化は困難であった。
また、非特許文献2−4に記載された方法においては、平均結晶粒径を0.2μm程度まで微細化することが可能であるものの、内部に高い歪エネルギーを有しているため熱的安定性に欠けており、容易に再結晶して結晶粒が粗大化してしまう。このため、スパッタリングターゲットとして使用することはできなかった。
さらに、特許文献1に記載された方法では、平均結晶粒径が数μm程度まで微細化されるが、加工工程と熱処理工程とを複数回実施する必要があり、かつ、超強加工を実施するために大型の鍛造機が必要となり、汎用性に欠け、製造コストが大幅に上昇してしまうといった問題があった。
By the way, in the method described in Non-Patent Document 1, even if the deformation resistance during forging is set high, the average crystal grain size is about 80 to 100 μm, and it is difficult to refine crystal grains beyond this. there were.
In addition, in the method described in Non-Patent Document 2-4, although the average crystal grain size can be reduced to about 0.2 μm, it has a high strain energy inside, so that it is thermally stable. It lacks the properties and easily recrystallizes and the crystal grains become coarse. For this reason, it could not be used as a sputtering target.
Furthermore, in the method described in Patent Document 1, the average crystal grain size is refined to about several μm, but it is necessary to perform the processing step and the heat treatment step a plurality of times, and super-strong processing is performed. For this reason, a large forging machine is required, and there is a problem that the versatility is lacking and the manufacturing cost is significantly increased.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高純度銅や低濃度銅合金からなり、結晶粒が微細化されるとともに熱的に安定した微細結晶粒銅材料を低コストで製造することが可能な微細結晶粒銅材料の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the circumstances described above, and is made of high-purity copper or a low-concentration copper alloy. A crystal grain is refined and a thermally stable fine-grain copper material is produced at low cost. and to provide a manufacturing how fine grain copper material that is capable of producing.

前記の課題を解決するために、本発明に係る微細結晶粒銅材料の製造方法は、高純度銅または低濃度銅合金からなる銅素材に対して、異なる方向からそれぞれ圧縮加工を施す多軸鍛造加工処理を行い、結晶粒が微細化された銅材料を製出する微細結晶粒銅材料の製造方法であって、前記銅素材は、前記多軸鍛造加工処理前の平均結晶粒径が100μm以下とされており、前記多軸鍛造加工処理における1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1が、前記銅素材において動的再結晶が少なくとも部分的に発生する温度であるとともに、前記銅素材を前記圧縮加工と同一の圧縮率で単軸圧縮した際に加工軟化が発生する加工軟化温度Tsに対して、Ts−50℃≦T1≦Ts+50℃の範囲内に設定されていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a method for producing a fine-grained copper material according to the present invention is a multi-axis forging in which compression processing is performed from different directions on a copper material made of high-purity copper or a low-concentration copper alloy. A method for producing a fine-grained copper material that performs a processing treatment to produce a copper material with fine crystal grains, wherein the copper material has an average crystal grain size of 100 μm or less before the multi-axis forging processing The initial processing temperature T1 for performing the first pass compression processing in the multi-axis forging processing is a temperature at which dynamic recrystallization occurs at least partially in the copper material, and the copper material It is characterized in that it is set within the range of Ts-50 ° C. ≦ T1 ≦ Ts + 50 ° C. with respect to the processing softening temperature Ts at which processing softening occurs when uniaxial compression is performed at the same compression rate as the compression processing . .

本発明に係る微細結晶粒銅材料の製造方法では、1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1が、前記銅素材において動的再結晶が少なくとも部分的に発生する温度とされているので、1パス目の圧縮加工で発生する動的再結晶及びこの動的再結晶による初期の結晶粒の分断により、動的再結晶が発生した部分の結晶粒が微細化される。このような圧縮加工を異なる方向から行うことによって、動的再結晶による微細化を銅素材の全体へと拡げることが可能となり、例えば平均結晶粒径が20μm以下とされた微細結晶粒銅材料を製出することができる。   In the method for producing a fine-grained copper material according to the present invention, the initial processing temperature T1 for performing the first pass compression processing is a temperature at which dynamic recrystallization occurs at least partially in the copper material, Due to the dynamic recrystallization that occurs in the compression process of the first pass and the initial crystal grain division by this dynamic recrystallization, the crystal grains in the portion where the dynamic recrystallization has occurred are refined. By performing such compression processing from different directions, it becomes possible to expand the refinement by dynamic recrystallization to the entire copper material. For example, a fine crystal grain copper material having an average crystal grain size of 20 μm or less can be obtained. Can be produced.

また、動的再結晶が発生する温度は、一般に純度と加工ひずみ量によって変化するものの、金属の融点Tmに対して0.3×Tm〜0.6×Tm程度(いわゆる中間温度域)であるので、初期加工温度T1が比較的高温となり、1パス目の圧縮加工に必要な荷重を小さく抑えることができ、比較的小型の鍛造機で圧縮加工を行うことができる。
さらに、比較的高温での圧縮加工によって動的再結晶を発生させているので、結晶の内部に高い歪エネルギーが蓄積されることがなく、熱的に安定な微細結晶粒銅材料を製出することができる。
The temperature at which dynamic recrystallization occurs generally varies with the purity and the amount of processing strain, but is about 0.3 × Tm to 0.6 × Tm (so-called intermediate temperature range) with respect to the melting point Tm of the metal. Therefore, the initial processing temperature T1 becomes relatively high, the load required for the first pass compression processing can be kept small, and the compression processing can be performed with a relatively small forging machine.
Furthermore, since dynamic recrystallization is generated by compression processing at a relatively high temperature, high strain energy is not accumulated inside the crystal, and a thermally stable fine-grained copper material is produced. be able to.

ここで、前記初期加工温度T1は、前記銅素材を前記圧縮加工と同一の圧縮率で単軸圧縮した際に加工軟化が発生する加工軟化温度Tsに対して、Ts−50℃≦T1≦Ts+50℃の範囲内に設定されている
加工軟化は、動的再結晶が大規模に発生することによって起こる現象である。つまり、加工軟化温度では、確実に動的再結晶が発生していることになる。ここで、初期加工温度T1をT1≧Ts−50℃とすることによって、1パス目の圧縮加工において動的再結晶を確実に発生させることができる。また、動的再結晶を比較的広範囲で発生させることが可能となり、結晶粒径の均一化を図ることもできる。また、初期加工温度T1をT1≦Ts+50℃とすることにより、動的再結晶によって生じる結晶粒の粒径が小さく抑えられ、結晶粒の微細化を効率良く行うことができる。
Here, the initial processing temperature T1 is Ts−50 ° C. ≦ T1 ≦ Ts + 50 with respect to the processing softening temperature Ts at which processing softening occurs when the copper material is uniaxially compressed at the same compression rate as the compression processing. It is set in the range of ° C..
Work softening is a phenomenon that occurs when dynamic recrystallization occurs on a large scale. That is, the dynamic recrystallization surely occurs at the processing softening temperature. Here, by setting the initial processing temperature T1 to T1 ≧ Ts−50 ° C., dynamic recrystallization can be reliably generated in the first pass compression processing. In addition, dynamic recrystallization can be generated in a relatively wide range, and the crystal grain size can be made uniform. Further, by setting the initial processing temperature T1 to T1 ≦ Ts + 50 ° C., the grain size of the crystal grains generated by dynamic recrystallization can be kept small, and the crystal grains can be efficiently refined.

また、前記多軸鍛造加工処理における2パス目以降において、圧縮加工を行う加工温度Tnが直前パスにおける加工温度Tn−1と同一であるパスを有する構成を採用してもよい。
さらに、前記多軸鍛造加工処理における2パス目以降において、圧縮加工を行う加工温度Tnが、直前パスにおける加工温度Tn−1よりも低く設定されたパスを有する構成を採用してもよい。
Further, after the second pass in the multi-axis forging process, a configuration may be adopted in which the processing temperature Tn for performing the compression processing has a path that is the same as the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass.
Further, in the second and subsequent passes in the multi-axis forging processing, a configuration may be adopted in which the processing temperature Tn for performing the compression processing has a pass set lower than the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass.

圧縮加工によって発生する動的再結晶の範囲は加工温度Tnが高いほど広くなるが、発生する結晶粒の粒径は加工温度Tnが低いほど小さくなる。つまり、結晶粒径を均一化するためには加工温度Tnが高い方が好ましく、結晶粒径を小さくするためには加工温度Tnが低い方が好ましい。
そこで、結晶粒径の均一化を図る場合には、圧縮加工を行う加工温度Tnを直前パスにおける加工温度Tn−1と同一として、比較的高温で圧縮加工を行うことになる。一方、結晶粒径を小さくする場合には、圧縮加工を行う加工温度Tnを直前パスにおける加工温度Tn−1よりも低くして、比較的低温で圧縮加工を行うことになる。なお、圧縮加工を行う加工温度Tnを直前パスにおける加工温度Tn−1よりも高くした場合には、動的再結晶によって発生する結晶粒の粒径が直前パスよりも大きくなってしまい、結晶粒の微細化を効率的に行うことができなくなるため、好ましくない。
The range of dynamic recrystallization generated by compression processing increases as the processing temperature Tn increases, but the grain size of the generated crystal grains decreases as the processing temperature Tn decreases. That is, a higher processing temperature Tn is preferable for making the crystal grain size uniform, and a lower processing temperature Tn is preferable for reducing the crystal grain size.
Therefore, in order to make the crystal grain size uniform, the compression processing is performed at a relatively high temperature by setting the processing temperature Tn for performing the compression processing to be the same as the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass. On the other hand, when the crystal grain size is reduced, the compression processing is performed at a relatively low temperature by making the processing temperature Tn for performing the compression processing lower than the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass. When the processing temperature Tn for performing the compression processing is higher than the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass, the grain size of the crystal grains generated by the dynamic recrystallization becomes larger than that in the immediately preceding pass. This is not preferable because it cannot be efficiently miniaturized.

また、前記高純度銅を、銅の純度が99.99質量%以上のものとしてもよい。
このような高純度銅は、従来の方法では結晶粒の微細化が困難であるが、本発明の微細結晶粒銅材料の製造方法によって、結晶粒の微細化を図ることが可能となる。また、高純度銅は、電気抵抗が低く、基板上の配線を構成する材質として適している。
The high-purity copper may have a copper purity of 99.99% by mass or more.
Such high-purity copper is difficult to be refined by conventional methods, but it is possible to refine crystal grains by the method for producing a fine-grain copper material of the present invention. High-purity copper has a low electrical resistance and is suitable as a material constituting the wiring on the substrate.

さらに、前記低濃度銅合金を、添加元素の濃度が0.1質量%以下のものとしてもよい。また、前記添加元素を、Ag、Ca、Co、Zr、Auの中から選択される1種または2種以上の元素とすることが好ましい。
このような低濃度銅合金は、前述した高純度銅に添加元素を0.1質量%以下添加したものであるので、電気抵抗が低く、基板上の配線を構成する材質として適している。
さらに、添加元素としてAg、Ca、Co、Zr、Auの中から選択される1種または2種以上の元素を採用することにより、熱的安定性を大幅に向上させることができる。また、さらなる結晶粒の微細化を図ることができる。
Further, the low-concentration copper alloy may have an additive element concentration of 0.1% by mass or less. The additive element is preferably one or more elements selected from Ag, Ca, Co, Zr, and Au.
Such a low-concentration copper alloy is obtained by adding 0.1% by mass or less of an additive element to the above-described high-purity copper, and therefore has a low electric resistance and is suitable as a material constituting the wiring on the substrate.
Furthermore, by employing one or more elements selected from Ag, Ca, Co, Zr, and Au as additive elements, the thermal stability can be greatly improved. Further, the crystal grains can be further refined.

本発明によれば、高純度銅や低濃度銅合金からなり、結晶粒が微細化されるとともに熱的に安定した微細結晶粒銅材料を低コストで製造することが可能な微細結晶粒銅材料の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a fine-grained copper material that is made of high-purity copper or a low-concentration copper alloy, and that can produce a thermally-stable fine-grained copper material at a low cost while the crystal grains are refined. it is possible to provide a manufacturing how.

以下に、本発明の実施形態に係る微細結晶粒銅材料の製造方法及び微細結晶粒銅材料について説明する。
本発明の実施形態に係る微細結晶粒銅材料の製造方法においては、純度が99.99%以上とされた高純度銅、または、この高純度銅に、Ag、Ca、Co、Zr、Auの中から選択される1種または2種以上の元素を0.1質量%以下添加した低濃度銅合金からなる微細結晶粒銅材料を製造するものである。
Below, the manufacturing method of the fine crystal grain copper material and fine crystal grain copper material which concern on embodiment of this invention are demonstrated.
In the method for producing a fine-grained copper material according to an embodiment of the present invention, high purity copper having a purity of 99.99% or more, or Ag, Ca, Co, Zr, or Au is added to the high purity copper. A fine-grained copper material made of a low-concentration copper alloy to which one or more elements selected from the above are added in an amount of 0.1% by mass or less is manufactured.

まず、前述の高純度銅または低濃度銅合金の鋳塊を製出し、この鋳塊に熱間鍛造及び熱処理等を行って均一なバルク材を製出する。このバルク材を切断・研磨することによって、後述する多軸鍛造加工処理に提供される銅素材1を得る。ここで、本実施形態では、異なる方向からそれぞれ圧縮加工を施す多軸鍛造加工処理を好適に行うため、銅素材1は、図1に示すような角柱状をなしている。   First, an ingot of the above-described high-purity copper or low-concentration copper alloy is produced, and this ingot is subjected to hot forging and heat treatment to produce a uniform bulk material. By cutting and polishing this bulk material, the copper material 1 provided for the multi-axis forging process described later is obtained. Here, in the present embodiment, the copper material 1 has a prismatic shape as shown in FIG. 1 in order to suitably perform multi-axis forging processing that performs compression processing from different directions.

このような角柱状の銅素材1に対して多軸鍛造加工処理を行う。多軸鍛造加工処理は、銅素材1に対して異なる方向からそれぞれ圧縮加工を施すものであり、本実施形態では、図2に示すように、角柱状の銅素材1のX軸、Y軸、Z軸の3方向において圧縮加工を順次行うものである。   A multi-axis forging process is performed on such a prismatic copper material 1. In the multi-axis forging process, the copper material 1 is compressed from different directions, and in this embodiment, as shown in FIG. 2, the X-axis, Y-axis, Compression processing is sequentially performed in the three directions of the Z axis.

ここで、銅素材1のX軸、Y軸及びZ軸方向の寸法比は、圧縮加工の圧縮率(ひずみ量)によって決定される。本実施形態では、圧縮加工における真ひずみ量を0.6としており、銅素材1の前記寸法比は、X:Y:Z=13.01:9.65:7.15に設定されている。この寸法比の銅素材1は、長軸方向(X軸方向)が圧縮方向となるように圧縮加工すると、圧縮加工後の銅素材1の前記寸法比が、X:Y:Z=7.15:13.01:9.65となり、次の圧縮加工で長軸方向(Y軸方向)を圧縮方向とすることで、圧縮加工後の銅素材1の前記寸法比が、X:Y:Z=9.65:7.15:13.01となる。このように、圧縮加工をX軸、Y軸及びZ軸方向で繰り返すことで、銅素材1の前記寸法比が一定のまま保持されるので、銅素材1の圧縮方向を順次変更することによって、同一のひずみ量を銅素材1に対して繰り返し与えることができるのである。   Here, the dimensional ratio of the copper material 1 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is determined by the compression rate (strain amount) of the compression process. In this embodiment, the amount of true strain in compression processing is 0.6, and the dimensional ratio of the copper material 1 is set to X: Y: Z = 13.01: 9.65: 7.15. When the copper material 1 having this dimensional ratio is subjected to compression processing so that the major axis direction (X-axis direction) is the compression direction, the dimensional ratio of the copper material 1 after the compression processing is X: Y: Z = 7.15. : 13.01: 9.65, and by making the major axis direction (Y-axis direction) the compression direction in the next compression process, the dimensional ratio of the copper material 1 after the compression process is X: Y: Z = 9.65: 7.15: 13.01. Thus, by repeating the compression process in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions, the dimensional ratio of the copper material 1 is kept constant, so by sequentially changing the compression direction of the copper material 1, The same amount of strain can be repeatedly applied to the copper material 1.

そして、この多軸鍛造加工処理における1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1は、銅素材1において動的再結晶が少なくとも部分的に発生する温度とされている。ここで、初期加工温度T1を決定する際には、多軸鍛造加工処理における圧縮加工の圧縮率(ひずみ量)と同じ圧縮率(ひずみ量)の単軸圧縮試験によって、加工軟化が発生する温度(加工軟化温度Ts)を選定する。加工軟化は、所定の圧縮率の単軸圧縮において動的再結晶が大規模に発生した結果として生じる現象であるので、この加工軟化温度Tsを基準として初期加工温度T1を決定することになる。具体的には、初期加工温度T1は、加工軟化温度Tsに対して、Ts−50℃≦T1≦Ts+50℃の範囲内に設定することが好ましい。   And the initial processing temperature T1 which performs the compression process of the 1st pass in this multi-axis forge processing is made into the temperature at which dynamic recrystallization generate | occur | produces in the copper raw material 1 at least partially. Here, when determining the initial processing temperature T1, the temperature at which work softening occurs by a uniaxial compression test having the same compression rate (strain amount) as the compression rate (strain amount) of compression processing in the multi-axis forging process. (Processing softening temperature Ts) is selected. Work softening is a phenomenon that occurs as a result of dynamic recrystallization occurring on a large scale in uniaxial compression at a predetermined compression rate. Therefore, the initial working temperature T1 is determined based on the work softening temperature Ts. Specifically, the initial processing temperature T1 is preferably set within a range of Ts−50 ° C. ≦ T1 ≦ Ts + 50 ° C. with respect to the processing softening temperature Ts.

多軸鍛造加工処理における2パス目以降の圧縮加工を行う加工温度Tnは、図3に示すように、直前パスにおける加工温度Tn−1と同一としてもよい。あるいは、図4に示すように、直前パスにおける加工温度Tn−1よりも低く設定して段階的に温度を下げていってもよい。または、これらのプロセスを組み合わせてもよい。   The processing temperature Tn for performing the compression processing after the second pass in the multi-axis forging processing may be the same as the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass, as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 4, the temperature may be lowered stepwise by setting it lower than the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass. Alternatively, these processes may be combined.

次に、このような多軸鍛造加工処理を行った場合の結晶組織の変化について図5を参照して説明する。
まず、多軸鍛造加工処理を行う前の状態では、図5(a)に示すように粗大な初期結晶粒10が全体に存在している。ここで、初期加工温度T1で1パス目の圧縮加工をX軸方向を圧縮方向として行うと、図5(b)に示すように動的再結晶による新たな結晶粒11が部分的に発生する。動的再結晶による新たな結晶粒11は、初期結晶粒10の粒界に主に発生して初期結晶粒10を分断することになる。このように、部分的に動的再結晶が発生するため初期結晶粒10が多く残存しており、1パス後では、結晶粒の大きさは極めて不均一となる。
Next, a change in crystal structure when such a multi-axis forging process is performed will be described with reference to FIG.
First, in the state before performing the multi-axis forging process, coarse initial crystal grains 10 exist as a whole as shown in FIG. Here, when the first pass compression process is performed with the X-axis direction being the compression direction at the initial process temperature T1, new crystal grains 11 are partially generated by dynamic recrystallization as shown in FIG. 5B. . New crystal grains 11 by dynamic recrystallization are generated mainly at the grain boundaries of the initial crystal grains 10 to divide the initial crystal grains 10. Thus, since dynamic recrystallization partially occurs, many initial crystal grains 10 remain, and the size of the crystal grains becomes extremely non-uniform after one pass.

次に、加工温度T2で2パス目の圧縮加工をY軸方向を圧縮方向として行う。このとき、加工温度T2は初期加工温度T1よりも低い温度とする。すると、図5(c)に示すように、動的再結晶によって新たな結晶粒12が発生する。このとき新たに発生した結晶粒12の粒径は1パス目に発生した結晶粒11よりも小さくなっている。また、この2パス目の動的再結晶も、結晶粒の粒界に主に発生しており、初期結晶粒10自体も分断されている。また、1パス目に発生した結晶粒11は、僅かに粗大化することになる。   Next, compression processing for the second pass is performed at the processing temperature T2 with the Y-axis direction as the compression direction. At this time, the processing temperature T2 is set to a temperature lower than the initial processing temperature T1. Then, as shown in FIG. 5C, new crystal grains 12 are generated by dynamic recrystallization. At this time, the grain size of the newly generated crystal grain 12 is smaller than that of the crystal grain 11 generated in the first pass. Further, the dynamic recrystallization of the second pass is mainly generated at the grain boundaries of the crystal grains, and the initial crystal grains 10 themselves are also divided. Further, the crystal grains 11 generated in the first pass are slightly coarsened.

次に、加工温度T3で3パス目の圧縮加工をZ軸方向を圧縮方向として行う。このとき、加工温度T3は、直前パスの加工温度T2よりも低い温度とする。すると、図5(d)に示すように、動的再結晶によって新たな結晶粒13が発生する。このとき新たに発生した結晶粒13の粒径は2パス目に発生した結晶粒12よりもさらに小さくなっている。また、初期結晶粒10自体も分断され、結晶粒径も徐々に均一化されていく。
このように、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向から圧縮加工を順に行うことで、銅素材1は、結晶粒が微細化されることになる。このようにして得られた本実施形態である微細結晶粒銅材料の平均結晶粒径は、20μm以下とされ、より好ましくは10μm以下とされる。
Next, the third compression process is performed at the processing temperature T3 with the Z-axis direction as the compression direction. At this time, the processing temperature T3 is lower than the processing temperature T2 of the immediately preceding pass. Then, as shown in FIG. 5D, new crystal grains 13 are generated by dynamic recrystallization. At this time, the newly generated crystal grain 13 has a smaller particle size than the crystal grain 12 generated in the second pass. In addition, the initial crystal grains 10 themselves are divided, and the crystal grain diameter is gradually uniformized.
Thus, by performing compression processing in order from the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the crystal grains of the copper material 1 are refined. The average crystal grain size of the fine crystal grain copper material according to the present embodiment thus obtained is set to 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.

以上のような構成とされた本実施形態である微細結晶粒銅材料の製造方法及び微細結晶粒銅材料によれば、1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1が、動的再結晶が少なくとも部分的に発生する温度に設定されているので、初期加工温度T1が比較的高い温度となり、1パス目の圧縮加工に必要な荷重を小さく抑えることができ、汎用の小型の鍛造機で圧縮加工を行うことができる。   According to the method for manufacturing a fine crystal grain copper material and the fine crystal grain copper material according to the present embodiment configured as described above, the initial processing temperature T1 for compressing the first pass is reduced by dynamic recrystallization. Since the temperature is set at least partially, the initial processing temperature T1 becomes relatively high, and the load required for the compression process in the first pass can be kept small. Processing can be performed.

このように圧縮加工によって動的再結晶が発生して元の結晶粒を分断していくので、この圧縮加工を繰り返し行うことによって、結晶粒の微細化及び均一化を図ることができる。さらに、比較的高温での圧縮加工によって動的再結晶させているので、内部に高い歪エネルギーが蓄積されることがなく、熱的に安定な微細結晶粒銅材料を製出することができる。   In this way, dynamic recrystallization occurs by compression processing and the original crystal grains are divided, so that the crystal grains can be made finer and uniform by repeating this compression processing. Furthermore, since dynamic recrystallization is performed by compression processing at a relatively high temperature, high strain energy is not accumulated inside, and a thermally stable fine-grained copper material can be produced.

また、初期加工温度T1が、銅素材1を圧縮加工と同一の圧縮率(ひずみ量)で単軸圧縮した際に加工軟化が発生する加工軟化温度Tsに対して、Ts−50℃≦T1≦Ts+50℃の範囲内に設定されているので、1パス目の圧縮加工において動的再結晶を確実に発生させることができるとともに、動的再結晶によって生じる結晶粒の粒径が小さく抑えられ、結晶粒の微細化を効率良く行うことができる。   The initial processing temperature T1 is Ts−50 ° C. ≦ T1 ≦ with respect to the processing softening temperature Ts at which processing softening occurs when the copper material 1 is uniaxially compressed at the same compression rate (strain amount) as the compression processing. Since it is set within the range of Ts + 50 ° C., the dynamic recrystallization can be surely generated in the compression process of the first pass, and the grain size of the crystal grains generated by the dynamic recrystallization can be suppressed to be small. Grain refinement can be performed efficiently.

さらに、2パス目の加工温度を直前パスである1パス目の初期加工温度T1より低く設定し、3パス目の加工温度を直前パスである2パス目の加工温度T2より低く設定し、段階的に加工温度を低くしているので、動的再結晶によって新たに生じる結晶粒の粒径が各パス毎に小さくなっていき、結晶粒の微細化を効率良く行うことができる。   Further, the processing temperature of the second pass is set lower than the initial processing temperature T1 of the first pass that is the immediately preceding pass, and the processing temperature of the third pass is set lower than the processing temperature T2 of the second pass that is the immediately preceding pass, In particular, since the processing temperature is lowered, the grain size of the crystal grains newly generated by the dynamic recrystallization decreases for each pass, and the crystal grains can be refined efficiently.

また、本実施形態である微細結晶粒銅材料は、その平均結晶粒径が、20μm以下とされ、より好ましくは10μm以下とされているので、表面の凹凸が少なく、かつ、熱的安定性に優れている。したがって、この微細結晶粒銅材料でスパッタリングターゲットを構成することによって、シャドウイングの発生が抑えられ、均一な薄膜を形成することが可能となる。   In addition, the fine crystal grain copper material according to the present embodiment has an average crystal grain size of 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, so that there are few surface irregularities and thermal stability. Are better. Therefore, by forming a sputtering target with this fine crystal grain copper material, generation of shadowing can be suppressed and a uniform thin film can be formed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、X軸、Y軸及びZ軸方向で、順に、圧縮加工を行う構成として説明したが、これに限定されることはなく、異なる方向からそれぞれ圧縮加工を施すものであればよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, although it has been described as a configuration in which compression processing is performed in order in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the present invention is not limited to this, and any configuration may be used as long as compression processing is performed from different directions.

さらに、圧縮加工時のひずみ量を0.6として説明したが、これに限定されることはなく、ひずみ量は適宜設定することができる。前述のように、X軸、Y軸及びZ軸方向で、順に、圧縮加工を行う構成とした場合、銅素材のX軸、Y軸及びZ軸の寸法比を設定することで、銅素材の外形を変化させることなく結晶粒径を微細化することが可能となる。例えば、1パスのひずみ量を0.8とした場合には、銅素材のX軸、Y軸及びZ軸の寸法比を、X軸:Y軸:Z軸=2.22:1.49:1.0に設定することになる。   Furthermore, although the distortion amount at the time of compression processing was demonstrated as 0.6, it is not limited to this, A distortion amount can be set suitably. As described above, when the compression processing is sequentially performed in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, by setting the dimensional ratio of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the copper material, The crystal grain size can be reduced without changing the outer shape. For example, when the amount of strain in one pass is 0.8, the dimensional ratio of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the copper material is X-axis: Y-axis: Z-axis = 2.22: 1.49: It will be set to 1.0.

以下、具体的な実施例を挙げて、本発明に係る微細結晶粒銅材料の製造方法及び微細結晶粒銅材料について説明する。   Hereinafter, a specific example is given and the manufacturing method of the fine crystal grain copper material and fine crystal grain copper material which concern on this invention are demonstrated.

(試験片)
後述する所定組成の高純度銅又は低濃度銅合金の鋳塊を製出し、この鋳塊を760℃に加熱して熱間鍛造して水中急冷してバルク材を得た。このバルク材を切断・面削して、図1に示す角柱状の試験片を作製した。
(Test pieces)
An ingot of high-purity copper or low-concentration copper alloy having a predetermined composition described later was produced, the ingot was heated to 760 ° C., hot forged, and rapidly cooled in water to obtain a bulk material. The bulk material was cut and faced to prepare prismatic test pieces shown in FIG.

(圧縮試験)
多軸鍛造加工処理の各パスの圧縮加工には、株式会社エー・アンド・デイ製のテンシロン高温圧縮試験機を用いて行った。ここで、各パスの圧縮加工を行う際のひずみ速度は、3.0×10−3−1に制御した。潤滑剤としてグラファイト潤滑剤を使用した。
(Compression test)
The compression process of each pass of the multi-axis forging process was performed using a Tensilon high-temperature compression tester manufactured by A & D Corporation. Here, the strain rate when compressing each pass was controlled to 3.0 × 10 −3 s −1 . A graphite lubricant was used as the lubricant.

(組織観察)
組織観察用試料は、試験片から最終圧縮方向に平行な断面で切り出し、機械研磨(エメリー紙・バフ)、電解研磨を行って作製した。電解研磨は、電解研磨液としてリン酸50体積%、蒸留水50体積%のものを使用し、室温(25℃)において電圧1.8Vで約40秒の条件で行った。
この電解研磨後の試料をTSL製のOrientation Imaging Microscopy(OIM)で解析するとともに、平均結晶粒径を算出した。
また、電解研磨後に、電解研磨液を用いて室温(25℃)において電圧0.5Vで約10秒の条件で電解腐食を行い、光学顕微鏡観察を行った。
(Tissue observation)
A sample for observing the structure was cut out from a test piece with a cross section parallel to the final compression direction, and was subjected to mechanical polishing (emery paper / buff) and electrolytic polishing. The electrolytic polishing was carried out using an electrolytic polishing solution of 50 volume% phosphoric acid and 50 volume% distilled water at room temperature (25 ° C.) at a voltage of 1.8 V for about 40 seconds.
The sample after this electropolishing was analyzed by Orient Imaging Microscope (OIM) manufactured by TSL, and the average crystal grain size was calculated.
Further, after electrolytic polishing, electrolytic corrosion was performed using an electrolytic polishing liquid at room temperature (25 ° C.) at a voltage of 0.5 V for about 10 seconds, and observed with an optical microscope.

(実施例1)
実施例1として、純度が99.9999%以上の高純度銅(いわゆる6N銅)からなる微細結晶粒銅材料を製出した。
図6に、初期(多軸鍛造加工処理前)のOIMマップを示す。初期(多軸鍛造加工処理前)の結晶粒径Dは、D=100μmであった。
Example 1
As Example 1, a fine crystal copper material made of high purity copper (so-called 6N copper) having a purity of 99.9999% or more was produced.
FIG. 6 shows an initial OIM map (before the multi-axis forging process). The crystal grain size D 0 at the initial stage (before the multi-axis forging process) was D 0 = 100 μm.

次に、高純度銅からなる銅素材に対して単軸圧縮試験を、各種温度(503K,533K,563K,593K)で、ひずみ量0.6、ひずみ速度3.0×10−3−1の条件で行った。応力―ひずみ曲線を図7に示す。593K(320℃)で加工軟化が認められ、この温度で大規模な動的再結晶が発生していると考えられる。
また、各種温度(503K,563K,593K)で単軸圧縮試験を行った試験片のOIMマップ及びそのイメージクオリティマップを図8に示す。503K(230℃)でも僅かに動的再結晶が発生しているのが確認される。圧縮試験温度が高くなるにつれて動的再結晶が発生している領域が広がっていることがわかる。
ここで、単軸圧縮試験による動的再結晶によって生成された新たな結晶粒の粒径と圧縮試験温度との関係を図9に示す。圧縮試験温度が低い程、新たな結晶粒の粒径が小さくなることが確認される。
Next, a uniaxial compression test was performed on a copper material made of high purity copper at various temperatures (503K, 533K, 563K, 593K), a strain amount of 0.6, and a strain rate of 3.0 × 10 −3 s −1. It went on condition of. A stress-strain curve is shown in FIG. Work softening was observed at 593 K (320 ° C.), and it is considered that large-scale dynamic recrystallization occurred at this temperature.
FIG. 8 shows an OIM map and an image quality map of a test piece subjected to a uniaxial compression test at various temperatures (503K, 563K, and 593K). It is confirmed that slight dynamic recrystallization occurs even at 503 K (230 ° C.). It can be seen that the region where dynamic recrystallization occurs increases as the compression test temperature increases.
Here, FIG. 9 shows the relationship between the grain size of new crystal grains generated by dynamic recrystallization by the uniaxial compression test and the compression test temperature. It is confirmed that the lower the compression test temperature, the smaller the grain size of new crystal grains.

この単軸圧縮試験の結果から、多軸鍛造加工処理の1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1を593K(320℃)とした。
多軸鍛造加工処理としては、1パス当りのひずみ量を0.6とし、累積ひずみ量が3.0となるように、すなわち5パスの圧縮加工を行った。
等温工程では、1パス目から5パス目までの加工温度をすべて593K(320℃)とした。降温工程では、1パス毎に加工温度を30℃ずつ低下させていき、5パス目は4パス目と同じ加工温度(503K)とした。
From the results of this uniaxial compression test, the initial processing temperature T1 for performing the first pass compression processing of the multi-axis forging processing was set to 593K (320 ° C.).
As the multi-axis forging process, the amount of strain per pass was set to 0.6 and the amount of accumulated strain was 3.0, that is, compression processing was performed for 5 passes.
In the isothermal process, the processing temperatures from the first pass to the fifth pass were all set to 593K (320 ° C.). In the temperature lowering step, the processing temperature was decreased by 30 ° C. for each pass, and the fifth processing temperature was set to the same processing temperature (503 K) as the fourth processing.

1パス目の圧縮加工を行った後の銅素材1のOIMマップを図10に示す。等温工程による2パス後から5パス後までのOIMマップを図11から図14に示す。また、降温工程による2パス後から5パス後までのOIMマップを図15から図18に示す。さらに、各パス毎における平均結晶粒径の変化を図19に示す。   FIG. 10 shows an OIM map of the copper material 1 after the first pass compression processing. The OIM maps from 2 passes to 5 passes after the isothermal process are shown in FIGS. In addition, FIGS. 15 to 18 show OIM maps from the second pass to the fifth pass in the temperature lowering process. Furthermore, the change of the average crystal grain size for each pass is shown in FIG.

等温工程では、5パス後の平均結晶粒径Dが24.4μmと初期の平均結晶粒径D=100μmに比べて微細化されている。1パス後の平均結晶粒径Dが29.3μmであり、1パス目以降、大幅な微細化は図られていない。これは、1パス目から5パス目まで同じ温度で圧縮加工しているため、動的再結晶による新たな結晶の粒径が1パス目から5パス目まで同じであるためであると判断される。 In the isothermal process, the average crystal grain size D 5 after 5 passes is 24.4 μm, which is smaller than the initial average crystal grain size D 0 = 100 μm. The average crystal grain size D 1 of the following one pass is 29.3Myuemu, 1 pass onward, no significant miniaturization is realized. This is because the compression process is performed at the same temperature from the first pass to the fifth pass, and therefore the grain size of the new crystal by dynamic recrystallization is the same from the first pass to the fifth pass. The

一方、降温工程では、5パス後の平均結晶粒径Dが10.8μmと初期の平均結晶粒径D=100μmに比べて格段に微細化されている。1パス後の平均結晶粒径Dが29.3μmであり、1パス目以降も結晶が微細化されていることが確認される。これは、1パス目から4パス目まで加工温度を下げて圧縮加工しているため、動的再結晶による新たな結晶粒の粒径が段階的に小さくなるためであると判断される。 On the other hand, in the temperature lowering step, the average crystal grain size D 5 after 5 passes is 10.8 μm, which is much finer than the initial average crystal grain size D 0 = 100 μm. 1 average crystal grain size D 1 of the post-path is 29.3Myuemu, that crystals 1 pass onward are miniaturized is confirmed. This is judged to be because the grain size of new crystal grains by dynamic recrystallization is reduced stepwise because the compression process is performed by lowering the processing temperature from the first pass to the fourth pass.

(実施例2)
実施例2として、純度99.9999%以上の高純度銅にAgを0.035質量%添加した低濃度銅合金(以下、Cu−Ag合金)からなる微細結晶粒銅材料を製出した。
図20に、初期(多軸鍛造加工処理前)のOIMマップを示す。初期(多軸鍛造加工処理前)の結晶粒径Dは、D=72μmであった。なお、このCu−Ag合金では、前述の熱間鍛造後に、550℃×2hの焼鈍を行って均一化を図った。
(Example 2)
As Example 2, a fine-grained copper material made of a low concentration copper alloy (hereinafter referred to as Cu-Ag alloy) in which 0.035% by mass of Ag was added to high purity copper having a purity of 99.9999% or more was produced.
FIG. 20 shows an initial OIM map (before the multi-axis forging process). The crystal grain size D 0 at the initial stage (before the multi-axis forging process) was D 0 = 72 μm. This Cu—Ag alloy was annealed at 550 ° C. × 2 h after the hot forging described above to achieve uniformity.

次に、Cu−Ag合金からなる銅素材に対して単軸圧縮試験を、各種温度(563K,593K,623K,643K,663K,683K,703K)で、ひずみ量0.6、ひずみ速度3.0×10−3−1の条件で行った。応力―ひずみ曲線を図21に示す。703K(430℃)でも加工軟化が認められず、熱的に非常に安定していることが確認される。
各種温度(563K,643K,703K)で単軸圧縮試験を行った試験片のOIMマップ及びそのイメージクオリティマップを図22に示す。703Kにおいて動的再結晶が部分的に発生しているのが確認される。
また、単軸圧縮試験による動的再結晶によって生成された新たな結晶粒の粒径と圧縮試験温度との関係を図23に示す。圧縮試験温度が低い程、新たな結晶粒の粒径が小さくなるが、高純度銅(6N銅)と比べると温度依存性は小さい。
Next, a uniaxial compression test was performed on a copper material made of a Cu-Ag alloy at various temperatures (563K, 593K, 623K, 643K, 663K, 683K, 703K), a strain amount of 0.6, and a strain rate of 3.0. It performed on the conditions of * 10 <-3> s < -1 . A stress-strain curve is shown in FIG. Even at 703 K (430 ° C.), no work softening is observed, and it is confirmed that the heat is very stable.
FIG. 22 shows an OIM map and an image quality map of a test piece subjected to a uniaxial compression test at various temperatures (563 K, 643 K, and 703 K). It is confirmed that dynamic recrystallization has partially occurred at 703K.
Further, FIG. 23 shows the relationship between the grain size of new crystal grains generated by dynamic recrystallization by the uniaxial compression test and the compression test temperature. The lower the compression test temperature, the smaller the grain size of the new crystal grains, but the temperature dependence is small compared to high-purity copper (6N copper).

この単軸圧縮試験の結果から、未だ動的再結晶領域は極めて限定的であるが、多軸鍛造加工処理の1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1を703K(430℃)とした。なお、より大きな結晶粒をより均一に発生させる場合には、T1を703Kより高い温度にすることが好ましい。この場合、応力ひずみ曲線には、加工軟化が現れることになる。
多軸鍛造加工処理としては、1パス当りのひずみ量を0.6とし、累積ひずみ量が3.0となるように、すなわち5パスの圧縮加工を行った。
等温工程では、1パス目から5パス目までの加工温度をすべて703K(430℃)とした。降温工程では、1パス毎に加工温度を30℃ずつ低下させていき、5パス目は4パス目と同じ加工温度(613K)とした。
From the results of this uniaxial compression test, the dynamic recrystallization region is still very limited, but the initial processing temperature T1 for performing the compression processing in the first pass of the multiaxial forging processing was set to 703 K (430 ° C.). In order to generate larger crystal grains more uniformly, it is preferable to set T1 to a temperature higher than 703K. In this case, work softening appears in the stress-strain curve.
As the multi-axis forging process, the amount of strain per pass was set to 0.6 and the amount of accumulated strain was 3.0, that is, compression processing was performed for 5 passes.
In the isothermal process, the processing temperatures from the first pass to the fifth pass were all set to 703 K (430 ° C.). In the temperature lowering process, the processing temperature was decreased by 30 ° C. for each pass, and the fifth processing temperature was set to the same processing temperature (613 K) as the fourth processing.

1パス目の圧縮加工を行った後の銅素材のOIMマップを図24に示す。等温工程による2パス後から5パス後までのOIMマップを図25から図28に示す。また、降温工程による2パス後から5パス後までのOIMマップを図29から図32に示す。さらに、各パス毎における平均結晶粒径の変化を図33に示す。   FIG. 24 shows an OIM map of the copper material after the first pass compression processing. The OIM maps from 2 passes to 5 passes after the isothermal process are shown in FIGS. In addition, FIGS. 29 to 32 show OIM maps from the second pass to the fifth pass in the temperature lowering process. Furthermore, the change of the average crystal grain size for each pass is shown in FIG.

等温工程では、5パス後の平均結晶粒径Dが9.4μmと初期の平均結晶粒径D=74μmに比べて微細化された。また、高純度銅(6N銅)に比べて大幅に結晶粒が微細化可能であることが確認された。
一方、降温工程では、5パス後の平均結晶粒径Dが4.3μmと初期の平均結晶粒径D=74μmに比べて微細化されている。
In the isothermal process, the average crystal grain size D 5 after 5 passes was 9.4 μm, which was smaller than the initial average crystal grain size D 0 = 74 μm. In addition, it was confirmed that the crystal grains can be greatly refined compared to high-purity copper (6N copper).
On the other hand, in the temperature lowering process, the average crystal grain size D 5 after 5 passes is 4.3 μm, which is smaller than the initial average crystal grain size D 0 = 74 μm.

(実施例3)
実施例3として、純度99.9999%以上の高純度銅にCaを0.011質量%添加した低濃度銅合金(以下、Cu−Ca合金)からなる微細結晶粒銅材料を製出した。
図34に、初期(多軸鍛造加工処理前)のOIMマップを示す。初期(多軸鍛造加工処理前)の結晶粒径Dは、D=58μmであった。なお、このCu−Ca合金では、前述の熱間鍛造後に、630℃×2hの焼鈍を行って均一化を図った。
(Example 3)
As Example 3, a fine grain copper material made of a low-concentration copper alloy (hereinafter referred to as Cu—Ca alloy) in which 0.011% by mass of Ca was added to high-purity copper having a purity of 99.9999% or more was produced.
FIG. 34 shows an initial OIM map (before the multi-axis forging process). The crystal grain size D 0 at the initial stage (before the multi-axis forging process) was D 0 = 58 μm. The Cu—Ca alloy was homogenized by annealing at 630 ° C. × 2 h after the aforementioned hot forging.

次に、Cu−Ca合金からなる銅素材に対して単軸圧縮試験を、各種温度(563K,593K,643K)で、ひずみ量0.6、ひずみ速度3.0×10−3−1の条件で行った。その結果の応力―ひずみ曲線を図35に示す。643K(370℃)で加工軟化が認められた。
各種温度(563K,593K,643K)で単軸圧縮試験を行った試験片のOIMマップ及びそのイメージクオリティマップを図36に示す。動的再結晶が全体に発生しているのが確認される。また、単軸圧縮試験による動的再結晶によって生成された新たな結晶粒の粒径と圧縮試験温度との関係を図37に示す。圧縮試験温度が低い程、新たな結晶粒の粒径が小さくなることが確認される。
Next, a uniaxial compression test was performed on a copper material made of a Cu—Ca alloy at various temperatures (563K, 593K, 643K) with a strain amount of 0.6 and a strain rate of 3.0 × 10 −3 s −1 . Performed under conditions. The resulting stress-strain curve is shown in FIG. Work softening was observed at 643 K (370 ° C.).
FIG. 36 shows an OIM map and an image quality map of a test piece subjected to a uniaxial compression test at various temperatures (563K, 593K, 643K). It is confirmed that dynamic recrystallization occurs throughout. FIG. 37 shows the relationship between the grain size of new crystal grains generated by dynamic recrystallization by the uniaxial compression test and the compression test temperature. It is confirmed that the lower the compression test temperature, the smaller the grain size of new crystal grains.

この単軸圧縮試験の結果から、多軸鍛造加工処理の1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1を643K(370℃)とした。
多軸鍛造加工処理としては、1パス当りのひずみ量を0.6とし、累積ひずみ量が1.8となるように、すなわち3パスの圧縮加工を行った。
2パス目の加工温度T2を623K(350℃)とし、3パス目の加工温度T3を593K(320℃)とした。
From the results of this uniaxial compression test, the initial processing temperature T1 for performing the compression processing in the first pass of the multi-axis forging processing was set to 643K (370 ° C.).
As the multi-axis forging process, the amount of strain per pass was set to 0.6 and the accumulated strain amount was set to 1.8, that is, compression processing was performed for 3 passes.
The processing temperature T2 for the second pass was 623K (350 ° C.), and the processing temperature T3 for the third pass was 593K (320 ° C.).

1パス目の圧縮加工を行った後の銅素材のOIMマップを図38に示す。降温工程による2パス後、3パス後までのOIMマップを図39、図40に示す。さらに、各パス毎における平均結晶粒径の変化を図41に示す。
3パス後の平均結晶粒径Dが11.2μmと初期の平均結晶粒径D=58μmに比べて微細化された。また、高純度銅(6N銅)に比べて大幅に結晶粒が微細化可能であることが確認された。
FIG. 38 shows an OIM map of the copper material after the first pass compression processing. 39 and 40 show OIM maps from the second pass through the third step after the temperature lowering process. Furthermore, the change of the average crystal grain size for each pass is shown in FIG.
3 mean crystal grain size D 5 after the path is miniaturized compared to 11.2μm and early average crystal grain size D 0 = 58 .mu.m. In addition, it was confirmed that the crystal grains can be greatly refined compared to high-purity copper (6N copper).

本実施形態である微細結晶粒銅材料の製造方法に用いられる銅素材の概略図である。It is the schematic of the copper raw material used for the manufacturing method of the fine crystal grain copper material which is this embodiment. 本実施形態である微細結晶粒銅材料の製造方法に用いられる多軸鍛造加工処理の概念図である。It is a conceptual diagram of the multi-axis forging process used for the manufacturing method of the fine crystal grain copper material which is this embodiment. 多軸鍛造加工処理の加工温度のパターン図(等温工程)である。It is a pattern figure (isothermal process) of the processing temperature of a multi-axis forging process. 多軸鍛造加工処理の加工温度のパターン図(降温工程)である。It is a pattern figure (temperature-falling process) of the process temperature of a multi-axis forge process. 結晶の微細化のプロセスを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process of refinement | miniaturization of a crystal | crystallization. 高純度銅(6N銅)の多軸鍛造加工処理前のOIMマップである。It is an OIM map before multi-axis forging processing of high purity copper (6N copper). 高純度銅(6N銅)の単軸圧縮試験の結果を示す応力―ひずみ曲線図である。It is a stress-strain curve figure which shows the result of the uniaxial compression test of high purity copper (6N copper). 高純度銅(6N銅)の単軸圧縮試験後のOIMマップである。It is an OIM map after the uniaxial compression test of high purity copper (6N copper). 高純度銅(6N銅)の単軸圧縮試験における温度と新たに発生する結晶の粒径との関係図である。It is a relationship figure of the temperature in the uniaxial compression test of high purity copper (6N copper), and the grain size of the newly generated crystal. 高純度銅(6N銅)の試験片において593Kで1パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the 1st pass compression processing at 593K in the test piece of high purity copper (6N copper). 593Kで2パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the second pass at 593K. 593Kで3パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the third pass at 593K. 593Kで4パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 4th pass at 593K. 593Kで5パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the 5th pass at 593K. 563Kで2パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the second pass compression processing at 563K. 533Kで3パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 3rd pass at 533K. 503Kで4パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 4th pass at 503K. 503Kで5パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 5th pass at 503K. 各パス毎の平均結晶粒径を示すグラフである。It is a graph which shows the average crystal grain diameter for every pass. 低濃度合金(Cu−Ag合金)の多軸鍛造加工処理前のOIMマップである。It is an OIM map before the multi-axis forging process of a low concentration alloy (Cu-Ag alloy). 低濃度合金(Cu−Ag合金)の単軸圧縮試験の結果を示す応力―ひずみ曲線図である。It is a stress-strain curve figure which shows the result of the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ag alloy). 低濃度合金(Cu−Ag合金)の単軸圧縮試験後のOIMマップである。It is an OIM map after the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ag alloy). 低濃度合金(Cu−Ag合金)の単軸圧縮試験における温度と新たに発生する結晶の粒径との関係図である。It is a relationship diagram of the temperature in the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ag alloy) and the grain size of the newly generated crystal. 低濃度合金(Cu−Ag合金)の試験片において703Kで1パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the 1st pass compression processing at 703K in the test piece of a low concentration alloy (Cu-Ag alloy). 703Kで2パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the second pass at 703K. 703Kで3パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 3rd pass at 703K. 703Kで4パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 4th pass at 703K. 703Kで5パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 5th pass at 703K. 673Kで2パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the 2nd pass at 673K. 643Kで3パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the third pass at 643K. 613Kで4パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 4th pass at 613K. 613Kで5パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 5th pass at 613K. 各パス毎の平均結晶粒径を示すグラフである。It is a graph which shows the average crystal grain diameter for every pass. 低濃度合金(Cu−Ca合金)の多軸鍛造加工処理前のOIMマップである。It is an OIM map before the multi-axis forging process of a low concentration alloy (Cu-Ca alloy). 低濃度合金(Cu−Ca合金)の単軸圧縮試験の結果を示す応力―ひずみ曲線図である。It is a stress-strain curve figure which shows the result of the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ca alloy). 低濃度合金(Cu−Ca合金)の単軸圧縮試験後のOIMマップである。It is an OIM map after the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ca alloy). 低濃度合金(Cu−Ca合金)の単軸圧縮試験における温度と新たに発生する結晶の粒径との関係図である。It is a relationship figure of the temperature in the uniaxial compression test of a low concentration alloy (Cu-Ca alloy), and the grain size of the newly generated crystal. 低濃度合金(Cu−Ca合金)の試験片において643Kで1パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the 1st pass at 643K in the test piece of a low concentration alloy (Cu-Ca alloy). 623Kで2パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after performing the compression process of the 2nd pass at 623K. 593Kで3パス目の圧縮加工を行った後のOIMマップである。It is an OIM map after compressing the third pass at 593K. 各パス毎の平均結晶粒径を示すグラフである。It is a graph which shows the average crystal grain diameter for every pass.

符号の説明Explanation of symbols

1 銅素材 1 Copper material

Claims (6)

高純度銅または低濃度銅合金からなる銅素材に対して、異なる方向からそれぞれ圧縮加工を施す多軸鍛造加工処理を行い、結晶粒が微細化された銅材料を製出する微細結晶粒銅材料の製造方法であって、
前記銅素材は、前記多軸鍛造加工処理前の平均結晶粒径が100μm以下とされており、
前記多軸鍛造加工処理における1パス目の圧縮加工を行う初期加工温度T1が、前記銅素材において動的再結晶が少なくとも部分的に発生する温度であるとともに、前記銅素材を前記圧縮加工と同一の圧縮率で単軸圧縮した際に加工軟化が発生する加工軟化温度Tsに対して、Ts−50℃≦T1≦Ts+50℃の範囲内に設定されていることを特徴とする微細結晶粒銅材料の製造方法。
A fine grained copper material that produces a copper material with crystal grains refined by performing multi-axis forging processing that compresses the copper material made of high-purity copper or low-concentration copper alloy from different directions. A manufacturing method of
The copper material has an average crystal grain size of 100 μm or less before the multi-axis forging process,
The initial processing temperature T1 for performing the first pass compression process in the multi-axis forging process is a temperature at which dynamic recrystallization occurs at least partially in the copper material, and the copper material is the same as the compression process. Fine grained copper material, which is set within a range of Ts−50 ° C. ≦ T1 ≦ Ts + 50 ° C. with respect to a processing softening temperature Ts at which processing softening occurs when uniaxial compression is performed at a compression ratio of Manufacturing method.
前記多軸鍛造加工処理における2パス目以降において、圧縮加工を行う加工温度Tnが、直前パスにおける加工温度Tn−1と同一であるパスを有することを特徴とする請求項1に記載の微細結晶粒銅材料の製造方法。 2. The fine crystal according to claim 1, wherein, after the second pass in the multi-axis forging processing, the processing temperature Tn for performing the compression processing has a pass that is the same as the processing temperature Tn−1 in the immediately preceding pass. A method for producing a granular copper material. 前記多軸鍛造加工処理における2パス目以降において、圧縮加工を行う加工温度Tnが、直前パスにおける加工温度Tn−1よりも低く設定されたパスを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の微細結晶粒銅材料の製造方法。 In the second pass or later in the multi-axis forging process, the processing temperature Tn is claim 1 or claim characterized in that it has a set path lower than the processing temperature Tn-1 in the immediately preceding pass for compressing working 2. A method for producing a fine-grained copper material according to 2 . 前記高純度銅は、銅の純度が99.99質量%以上とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の微細結晶粒銅材料の製造方法。 The method for producing a fine-grained copper material according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-purity copper has a copper purity of 99.99% by mass or more. 前記低濃度銅合金は、添加元素の濃度が0.1質量%以下とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の微細結晶粒銅材料の製造方法。 The method for producing a fine-grained copper material according to any one of claims 1 to 3, wherein the low-concentration copper alloy has an additive element concentration of 0.1 mass% or less. . 前記添加元素が、Ag、Ca、Co、Zr、Auの中から選択される1種または2種以上の元素であることを特徴とする請求項5に記載の微細結晶粒銅材料の製造方法。
The method for producing a fine-grained copper material according to claim 5, wherein the additive element is one or more elements selected from Ag, Ca, Co, Zr, and Au.
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