JPH0320455A - 構造金属類中に高温バリアーを形成させ、該金属類を高い相応温度でクリープ耐性する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属の内部構造改良の技術に関し、さらに詳
しくは、イオン埋没による金属の内部構造改良に関する
ものである。

本発明は、特に、高い相応温度でクリープする金属類の
内部構造改良に適用され、以下特定の例と共に詳述され
るであろう。しかしながら、本発明は、広範囲の用途を
有し、他の環境においても有利に用いられ得ると評価さ
れるべきである。

従来、高い相応温度でクリープし易い金属類は高められ
た温度におかれたとき、所望の粒状形態を提供しかつも
ちこたえることはできなかった。

一般にこの様な金属類は、温度上昇にともない再結晶す
る傾向があり、この再結晶化が起ると支柱結晶粒が金属
の厚みを通じて広がり、破壊のとき起る様な展性が非常
に弱くなった金属が生ずる。

クリープする傾向は、多くの金属類の有用性を制限し、
この様な金属類を、クリープ耐性を促進させる為、ある
種の他の元素と混ぜることが必要になってきた。

ランプワイヤーは、非常に高温におけるクリープ耐性金
属の卓越した例である。純粋なタングステン（およびあ
る種のタングステン合金）は、１０００℃よりも高くな
い温度で再結晶化し、比較的低い負荷たとえばそれ自体
の重量下でクリープするが、カリウム混合タングステン
ランプワイヤーは、約２０００℃を超える温度が達或す
るまで十分には再結晶化しない。さらに、混合材料は、
高温たとえば２５００℃以上の温度におけるランプワイ
ヤー中で良好なクリープ耐性を維持し、従って、ランプ
フィラメントとして有用である。

ランプワイヤーにおけるこの良好なクリープ耐性の理由
は、かなりよく理解されている。比較的大きなカリウム
原子は、タングステンマトリックス中に実質的に不溶で
あり、その大きな原子の大きさのため、カリウムは、金
属格子を通して容易に拡散しない。カリウム原子は、金
属中にトラップされ気泡を生ずる。この気泡は、転位お
よび粒状境界の移動に対する束縛点とじて作用し、従っ
てクリープおよび再結晶化を訪止する。この束縛効果は
、高密度の小さな気泡、すなわち粒状境界または転位が
束縛され得る様な、面積当りの多量の気泡によって良好
となる。カリウム混合ランプワイヤにとっては、２１５
０゜Ｃにおける束縛力が、６００オングストロームより
小さい気泡の大きさに対し最善であると報告されている
。

該ランプワイヤーにおけるそれらの配列中の微細な気泡
は広範な熱一機械的工程を通じて達成される。最初、カ
リウムを、タングステン粉末に混ぜることによって、そ
の材料中に導入される。圧縮および焼成後、圧延、スエ
ージング、および引延することによって、機械的変形過
程が考えられる。この機械的操作によって、カリウム片
が長く非常に微細なリボン中に分散され、所望の微細分
布が達成される。材料が高温におかれると、該リボンは
、微細な気泡のストリンガー中で破砕し、転位および粒
状境界を束縛する役割を果す。非常に大きな変形に対し
ては、カリウム添加物の微細な分布を効率よく作ること
が必要である。この様な大きな変形は、引延を繰返して
いる間に達或され、たとえばその伸縮は断面にあり、ま
たその伸長は、１．０００〜１，０００．ＯＯＯの係数
と同じ程度に大きい。

通常のランプフィラメントは、クリープ耐性を提供する
が、５０以上の工程においては、それらの製造を完成さ
せることが必要である。すなわち、前記した様な機械的
操作の種々の段階では、各々長時間を要する。さらに、
前記した様なランプフィラメントを混ぜる方法は、平板
シートの様な他の幾何学体に対しては作動できず、その
理由は、ランプワイヤーに類似したもの以外の幾何学体
においては、広範な塑性変形を達戒することが不可能で
あるからである。

高められた温度でクリープ耐性の金属類、特にランプフ
ィラメントを作る簡単な方法を明らかにすることが望ま
れている。従って、本発明は、前記した全てのまた他の
問題点を克服する方法に関するものであり、金属の粒状
形態を完全に維持させる様な、高められた温度でクリー
プ耐性の金属類、特にランプフィラメントを作る方法を
提供するもめである。これらの結果は、イオン埋没と積
層とによって達成される。

本発明によると、イオン埋没により高い相応温度でクリ
ープ耐性のある種の金属類を製造する方法が提供される
。本発明方法は、金属の第ＩＮを設け、イオン類を該第
１層に埋没させ、該第１層上に追加の金属層を設けるこ
とからなる。埋没し、追加の層を設ける工程は、任意の
数のイオンを繰返すことができる。

本発明のより限定された実施態様によれば、イオン埋没
により、高い相応温度でクリープ耐性を有する構造金属
類ならびに他のカテゴリーの金属類すなわち耐火性金属
類を製造する方法が提供される．構造金属の第ＩＮが提
供され、該金属のタイプは、高い相応温度でクリープさ
れ易くまた、キセノン、アルゴン、クリプトン、ネオン
、ヘリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフ
ランシウムからなる群からのイオン頻に対しゼロまたは
非常に低い溶解性を有する。次にイオン類は、金属の第
ｌ層上に埋没され、該イオン類は、キセノン、アルゴン
、クリブトン、ネオン、ヘリウム、カリウム、ルビジウ
ム、セシウム、フラノシウムまたはそれらの混合物から
なる。第２Ｎの構造金属は、積層され、またはさもなけ
れば第１のイオン埋没層上に形成される。次に、第２Ｎ
の構造金属は、前記したイオン類の第２層で満され、第
３層の構造金属がその上に積層される。埋没および積層
工程は、任意の数の層を作るため繰返えし続けることが
でき、積層製品にすることができるが、該製品を、第１
層上にイオン類が単一付着している構造金属の二つの層
に限定することが、他目的に対して十分である。たとえ
ば、タングステンフィラメントは、しばしば、カリウム
イオンによって埋没されている第１層のタングステンを
唯一要求し、タングステンの第２Ｎだけが該第ｌ層上に
積層される。

明らかな様に、本発明の第１の利点は、ある構造金属類
内に存在する粒状境界は、高い相応温度におけるクリー
プ耐性の欠如の結果歪む様なことがないということであ
る。

本発明の他の利点は、構造金属類の粒状境界が高められ
た温度における再結晶化の結果歪むことがないというこ
とである。

本発明のさらに他の利点は、通常の工程に匹敵する要求
される数の工程において大きな伸縮があることである。

本発明の他の利点および利益は、以下の記述を読み理解
すると当業者に明らかになるであろう。

第１図を参照すると、イオン埋没原子または添加物の細
かな分散を有する金属′または金属合金の生或方法が開
示されている。特に、高い相応温度でクリープ耐性の構
造金属類を製造に当って境界及び転位の移動を防止する
、構造金属類中に内部高温バリャーを形成させる方法が
開示されている。

この方法は、構造または宿主金属の第１層を提供するも
のであり、この金属は、高い相応温度でクリープする傾
向があり、元素、キセノン、アルゴン、ネオン、ヘリウ
ム、クリプトン、カリウム、ルビジウム、セシウム、フ
ランシウムおよびそられの混合物に対しゼロまたは非常
に低い溶解性を有するタイプのものである。

本発明に使用され得る金属類は、以下の表Ｉに列挙され
ている。

さらに第１図を参照すると、金属１０の第１層がイオン
類１２によって混ぜられ、埋没され、かつ満されて、埋
没領域１４を形成し、その中では、該イオン類は、貴金
属元素、キセノン、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、
ネオンまたはアルカリ元素、カリウム、ルビジウム、セ
シウム、フランシウム、またはそれらの混合物からなる
。これらのイオン類は、イオン埋没、反跳埋没またはイ
オンビーム混合などを含む直接または間接的方法によっ
て第１層に挿入される。

構造金属の第２層１６は、金属のイオン埋没第１層上に
付着または積層され、積層製品または複合体１８を形戒
する。構造金属の第２層を積層しまたは提供するには、
化学的もしくは物理的蒸着、焼付け、熱的スプレー付着
、電解付着、スバッター付着、圧縮結合、または他の方
法によって達成される。

第２層を埋没および積層させる工程は、任意の回数繰返
すことによって、多重層を形或することができる。金属
の第２Ｎの適用は、しばしば、積層製品を形成させる最
終工程となるが、任意の数の層が適用されることができ
る。第１図は、例示的に、３種の金属層内における２種
のイオン埋没領域の全体を示している。表１に開示され
ている金属類の合金は、種々の元素の蒸気を混合するこ
とにより、または、別法として、後の熱処理によって均
質化される個々の層の積層または付着によって製造され
得る。

充分な層が積み重ねられた後、内部的に添加されまたは
イオン埋没された金属シ一ト１８は残る。

イオン埋没元素は、事実上構造金属類に不溶であり、高
温でも構造金属シートを通じて容易に拡散されない。従
って、次にこのシートは、レジストジェソト、タービン
用または他の目的のランプフィラメントパターン、熱シ
ールド、スラストチューブを形或するのに使用され得る
。

前記〈および表■）に列挙されている貴金属元素は、前
記（および表■〉に列挙されているアルカリ元素のそれ
らよりも小さい原子容を有し、構造金属類に比し大きく
ない．貴金属ガス気泡の高温安定性は、高温における列
挙されたアルカリ元素の安定性と同程度には大きくない
。しかしながら、金属内に形或する貴金属ガス気泡は、
転位を束縛する様に作用する。

第２（ａ）図は、多重層金属シートの概略断面図を示す
。各シートは、比較的細かい粒状（円柱粒）であり、表
■および■に列挙されている群からの元素の微細な領域
１４によってイオン埋没されている。金属内の円柱粒３
０は、この図面において明らかにされている。

金属層が熱処理されると、それらは再結晶化される。第
２（ｂ）図に示されている様に粒状境界（３０）は、劣
化し、イオン埋没領域（１４〉でトラフブされ、積層粒
状構造が提供される。すなわち、温度上昇の結果として
戒長ずる粒状境界は、イオン埋没されている領域１４に
よって、金属層の全厚みを通じて完全に移動することか
ら中断される。

第３図は、レニウム２重層におけるカリウム埋没境界領
域の断面顕微鏡写真である。この埋没金属は、２０００
Ｋで４時間焼戻しされ、気泡が上昇温度の結果生威して
いることが示されている。

第４図は、２２００℃で１時問および２３００℃で３０
分間カリウム埋没タングステンを焼戻しした後、細かい
カリウム気泡が生或されていることを示すため、同様に
提供されている。気泡の戒長は、はっきりした転位に沿
って自由表面の付近まで高まっていることが表われてい
る。気泡或長は部分的には、空隙の流入および吸収の結
果である。

これらの気泡は、金属全体を通じて移動することから、
粒状境界および転位を束縛または中止させ易い。

構造金属の種々の層の幾何学的形態は、変えることがで
きる。これらの層は平面状、曲線状、棒状、八角形状で
あることができる。形態に関する制限だけでは、埋没す
る方法がイオン類が送られる機構およびそれらが埋没さ
れるべきである表面との間の直接的視軸を要求するとい
う事実をもたらす。

構造金属の種々の層の形態が変更できるばかりでなく、
イオン埋没中に使用される幾何学的パターンも変えるこ
とができる。第５（ａ）図は、イオン埋没中に使用され
ることができるパターンの一例を示している。ここで、
点々で示されている面積５０は、多重層金属シート中に
おけるイオン埋没元素の領域を示している。第５（ｂ）
図は、結晶化熱処理後の第５（ａ）図の構造を示してい
る。金属粒５２は、劣化されていて、埋没バリャー層が
中断されている場所５６における付近の層に、栓５−４
を有する粒子の層または連結している粒状境界構造を形
成しており、これは、埋没領域が各金属層の全表面であ
る第２（ｂ）図と対照をなしている。

イオン埋没または表■および■（以下に示してある）の
元素のイオンビーム混合の方法は、添加された層内に原
子的に微細に分布している金属格子中へのそれらの組込
みを保証する。一旦イオンが埋没されると、それらはそ
れらの電子を回復し、再度安定な元素となる。層の中お
よび添加物の量はイオン埋没または混合要因を変えるこ
とによって調整されることができる。添加された層は、
金属内のシート様領域である。それらは転位または粒状
境界の動きに対する高密度の障害物を示す．大きなアル
カリ原子の不動性のため、高められた温度における劣化
に対しより安定になるこれらの障害物が期待できる。高
められた温度で、ある限定されたアルカリ原子移動があ
るならば、カリウム埋没レニウムおよびカリウム埋没タ
ングステンのための第３および４図に示されている様に
、小さな添加気泡が形戒する。この様な気泡は、タング
ステンランプワイヤー中に形戒することが知られている
。この様な気泡が劣化しない限り、添加物の障害物の役
割が非常に長時間維持され、その結果、クリープ耐性が
極めて長時間提供される。

以下の表は、ほとんどの技術的に重要な構造金属類およ
び合金類を表わし構成する元素を示している。それらの
原子容または大きさが、添加物元素カリウム、セシウム
、ルビジウムおよびフランシウムに対するそれらの溶解
性およびそれらの融解温度と共に示されている． 表■ 構造金属類、それらの原子容、融解温度およびアルカリ
元素Ｋ，　Ｒｈ；　ＣｓおよびＰｒに対するそれらの固
体溶解性 表Ｉの続き Ｖ １９．５ １５０９ Ｎｂ １１．０ ２４１５ ゼロ（５） １９００ １８７５ １２４５ １５３７ １４９５ ｌ４５３ １０８３ ４２０ ゼロ（３） −（３） 一（５） ＫＺｒ　Ｉｓ　（３） ゼロ（３） ゼロ（３） ８．３ ８．４ ９．３ １０，３ １４．０ １１．２ ２２００ ２５００ １９６６ １５５２ ９６１ ２２２２ ２９９６ ゼロ（６） （６） ３１８０ ２７００ ２４５４ １７６９ −（３） 存在する 存在する 存７ＥＴる ＊ ■の続き ２２−２４ ９２０ ２１ ８０４ ２１ １０ｌ９ Ｉ０２７ １０７２ ８２６ ｌ３１２ １３５６ １４０７ １４６１ １４９７ １５４５ ８２４ １６５０ ランプ産業界で知られている。

溶解性が文献に記載されていない。

’　Ｎ．Ｆ．Ｍｏｔｔ　ａｎｄ　Ｈ，Ｊｏｎｅｓ　；　
Ｔｈｅ　Ｔｈｅｏｒ　　ｏｆ　　ｔｈｅＰｒｏ　ｅｒｔ
ｉｅｓ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ　ａｎｄ　Ａｌｔｏ　ｓ　
　，　ＤｏｖｅｒＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１９５Ｂ
　、ｐｐ．　　３１８−３１９．”　Ｗ，Ｇ．Ｍｏｆｆ
ａｔｔ　ＳＧ．Ｗ．Ｐｅａｒｓａｌｌ　ａｎｄ　Ｊ．Ｗ
ｕｌｆｆ　：Ｔｈｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐ
ｒｏ　ｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＪｏｈ
ｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ　，　Ｖｏｌ．１　
（１９６７）　２０６、２０７． ’　Ｍ』ａｎｓｅｎ　ａｎｄ　Ｋ．Ａｎｄｅｒｋｏ　：
　Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆ４曲互ヒ−１ユ立タ
ー、ＭｃＧｒａｓｖ−Ｈｉｌｌ　（１９５Ｂ）．’　　
Ｒ．Ｐ．ｆ！Ｉｌｉｏｔｔ　　：Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉ
ｏｎ　　ｏｆ　　Ｂｉｎａｒ　　　Ａｌｔｏ　　ｓＦｉ
ｒｓｔ　Ｓｕ　　ＩｅｍｅｎｔＳＭｃＧｒａｗ−旧ＩＩ
　（１９６５）．ｓ　ｐ．＾．Ｓｈｕｎｋ　　：　　Ｃ
ｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏ．ｆ　Ｂｉｎａｒ　　Ａｌ
ｌｏ　ｓＳｅｃｏｎｄ　Ｓｕ　　ｌｅｍｅｎｔ　，　Ｍ
ｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　（１９６９）．’　Ｗ．Ｇ．Ｍ
ｏｆｆａｔｔ　　：　Ｔｈｅ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ
　Ｂｉｎａｒ　　Ｐｈａｓｅ彰ｌ牡ｌｕｚ　Ｇｅｎｅｒ
ａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ．、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａ
ｄｙ　％Ｎ．　Ｙ．　（１９７８）　． 以下の表■は、表１と対比されている。表■は、元素カ
リウム、セシウム、ルビジウムおよびフランシウ．ムの
原子容を含んでいる。ほとんどの金属原子の大きさは、
比較的小さく、たとえばダラム原子当り（ｌグラム原子
は、６．０２Ｘ１０”原子に等しい）においてであり、
それらは１５ｄよりも小さく占めている。イットリウム
および希土類元素、ランタンないしルテチウムだけは、
ダラム原子当り２４ｃｄまでの大きさを有していること
が示されている。しかしながら、それでもそれらは、表
Ｈに示されている元素と若干対比的である。

表■ 添加するための大きな大きさを有するアルカリ元素Ｋ　
　　　　　　　　４　５．　５　　　　　　　　　６　
４Ｒｂ　　　　　　　　５　６．　２　　　　　　　　
３　９Ｃｓ　　　　　　　　７　１．　０　　　　　　
　　２　９Ｆｒ　　　　　　　（＞７０　　　　）　　
　　　２７’　Ｎ．Ｆ．ＭｏｆｆおよびＨ．Ｊｏｎｅｓ
　らの”Ｔｈｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆｔｈｅ　Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ　ａｎｄ　Ａｌｌｏ
ｙｓ　　″ＤｏｖｅｒＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ　　１
９５０　、ｐｐ．　　３１８−３１９．’　Ｗ．Ｇ．Ｍ
ｏｆｆａｔｔ　．．Ｇ．Ｗ．ＰｅａｒｓａｌｌおよびＪ
．Ｗｕｌｆｆ　らの”　Ｔｈｅ　Ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ　
ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌ
ｓ　　″Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ　　
，　ｖｏｌ．１（１９６７）　　２０６　　、２０７．
表Ｉの金属原子と対比し大きな大きさの表■の原子は、
該金属中において、高い相応温度におけるそれらの拡散
不動性を保証する。相応温度は、融解温度以下の温度を
意味し、融解温度に対し標準化される。

表■の元素を小さな大きさの安定な気泡を形成させ、そ
れによってクリープ耐性を改善させるための第２の前提
要件は、それらが金属格子に不溶であるということであ
る。表Ｉから、溶解性に関するデータは非常にバラバラ
であることが分る．推測すると、大きな原子の大きさの
相違のため、列挙された金属類中、示された元素の溶解
性はほとんどまたは全くない。実験データをみると、そ
の溶解性は、ゼロかまたは非常に小さいかのいずれかで
ある。

クリープ耐性の改善のための最も高い可能性は、カリヴ
ム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウムからなる
群の元素と比較し最も大きい大きさの相違点を有する金
属類において期待される。

ランプ産業において使用されているカリウム添加タング
ステンおよびモリブデンの例は、クリープ耐性の改善は
、その原子容がダラム原子当り１０ｄより少ない金属に
おいて期待できるということを示している。それらにお
いては、アルカリ金属類Ｋ，　Ｒｈ，　ＣｓおよびＦｒ
に対するその大きさの相違が非常に大である。その大き
さの差異は、大きな大きさの金属類、たとえばＭｇ，　
Ｚｒ，　Ｆ！ｆならびに希土類金属類に対して減少する
。しかしながら、添加は、特により大きなＲｂｓ　Ｃｓ
またはＦｒ原子を添加するとき、それらに対しても作動
し得る。

表■における貴金属ガス元素は、表■におけるアルカリ
元素と同程度には大きくない。しかしながら、それらも
また、構造金属類中に実質的に不溶であり、順次粒状境
界および転位を束縛する安定な小さな気泡を形或するこ
とができる。これらの気泡が高温でかなり劣化しないか
ぎり、それらは粒状境界および転位の移動に対し微細構
造のバリャーを提供し、それ故クリープ耐性をもたらす
。

表■ 貴金属ガス群の元素類 元素　　　金　　の　　　　における　７性｝１ｅ Ｎｅ　　　全てが構造金属類に実質的に不溶Ａｒ　　　
である。

Ｋｒ Ｘｅ 添加は、表■および■に列挙されている一種または数種
の元素によってなされる。添加された層の繰返し距離、
層中における添加物の濃度、イオン埋没またはイオン混
合の深さは、全て最適化され得る要因となる。また、イ
オン埋没層は、後の再結晶化中における重なり合ってい
る粒形成を促進するため、多数の幾何学的パターンに配
列させることができる。粒状境界のズレ、クリープの形
或は、重なり合っている粒子構造により最小にされる．
多くの幾何学的埋没パターンが可能であり、第５（ａ）
図は、全体のシートを埋没させるのとは違った例の一つ
を説明している。しかしながら、ここでは、最適の配列
を予測する試みはなされていない。

次に、第６　（ａｌ　−　（ｄ）図に注目すると、レニ
ウム２重層を通じての切断断面図のＳＢＭ顕微鏡写真が
示されている。第６（ａ）および６（ｂ）図は、添加物
なしで調整されており、第６（Ｃ）および６（ｄ）は、
カリウムイオン埋没層を含んでいる。

図面中には基質が示されている。基質は、構造金属を積
層するための必ずしも必要な基材ではないが、それは、
ここでは提供されており、その理由は、レニウムの第１
層が化学的蒸着によりその上に付着されていたからであ
る。次に、カリウムイオンが、第１層中に埋没され、レ
ニウムの第２層は、第１のイオン埋没層上に付着される
。第６（ａ）および６（ｂ）は、カリウ・ム添加なしで
調製されたレニウムを示し、第６（Ｃ）および６（ｄ）
は、添加物と共に調製されたレニウムを示す。

さらに、第６（ａ）および６（Ｃ）は、付着された元素
を示すが一方第６　（ｂ）および６（山は、それらが再
結晶化に付された後、２０００Ｋで焼戻をしている同様
の元素を示している。イオン埋没層のバリャー効果は、
第６（ｄ）図において明らかである。再結晶化後、第６
（ｂ）図に示されている粒状境界は、２重のレニウム層
の全体の高さに移動している。対照的に、第６（ｄ）図
の粒子は、カリウムバリャー層まで移動しているにすぎ
ない。

粒状境界は、カリウム層の結果として、レニウムを通じ
ての距離の割合だけ移動するので、カリウムの添加が粒
状構造とかさなり合ってクリープ耐性の安定化の原因に
なっていることが明らかである。

第７図を参照すると、化学的蒸着レニウム（ＣＶＤ）層
は、カリウムでイオン埋没され、その添加量は、１５０
ｅＶで、ＩＸＩＯ１６　１ＸＩＯ１７および３Ｘ１０１
７イオン／　ｃｏ？であり、レニウムの追加層は、埋没
層の頂部に蒸着されている。１７０℃で２時間再結晶化
後、レニウム粒が、２０マイクロメーター以下から１０
０マイクロメーター大以上に威長している。しかしなが
ら、粒状境界は、イオン埋没カリウム層の位置に維持さ
れていて、従って、粒状境界をレニウムシ一トの巾を移
動することから防止する。対照的に、カリウム埋没のな
いレニウムの２重のＣＶＤ層が再結晶化するとき、再結
晶化粒子の境界がレニウム層の全中を横切り、知られて
いる重なり合っている粒子のない円柱状微細構造を形成
し、高められた温度で乏しいクリープ耐性を残こしてい
る。

実施例１ リボンランプフィラメント 前述した方法が、ワイヤー、リボンまたはチューブを有
するラ′ンブフィラメントの製造に適用できる。適当な
基質、たとえばモリブデンが供給され、その上に、タン
グステンの層が化学的蒸着または物理的蒸着により種々
のマイクロメーターの厚みに付着されている。次に、タ
ングステン層がイオン類で０．　１マイクロメーターの
オーダーの深さまで埋没される。これは、イオン埋没バ
リャー層を作る。次にタングステンの第２層は、化学的
蒸着または物理的蒸着により、再び数種のマイクロメー
ターのオーダーの厚さに付着される。追加の層またはイ
オン埋没およびタングステン付着が数回繰返えされまた
は該方法は、タングステンの第２層が付着された後中止
されてもよい。

次に該フィラメントは、圧縮、圧延または抜き板により
戒形される。成形工程は展性の弱い断面を防止するため
約６００℃の温度で行なわれる。

フィラメントの焼戻しまたは焼付中、バリャー層に平行
な方向に粒子或長ずるための作動力を与えるので、ある
種の塑性変形が望まれる。この方法によって、伸長され
重なり合っている粒子構造が達成され、フィラメント材
料のクリープ耐性を高める。内部バリャ一層の高温安定
性が、フィラメント寿命中重なり合っている粒状構造の
安定性を保証する。次にフィラメントを、標準コイルフ
ィラメント用に知られているそれと類似する方法におい
て焼戻しをする。焼戻し処理は、フィラメントの形態を
ととのえ、基質の次の移動中過度のそり背を防止する。

モリブデン基質は、標準コイルフィラメントの工程にお
いて知られていると同様の方法においてエソチングされ
る。リボンフィラメントの端は、知られている標準方法
に従って通常の条件で留められる。次にこのフィラメン
トは、公知の標準方法に従ってランプ容器中に張られる
。

実施例■ 急速熱焼戻し単位用の加熱リボン 急速焼戻し単位が短時間（数秒〉シリコンウェーハー等
焼戻すために使用され、結晶欠陥の加熱を許容し、一方
添加物の分散配列が最少に維持されなければならない。

Ｓｔ上の薄い酸化物フィルムの戊長は、急速な焼戻しの
他の目的となり得る。

すぐれた温度不変性が、その面積またはシリコンディス
ク上に要求される。タングステンワアイヤーフィラメン
トの配列は、しばしば、操作面積上で熱を放出するため
使用される。リボンフィラメントは、より利点があり、
Ｉ　Ｑ　ＩＩ　ｘ　ｌ　Ｑ　Ｉ１のオーダーの比較的大
きい面積上に均一な加熱を提供する。

加熱リボンを製造する方法は、リボンランプフィラメン
トを製造するための実施例■において記載されているも
のと同様である。モリブデンリボンを製造する概要は次
の通りである。

１。　たとえば圧延または蒸着されたモリブデンの薄片
を得、その表面は、きれいにすべきである。

すなわちスケールまたは汚染物のないこと。

２．　バリャー層は、モリブデン表面にイオン埋没され
る。埋没された層は、Ｋ．．　Ｒｈ，　Ｃｓ，　ＦｒＯ
群の元素またはＦｌｅ，　Ｎｅ，　Ａｒ，　Ｋｒ，　Ｘ
ｅの群の貴金属元素からなる。埋没の深さは、約ｌから
１０００ｎｍの範囲であることができ、埋没量は、一当
り約１０１３〜１０１′の範囲であることができ、その
最適量は、選ばれた深さに依存する。所望の深さが増加
すると、その添加量も増加すべきである．低添加量すな
わち約１０′３のオーダーは、浅い埋没すなわち埋没の
深さが約１０ｎｍである場合に使用される。高添加量は
、深い埋没、すなわち約１ミクロンの深さである場合に
適用される。埋没層中における典型的なピーク濃度（イ
オン埋没濃度が最高のときの深さ）は、周辺の原子に比
べて埋没原子０．０１％〜５％（原子％）の範囲である
。

３．　モリブデンの第２層は、イオン埋没モリブデン上
に付着され、積層リボン構造内にバリャー層を埋める。

工程２および３は繰返えされてもよい。

４．　次に、リボン積層物は、たとえば圧延によって変
形され、それを所望の厚さまで伸縮しまたは砕鉱、切断
または曲げによってそれを加熱リボンの所望の形態に変
形する。

実施例■ 加熱シールド 加熱シールドは、減圧炉、ロケットおよび航空機エンジ
ン、高温プラズマの封じ込め、核反応器およびその他の
分野に有用である。

熱シールドは、しばしば特殊の用途のための外形を作る
耐火性シート金属または合金で作られる。

以下に、内部高温バリャー層を有するこの様なシートの
製造について述べる。

１．所望の合金、たとえばＭｏ　−　０．　５％　Ｔｉ
　一０。１％　Ｚｒ合金の厚板またはシートが提供され
る．表面はきれいであるべきである（酸化物または他の
スケールは除去されなければならない）．２．バリャー
層は、Ｋ，　Ｒｂ，　ＣＳ％　Ｆｒの群の元素またはｌ
｛ｅ，　Ｎｅ，　Ａｒｘ　Ｋｒ．．Ｘｅの群の貴金属元
素からなるバリャー層を有する表面の中に、イオン埋没
される。埋没の深さは、約１〜１０００ｎｍの範囲であ
ることができる。埋没量は、約１０１３〜１０”／ｄの
範囲であることができ、その最適量は、選択された埋没
の深さに依存する。この埋没は、表面上で連続して行な
ってもよくまたは最終製品の再結晶化処理において微細
構造が、バリャーがなくとも付近の層中において粒子の
戒長を許容するそれらの面積において場合によって締め
つける重なり合っている粒子について発達する様なパタ
ーンにおいてなされていることもできる。

３．２種またはそれ以上の積層厚板が、それらが積層構
造を形或する様な各々他の頂部に置かれる。次に、積層
構造は、からのかん（かん材料は後に除去される）の中
に入れられる。

４．積層構造は、高められた温度、適用された圧力が、
たとえば熱均衡圧縮によって、互に拡散結合される。

５．該構造は、所望の厚さおよび形態に熱圧延または可
鍛され、かん材料は、エッチングによって除去される。

実施例■ レジストジェット用のスラストチューブレジストジェッ
トは、衛星または宇宙構造の位置調整または回転用に使
用される装置である。この装置は通常小さく数グラムの
オーダーであるスラスト力を改善する。このスラストは
、たとえば水素またはＮＨ３ガスの様なガス状物質の放
出によって誘導される。この放出圧力は、抵抗的に加熱
された室またはスラストチューブ中の加熱によって発現
される。高温は、良好なスラスト効率のために望まれる
。高温クリ′−ブ耐性および熱的衝撃耐性は、構造金属
類についての要求がある。レニウムまたはタングステン
ーレニウム合金がこの目的のために良好な候補となる。

埋められたイオン埋没バリャー層がクリープ耐性スラス
ターチューブを製造するためにいかなる方法で使用され
得るかを以下説明する。

１．　数マイクロメーターの厚さのＲｅ層が、円柱基質
、たとえば後に除去されるＭｏ心軸の円周上に付着され
る。化学的蒸着はこの層を形成させるための適当な方法
である。

２．Ｋ　％　Ｒｂ１ＣＳ％　Ｆｒ群の元素またはＨｅ，
　Ｎｅ，　Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ群の貴金属元素のバリャー
層は、Ｒｅ表面中にイオン埋没される。該円柱は、全円
周上に埋没を許容するイオンビーム中で回転されるべき
である。埋没の深さは約１〜１０００ｎｍの範囲である
ことができる。埋没量は、約ｌＯｌ３〜１０”／Ｃｄの
範囲であることができ、その最適量は、選択された埋没
深さに依存する。埋没はその表面上で連続的に行なうこ
ともできまたは最終製品の再結晶化処理において、微細
構造が、周辺の層中にバリャーがなくとも粒子の戒長を
許容するそれらの面積において場合によって締めつける
重ね合う粒子について発，達する様なパターンにおいて
行なわれてもよい。

３．　　Ｒｅの第２層は、工程１の様にして付着され、
バリャー層に埋まる。工程２および３は、繰返えすこと
ができる。

４．複合体円柱は、所望の直径にスエージされ、引延ば
されまたは可鍛される。

５．　　Ｍｏ心軸は、選択的エッチングにより除去され
る。残存Ｒｅチューブは、高温再結晶化中粒子戒長を導
く内部環状バリャーを有し、粒子構造を重ね合せ、クリ
ープ耐性を形或する。この構造は、レジストジェットに
おける温度の使用を可能にすべきである。

実施例Ｖ タービン羽根用の層複合体 遠心力による主要応力方向は、タービン羽根の長軸に沿
っている。この応力軸に対し垂直である粒子境界は、そ
れらが高温操作中、開始できない部位となり得るので好
ましくない。応力軸に平行である粒子境界は、不利に影
響されない。この微細構造条件を得るために、方向性結
晶化が二ッケル基体超合金タービン羽根上で行なわれる
。粒子境界が共に除去されている単一結晶羽根は成長で
きる。羽根軸に沿ってうまく作動する円柱粒子構造の或
長または完全な単一結晶羽根の戒長は、羽根の厚さがま
すにつれますます困難となる。薄い羽根は、より完ぺき
に威長できる。埋められ、イオン埋没されたバリャー層
が、粒子境界が横切る境界を全くまたはほとんどしか有
せず、粒子境界が羽根軸に沿ってより完全に配向されて
いる積層再結晶化粒子構造を製造するために、いかに使
用されるかの概念を説明する。

ｌ．　予定のタービン羽根の厚さの部分である厚さを有
する超合金羽根が使用される。多結晶または単一結晶羽
根を使用することができる。表面はきれいでなくてはな
らない。

２．　　Ｋ　ＳＲｂｓ　ＣｓＳＦｒの群の元素またはＨ
ｅｘ　Ｎｅ、Ａｒ，．　ＫｒＳＸｅの群の貴金属元素の
バリャー層は、超合金羽根の表面中にイオン埋没される
。埋没の深さは、約１〜１０００ｎｍの範囲であること
ができる。埋没量は約１０′３〜１０”／ｃｏｔの範囲
であることができ、その最大適量は、選択された埋没の
深さに依存する。埋没は、表面上で連続的に行なうこと
ができ、または最終製品の再結晶化処理において、微細
構造が、バリャが存在していなくとも周辺の層へ粒子の
戒長を許容するそれらの面積において場合によって締め
つける重なり合う粒子について発達する様なパターンに
おいて行なうことができる。

３．２種またはそれ以上の埋没羽根は、ぞれらが積層構
造を形或する様に各々他の頂部におかれる。羽根の外部
輪郭は、積層体が予定のタービン羽根の正確に近い形態
を有する様に外形が作られなければならない。

４．積層体は、からのかん（かんの材料は後に除去され
る〉に入れられ、該積層体は、高められた温度および適
用された圧力で、たとえば熱均衡圧縮によって互に拡散
結合される。

５．　かん材料は、たとえばエッチングによって除去さ
れる。

６．羽根は、適切な直径に調整される。

７．　羽根は、好ましくはその軸に沿った温度勾配を通
して再結晶化処理に付される。粒子の戒長は、埋められ
たバリャー層によって導かれ、羽根軸に沿った積層粒子
構造を作る。バリャーが内部的に中断された面積におい
てだけ、付近の層への粒子の締めつけがおこり、その様
な位置に横切った境界を有する。

本発明は好ましい実施態様を参照して述べられている。

本明細書を精読し理解すると、当業者にとって変形およ
び変更が出来ることは明らかである。特許請求の範囲ま
たはそれらに均等な範囲内にある限り、本発明は、全て
の変更および変形を含むものと解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、クリープ耐性金属類を製造する方法を示す。 第２（ａ）図は、イオン埋没領域を有する多重積層金属
シートを通ずる断面の概略図を示す。 第２（ｂ）図は、再結晶化後の第２（ａ）図の概略図を
示す。 第３図は、埋没境界領域の金属組織（ＴＥＭ断面）を示
す写真であり、一連の気泡が、粒子或長を防止するため
に形或されている。 第４図は、金属組織を示す写真であり、タングステンの
表面層における転位に沿って或長ずるカリウム気泡を示
している。 第５（ａ）図は、イオン埋没中に使用され得る幾何学的
パターンの分解概略斜視図を開示している。 第５（ｂ）図は、再結晶化後の第５（ａ）図の概略図の
前面図である。 第６（ａ）図は、イオン埋没なしに調製されたレニウム
２重層の金属組織を示す写真（切断断面）である。 第６ら）図は、２　０　０　０Ｋで４時間焼戻し後の第
６（ａ）図の金属組織（断面）を示す写真である。 第６（Ｃ）図は、カリウムイオン埋没により調製された
レニウムの２重層の金属組織（切断断面〉を示す写真で
ある。 第６（ｄ）図は、２０００Ｋで４時間焼戻し後の第６（
Ｃ）図の断面を示す写真である。 第７図は、１７５０℃で２時間再誌晶化され、カリウム
によりイオン埋没されたレニウム２重層の金属組織を示
す写真である。 図面の：？１１Ｆ（内答に変更なし） ＦＩＧ．　１ ｌ，事件の表示 平底１年特許願第２１０５６８号 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 氏 名 ガーハード イー ウェルチ ４．代 理 人 ５、補正命令の日付 平戊ｌ年１１月２８日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．　構造金属の第１層を設け、該構造金属のタイプは
   、高い相応温度でクリープし易く、またキセノン、ヘリ
   ウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、カリウム、ルビ
   ジウム、セシウムおよびフランシウムからなる元素の群
   に対してゼロまたは非常に低い溶解性を有するものであ
   り；該第１層の金属内にイオン類を埋没させ、埋没領域
   を形成せしめ、該イオン類は元素、キセノン、ヘリウム
   、ネオン、アルゴン、クリプトン、カリウム、ルビジウ
   ム、セシウム、フランシウムおよびそれらの混合物から
   なる群の部材であり；および該第１のイオン埋没層の上
   に構造金属の第２の層を積層させ、複合体を形成せしめ
   、該埋没領域が、該複合体の内部に埋られている、 工程からなることを特徴とする構造金属類中に内部高温
   バリアーを形成させ、該構造金属類を高い相応温度でク
   リープ耐性にするため境界および転位の移動を防止させ
   る方法。
2. ２．　該イオン埋没元素の原子容が該構造金属の原子容
   よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
3. ３．　該第１層が平板シート中または曲線部材上の様な
   種々の幾何学体に設けられ、かくしてイオン類を埋没さ
   せる工程は、妨害されない経路に沿って完成されること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ４．　構造金属の第２層を積層させる工程が、蒸気溶着
   、めっき、熱スプレー付着、電解付着、スパッタ付着ま
   たは圧縮結合によって達成されることを特徴とする請求
   項１に記載の方法。
5. ５．　高い相応温度でクリープされ易い構造金属がＢｅ
   、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
   ｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、
   Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ
   、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
   Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
   ｂおよびそれらの合金からなる群の部材であることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
6. ６．　埋没された元素の原子の大きさは、構造金属のそ
   れよりも事実上大きく、また埋没された元素は、高い相
   応温度で構造金属を介して容易に拡散することができな
   いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ７．　イオン埋没原子がシート様領域での第１構造金属
   層に微細に分散され、これらの領域中に細かい気泡を形
   成して、転位および粒状境界の移動に対し束縛し、かく
   して望まれない方向におけるクリープおよび再結晶化を
   阻止することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ８．　埋没化および積層化の工程が繰返されることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
9. ９．　請求項１に記載の方法により形成される複合体。