JP6220051B2 - Crucible and method for producing single crystal sapphire using the same - Google Patents

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Description

この発明は坩堝およびそれを用いた単結晶サファイアの製造方法に関し、より特定的にはモリブデンを含む坩堝およびそれを用いた単結晶サファイアの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a crucible and a method for producing single crystal sapphire using the same, and more particularly to a crucible containing molybdenum and a method for producing single crystal sapphire using the same.

従来、坩堝は、特許文献1(特開平2−251085号公報)、特許文献2(特開平2−254285号公報)、特許文献3(特許第3828651号公報)、特許文献4(特許第3917208号公報)、特許文献5(特開2011−127150号公報)および特許文献6(特開2012−107782号公報)に開示されている。   Conventional crucibles are disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-251285), Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-254285), Patent Document 3 (Japanese Patent No. 3828651), and Patent Document 4 (Japanese Patent No. 3917208). Gazette), patent document 5 (JP 2011-127150 A), and patent document 6 (JP 2012-107782 A).

特開平2−251085号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-251085 特開平2−254285号公報JP-A-2-254285 特許第3828651号公報Japanese Patent No. 3828651 特許第3917208号公報Japanese Patent No. 3917208 特開2011−127150号公報JP 2011-127150 A 特開2012−107782号公報JP 2012-107782 A

特許文献1はモリブデン単結晶坩堝とその製造方法に関する発明を開示しており、第(2)頁左上欄において、「しかしながら、上記の方法で作製されたモリブデン坩堝は、2000〜2200℃で使用中に再結晶を起こし、その結晶粒が異常に大きくなる。…その結果、坩堝の使用中に溶湯の漏れが発生する。」との記載がある。   Patent Document 1 discloses an invention relating to a molybdenum single crystal crucible and a method for producing the same. In the upper left column of page (2), “However, the molybdenum crucible produced by the above method is in use at 2000 to 2200 ° C. Recrystallization occurs, and the crystal grains become abnormally large. As a result, the leakage of the molten metal occurs during use of the crucible.

特許文献2は、モリブデン坩堝とその製造方法に関する発明を開示しており、第(2)頁左上欄の[発明が解決しようとする課題]に、「ところが、モリブデン坩堝は2000℃〜2200℃での高温時使用中に、2次再結晶を起こし、その再結晶粒径が数cm〜10cm位まで成長してしまうと共に粒界が内壁面から外壁面まで貫通してしまう。その結果、粒界面積が小さくなり」との記載がある。   Patent Document 2 discloses an invention related to a molybdenum crucible and a method for manufacturing the same. In [Upper left column of page (2)], “Problems to be solved by the invention” is described as “However, a molybdenum crucible is 2000 ° C. to 2200 ° C. During use at a high temperature, secondary recrystallization occurs, the recrystallized grain size grows to about several centimeters to 10 cm, and the grain boundary penetrates from the inner wall surface to the outer wall surface. There is a description that “the area becomes smaller”.

特許文献3はモリブデン鍛造成形部品およびその製造法に関する発明を開示しており、段落番号[0021]に、「また材料流れをスムースにするには、焼結体での酸素含有量が通常40〜80ppmであるのに対し30ppm以下に、しかも総炭素量が10ppm以下、結晶粒径が80μm以下」との記載がある。   Patent Document 3 discloses an invention related to a molybdenum forged molded part and a method for producing the same. In paragraph [0021], “To make the material flow smooth, the oxygen content in the sintered body is usually 40 to 40%. There is a description that “the total carbon amount is 10 ppm or less and the crystal grain size is 80 μm or less” while it is 80 ppm compared to 30 ppm or less.

特許文献4は、タングステン-モリブデン合金製坩堝とその製造方法に関する発明を開示しており、請求項2において「……前記歪取りアニール処理の後に、さらに、真空中2000℃以上の温度条件で熱処理を施して前記モリブデンの結晶粒の粒径を1mmを越えて15mm以下の範囲として構成する第7の工程とを含むことを特徴とするタングステン-モリブデン合金製坩堝の製造方法」との記載がある。さらに、段落番号[0003]に「ところが、……素材の結晶粒界の脆弱化により粒界に割れやひびが生じ、こうした部分から坩堝中の被溶解物が漏れ出して使用不能となってしまう」の記載がある。段落番号[0006]に、「坩堝外壁の熱による亀裂等の損傷の発生に関しては十分に対策されておらず、被溶解物の粒界への溶入を回避することができないという問題がある。」と記載されている。請求項3に、「前記第4の工程での前記加熱保持の温度範囲は、900℃〜950℃である」の記載がある。請求項4に、「前記第6の工程での前記歪取りアニール処理では、温度条件を水素雰囲気中800℃〜900℃の範囲、或いは真空中1000℃以上とする」の記載がある。段落番号[0008]に、「さらにこのモリブデン坩堝の場合、最近実際に必要とされる坩堝のサイズとして、例えば直径(内径)で60mm〜220mmの範囲程度、高さで30mm〜100mmの範囲程度とかなり大型のものまであり、」の記載がある。段落番号[0019]に、「尚、絞り工程等はガス分吸蔵の機会を生じる工程であり、使用前に真空加熱処理するのも良い。これは割れとは別の要因として発生が危惧される膨れ防止の対策に有効である。」の記載がある。段落番号[0033]に、「加えて、第7の工程として、先の第6の工程での歪取りアニール処理の後、タングステン-モリブデン合金製坩堝に対して温度2000℃、真空度10-6Torr(10-6×133Pa)の条件下で真空高温熱処理を施した。」の記載がある。Patent Document 4 discloses an invention related to a crucible made of tungsten-molybdenum alloy and a method for manufacturing the same. In claim 2, “... after the strain relief annealing, further heat treatment is performed in a vacuum at a temperature of 2000 ° C. or higher. And a seventh step of configuring the molybdenum crystal grains to have a grain size in the range of more than 1 mm and not more than 15 mm. . Furthermore, in paragraph [0003], “However, the weakening of the crystal grain boundary of the material causes cracks and cracks in the grain boundary, and the melted material in the crucible leaks out from such a part, making it unusable. Is described. In paragraph [0006], there is a problem that “a sufficient countermeasure is not taken with respect to the occurrence of damage such as cracks due to heat on the outer wall of the crucible, and it is not possible to avoid intrusion of the material to be melted into the grain boundary. Is described. In claim 3, there is a description that “the temperature range of the heating and holding in the fourth step is 900 ° C. to 950 ° C.”. In claim 4, there is a statement that "in the strain relief annealing process in the sixth step, the temperature condition is in the range of 800 ° C to 900 ° C in a hydrogen atmosphere or 1000 ° C or higher in a vacuum". In paragraph [0008], “In the case of this molybdenum crucible, the crucible size that is actually required recently, for example, the diameter (inner diameter) is about 60 mm to 220 mm and the height is about 30 mm to 100 mm. There are even large-sized ones ”. In paragraph [0019], “The squeezing process is a process that creates an opportunity to occlude gas, and may be vacuum-heated before use. This is a blister that may be generated as a separate factor from cracking. It is effective for prevention measures ". In paragraph [0033], “In addition, as a seventh step, after the strain relief annealing process in the previous sixth step, the temperature of the tungsten-molybdenum alloy crucible is 2000 ° C. and the degree of vacuum is 10 −6. The vacuum high temperature heat treatment was performed under the condition of Torr (10 −6 × 133 Pa) ”.

特許文献5は、タングステン−モリブデン合金製坩堝とその製造方法に関する発明を開示している。請求項5に、「単位面積500μm×500μmにおける酸素分布が、モリブデン結晶領域よりもタングステン結晶領域に多く分布していることを特徴とする。」の記載がある。段落番号[0017]に、「また、タングステン及びモリブデン以外の不純物成分は0.1質量%以下、さらには0.05質量%以下と少ないほど良い。代表的な不純物成分は、鉄が0.01wt%(100wtppm)以下、それ以外の金属成分は合計で0.04wt%(400wtppm)以下が好ましい。不純物成分は少ないほどよいことは言うまでもない。」の記載がある。段落番号[0033]に、「坩堝の寿命が低下する理由の一つに、酸素がモリブデン結晶表面に進出してきておきる「ふくれ」現象がある。膨れが発生する」の記載がある。   Patent Document 5 discloses an invention related to a tungsten-molybdenum alloy crucible and a method for manufacturing the same. Claim 5 describes that "the oxygen distribution in a unit area of 500 μm × 500 μm is distributed more in the tungsten crystal region than in the molybdenum crystal region”. In paragraph [0017], “The impurity components other than tungsten and molybdenum are preferably 0.1% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less. As a typical impurity component, iron is 0.01 wt%. % (100 wtppm) or less and the other metal components are preferably 0.04 wt% (400 wtppm) or less in total. Needless to say, the smaller the impurity components, the better. " In paragraph [0033], “One of the reasons why the life of the crucible is reduced is the“ bulging ”phenomenon in which oxygen has advanced to the molybdenum crystal surface. There is a description of “blowing occurs”.

特許文献6は、坩堝及びそれを用いたサファイア単結晶の製造方法に関する発明を開示している請求項6に、「酸素含有量が10〜2000wtppmであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の坩堝」と記載されている。段落番号[0004]に、「高温中で高融点金属坩堝を使用していると、不純物酸素が焼結体内部で膨張する“ふくれ”と呼ばれる現象が起き、坩堝の寿命が短いといった不具合が起きていた。」との記載がある。段落番号[0013]に、「また、タングステンおよびモリブデン以外の不純物成分は、0.1質量%以下、さらには0.05質量%以下と少ないほどよい。代表的な不純物成分は、鉄が0.01wt%(100wtppm)以下、それ以外の金属成分は合計で0.04wt%以下、窒素は0.01wt%以下が好ましい。不純物成分は少ないほどよいことは言うまでもない。」との記載がある。段落番号[0017]に、「また、坩堝は酸素含有量は10〜2000wtppmであることが好ましい。この酸素含有量は不純物酸素および酸素吸着金属酸化物の酸素の両方を合計した値である。」の記載がある。段落番号[0021]に、「高融点金属粉末は酸素の含有量が10〜1000wtppmのものを使う。酸素の含有量が10wtppm未満のものであっても原料粉末としては使用できる」の記載がある。   Patent Document 6 discloses an invention relating to a crucible and a method for producing a sapphire single crystal using the crucible. In claim 6, the oxygen content is 10 to 2000 wtppm. 5. The crucible according to any one of 5). In paragraph [0004], “When a refractory metal crucible is used at a high temperature, a phenomenon called“ bulging ”in which impurity oxygen expands inside the sintered body occurs, resulting in a short life of the crucible. There was a description. In paragraph [0013], “The impurity components other than tungsten and molybdenum are preferably 0.1% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less. It is preferable that the total amount of the other metal components is 0.04 wt% or less and the nitrogen content is 0.01 wt% or less. It goes without saying that the smaller the impurity components, the better. In paragraph [0017], “It is preferable that the crucible has an oxygen content of 10 to 2000 wtppm. This oxygen content is a value obtained by adding both impurity oxygen and oxygen of the oxygen-adsorbing metal oxide.” Is described. In paragraph [0021], there is a description that "a high melting point metal powder having an oxygen content of 10 to 1000 wtppm is used. Even if the oxygen content is less than 10 wtppm, it can be used as a raw material powder". .

しかしながら、特許文献1から6に記載された坩堝では、高温で使用された場合に坩堝内の融液が漏れるという問題があった。   However, the crucibles described in Patent Documents 1 to 6 have a problem that the melt in the crucible leaks when used at a high temperature.

そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、融液の漏れを防止することが可能な坩堝およびそれを用いた単結晶サファイアの製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a crucible capable of preventing melt leakage and a method for producing single crystal sapphire using the crucible. .

この発明に従った坩堝は、モリブデンを40質量%以上含む坩堝であって、C、NおよびOの総含有率が100質量ppm以下であり底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上310HV以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下であり、Nの含有率が20質量ppm以下であり、Oの含有率が50質量ppm以下である。   The crucible according to the present invention is a crucible containing 40% by mass or more of molybdenum, the total content of C, N and O is 100 ppm by mass or less, and the hardness at the corner R at the boundary between the bottom surface and the side surface is It is 150HV or more and 310HV or less, the content rate of C is 30 mass ppm or less, the content rate of N is 20 mass ppm or less, and the content rate of O is 50 mass ppm or less.

この発明に従えば、融液の漏れを防止することが可能な坩堝およびそれを用いた単結晶サファイアの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a crucible capable of preventing melt leakage and a method for producing single crystal sapphire using the crucible.

実施の形態に従った坩堝の断面図である。It is sectional drawing of the crucible according to embodiment.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.

坩堝は、モリブデンを40質量%以上含む坩堝であって、C、NおよびOの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下であり、Nの含有率が20質量ppm以下であり、Oの含有率が50質量ppm以下である。   The crucible is a crucible containing 40% by mass or more of molybdenum, the total content of C, N and O is 100 mass ppm or less, the C content is 30 mass ppm or less, and the N content is 20 It is mass ppm or less, and the content rate of O is 50 mass ppm or less.

好ましくは、坩堝はへら絞り加工により製造され、底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上310HV以下である。   Preferably, the crucible is manufactured by spatula drawing, and the hardness at the corner R of the boundary between the bottom surface and the side surface is 150 HV or more and 310 HV or less.

好ましくは、前記へら絞り加工は加熱しながら行われる。
好ましくは坩堝は焼結で製造され、底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上190HV以下である。
Preferably, the spatula drawing process is performed while heating.
Preferably, the crucible is manufactured by sintering, and the hardness at the corner R of the boundary between the bottom surface and the side surface is 150HV or more and 190HV or less.

好ましくは、焼結の後に真空で脱ガス処理が行われる。
好ましくは、焼結は還元雰囲気で行われる。
Preferably, degassing is performed in vacuum after sintering.
Preferably, the sintering is performed in a reducing atmosphere.

単結晶サファイアの製造方法は、上記のいずれかに記載の坩堝内にアルミナの粉末を充填する工程と、アルミナの粉末を加熱溶融した後に凝固させることで前記坩堝内に単結晶サファイアを形成する工程とを備える。   The method for producing single crystal sapphire includes the step of filling the crucible according to any one of the above with alumina powder, and the step of forming single crystal sapphire in the crucible by solidifying the alumina powder after heating and melting. With.

[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかる坩堝の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of the crucible according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and it is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

本発明者は、モリブデンを含む坩堝においてなぜ融液漏れが発生するかについて調べた。   The present inventor has examined why melt leakage occurs in a crucible containing molybdenum.

サファイア単結晶育成にモリブデン坩堝が多用されている。アルミナ融点(2050℃)以上の高温環境下での使用であるために、再結晶粒成長に伴い粗大化したモリブデン結晶粒界面の滑りに伴うアルミナ融液の漏れ、あるいは膨れに伴う破裂部からの融液漏れなどの不具合が生じている。   Molybdenum crucibles are frequently used for sapphire single crystal growth. Because it is used in a high-temperature environment above the melting point of alumina (2050 ° C), leakage of alumina melt accompanying sliding of the molybdenum crystal grain interface coarsened with recrystallization grain growth, or from a rupture part accompanying swelling Problems such as melt leakage have occurred.

モリブデン金属を高温環境下で使用すると再結晶粒成長現象を生じ、結晶粒の粗大化が起こる。当初数μm程度から数百μm程度の大きさであった結晶粒が、高温下において使用されると数mm程度から数cm乃至十数cm程度の大きさの結晶粒に成長してしまう。この要因としては、塑性加工に伴って蓄積された残留歪の影響、あるいは含有不純物の影響であると考えられている。   When molybdenum metal is used in a high temperature environment, a recrystallized grain growth phenomenon occurs and crystal grains become coarse. Crystal grains originally having a size of about several μm to several hundred μm grow into crystal grains having a size of about several mm to several centimeters to several tens of centimeters when used at a high temperature. This factor is considered to be the effect of residual strain accumulated with plastic working or the effect of impurities contained.

本発明者は含有不純物の内の、ガス不純物特に酸素不純物に着目した。酸素が膨れの起因の一つであるとされている(特許文献5)。この酸素含有量を減少させることで膨れ不具合を低減できると考え、酸素含有量を簡便に低減できる手法として、真空中高温熱処理に着目した。この処理を適用して結晶粒径を調整する技術が開示されている(特許文献4)が、酸素不純物を積極的に減少させる技術開示ではない。真空中高温熱処理により、酸素含有量を50質量ppm以下とすることによって、膨れ不具合を低減できることを見出した。   The inventor has focused on gas impurities, particularly oxygen impurities, among the contained impurities. It is said that oxygen is one of the causes of swelling (Patent Document 5). Considering that the problem of blistering can be reduced by reducing the oxygen content, attention was paid to high-temperature heat treatment in a vacuum as a method for easily reducing the oxygen content. A technique for adjusting the crystal grain size by applying this treatment is disclosed (Patent Document 4), but it is not a technique for actively reducing oxygen impurities. It has been found that the problem of blistering can be reduced by setting the oxygen content to 50 mass ppm or less by high-temperature heat treatment in vacuum.

特許文献1ではこの解決方法として、坩堝全体が実質的に一つの結晶で構成されるモリブデン単結晶坩堝とその製法を開示している。この方法は口径数cm×高さ数cm程度の小型の坩堝に応用するには適した技術であるが、近年の大型化した坩堝(例えば、口径20cm〜50cmの範囲程度、高さ20cm〜60cmの範囲程度)に応用するには難がある。   Patent Document 1 discloses a molybdenum single crystal crucible in which the entire crucible is substantially composed of one crystal and a method for manufacturing the same as a solution to this problem. This method is a technique suitable for application to a small crucible having a diameter of several centimeters and a height of several centimeters, but a recent large-sized crucible (for example, a range of 20 to 50 cm in diameter and a height of 20 to 60 cm). (Approx. Range) is difficult to apply.

特許文献2では、再結晶粒成長を防止するために平打ち鍛造加工方法に工夫を凝らし、数mm程度の粒成長に収まるモリブデン坩堝を開示している。本法は簡便な平打ち鍛造加工によって鍛造素材を得ることができるが、鍛造素材を旋盤切削やミーリングなどの機械加工によって坩堝形状に仕上げる後工程が必須であり、モリブデン材料を多く消費する必要があり、製造コスト大となる。   Patent Document 2 discloses a molybdenum crucible that fits into a grain growth of about several millimeters by devising a flat forging method in order to prevent recrystallized grain growth. Although this method can obtain a forging material by simple flat forging, a post-process for finishing the forging material into a crucible shape by machining such as lathe cutting or milling is essential, and it is necessary to consume a large amount of molybdenum material. Yes, manufacturing cost is high.

特許文献3では、型鍛造加工法によるモリブデン坩堝とその製法を開示している。雄型と雌型を備えた鍛造装置でモリブデン粉末焼結素材を鍛造することで坩堝形状に成型する方法であり、ニアネット加工ともいえるとともに坩堝の寿命を延伸できる技術を提供するものである。本法、即ち据え込み鍛造加工法は実施例に記載(厚さ15mm)されているような比較的厚さを有する坩堝に適した製法と言える。   Patent Document 3 discloses a molybdenum crucible by a die forging method and a manufacturing method thereof. This is a method for forming a crucible shape by forging a molybdenum powder sintered material with a forging device having a male mold and a female mold, and it can be said to be near-net processing and provide a technique capable of extending the life of the crucible. This method, that is, the upsetting forging method, can be said to be a production method suitable for a crucible having a relatively thick thickness as described in the examples (thickness 15 mm).

特許文献4では、坩堝形状に仕上げた坩堝製品に対し、2段階の熱処理技術により結晶粒の大きさを制御した長寿命の坩堝を開示している。第1段階では比較的低い温度条件(水素雰囲気では800℃〜900℃、真空中では1000℃以上)とし、第2段階では真空中2000℃以上としている。含有するガス不純物が及ぼす寿命への影響について定性的な考慮はしているが、定量値についての示唆はない。絞り加工前の平円板の脱ガス真空熱処理の是非に関する言及もあるが、坩堝製品の結晶粒制御に主眼を置いた雰囲気熱処理の発明である。   Patent Document 4 discloses a crucible having a long life in which the size of crystal grains is controlled by a two-stage heat treatment technique for a crucible product finished in a crucible shape. The first stage is a relatively low temperature condition (800 ° C. to 900 ° C. in a hydrogen atmosphere, 1000 ° C. or higher in a vacuum), and the second stage is 2000 ° C. or higher in a vacuum. Although qualitative consideration is given to the effect of the gas impurities contained on the lifetime, there is no suggestion about the quantitative value. Although there is a reference to the pros and cons of degassing vacuum heat treatment of a flat disk before drawing, it is an invention of atmospheric heat treatment focusing on crystal grain control of crucible products.

特許文献5では、使用中の不具合の原因を含有酸素、含有金属不純物とするとともに、、モリブデンにタングステンを合金化することで結晶粒の粗大化を防止している。さらに、モリブデンをベースにし、結晶内に酸素を取り込みやすいタングステンを合金化することで、結晶表面に進出する酸素を特性する役役割を持たせている。寿命と酸素量の定量的関連に関する開示はない。   In Patent Document 5, the cause of defects during use is contained oxygen and contained metal impurities, and tungsten is alloyed with molybdenum to prevent coarsening of crystal grains. Furthermore, alloying tungsten, which is based on molybdenum and easily incorporates oxygen into the crystal, has a role to characterize oxygen that advances to the crystal surface. There is no disclosure regarding the quantitative relationship between lifetime and oxygen content.

特許文献6では、高融点金属製坩堝中に酸素吸着金属粒子又はその酸化物粒子を分散させることで粒成長を防止し、高融点金属内の含有酸素量を減少させる発明である。   Patent Document 6 is an invention in which oxygen-adsorbed metal particles or oxide particles thereof are dispersed in a refractory metal crucible to prevent grain growth and to reduce the amount of oxygen contained in the refractory metal.

本発明者は、2000℃以上の高温下で使用される坩堝の角R部に頻発する膨れ不具合の低減を達成するために、坩堝中に含有されるC、N、Oの各種ガス不純物の含有量、並びに、角R部の残留歪(代用特性としてビッカース硬度を採用)に着目した。   The present inventor has included various gas impurities of C, N, and O contained in the crucible in order to achieve reduction of blistering problems frequently occurring in the corner R portion of the crucible used at a high temperature of 2000 ° C. or higher. Attention was paid to the amount and residual strain at the corner R (adopting Vickers hardness as a substitute characteristic).

図1は、実施の形態に従った坩堝の断面図である。図1を参照して、坩堝1は、モリブデンまたはその合金製であり、上部が開口形状である。上部には円筒の外周方向に延在する、円周方向に連続するフランジ部12が設けられている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a crucible according to an embodiment. Referring to FIG. 1, a crucible 1 is made of molybdenum or an alloy thereof, and an upper portion has an opening shape. A flange portion 12 extending in the circumferential direction and extending in the circumferential direction is provided on the upper portion.

坩堝1は有底形状であり、底面15と側面13との境界部分が角R部16である。坩堝1の側面13が鉛直方向に対してなす角度θは様々に設定することが可能である。   The crucible 1 has a bottomed shape, and a boundary portion between the bottom surface 15 and the side surface 13 is a corner R portion 16. The angle θ formed by the side surface 13 of the crucible 1 with respect to the vertical direction can be set variously.

坩堝1にサファイアの原料粉末(アルミナ)を充填し、これを加熱、溶融および凝固させることで単結晶サファイアを製造することができる。単結晶サファイア製造後は坩堝1を破壊することで、坩堝1内の単結晶サファイアを取り出すことができる。   Single crystal sapphire can be produced by filling the crucible 1 with sapphire raw material powder (alumina) and heating, melting and solidifying the powder. After the single crystal sapphire is manufactured, the single crystal sapphire in the crucible 1 can be taken out by breaking the crucible 1.

加熱溶融により原料粉末間の隙間が埋まるので、原料粉末を坩堝1の内容積と同じだけ充填しても、坩堝1の内容積よりも小さな単結晶サファイアを製造できるだけであり、坩堝1の内容積と同じ体積の単結晶サファイアを製造することはできない。より大きな単結晶サファイアを製造するために、坩堝1の上部に円筒状のガイド部材を設け、このガイド部材を坩堝1に係合させる。坩堝1内だけでなくガイド部材内にも原料粉末を充填する。   Since the gap between the raw material powders is filled by heating and melting, even if the raw material powder is filled as much as the internal volume of the crucible 1, single crystal sapphire smaller than the internal volume of the crucible 1 can be produced. Single crystal sapphire with the same volume cannot be produced. In order to manufacture a larger single crystal sapphire, a cylindrical guide member is provided on the upper portion of the crucible 1, and this guide member is engaged with the crucible 1. The raw material powder is filled not only in the crucible 1 but also in the guide member.

ガイド部材は耐熱性の材料で構成され、好ましくは、坩堝と同じ材料で構成される。坩堝1およびガイド部材内の原料粉末は加熱および溶融されることで坩堝1内に移動し、坩堝1内に大きなサファイアの単結晶を製造することが可能となる。ガイド部材は坩堝に着脱自在に設けられる。   The guide member is made of a heat resistant material, and is preferably made of the same material as the crucible. The raw material powder in the crucible 1 and the guide member is heated and melted to move into the crucible 1, and a large sapphire single crystal can be produced in the crucible 1. The guide member is detachably provided on the crucible.

1.物の説明
坩堝1では、C、N、Oの総和が100質量ppm以下であり、モリブデンを40質量%以上含む。残部はタングステンと不可避不純物である。含有するガス不純物のCが30質量ppm以下、Nが20質量ppm以下、Oが50質量ppm以下、である。
1. Description of thing In the crucible 1, the sum total of C, N, and O is 100 mass ppm or less, and contains 40 mass% or more of molybdenum. The balance is tungsten and inevitable impurities. C of the gas impurity to contain is 30 mass ppm or less, N is 20 mass ppm or less, and O is 50 mass ppm or less.

A:ガス不純物含有量の定義
(1)Cが30質量ppm以下;30質量ppmを越えると、モリブデン或いは不純物元素への固溶量、合金化量が多くなっていると考えられる。その結果、結晶粒界の脆弱化に結びつき、膨れ不具合の発生確率が高くなる。
A: Definition of gas impurity content (1) When C is 30 mass ppm or less; and exceeds 30 mass ppm, it is considered that the amount of solid solution and alloying in molybdenum or impurity elements increases. As a result, the crystal grain boundary is weakened, and the probability of occurrence of blistering defects increases.

(2)Nが20質量ppm以下;20質量ppmを越えると、Cと同様の現象が起こっていると考えられ、膨れ不具合の発生確率が高くなる。   (2) N is 20 mass ppm or less; if it exceeds 20 mass ppm, it is considered that the same phenomenon as C occurs, and the probability of occurrence of blistering defects increases.

(3)Oが50質量ppm以下;50質量ppmを越えると、C、Nと同様の現象のほかに、結晶粒界面にわずかに存在するボイド内に集積する量が増加するために、膨れ発生が生じ易くなる。   (3) When O exceeds 50 ppm by mass; when it exceeds 50 ppm by mass, in addition to the same phenomenon as C and N, the amount accumulated in the voids slightly existing at the crystal grain interface increases, so that swelling occurs. Is likely to occur.

(4)C、N、Oの総和が100質量ppm以下;脱ガス処理後の含有ガス不純物として最も量の多いOを主体とした、3種類のガス不純物の総量を規定している。   (4) The sum of C, N, and O is 100 ppm by mass or less; the total amount of three types of gas impurities, mainly O, which is the most contained gas impurity after degassing treatment, is defined.

ガス不純物の化学定量方法は、CおよびOがともに赤外線吸収法であり、Nが熱伝導度法である。   As for the chemical quantification method of gas impurities, both C and O are infrared absorption methods, and N is a thermal conductivity method.

B1:ヘラ絞り製法で製造された坩堝1の角R部のビッカース硬度値の定義
(1)モリブデン(理論密度10.2g/cm3);本願の真空高温熱処理によって残留する塑性加工歪は解放され、真空高温熱処理後のビッカース硬度は150HVから200HVである。
B1: Definition of the Vickers hardness value of the corner R part of the crucible 1 manufactured by the spatula drawing method (1) Molybdenum (theoretical density 10.2 g / cm 3 ); The Vickers hardness after vacuum high-temperature heat treatment is 150HV to 200HV.

(2)70質量%モリブデン-30質量%タングステン合金(略称7MW、理論密度11.88g/cm3);タングステン含有量の増大とともにビッカース硬度は高くなる。真空高温熱処理後のビッカース硬度は、170HVから240HVである。(2) 70 mass% molybdenum-30 mass% tungsten alloy (abbreviation 7 MW, theoretical density 11.88 g / cm 3 ); Vickers hardness increases with increasing tungsten content. The Vickers hardness after vacuum high temperature heat treatment is 170HV to 240HV.

(3)40質量%モリブデン-60質量%タングステン合金(略称4MW、理論密度14.22g/cm3);真空高温熱処理後のビッカース硬度は200HVから300HVである。(3) 40 mass% molybdenum-60 mass% tungsten alloy (abbreviation 4 MW, theoretical density 14.22 g / cm 3 ); Vickers hardness after vacuum high temperature heat treatment is 200HV to 300HV.

(4)30質量%モリブデン-70質量%タングステン合金(略称3MW、理論密度15.23g/cm3);真空高温熱処理後のビッカース硬度は210HVから310HVである。(4) 30% by mass molybdenum-70% by mass tungsten alloy (abbreviation 3 MW, theoretical density 15.23 g / cm 3 ); Vickers hardness after vacuum high-temperature heat treatment is 210HV to 310HV.

B2:焼結製法で製造された坩堝1の角R部のビッカース硬度値の定義
(1)モリブデン理論密度10.2g/cm3);本願の真空高温熱処理によって残留する塑性加工歪は解放され、真空高温熱処理後のビッカース硬度は150HVから170HVである。
B2: Definition of Vickers hardness value of corner R portion of crucible 1 manufactured by sintering method (1) Molybdenum theoretical density 10.2 g / cm 3 ); Residual plastic working strain is released by vacuum high temperature heat treatment of the present application, The Vickers hardness after vacuum high temperature heat treatment is 150HV to 170HV.

(2)70質量%モリブデン-30質量%タングステン合金(略称7MW、理論密度11.88g/cm3);タングステン含有量の増大とともにビッカース硬度は高くなる。真空高温熱処理後のビッカース硬度は、160HVから180HVである。(2) 70 mass% molybdenum-30 mass% tungsten alloy (abbreviation 7 MW, theoretical density 11.88 g / cm 3 ); Vickers hardness increases with increasing tungsten content. The Vickers hardness after the vacuum high temperature heat treatment is 160HV to 180HV.

(3)40質量%モリブデン-60質量%タングステン合金(略称4MW、理論密度14.22g/cm3);真空高温熱処理後のビッカース硬度は170HVから190HVである。(3) 40% by mass molybdenum-60% by mass tungsten alloy (abbreviation 4 MW, theoretical density 14.22 g / cm 3 ); Vickers hardness after vacuum high-temperature heat treatment is 170HV to 190HV.

(4)30質量%モリブデン-70質量%タングステン合金(略称3MW、理論密度15.23g/cm3);真空高温熱処理後のビッカース硬度は170HVから190HVである。(4) 30% by mass molybdenum-70% by mass tungsten alloy (abbreviation: 3 MW, theoretical density: 15.23 g / cm 3 ); Vickers hardness after vacuum high-temperature heat treatment is 170HV to 190HV.

硬度測定はビッカース硬度計を利用し、荷重は10kgとした。測定位置は、厚さ中央部とした。   The hardness was measured using a Vickers hardness meter and the load was 10 kg. The measurement position was the central part of the thickness.

これらの好適硬度範囲は、各材質によって異なるが、それぞれの硬度下限を下回る数値の場合、再結晶が進み結晶粒界強度の低下、粒界面の剥離および膨れに繋がるため、部分的な再結晶は許されるが上記下限値を下回るほどの再結晶は避ける必要がある。一方、硬度が高すぎると塑性歪が多く残っているため加工性が悪く、絞り加工での歩留まりが極端に下がるため、上記硬度上限を超えないことが望ましい。ただし、今後へら絞り機の改善によって、絞り加工温度の上昇が可能になった場合などは、この上限は上昇する可能性がある。   These preferred hardness ranges vary depending on the material, but in the case of numerical values that are lower than the lower limit of the respective hardness, recrystallization progresses, leading to a decrease in grain boundary strength, separation of the grain boundary, and swelling. Recrystallization that is allowed but below the above lower limit must be avoided. On the other hand, if the hardness is too high, a lot of plastic strain remains, so that the workability is poor and the yield in drawing is extremely reduced. Therefore, it is desirable that the upper limit of hardness is not exceeded. However, this upper limit may increase if the drawing temperature can be increased by improving the spatula drawing machine in the future.

C:モリブデンの含有量範囲の定義
坩堝を構成する材料としてはサファイア溶融温度に耐える融点を持ち、高温強度が高いモリブデン、タングステン並びにモリブデン−タングステン合金が用いられている。モリブデン−タングステン合金中のタングステン含有量が60質量%を越えると、合金化技術が高度になる上に、へら絞り成形加工も難となる。さらにコストアップとなるだけでなく、性質がタングステンに近似してくるため、採用するメリットは少ない。さらに、実施例においても膨れ解消の効果が認められなかった。
C: Definition of Molybdenum Content Range As a material constituting the crucible, molybdenum, tungsten, and molybdenum-tungsten alloy having a melting point that can withstand the sapphire melting temperature and high strength at high temperatures are used. If the tungsten content in the molybdenum-tungsten alloy exceeds 60% by mass, the alloying technique becomes advanced and the spatula drawing process becomes difficult. In addition to cost increase, the properties are similar to tungsten, so there are few merits to adopt. Furthermore, the effect of eliminating blistering was not observed in the examples.

<ヘラ絞り製法での工程の詳細>
<工程の詳細>
工程1;原料
FSSS(Fisher sub-sieve sizer)粒度が1μm〜10μm、好ましくは2μm〜6μm、純度99.5質量%のモリブデン金属粉末、およびFSSS粒度が1μm〜10μm、純度99.5質量%のタングステン金属粉末を準備する。
<Details of the process using the spatula drawing method>
<Details of the process>
Step 1: Raw material FSSS (Fisher sub-sieve sizer) particle size of 1 μm to 10 μm, preferably 2 μm to 6 μm, molybdenum metal powder with a purity of 99.5% by mass, and FSSS particle size of 1 μm to 10 μm with a purity of 99.5% by mass Prepare tungsten metal powder.

粉末粒度が細かすぎると成形割れなどの欠陥が生じやすく、粗すぎると焼結密度が低くなるためである。   If the powder particle size is too fine, defects such as molding cracks are likely to occur, and if it is too coarse, the sintered density will be low.

工程2;混合
所要重量の粉末をV型ミキサーで0.5時間〜3時間混合する。混合はダブルコーンミキサー、ボールミルなどの一般的な混合機を用いても所望の混合粉末が得られる。
Step 2: Mixing The required weight of powder is mixed with a V-shaped mixer for 0.5 to 3 hours. For mixing, a desired mixed powder can be obtained by using a general mixer such as a double cone mixer or a ball mill.

工程3;成形
所要の秤量を終えた粉末をラバーケースに投入し、静水圧プレス(CIP)にて1〜3ton/cm2の圧力で成形した。
Step 3: Molding The powder that had undergone the required weighing was put into a rubber case and molded with a hydrostatic pressure press (CIP) at a pressure of 1 to 3 ton / cm 2 .

工程4;焼結
粉末成形体は水素焼結炉で焼結される。モリブデン坩堝用粉末成形体は1600〜2000℃、モリブデン‐タングステン合金坩堝成形体は1800〜2200℃、時間はそれぞれ5〜20時間焼結した。
Step 4: Sintering The powder compact is sintered in a hydrogen sintering furnace. The powder compact for molybdenum crucible was sintered at 1600-2000 ° C, the molybdenum-tungsten alloy crucible compact was sintered at 1800-2200 ° C, and the time was sintered for 5-20 hours.

工程5;真空脱ガス処理工程
C、N、Oガス不純物含有量を減少させるために、1500℃〜2200℃で1時間〜10時間の真空高温脱ガス処理を5×10-6torr(5×10-6×133Pa)の真空下で行う。この高温処理によって焼結密度は約1%以上向上した。
Step 5: Vacuum degassing treatment step In order to reduce the C, N, O gas impurity content, vacuum high temperature degassing treatment at 1500 ° C. to 2200 ° C. for 1 hour to 10 hours is performed at 5 × 10 −6 torr (5 × 10 −6 × 133 Pa). This high temperature treatment improved the sintered density by about 1% or more.

工程6;熱間圧延工程
熱間4段圧延機を用いて、熱間平圧延加工を行った。1100℃〜1400℃の水素加熱炉の中に焼結体を装入し、10分から30分加熱した後、加工率60%以上で熱間圧延加工を行った。圧延後の密度はそれぞれの理論密度に対し、約98.5%乃至99%に到達し、圧延方向に伸長した繊維状組織を呈していた。
Step 6: Hot rolling step Hot flat rolling was performed using a hot four-high rolling mill. The sintered body was charged into a hydrogen heating furnace at 1100 ° C. to 1400 ° C., heated for 10 to 30 minutes, and then hot-rolled at a processing rate of 60% or more. The density after rolling reached about 98.5% to 99% of each theoretical density, and exhibited a fibrous structure elongated in the rolling direction.

工程7;表面酸化物除去工程
圧延板表面を覆う酸化物膜を除去するために、水素アニール炉にて表面酸化物を水素還元した。その後、薬品洗浄を施すことで金属光沢の表面を得た後、さらに、それぞれ水洗を実施した
工程8;切断工程
へら絞り用の板素材を得るために、前記の板を必要サイズの円板(絞りワーク)に切断した。
Step 7: Surface oxide removal step In order to remove the oxide film covering the surface of the rolled plate, the surface oxide was reduced with hydrogen in a hydrogen annealing furnace. Then, after obtaining a metallic luster surface by performing chemical cleaning, each was further washed with water. Step 8; Cutting step In order to obtain a plate material for spatula drawing, the above-mentioned plate was cut into a disc of the required size ( The workpiece was cut into a squeezed workpiece.

工程9;へら絞り成形加工
へら絞り装置の構成と工法について説明する。横型旋盤様の設備であり、駆動側回転軸から順に、絞り金型、絞りワーク、ワーク押し棒が横一直線に相接しながら取り付けられる。絞りワーク後方の斜め横方向から、回転する絞りワークに向かって回転へら(ローラー)が繰り出され、絞り金型の外周面にワークをなぞらえることで成形し、坩堝形状に仕上げることができる。本願材料は変形抵抗が大きいために、加熱することで変形抵抗を下げる熱間絞り方法を採用して、厚さ7mm×内径200mm×総高さ210mmの概略寸法坩堝を得た。大気中加熱処理により、坩堝表面は、熱間圧延上がりの表面同様に黒色乃至灰白色の酸化物でおおわれている。
Step 9: Spatula drawing forming The structure and construction method of the spatula drawing apparatus will be described. It is a horizontal lathe-like facility, and a drawing die, a drawing work, and a work push rod are attached in contact with a horizontal straight line in order from the drive side rotating shaft. A rotating spatula (roller) is fed out from an oblique lateral direction behind the drawn workpiece toward the rotating drawn workpiece, and the workpiece is shaped on the outer peripheral surface of the drawn die to be finished into a crucible shape. Since the material of the present application has a large deformation resistance, a hot squeezing method for reducing the deformation resistance by heating was employed to obtain a crucible having a general dimension of 7 mm in thickness × 200 mm in inner diameter × 210 mm in total height. By the heat treatment in the atmosphere, the surface of the crucible is covered with a black or grayish white oxide like the surface after hot rolling.

工程10;表面酸化物除去処理
寸法測定、欠陥検査などの目的で、金属光沢の坩堝表面を得るために、工程7と同様の還元処理、薬品洗浄、水洗を行った。
Step 10: Surface oxide removal treatment In order to obtain a metallic luster crucible surface for the purpose of dimension measurement, defect inspection, etc., the same reduction treatment, chemical washing, and water washing as in Step 7 were performed.

工程11;旋盤切削加工
NC縦型旋盤に粗坩堝をセットし、超硬バイトで開口部端面の余剰部分やバリを切削除去して、坩堝製品に仕上げた。仕上がり寸法は壁部厚さが7mmで、底部の厚さ9.5mmmm、開口部内径200mm、総高さ200mmである。切削除去面のRaは2〜3μmで、割れ、ボイドなどの欠陥は目視検査、超音波探傷検査で共に認められず良好であった。
Step 11: Lathe cutting The rough crucible was set on an NC vertical lathe, and the excess portion and burrs on the end face of the opening were cut and removed with a carbide tool to finish a crucible product. The finished dimensions are a wall thickness of 7 mm, a bottom thickness of 9.5 mm, an opening inner diameter of 200 mm, and a total height of 200 mm. The Ra of the cut and removed surface was 2 to 3 μm, and defects such as cracks and voids were not recognized by visual inspection and ultrasonic flaw inspection, and were good.

工程12;真空脱ガス処理工程
熱間絞り成形工程において吸着したガス不純物の低減を目的に、仕上げ加工を終了した坩堝に工程5と同様の真空炉を利用して真空高温脱ガス処理を行った。加熱温度は1500℃〜2200℃で1時間〜10時間行った。真空到達度は5×10-6torr(5×10-6×133Pa)以下であった。
Step 12: Vacuum degassing step For the purpose of reducing gas impurities adsorbed in the hot drawing step, the crucible after finishing was subjected to vacuum high temperature degassing using the same vacuum furnace as in step 5. . The heating temperature was 1500 to 2200 ° C. for 1 to 10 hours. The degree of vacuum reached was 5 × 10 −6 torr (5 × 10 −6 × 133 Pa) or less.

なお、前記工程4の焼結工程は、他の焼結方法に置き換えることが可能である。例えば、HIP処理においてカプセル化する際、温度500℃から1000℃でベーキングしながら真空排気した後封止する。その後、温度1100℃から2000℃にて3時間から10時間程度HIP焼結処理しても良い。   In addition, the sintering process of the said process 4 can be replaced with another sintering method. For example, when encapsulating in HIP processing, sealing is performed after evacuation while baking at a temperature of 500 ° C. to 1000 ° C. Thereafter, the HIP sintering process may be performed at a temperature of 1100 ° C. to 2000 ° C. for about 3 hours to 10 hours.

また、前記4の焼結工程において大気圧水素雰囲気炉で焼結温度、時間および水素流量、水素流入口の配置などにより水素露点を適宜調整し焼結してもよい。   Further, in the above-described sintering step 4, sintering may be performed by appropriately adjusting the hydrogen dew point in accordance with the sintering temperature, time, hydrogen flow rate, arrangement of the hydrogen inlet, etc. in an atmospheric pressure hydrogen atmosphere furnace.

なお、前記の焼結工程で、ガス不純物C,N,Oの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下、Nの含有率が20質量ppm以下、Oが50質量ppm以下の純度、底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上310HV以下の坩堝が得られるならば、前記工程の5および12の真空脱ガス処理工程は省略することができる。   In the sintering step, the total content of gas impurities C, N, and O is 100 mass ppm or less, the C content is 30 mass ppm or less, the N content is 20 mass ppm or less, and O is If a crucible having a purity of 50 mass ppm or less and a hardness at the corner R of the boundary between the bottom surface and the side surface of 150 HV or more and 310 HV or less is obtained, the vacuum degassing treatment steps 5 and 12 in the above steps may be omitted. it can.

<焼結製法での工程の詳細>
<工程の詳細>
工程3の成形工程において、成形時ラバーバッグ内に中子を設置し、該坩堝形状に中子周囲に粉末を導入すること以外は、前記ヘラ絞り製法の工程1から工程5および工程11,12と同様で良い。すなわちヘラ絞り工程の工程6の熱間圧延工程から工程10の表面酸化物除去処理が省略できることを意味する。焼結製法ではヘラ絞り製法に比較し、肉厚が厚い坩堝に適している。
<Details of the process in the sintering process>
<Details of the process>
In the molding step of Step 3, except that the core is placed in the rubber bag at the time of molding and the powder is introduced around the core into the crucible shape, Steps 1 to 5 and Steps 11 and 12 of the spatula drawing method. Same as above. That is, it means that the surface oxide removal treatment in step 10 can be omitted from the hot rolling step in step 6 of the spatula drawing step. Compared with the spatula drawing method, the sintering method is suitable for a crucible having a large thickness.

なお、真空脱ガス処理工程として、ヘラ絞り製法の「工程12;真空脱ガス処理工程」の段落に記載した真空脱ガス処理工程を用いることができる。   As the vacuum degassing process, the vacuum degassing process described in the paragraph of “Step 12; Vacuum degassing process” of the spatula drawing method can be used.

なお、焼結製法においても前記ヘラ絞り製法同様、前記4の焼結工程は、他の焼結方法に置き換えることが可能である。   In the sintering method, as in the case of the spatula drawing method, the sintering step 4 can be replaced with another sintering method.

なお、上記の焼結工程でガス不純物C,N,Oの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下、Nの含有率が20質量ppm以下、Oが50質量ppm以下の純度および底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上190HV以下の坩堝が得られるならば、前記工程の5および7の真空脱ガス処理工程は省略することが出来ることもヘラ絞り製法と同様である。   In the above sintering step, the total content of gas impurities C, N, and O is 100 mass ppm or less, the C content is 30 mass ppm or less, the N content is 20 mass ppm or less, and O is 50 If a crucible with a purity of mass ppm or less and a hardness at the corner R of the boundary between the bottom surface and the side surface of 150 HV or more and 190 HV or less is obtained, the vacuum degassing treatment steps 5 and 7 in the above steps can be omitted. This is the same as the spatula drawing method.

<実施例1>
単結晶サファイア育成装置を利用して、膨れ不具合の発生状況について調査した。絞り製法で製作したそれぞれの坩堝の中にアルミナ粉末を充填し、2100℃に加熱融解後10時間保持、そして500℃までの冷却を1サイクルとして、5サイクル終了後の状況を目視にて観察した。本願発明絞り製法坩堝並びに比較例の絞り製法坩堝、は同様の冷熱負荷を与えて評価した。高温加熱とともに冷熱負荷を与えた目的は、熱膨張・収縮が坩堝を構成する多結晶材料の結晶粒界面への熱ストレスを加速することで、膨れ不具合の発生頻度を高めることにある。評価結果を表1で示す。
<Example 1>
Using a single crystal sapphire growing device, the occurrence of swelling problems was investigated. Each crucible manufactured by the drawing method was filled with alumina powder, heated to 2100 ° C. and held for 10 hours, and then cooled to 500 ° C. as one cycle, and the situation after 5 cycles was observed visually. . The drawing method crucible of the present invention and the drawing method crucible of the comparative example were evaluated by applying the same cooling load. The purpose of applying a cooling load along with high-temperature heating is to increase the frequency of occurrence of blistering defects by accelerating thermal stress on the crystal grain interface of the polycrystalline material that constitutes the crucible. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0006220051
Figure 0006220051

ここで表中の試料No.1〜3、6〜8、11〜13および16〜18は実施例であり、No.4,5,9,10,14,15,19,20は工程11までの切削加工までの工程で製作した絞り坩堝から切り出した試験体による比較例である。表から膨れを防止するには、ガス成分の量を所定の量に減少させると共に硬度の制御が必要であることが判明した。   Here, sample no. 1-3, 6-8, 11-13, and 16-18 are examples. Nos. 4, 5, 9, 10, 14, 15, 19, and 20 are comparative examples using test specimens cut out from the drawing crucible manufactured in the processes up to the cutting process up to the process 11. It was found from the table that in order to prevent blistering, the amount of the gas component is reduced to a predetermined amount and the hardness is required to be controlled.

また、No.16〜18は1次真空脱ガス処理によってガス成分の量をある程度減少させても不十分であり、かつ硬度が高くへら絞り成形加工工程にて加工性に問題を生じ角R部のクラック発生頻度が高く、2次真空脱ガス処理を施すレベルではなく、工業的な製造は不可でありモリブデンに対するタングステンの添加量は60質量%以下に制限される。   No. Nos. 16 to 18 are insufficient even if the amount of the gas component is reduced to some extent by the primary vacuum degassing process, and the hardness is high, causing problems in workability in the spatula drawing process, and the crack occurrence frequency at the corner R However, it is not at the level for performing the secondary vacuum degassing treatment, and industrial production is impossible, and the amount of tungsten added to molybdenum is limited to 60% by mass or less.

すなわち、モリブデンを40質量%以上含む坩堝であって、C、NおよびOの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下、Nの含有率が20質量ppm以下、Oの含有率が50質量ppm以下であり、絞り製法坩堝において底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上310HV以下の範囲が好適である。   That is, a crucible containing 40% by mass or more of molybdenum, the total content of C, N and O is 100 mass ppm or less, the C content is 30 mass ppm or less, and the N content is 20 mass ppm or less. The content of O is 50 mass ppm or less, and the hardness at the corner R portion of the boundary between the bottom surface and the side surface in the drawing crucible is preferably 150 HV or more and 310 HV or less.

<実施例2>
焼結製法で製作した坩堝においても、実施例1と同様な方法で膨れ不具合の発生状況を評価した。評価結果を表2で示す。
<Example 2>
Also in the crucible manufactured by the sintering manufacturing method, the occurrence state of the swelling failure was evaluated by the same method as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 0006220051
Figure 0006220051

ここで表中の試料No.21〜23、26〜28、31〜33および36〜38は実施例であり、No.24,25,29,30,34,35,39,40は工程6までの切削加工までの工程で製作した焼結坩堝から切り出した試験体による比較例である。   Here, sample no. 21-23, 26-28, 31-33 and 36-38 are examples. Reference numerals 24, 25, 29, 30, 34, 35, 39, and 40 are comparative examples using test specimens cut out from the sintered crucible manufactured in the process up to the cutting process up to process 6.

表から膨れを防止するには、焼結製法坩堝においても絞り製法坩堝と同様ガス成分の量を所定の量に減少させると共に硬度の制御が必要であることが判明した。   From the table, it has been found that, in order to prevent swelling, it is necessary to reduce the amount of gas components to a predetermined amount and control the hardness in the sintering method crucible as well as the drawing method crucible.

上記実施例2において、No.36〜38は焼結性に関するタングステンの影響で、ガス成分が減少しても粒界強度の弱さから本実施例程度のガス量低減では効果が少なく、膨れが発生した。よってモリブデンに対するタングステンの添加量は60質量%以下が最適である。   In Example 2 above, Nos. 36 to 38 are influenced by tungsten related to sinterability, and even if the gas component is reduced, the effect of reducing the amount of gas to the extent of this example is small due to the weakness of the grain boundary strength, and swelling occurs. Occurred. Therefore, the optimum amount of tungsten added to molybdenum is 60% by mass or less.

すなわち、モリブデンを40質量%以上含む坩堝であって、C、NおよびOの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下、Nの含有率が20質量ppm以下、Oの含有率が50質量ppm以下であり、焼結製法坩堝において底面と側面の境界の角R部での硬さが150HV以上190HV以下の範囲が好適である。   That is, a crucible containing 40% by mass or more of molybdenum, the total content of C, N and O is 100 mass ppm or less, the C content is 30 mass ppm or less, and the N content is 20 mass ppm or less. The content of O is 50 ppm by mass or less, and the hardness at the corner R of the boundary between the bottom surface and the side surface is preferably 150 HV or more and 190 HV or less in the sintering method crucible.

真空加熱処理条件と、真空加熱処理後の硬度のバランスを取ることが重要である。真空加熱処理の温度、時間が過剰であると再結晶化が進み、ガス成分の残留量は減少するが、再結晶による粒界強度の低下に伴い膨れが発生する。   It is important to balance the vacuum heat treatment conditions and the hardness after the vacuum heat treatment. If the temperature and time of the vacuum heat treatment are excessive, recrystallization proceeds and the residual amount of gas components decreases, but swelling occurs due to a decrease in grain boundary strength due to recrystallization.

逆に、真空加熱処理の温度、時間が不十分であれば、残留歪減少も脱ガス量も不十分であり、素材が脆く加工時に内部クラックが発生しやすくなる。残留ガス成分が粒界を通した拡散により集中し易くなり、結果的にガス成分が溜まり、クラック発生頻度を高くし、最終的には膨れにつながることになる。   On the contrary, if the temperature and time of the vacuum heat treatment are insufficient, the residual strain is reduced and the amount of degassing is insufficient, and the material is brittle and internal cracks are likely to occur during processing. Residual gas components tend to concentrate due to diffusion through the grain boundaries, resulting in accumulation of gas components, increasing the frequency of cracks, and eventually leading to blistering.

この発明は、坩堝の分野で用いることができる。   The present invention can be used in the field of crucibles.

1 坩堝、12 フランジ部、13 側面、15 底面、16 角R部。   1 crucible, 12 flange part, 13 side face, 15 bottom face, 16 corner R part.

Claims (3)

モリブデンを40質量%以上100質量%以下、タングステンを0質量%以上60質量%以下含み、残部が不可避不純物である坩堝であって、C、NおよびOの総含有率が100質量ppm以下であり、Cの含有率が30質量ppm以下であり、Nの含有率が20質量ppm以下であり、Oの含有率が50質量ppm以下である、坩堝。 A crucible containing 40% by mass to 100 % by mass of molybdenum, 0% by mass to 60% by mass of tungsten, and the balance being inevitable impurities, the total content of C, N and O being 100 mass ppm or less A crucible in which the C content is 30 mass ppm or less, the N content is 20 mass ppm or less, and the O content is 50 mass ppm or less. 前記坩堝は底面と側面とを有し、前記底面と前記側面の境界の角R部での硬さが150
HV以上300HV以下である、請求項1に記載の坩堝。
The crucible has a bottom surface and a side surface, and has a hardness of 150 at the corner R at the boundary between the bottom surface and the side surface.
The crucible of Claim 1 which is HV or more and 300HV or less.
請求項1または2に記載の坩堝内にアルミナの粉末を充填する工程と、
前記アルミナの粉末を加熱溶融した後に凝固させることで前記坩堝内に単結晶サファイ
アを形成する工程とを備えた、単結晶サファイアの製造方法。
Filling the crucible according to claim 1 or 2 with alumina powder;
And a step of forming single crystal sapphire in the crucible by solidifying the alumina powder after being heated and melted.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015187067A (en) * 2014-03-12 2015-10-29 株式会社アライドマテリアル Crucible and production method of single crystal sapphire using the same

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11952303B2 (en) 2015-12-18 2024-04-09 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Increase in silicon content in the preparation of quartz glass
CN108698883A (en) 2015-12-18 2018-10-23 贺利氏石英玻璃有限两合公司 The mist projection granulating of silica in quartz glass preparation
CN108698893A (en) 2015-12-18 2018-10-23 贺利氏石英玻璃有限两合公司 It is melted in crucible in refractory metal and prepares quartz glass body
TWI794148B (en) * 2015-12-18 2023-03-01 德商何瑞斯廓格拉斯公司 Preparation of a quartz glass body in a hanging sinter crucible
KR20180094087A (en) 2015-12-18 2018-08-22 헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 & 컴파니 케이지 Preparation of Silica Glass Products from Silica Granules
CN108698888A (en) 2015-12-18 2018-10-23 贺利氏石英玻璃有限两合公司 Preparation in quartz glass preparation as the silica dioxide granule through carbon doping of intermediary
WO2017103166A2 (en) 2015-12-18 2017-06-22 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Production of a silica glass article in a multichamber furnace
CN108698880B (en) 2015-12-18 2023-05-02 贺利氏石英玻璃有限两合公司 Preparation of opaque quartz glass bodies
US11492282B2 (en) 2015-12-18 2022-11-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Preparation of quartz glass bodies with dew point monitoring in the melting oven
CN108779014A (en) * 2015-12-18 2018-11-09 贺利氏石英玻璃有限两合公司 Quartz glass body is prepared in vertical sintered crucible
AT15262U1 (en) * 2016-03-25 2017-04-15 Plansee Se Glass melting component
CN110102626B (en) * 2019-04-22 2020-08-14 张家港幸运金属工艺品有限公司 Stretching forming process for stainless steel elliptic truncated cone-shaped ice bucket
CN114570819A (en) * 2022-03-08 2022-06-03 成都联虹钼业有限公司 Molybdenum crucible and spinning process thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3917208B2 (en) * 1996-01-19 2007-05-23 株式会社アライドマテリアル Tungsten-molybdenum alloy crucible and method for producing the same
JP3828651B2 (en) * 1997-12-05 2006-10-04 株式会社アライドマテリアル Molybdenum forged molded part and manufacturing method thereof
EP1953254B1 (en) * 2005-10-27 2012-12-26 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray tube rotating anode target and x-ray tube
JP5689598B2 (en) * 2009-12-15 2015-03-25 株式会社東芝 Method for producing crucible made of tungsten molybdenum alloy
JP5599290B2 (en) * 2010-11-15 2014-10-01 株式会社東芝 Crucible, sapphire single crystal manufacturing method using the same, and crucible manufacturing method
JP2013060348A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Toshiba Corp Crucible, and method for manufacturing sapphire single crystal using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015187067A (en) * 2014-03-12 2015-10-29 株式会社アライドマテリアル Crucible and production method of single crystal sapphire using the same

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