KR0145741B1 - Tantalum or niobium base alloys - Google Patents
Tantalum or niobium base alloysInfo
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Abstract
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
탄탈 또는 니오브 기재 합금Tantalum or niobium-based alloys
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
[발명의 배경][Background of invention]
본 발명은 화학적 및 물리적 특성이 개선된 제련 금속 기재 합금 제품 분야, 보다 상세하게는, 일정량의 규소 및 몰리브덴을 함유하는 탄탈 또는 니오브 금속 기재 합금 제품에 관한 것이다.The present invention relates to the field of smelting metal based alloy products with improved chemical and physical properties, and more particularly to tantalum or niobium metal based alloy products containing certain amounts of silicon and molybdenum.
탄탈 합금 분말은 합금의 열 안정성이 유지되고, 메짐성의 감소로 제품의 수명이 향상되므로 트레이 및 가열 소자와 같은 노(爐) 장치 분야 및 방사선 차단 분야에서 바람직한 물질로 인식되어 왔다. 탄탈 합금은 또한 와이어 제조, 보다 상세하게는 연성(ductility), 높은 유전 상수 및 승온에서의 입자 성장에 대한 내성과 같은 제품 특성 및 개선된 가공처리성이 요구되는 전기 부품용 리이드로 사용되어 왔다. 예를 들면 축전기의 생산에 있어서, 리이드 와이어는 탄탈 분말 양극과 함께 압착된 다음 이어서 고온에서 소결되거나, 또는 소결시킨 축전기 몸체에 점용접될 수 있다(미합중국 특허 제3,986,869호 참조). 전기 부품 및 노 장치 제품 모두에 있어서, 산소에 의한 오염은 메짐성의 원인이 되어 부품들을 파괴시킨다. 예를 들면, 와이어 제품에 있어서, 소결된 몸체로부터 와이어로 산소가 이동하기 때문에 리이드가 양극 몸체로부터 빠져나오는 영역은 매우 메짐성을 갖기 쉽다. 고온에 노출된 후에도 강도 또는 연성을 잃지 않는 탄탈 또는 니오브 기재 합금으로부터 상당한 경제적 잇점을 얻을 수 있다. 와이어의 인장 강도 및 연성은 중요한 성질이다. 일련의 압출, 압연 및 인발 단계에 의해 일단 생성되면, 어닐링된 와이어는 일련의 수송 도르래 및 바퀴를 통해 출하를 위한 스푸울(spool)로 이동된다. 와이어가 감기기 전과 그후, 즉 풀려서 소비자에 의해 절단되기 이전에 장력을 견딜 수 있는 능력을 갖는 것이 매우 바람직하다.Tantalum alloy powders have been recognized as desirable materials in furnace device applications such as trays and heating elements and radiation shielding applications because the thermal stability of the alloy is maintained and the life of the product is improved due to reduced brittleness. Tantalum alloys have also been used as lead for electrical components that require product properties such as wire fabrication, more particularly ductility, high dielectric constant and resistance to particle growth at elevated temperatures and improved processability. For example, in the production of capacitors, lead wires may be pressed together with tantalum powder anodes and then sintered at high temperatures, or spot welded to the sintered capacitor bodies (see US Pat. No. 3,986,869). In both electrical components and furnace equipment products, contamination by oxygen causes brittleness and destroys the components. For example, in a wire product, the region where the lead escapes from the anode body is very brittle because oxygen moves from the sintered body to the wire. Significant economic benefits can be obtained from tantalum or niobium based alloys that do not lose strength or ductility even after exposure to high temperatures. Tensile strength and ductility of the wire are important properties. Once produced by a series of extrusion, rolling and drawing steps, the annealed wire is moved through a series of transport pulleys and wheels to a spool for shipment. It is highly desirable to have the ability to withstand tension before and after the wire has been wound, i.e., unwrapped and cut by the consumer.
인장 강도 및 연성은 또한 노 제품에 있어서도 바람직한 성질이다. 예를 들면 노 트레이는 지속되는 사용 기간 동안 취급 및 진동 응력을 경험한다. 향상된 강도 및 연성은 제품 수명을 연장시킨다.Tensile strength and ductility are also desirable properties for furnace products. For example, the furnace tray experiences handling and vibrational stresses over a sustained period of use. Improved strength and ductility extends product life.
간략하게 표시하기 위해, 이하 모든 설명은 단지 탄탈에 대해서만 언급하지만, 이에는 니오브도 또한 포함되어 있다는 것을 이해해야 한다.For the sake of brevity, it should be understood that all the description below refers only to tantalum, but this also includes niobium.
용어 연성 은 감소된 메짐성과 동일한 의미의 물리적 성질이다. 이 용어는 전형적으로, 인장 시험에서 파괴되기 직전의 금속의 길이의 증가율을 의미하는 것이다.The term ductility is a physical property of the same meaning as reduced bridging. This term typically refers to the rate of increase in the length of the metal just before breaking in the tensile test.
산소 메짐성은 탄탈 기재 합금 제품중에서 몇몇 기작에 의해 발생한다. 탄탈은 소결 조작 중에 존재하는 다른 가스성 불순물, 예를 들면 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 및 수증기 외에 산소에 대해서도 흡수체(getter)로서 작용한다. 탄탈에 탄소 또는 탄소성 물질을 도우핑시킴으로써 산화탄탈의 형성을 감소시키려는 시도가 행해졌었다. 산소는 탄탈 내로 확산되기보다는 금속 표면에서 탄소와 반응하므로 메짐성을 최소화시킨다. 탄소의 첨가에 의해 연성이 향상되는 반면, 도우핑제는 금속의 가공처리성 및 전기적 특성에는 악영향을 끼칠 수 있다. 탄탈 표면 상의 탄소입자는 산화탄탈 막의 불균일한 부착으로 인해 전기 누설을 증가시킨다.Oxygen bridging occurs by several mechanisms in tantalum based alloy products. Tantalum acts as a getter for oxygen in addition to other gaseous impurities such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and water vapor present during the sintering operation. Attempts have been made to reduce the formation of tantalum oxide by doping carbon or carbonaceous materials to tantalum. Oxygen reacts with carbon at the metal surface rather than diffuse into tantalum, minimizing brittleness. While ductility is improved by the addition of carbon, the dopant can adversely affect the processability and electrical properties of the metal. Carbon particles on the tantalum surface increase electrical leakage due to non-uniform adhesion of the tantalum oxide film.
용어 도우핑제 는 기재에 통상적으로 첨가되는 미량 물질로서 당업계의 숙련인들에게 공지되어 있다. 용어 가공처리성 도 또한 당업계에 공지되어 있으며, 이하에서는 항복 강도에 대한 인장 강도의 비로 정의한다. 가공처리성은 하기에 언급되는 표준화된 ASTM 시험을 비롯한 각종 방법에 의해 탄탈 합금의 기계적 평가에 의해 결정된다.The term doping agent is known to those skilled in the art as a trace material which is typically added to a substrate. The term machinability is also known in the art, hereinafter defined as the ratio of tensile strength to yield strength. Workability is determined by mechanical evaluation of tantalum alloys by various methods, including the standardized ASTM test mentioned below.
미합중국 특허 제 4,128,421호 및 동 제4,128,629호는 규소 및(또는) 탄소를 탄탈에 첨가하여 연성을 증가시키는 것을 기재하고 있다. 규소는 처리하는 동안 부분적으로 휘발되기 때문에 최초의 주 블렌드에 과량으로 첨가해야 한다. 따라서 제품질의 향상없이 비용의 증가가 발생하였다. 규소는 탄소와 유사하게 흡수체로 작용하는 것으로 생각되지만, 과량의 규소를 첨가하는 것은 상기한 탄소 또는 탄소성 물질의 경우에서와 같이 동일한 기작에 의해 와이어 제품의 전기적 성질에 영향을 미칠 수 있다.U.S. Patent Nos. 4,128,421 and 4,128,629 describe the addition of silicon and / or carbon to tantalum to increase ductility. Silicon is partially volatilized during processing and must be added in excess to the first main blend. Therefore, an increase in cost occurred without improving product quality. Silicon is thought to act as an absorber similar to carbon, but the addition of excess silicon can affect the electrical properties of the wire product by the same mechanism as in the case of the carbon or carbonaceous materials described above.
탄탈 기재 합금은 또한 고농도의 몰리브덴을 사용하여 제조되어 왔다. 미합 중국 특허 제3,183,085호는 1 내지 8%의 몰리브덴(10,000 내지 80,000 ppm)을 함유하는 탄탈 합금으로 이루어진 주조 부재로부터 제련 부재를 생산하는 것을 기재하고 있다.Tantalum base alloys have also been produced using high concentrations of molybdenum. U.S. Patent No. 3,183,085 describes the production of smelting members from cast members consisting of tantalum alloys containing 1 to 8% molybdenum (10,000 to 80,000 ppm).
인을 이용한 탄탈 분말의 도우핑을 미합중국 특허 제3,825,802호 및 동 제4,009,007호에 축전기의 정전 용량 및 탄탈 분말의 유동성을 개선시키기 위한 수단으로서 개괄적으로 기재되어 있다. 미합중국 특허 제4,009,007호에서는 첨가한 도우핑제의 양(5 내지 40 ppm 범위)에서 다소의 중요성을 찾을 수 있다. 인이 탄탈 금속에 대한 도우핑제로 작용하는 기작은 완전히 알려져 있지 않지만, 한 이론은 인이 탄탈의 표면 확산을 감소시켜 탄탈의 소결 속도를 감소시킨다는 것이다.Doping of tantalum powder with phosphorus is outlined in US Pat. Nos. 3,825,802 and 4,009,007 as a means to improve the capacitance of the capacitor and the flowability of the tantalum powder. In US Pat. No. 4,009,007 some importance can be found in the amount of doping agent added (in the range of 5 to 40 ppm). The mechanism by which phosphorus acts as a dopant for tantalum metal is not fully known, but one theory is that phosphorus reduces the surface diffusion of tantalum, thereby reducing the sintering rate of tantalum.
탄탈 기재 합금 제품의 메짐성을 감소시키기 위한 또 다른 기작은 이트륨 또는 토륨의 산화물을 사용하여 탄탈 분말을 도우핑하는 것이다. 금속 산화물은 입자 경계를 고정시켜 입자 성장을 감소시키는 작용을 한다. 금속 산화물은 전형적으로 탄탈과 비교하였을 때, 보다 낮은 깁스(Gibbs) 자유 에너지를 갖고, 비점이 더 높기 때문에 상기 규소 도우핑제의 경우에서 설명한 기작에 의한 제품 질을 저하시키지 않는다.Another mechanism for reducing the brittleness of tantalum based alloy products is to dop the tantalum powder using oxides of yttrium or thorium. Metal oxides act to reduce particle growth by fixing particle boundaries. Metal oxides typically have lower Gibbs free energy when compared to tantalum and have a higher boiling point and thus do not degrade product quality due to the mechanism described for the silicon doping agent.
미합중국 특허 제3,268,328호는 소량의 희토류 금속 및 산화물을 이용한 탄탈의 도우핑을 기재하고 있다. 1,815 내지 2,204℃의 온도에서 산화이트륨으로 도우핑한 탄탈로부터 4 내지 6(ASTM에 의함)의 평균 입자 크기가 광학적으로 측정되었다.U.S. Patent No. 3,268,328 describes doping of tantalum with small amounts of rare earth metals and oxides. Average particle sizes of 4 to 6 (by ASTM) were optically measured from tantalum doped with yttrium oxide at a temperature of 1,815 to 2,204 ° C.
용어 입자 크기는 100배 확대로 표준 ASTM 입자 크기 챠트와 비교하였을때의 탄탈의 낟알 또는 입자의 수로 정의할 수 있다. 용어 미립자 크기는 5미크론보다 크거나 약 55 미크론보다 작은 ASTM 값을 뜻하는 것으로 정의할 수 있다. 용어 균일한 입자 크기는 상기한 바와 같은 시험 방법에 의거했을 때 1 ASTM 수 이상 변화하지 않는 입자 크기를 의미한다.The term particle size can be defined as the number of grains or grains of tantalum as compared to a standard ASTM particle size chart with a magnification of 100 times. The term particulate size may be defined to mean an ASTM value that is greater than 5 microns or less than about 55 microns. The term uniform particle size means a particle size that does not change by more than one ASTM number based on the test method as described above.
희토류 금속의 산화물을 비롯한 금속 산화물은 노 환경에서 볼 수 있는 것과 같은 승온 조건을 가한 후에는 안정하게 않다. 비록 기작이 완전히 이해되지는 못했지만, 도우핑제 입자 성장 또는 분산제 조립화(dispersant coarsening)를 설명하는 한 이론은, 조립화가 내화 금속 내에서 산화물의 금속 원자 및 산소의 높은 분산속도 때문에 일어나고, 분산질의 계면 에너지에 의해 추진된다는 것이다. 확대된 분산된 입자는 보다 낮은 표면 에너지를 가지므로 입자 경계 이동을 막는 작용을 할 수 없다. 또한, 입자 성장은 연성의 손실을 일으킨다.Metal oxides, including oxides of rare earth metals, are not stable after applying elevated temperature conditions as seen in the furnace environment. Although the mechanism is not fully understood, one theory describing dopant particle growth or dispersant coarsening is that disassembly occurs due to the high rate of dispersion of the metal atoms and oxides of the oxides in the refractory metal and the interface of the dispersoid It is driven by energy. The expanded dispersed particles have lower surface energy and therefore cannot act to prevent particle boundary movement. Particle growth also causes loss of ductility.
제련 와이어에 사용하기 위한 탄탈 기재 합금 중의 도우핑제의 조합물이 미합중국 특허 제4,859,257호에 기재되어 있다. 이 특허에서는 탄탈 분말에 규소 125ppm 및 토륨 400ppm을 첨가하여 제조한 합금을 기재하고 있다. 도우핑한 탄탈 분말 및 도우핑하지 않는 대조용 순수 탄탈 분말에 대해 각각 ASTM 입자 크기 번호 20 및 번호 5가 얻어졌다. 이것은 55 미크론의 대조용과는 대조적으로 도우핑된 탄탈 기재 합금의 입자 크기는 10미크론인 것으로 해석할 수 있다. 여기서도 규소가 산소 흡수체로 작용하고 금속 산화물이 입자 경계 제한제로 작용하는 기작이 보고된 미립자 크기 및 연성의 기초를 설명해 준다. 그러나, 이 기작은 앞에서 언급한, 분산제 입자 성장에 기인한 고온에 노출된 후의 입자 성장 및 규소 증발에 기인한 제품 질의 문제점을 갖는다. 고온에 노출된 후에도 일관성 있게 높은 연성 및 가공처리성을 제공하는 탄탈 기재 합금은 탄탈 금속한 분야에서 상당한 진보가 될 것이다.Combinations of doping agents in tantalum base alloys for use in smelting wires are described in US Pat. No. 4,859,257. This patent describes an alloy made by adding 125 ppm silicon and 400 ppm thorium to tantalum powder. ASTM particle size numbers 20 and 5 were obtained for the doped tantalum powder and the undoped control pure tantalum powder, respectively. This can be interpreted as a particle size of the doped tantalum base alloy, in contrast to a 55 micron control, of 10 microns. Here too, the mechanism by which silicon acts as the oxygen absorber and the metal oxide as the grain boundary limiter explains the basis of the reported particle size and ductility. However, this mechanism has the aforementioned problems of product quality due to particle evaporation and silicon evaporation after exposure to high temperatures due to dispersant particle growth. Tantalum based alloys that provide consistently high ductility and processability even after exposure to high temperatures will be a significant advance in the field of tantalum metals.
본 발명의 다른 목적은 도우핑제 농도가 낮을 때에도 가공처리성 및 연성을 유지하는 탄탈 합금을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a tantalum alloy that maintains processability and ductility even when the doping agent concentration is low.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 수준의 가공처리성 및 연성을 유지하고, 도우핑제가 고온 노출 후의 조립화를 억제하는 도우핑된 탄탈 합금을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a doped tantalum alloy that maintains a high level of processability and ductility and wherein the dopant inhibits granulation after high temperature exposure.
본 발명의 또 다른 목적은 가공처리성 및 연성을 유지하는 탄탈 기재 합금으로부터 DC 전기 누설을 최소화하는 제련 와이어 제품을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a smelting wire product that minimizes DC electrical leakage from tantalum base alloys that maintain processability and ductility.
따라서, 본 발명은 규소 약 25내지 약 1000ppm, 몰리브덴 약 25 내지 1000ppm을 탄탈 또는 니오브 기재의 금속에 첨가하여 제조한 합금을 사용한 제련 금속 합금 제품을 제공함으로써 상기한 문제점들을 해결하고, 상기한 목적을 달성하였다. 도우핑된 탄탈 합금은 약 20 내지 약 55 미크론의 균일한 미립자 크기를 나타낸다. 본 발명자들은 본 발명의 기대밖의 물리적 및 화학적 성질이 대부분 규소 및 몰리브덴 도우핑제의 상승적 효과에 기인한다는 것을 발견하였다.Accordingly, the present invention solves the above problems by providing a smelting metal alloy product using an alloy prepared by adding about 25 to about 1000 ppm silicon and about 25 to 1000 ppm molybdenum to a metal based on tantalum or niobium. Achieved. The doped tantalum alloys exhibit a uniform particulate size of about 20 to about 55 microns. The inventors have discovered that the unexpected physical and chemical properties of the present invention are largely due to the synergistic effects of silicon and molybdenum dopants.
소량의 규소 및 몰리브덴을 첨가하기 때문에 이 규소화 몰리브덴의 형성은 예상되지 않은 것이다. 당업계의 숙련인은 규소가 이용가능한 산소 및 미량의 가스들에 대한 흡수체로서 탄탈과 경쟁하는 기작을 기대할 것이다. 유사하게, 당업계의 숙련인은 상기 도우핑된 합금으로부터 제조한 제련 와이어 제품이 산화규소의 낮은 비점 때문에 불균일한 연성을 가질 것이라고 기대할 것이다.The formation of this molybdenum silicide is unexpected because of the addition of small amounts of silicon and molybdenum. Those skilled in the art will expect a mechanism by which silicon competes with tantalum as an absorber for available oxygen and trace gases. Similarly, those skilled in the art will expect that smelting wire products made from the doped alloys will have non-uniform ductility due to the low boiling point of silicon oxide.
이규소화몰리브덴의 생성으로 개선된 연성, 높은 가공처리성의 특징을 갖고, 약 1600℃ 미만의 승온에 노출된 후 입자 성장을 억제하는 합금이 된다.The production of molybdenum disulfide is an alloy which is characterized by improved ductility and high processability and which inhibits grain growth after exposure to elevated temperatures below about 1600 ° C.
다른 잇점은 이규소화몰리브덴이 규소보다 높은 비점을 갖고 산화이트륨 또는 산화토륨과 같은 금속 산화물보다 분산제 입자 성장에 대한 저항성이 높다는 것이다.Another advantage is that molybdenum disilicate has a higher boiling point than silicon and is more resistant to dispersant particle growth than metal oxides such as yttrium oxide or thorium oxide.
또다른 잇점은 종래에는 증발된 규소를 대체하기 위해 필요했던 과량의 도우핑제가 필요없다는 것이다. 제련 합금 제품의 표면 상에서 과량의 도우핑제가 모여 있는 것 및 이와 관련된 불연속적 산화탄탈 절연의 문제점이 또한 해결되었다.Another advantage is that there is no need for the excess dopant that was conventionally needed to replace evaporated silicon. The problem of excess doping agent gathering on the surface of the smelting alloy product and the related discontinuous tantalum oxide insulation has also been solved.
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
상기한 목적, 특징 및 잇점들은 이하 도면, 상세힌 설명 및 청구범위에 의해 상세히 설명될 것이다.The above objects, features and advantages will be described in detail by the following drawings, detailed description and claims.
제1도는 하나의 규소 및 몰리브덴으로 도우핑하고, 또 하나는 규소 및 산화이트륨으로 도우핑한 2개의 탄탈 와이어의 1300℃에서 2시간 동안 어닐링한 후의 광 현미경 사진이고,1 is an optical micrograph after annealing at 1300 ° C. for 2 hours of two tantalum wires doped with one silicon and molybdenum, and another with silicon and yttrium oxide,
제2도는 1600℃에서 어닐링한 제1도에서와 동일한 2개의 광 현미경 사진이고,FIG. 2 is the same two light micrographs as in FIG. 1 annealing at 1600 ° C.,
제3도는 규소 및 몰리브덴으로 도우핑한 탄타로가 규소 및 산화이트륨으로 도우핑한 탄탈의 온도에 노출된 기간에 대한 연성의 그래프이고,3 is a ductility graph of the period of time when tantaro doped with silicon and molybdenum was exposed to the temperature of tantalum doped with silicon and yttrium oxide,
제4도는 이규소화몰리브덴의 존재를 나타내는 실시예 7에 기재한 바와 같은 규소 및 몰리브덴으로 도우핑한 탄탈의 전자 회절 패턴이고,4 is an electron diffraction pattern of tantalum doped with silicon and molybdenum as described in Example 7 showing the presence of molybdenum silicide;
제5도는 이규소화몰리브덴 침전물의 형태를 보여주는 암시야 투과 전자 현미경사진이다.FIG. 5 is a dark field transmission electron micrograph showing the shape of molybdenum disulfide precipitate.
[바람직한 실시태양의 상세한 설명]Detailed Description of the Preferred Embodiments
제1 및 제2도에 대해 설명하자면, 직경 약 0.024㎝(0.0094 in)의 와이어를 진공 노 중에서 1300℃ 및 1600℃의 온도에서 어닐링한 후에 2세트의 광 현미경 사진을 찍었는데, 제1도는 1300℃에서 제2도는 1600℃에서 각각 2시간 동안 노출시킨 것이다. 도시된 바와 같이, 산화이트륨 100ppm 및 규소 400ppm으로 도우핑한 탄탈 와이어는 불완전한 재결정화 및 불균일한 입자 구조를 나타낸다. 상기에서 설명한 바와 같이, 불균일한 입자 구조는 산화이트륨 입자의 조립화에 기인한 것이다. 이와 대조적으로, 하기 실시예 1의 방법에 따라 제조된 제1도 및 제2도의 광현미경 사진은 완전한 재결정화 및 균일한 입자 구조를 보여준다.Referring to Figures 1 and 2, two sets of light micrographs were taken after annealing wires of approximately 0.024 cm (0.0094 in) in diameter in a vacuum furnace at temperatures of 1300 ° C and 1600 ° C. FIG. 2 at ° C exposes each for 2 hours at 1600 ° C. As shown, tantalum wire doped with 100 ppm yttrium oxide and 400 ppm silicon exhibits incomplete recrystallization and non-uniform particle structure. As described above, the nonuniform particle structure is due to the granulation of yttrium particles. In contrast, the photomicrographs of FIGS. 1 and 2 prepared according to the method of Example 1 below show complete recrystallization and uniform particle structure.
제3도는 실시예 3의 규소 및 산화이트륨으로 도우핑한 탄탈 기재 와이어의 경우 발견되는 3.7 내지 5.9의 연성과 대조적인 실시예 1에 의해 제조된 본 발명의 12.6 내지 17.5의 개선된 연성을 나타낸다.3 shows the improved ductility of 12.6 to 17.5 of the present invention prepared by Example 1, in contrast to the 3.7 to 5.9 ductility found for the tantalum based wire doped with silicon and yttrium oxide of Example 3. FIG.
제4도는 실시예 7에서 제조된 탄탈 시트의 선택된 영역의 전자 회절 패턴을 나타낸다. 회절 점들의 상대적 위치 및 강도는 당업계의 숙련인들에게 공지되어 있는 바와 같이 이규소화몰리브덴을 의미하는 것이다.4 shows electron diffraction patterns of selected regions of the tantalum sheet prepared in Example 7. FIG. The relative position and intensity of the diffraction points means molybdenum silicide as known to those skilled in the art.
제5도는 제4도에서 표시된 회절 점과 관련된 영역의 암시야 투과 전자 현미경 사진에 의해 측정된 침전물의 형태를 나타낸다.FIG. 5 shows the shape of the precipitate as measured by dark field transmission electron micrographs of the areas associated with the diffraction points indicated in FIG. 4.
제1도 내지 제3도의 탄탈 기재 와이어는 일반적으로, 원추쌍형 배합기와 같은 기계적 수단으로 탄탈 분말을 규소 및 몰리브덴 분말과 함께 블렌딩시키는 방법으로 제조한다. 블렌딩한 분말은 60,000 PSI 에서 냉각 등유압 압축 성형시켜 막대로 만든다. 이어서 막대를 진공 챔버 중에 넣어 2350 내지 2400℃에서 약 4시간 동안 직접 저항 소결로 소결시킨다.The tantalum base wires of FIGS. 1 to 3 are generally manufactured by a method of blending tantalum powder with silicon and molybdenum powder by mechanical means, such as conical paired blenders. The blended powder is made into rods by cold isostatic compression molding at 60,000 PSI. The rods are then placed in a vacuum chamber and sintered by direct resistive sintering at 2350 to 2400 ° C. for about 4 hours.
도우핑한 탄탈 막대 원료를 사용하여 노 트레이 및 전자 부품용 리이드를 비롯한 각종 제련 제품을 생상할 수 있다. 간략하게 나타내기 위해, 하기 설명 및 실시예는 제련 와이어 제품에 대해 언급한다.Doped tantalum rod material can be used to produce a variety of smelting products, including furnace trays and leads for electronic components. For simplicity, the following description and examples refer to smelting wire products.
제련와이어는 소결시킨 막대를 20㎜×20㎜의 횡단면으로 압연시킨 다음 어닐링시켜 제조한다. 이 공정은 1300℃에서 2시간 동안 수행되며, 통상 표준진공 노 중에서 행한다. 이어서 어닐링시킨 막대를 9㎜×9㎜ 의 횡단면으로 압연시킨 다음 1300℃에서 2시간 동안 더 재어닐링시킨다. 각종 다이를 통해 인발시키고, 1300℃에서 어닐링시킴으로써 추가의 공정을 수행한다.Smelting wire is produced by rolling a sintered rod into a cross section of 20 mm x 20 mm and then annealing. This process is carried out at 1300 ° C. for 2 hours, usually in a standard vacuum furnace. The annealed rods are then rolled into a cross section of 9 mm × 9 mm and then reannealed at 1300 ° C. for 2 hours. Additional processes are performed by drawing through various dies and annealing at 1300 ° C.
탄탈 분말은 본 출원인인 캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)에 양도된 미합중국 특허 제4,684,399호에 기재되어 있는 방법을 비롯한 몇몇 방법에 의해 제조할 수 있다. 칼럼 4, 5 및 실시예 2 내지 9에 기재되어 있는 방법들을 본 명세서에서 참고로 포함시킨다.Tantalum powder can be prepared by several methods, including those described in US Pat. No. 4,684,399, assigned to Cabot Corporation. The methods described in columns 4, 5 and Examples 2-9 are incorporated herein by reference.
[실시예 1]Example 1
탄탈 분말을 규소 및 몰리브덴 분말(공칭 입자 크기 200 메쉬)과 블렌딩하여 탄탈 분말과 규소 400ppm 및 몰리브덴 200ppm(중량기준)의 표준 조성물을 얻었다. 블렌딩은 원추쌍형 배합기 중에서 약 2분 동안 행하였다. 블렌드의 총 중량은 약 22,680g(약 50lb)이었다. 출발 탄탈 분말의 물리적 및 화학적 성질은 하기 표 1에 나타내었다. 블렌딩한 분말은 60,000 PSI 에서 냉각 등유압 압축 성형하여 2개의 막대로 만들었다. 각 막대의 중량은 약 9,980g(약 22lb)이었다. 막대의 횡단면은 약 41㎜×41㎜이었다. 막대를 진공 노 중에서 직접 저항 소결로 소결시켰다. 소결 동안의 온도는 2350 내지 2400℃이었다. 막대를 이 온도 범위에서 약 4시간 동안 두었다.Tantalum powder was blended with silicon and molybdenum powder (nominal particle size 200 mesh) to obtain a standard composition of tantalum powder with 400 ppm silicon and 200 ppm molybdenum (by weight). Blending was performed for about 2 minutes in the cone pair blender. The total weight of the blend was about 22,680 g (about 50 lb). The physical and chemical properties of the starting tantalum powder are shown in Table 1 below. The blended powder was made into two rods by cold isostatic compression molding at 60,000 PSI. Each bar weighed about 9980 g (about 22 lb). The cross section of the rod was about 41 mm x 41 mm. The rod was sintered by direct resistance sintering in a vacuum furnace. The temperature during sintering was 2350 to 2400 ° C. The rod was left in this temperature range for about 4 hours.
소결시킨 막대를 20㎜×20㎜의 횡단면으로 압연시키고, 1300℃에서 약 2시간 동안 어닐링시켰다. 이어서, 막대를 9㎜×9㎜로 압연시킨 다음 추가로 2시간 동안 1300℃에서 재어닐링시켰다. 상기한 바와 같이, 막대를 각종 다이를 통해 연속적으로 인발시키고 약 1300℃의 온도에서 어닐링시켰다. 본 발명의 실시예들의 목적에 따라 생성된 최종 와이어 직경은 0.249㎜이다.The sintered rod was rolled to a cross section of 20 mm x 20 mm and annealed at 1300 ° C. for about 2 hours. The rod was then rolled to 9 mm × 9 mm and then reannealed at 1300 ° C. for a further 2 hours. As noted above, the rods were drawn continuously through various dies and annealed at a temperature of about 1300 ° C. The final wire diameter produced according to the purpose of embodiments of the present invention is 0.249 mm.
분석용 ASTM 시험 방법을 사용하여 본 발명의 도우핑한 탄탈 기재 분말 및 제품의 입자 크기(B-214), 낟알 크기(B-112) 및 인장 강도 및 신장율(E-8)을 측정하였다.The analytical ASTM test method was used to determine the particle size (B-214), grain size (B-112) and tensile strength and elongation (E-8) of the doped tantalum based powders and articles of the present invention.
[실시예 2]Example 2
본 실시예는 상업적으로 이용할 수 있는 제제의 제조 방법을 설명한다. 산화토륨을 이용한 마이크로 합금은 소결 동안에 질산토륨의 산화토륨으로의 분해를 통해 수행된다. 질산토륨 용액을 토륨이 약 100ppm(중량 기준)이 되도록 탄탈 분말과 혼합한다. 블렌드의 총 중량은 약 22,680g(약 50lb)이었다. 출발 탄탈 분말의 물리적 및 화학적 성질은 상기 표1에 나타내었다.This example describes a method of making a commercially available formulation. Microalloys using thorium oxide are carried out through the decomposition of thorium nitrate to thorium oxide during sintering. The thorium nitrate solution is mixed with tantalum powder such that thorium is about 100 ppm by weight. The total weight of the blend was about 22,680 g (about 50 lb). Physical and chemical properties of the starting tantalum powder are shown in Table 1 above.
블렌딩한 분말은 60,000 PSI에서 냉각 등유압 압축 성형시켜 2개의 막대로 만들었고; 각 막대의 중량은 약 9,980g(약 22lb)이었다. 막대의 횡단면은 약 41㎜×41㎜ 이었다. 막대를 직접 저항 소결에 의해 진공 소결시켰다. 소결 온도는 약 2350내지 2400℃이었다. 막대를 이 온도에서 약 4시간 동안 두었다.The blended powder was made into two rods by cold isostatic compression molding at 60,000 PSI; Each bar weighed about 9980 g (about 22 lb). The cross section of the rod was about 41 mm x 41 mm. The rod was vacuum sintered by direct resistance sintering. Sintering temperature was about 2350 to 2400 ℃. The rod was left at this temperature for about 4 hours.
소결시킨 막대를 실시예 1에 기재한 방법에 따라 가공하여 와이어로 만들었다.The sintered rod was processed according to the method described in Example 1 to make a wire.
[실시예 3]Example 3
탄탈 분말을 규소 및 산화이트륨 분말(공칭 입자 크기200 메쉬)과 블렌딩하여 탄탈 분말이 우세하게 많은, 규소 400ppm 및 산화이트륨 100ppm을 첨가한 표준 조성물을 얻었다. 블렌딩은 원추쌍형 배합기 중에서 약 2분 동안 행하였다. 블렌드의 총 중량은 약 22,680g(약 50lb)이었다. 출발 탄탈 분말의 물리적 및 화학적 성질은 표1에 나타내었다.Tantalum powder is silicon and yttrium powder (nominal particle size 200 mesh) to obtain a standard composition to which 400 ppm of silicon and 100 ppm of yttrium oxide were added, with a predominantly high number of tantalum powders. Blending was performed for about 2 minutes in the cone pair blender. The total weight of the blend was about 22,680 g (about 50 lb). The physical and chemical properties of the starting tantalum powder are shown in Table 1.
브렌딩한 분말을 실시예 2의 방법에 따라 막대로 가공한 다음 와이어로 만들었다.The blended powder was processed into a rod according to the method of Example 2 and then made into a wire.
[실시예 4]Example 4
실시예 1 및 3에서 얻은 와이어를 1300℃ 및 1600℃에서 진공 노 중에서 2시간 동안 어닐링시킨 후 평가하였다. 제1도 내지 제3도 및 표 2는 와이어의 미세구조, 물리적 및 기계적 특성을 나타낸다. 규소 및 산화이트륨을 함유하는 와이어에서는 재결정화 부족, 비정상적 입자 성장 및 이와 관련된 열등한 연성이 두드러지게 나타났다.The wires obtained in Examples 1 and 3 were evaluated after annealing in a vacuum furnace at 1300 ° C. and 1600 ° C. for 2 hours. 1 through 3 and Table 2 show the microstructure, physical and mechanical properties of the wire. Wires containing silicon and yttrium oxide were notable for lack of recrystallization, abnormal grain growth, and associated inferior ductility.
[실시예 5]Example 5
표 3은 실시예 1,2 및 3에서 제조한 직경 0.249㎜의 어닐링된 와이어의 미세구조, 기계적 및 화학적 성질을 나타낸다. 실시예 3에 의해 제조된 와이어의 미세구조는 실시예 1 및 2의 것들과는 상당히 상이하였다. 이것은 보다 높은 인장 강도 및 보다 낮은 연성을 설명하는 것으로서 이 두가지 요인은 모두 와이어의 가공 처리성에 악영향을 끼칠 수 있다.Table 3 shows the microstructure, mechanical and chemical properties of annealed wires of diameter 0.249 mm prepared in Examples 1,2 and 3. The microstructure of the wire produced by Example 3 was significantly different from those of Examples 1 and 2. This accounts for higher tensile strength and lower ductility, both of which can adversely affect the machinability of the wire.
[실시예 6]Example 6
실시예 1 및 2의 조성물을 대상으로 각종 중간 단계에서 실온에서의 인장 강도 및 연성을 평가하였다. 표 4는 이러한 시험의 결과를 나타낸다. 열거한 성질들에 있어서의 유사성은, 실시예 1의 조성물의 가공처리성이 실시예 2의 방법에 의해 제조한 와이어와 유사할 것이라는 것을 의미한다.The compositions of Examples 1 and 2 were evaluated for tensile strength and ductility at room temperature in various intermediate steps. Table 4 shows the results of these tests. Similarity in the properties listed means that the processability of the composition of Example 1 will be similar to the wire produced by the method of Example 2.
[실시예 7]Example 7
실시예 1의 조성물을 0.33㎜ 두께의 시트로 압연시켰다. 9㎜×9㎜의 어닐링된 막대를 2.3㎜ 두께의 시트로 압연시키고, 진공 노 중에서 2시간 동안 1300℃에서 어닐링시키고, 0.76㎜ 두께의 시트로 압연시키고, 진공 노 중에서 1300℃에서 2시간 동안 어닐링시켰다. 이것을 추가로 0.33㎜ 두께의 시트로 압연시키고 진공하게 1300℃에서 2시간 동안 어닐링시켰다.The composition of Example 1 was rolled into a 0.33 mm thick sheet. 9 mm x 9 mm annealed rods were rolled into 2.3 mm thick sheets, annealed at 1300 ° C. for 2 hours in a vacuum furnace, rolled to 0.76 mm thick sheets, and annealed at 1300 ° C. for 2 hours in a vacuum furnace. I was. It was further rolled into a 0.33 mm thick sheet and annealed under vacuum at 1300 ° C. for 2 hours.
저속력의 다이아몬드 톱을 사용하여 두께 약 250㎛의 디스크롤 절단하였다. 이어서 디스크를 50 내지 100㎛의 두께로 이온 밀링시킨 다음 미세천공이 생길 때까지 90% HSO+ 10%HF 용액 중에서 전기 연마시켰다. 천공 근처에서 투과 전자 현미경 사진 기술을 수행하였다.A low speed diamond saw was used to cut a discroll of about 250 μm in thickness. The disks were then ion milled to a thickness of 50-100 μm and then electropolished in 90% HSO + 10% HF solution until microporation occurred. Transmission electron microscopy techniques were performed near the perforations.
제6도는 샘플의 명시야 전자 현미경 사진이다. 선별된 영역의 회절 패턴을 제7도에 나타냈다. 회절 패턴을 결정학에서의 표준 방법을 사용하여 여러 점들에 대한 상대적 강도(I/Io) 및 평면 간격(d : 단위 = Å)에 대해 분석하였다. 제7도에서의 점의 d 및 I/Io를 표 5중의 MoSi에 대해 보고된 것과 비교하면 MoSi가 존재한다는 것을 확인할 수 있다.6 is a bright field electron micrograph of a sample. The diffraction pattern of the selected area is shown in FIG. Diffraction patterns were analyzed for relative intensities (I / Io) and plane spacing (d: unit = d) for several points using standard methods in crystallography. Comparing d and I / Io at points in FIG. 7 with those reported for MoSi in Table 5, it can be seen that MoSi is present.
침전물의 형태는 암시야 투과 현미경 사진에 의해 결정하였는데, 이를 제5도에 나타내었다. 침전물의 크기는 약 150Å이었다.The shape of the precipitate was determined by dark field transmission micrograph, which is shown in FIG. The size of the precipitate was about 150 mm 3.
당업계의 숙련자들은 상기한 설명내에서 많은 변화 및 변형이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 행해질 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명은 하기한 청구 범위에 기재된 내용을 제외한 이론 또는 세부적 사항에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.Those skilled in the art will appreciate that many changes and modifications within the above description may be made without departing from the spirit of the invention. It should be understood that the present invention is not limited by the theory or the details except as described in the claims below.
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