KR100436108B1 - 분말 야금을 위한 저산소 내열 금속 분말 - Google Patents

Abstract

목표 수준(예를들어, 300ppm) 보다 큰 산소량을 가진 Ta 또는 Nb 수소화물을 사용하여 성형 탄탈(Ta)/니오브(Nb) 분말 야금제품을 제조하기 위한 공정은, 보다 높은 산소 친화력을 가진 다른 금속의 존재 하에 금속 수소화물을 가열하는 단계, 다른 금속과 여하한 반응 부산물을 제거하여 목표수준이하의 산소량을 가진 금속 분말을 성형하는 단계 및 목표 수준이하의 산소량을 가진 상기 산소환원 Ta/Nb분말로부터 야금 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

Description

분말 야금을 위한 저산소 내열 금속 분말{LOW OXYGEN REFRACTORY METAL POWDER FOR POWDER METALLURGY}

본 발명은 탄탈(tantalum), 니오브(niobium) 및 저산소량을 가진 이들의 합금의 분말 및 제품과 이들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

탄탈, 니오브, 또는 이 두 금속의 합금, 또는 이 두 금속중 하나 또는 둘과 다른 금속과의 합금으로 된 분말 금속 제품을 제조하는 일반적인 방법은, 우선 분말을 바아(bar)나 로드(rod)와 같은 예비성형품(preform)으로 냉간등압압축(cold isostatically press)하는 것이다. 예비성형품은 비교적 고온에서 저항 소결(resistance sinter)되어 탄탈, 니오브 또는 이들의 합금의 성형 제품을 제조한다. 일반적으로 저항 소결을 위하여, 예비성형품의 양단을 고진공실(high vacuum chamber) 내의 수냉식 동단자 (water-cooled copper terminals) 사이에 클램프하고 나서, 예비성형품에 전류를 통과시켜서 예비성형품을 가열한다. 저항 소결은 산소량을 감소시킴과 동시에 예비성형품을 치밀화(densify)한다.

그러나 치밀화하고 산소를 제거하기 위하여 저항 소결을 이용하는 데 있어서는 많은 단점이 있다. 우선, 저항 소결은 어떤 제한된 형상의 제품, 일반적으로 바아나 로드와 같은 제품을 제조하기 위해서만 쓰일 수 있다. 저항 소결을 위하여, 예비성형품의 단면이 국부과열과 고온취성(hot shorting)을 방지하기 위하여 전류의 통로에 따라서 균일해야 한다. 게다가, 상기 단면은 상호연속된 기포 (interconnected porosity)가 사라지기 전에 예비성형품의 중심에서 산소저하가 발생하도록 충분히 작아야 한다. 효과적으로 산소를 제거하기 위해선, 최단치수가 약 1.5인치보다 큰 예비성형품은 저항 소결이 되지 않는다. 또한 예비성형품은 미지지 저항 소결(unsupported resistance sintering) 중에 크리프(creep) 및 고온프레싱과 연관된 처짐(sagging)을 방지할 정도로 충분히 작아야 한다. 따라서 예비성형품은 일반적으로, 약 35파운드(lbs) 보다 크지 않은 중량이다.

본 발명은 탄탈 또는 니오브 분말에 관한 것이며, 특히 로드, 와이어, 판, 포일 및 이외 다른 압연 제작된 부품으로 가공되거나, 표면 마무리 또는 작은 치수보정 보다 앞서 일반적인 분말 병합 방법(powder consolidation methods)에 의하여 망형(net- shape)으로 간단히 만들어질 수 있는 분말 야금 성분을 만드는데 사용될 수 있는 탄탈 분말에 관한 것이다. 그러한 제품은 또한, 치밀한 코팅을 충분히 하여 기타 압연 제품 또는 제작 부품의 표면 화학 처리를 수정하기 위하여 사용할 수 있다. 탄탈의 인곳트(ingot)로부터의 칩 또는 인코드를 수소화하여 분쇄(이러한 대량의 수소화결과로 얻은 취성을 이용)하여 분말 성형한 다음 탈수하여 탄탈 분말을 형성함으로서 전해질 커패시터(electrolytic capacitors)의 소결 양극으로 사용하기 위한 탄탈 분말을 만드는 것은 널리 공지되어 있다. 이러한 분말을 사용하여 저 전기누설 (leakage)을 가진 커패시터를 제조하는 것이 가능하며 그러한 방법은 니오브에도 적용할 수 있으나 아주 실용적인 것은 아니다.

분말 표면에서 효과적으로 산소를 게터(getter)하기 위하여 알칼리토 금속의 증기와 접촉함으로써 1차 또는 2차(집괴된(agglomerated))형태로(만들어진) 탄탈 또는 니오브커패시터 분말을 탈산하여 그것을 산 침출 또는 휘발시킴으로써 알칼리토 금속 산화물로서 제거하는 것 또한 공지되어 있다.

본 발명은 약 300ppm 미만의 산소량을 가진 탄탈 또는 니오브 또는 이들의 합금의 새로운 분말을 포함하는 것이다. 본인은 또한 이러한 분말을 제조하는 방법을 포함하는데, 이 제조 방법에서 탄탈, 니오브 또는 이들의 합금의 분말의 수소화물(hydride)을 마그네슘과 같은 산소 활성화(oxygen-active)금속의 존재 하에 가열하는 방법을 발견하였다.

본인은 또한 탄탈, 니오브 및 이들의 합금으로부터 성형된 약 300ppm미만의 산소량을 가진 성형 분말 금속 제품을 발견하였다. 본인은 또한 저항 소결하지 않고 약 300ppm 미만의 산소량을 가진 탄탈, 니오브 및 이들의 합금의 성형 분말 금속을 제조하기 위한 새로운 공정을 발견하였다.

본 발명은 아주 오래된 종래 기술에 의해 개발된 2가지 라인의 조합 및 변형을 사용하여, 압연 제품/제작 부품 제조에 사용 가능한 저산소량을 가진 아주 미세한 크기의 분말을 달성하고자 하는 것이다. 상기 일반적으로 분말의 미세한 크기( 및 관련된 큰 표면적)는 후속 처리 및 사용에 유해한 고 산소 포착(high oxygen pick-up)과 관계가 있다.

본 발명의 주 목적은 저산소량, 바람직하게는 평균 150 마이크로미터(미크론)크기 및 300ppm 미만의 저산소를 지닌 미세 탄탈 또는 니오브분말을 얻는 방법을 제공하는 것이다.

이것은 -150미크론의 탄탈 수소화물의 미세한 크기를 제공하여 그것을 수소화물중량의 1/2%미만의 소량의 마그네슘 또는 칼슘과 혼합함으로서 얻어진다. 수소화물과 같은 알칼리 토류 금속의 프리커서(precursor)도 역시 사용 가능하다. 이 혼합물을 경사가열과정(ramping up heating schedule)으로 가열하여 알칼리토금속을 증발시키고 증발에 의하여 산소의 환원을 개시하고 산소 반응을 완료하기 위하여 홀딩한 다음 냉각하고 산과 물세척을 하여 잔여 알칼리토 금속을 여과한 다음 건조하여 300ppm 산소 미만(일반적으로 150ppm미만)이고 입자크기가 150미크론 미만 FAPD(Fisher Average Particle Diameter = 피셔평균입경)의 탄탈 분말을 얻는다.

본 발명의 분말의 이점은 단일 방향의 기계적인 압착에 적합한 비교적 비구형(non-spherical)의 입자를 포함하고 있다는 것이다.

본 발명의 분말의 또 다른 이점은 냉간등압압축성형(cold isostatic pressing)에 적합한 비교적 작은 입자를 포함한다는 것이다.

본 발명의 탄탈, 니오브 또는 이들의 합금의 성형 제품의 이점은 약 300ppm 미민의 저산소량을 가지면서 여하한 형상이나 단면 또는 크기를 가질 수 있다는 것이다.

본 발명의 성형제품을 제조하기 위한 공정의 이점은 여하한 형상, 단면 또는 크기로되고 300ppm 미만의 저산소량을 가진 탄탈, 니오브 또는 합금 제품을 생산한다는 것이다.

본 발명은 또한 예컨대 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 레늄(Re)과 같은 기타 내열금속에도 적용이 가능하다.

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[실시예]

본 발명의 약 300ppm(parts per million=백만분율)미만의 산소량을 가진 탄탈, 니오브, 탄탈과 니오브합금의 분말은 다음방법에 의하여 제조된다.

1차 금속(탄탈, 니오브 또는 합금) 수소화물 분말을 칼슘 또는 마그네슘(후자가 더 바람직함)과 같은 1차 금속 보다 높은 산소 친화력을 가진 금속을 포함하는 진공실에 주입한다. 초기 수소화물 분말은 약 1000ppm미만의 산소량을 갖는 것이 바람직하다. 진공실을 탈산온도로 가열하여 약 300ppm미만의 산소 함유량을 가진 탄탈, 니오브 또는 탄탈과 니오브의 합금을 제조한다. 산소를 포함하는 마그네슘은 증발시킨 다음 분말의 선택적인 화학적 침출 또는 분해에 의하여 금속분말로부터 제거된다.

본 발명의 탄탈 또는 니오브의 합금은 탄탈 또는 니로브의 합금, 또는 이 두 금속 중 하나 또는 둘과 다른 금속과의 합금을 포함하며, 또한 예컨대 산화이트륨, 산화토륨, 또는 산화알미늄과 같은 탄탈 또는 니오브 산화물 보다 높은 자유 에너지 형태를 가진 산화물 또는 기타 탄탈, 니오브의 결합을 포함한다. 산화물은 약 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 또는 니오브로 혼합(blend)된다. 본 발명의 합금도 혼합산소량이 약 300ppm미만이면 탄탈 또는 니오브의 합금과 탄탈 또는 니오브분말로 혼합된 저산소량을 가진 합금요소를 포함한다. 본 발명의 합금들은 또한 탄탈 또는 니오브 수소화물의 합금 및 한가지 합금요소를 포함하며, 합금요소와 탄탈 또는 니오브 분말은 탈산전에 혼합되어서 약 300ppm미만의 산소량을 가지는 합금을 형성한다. 본 발명의 합금들은 또한 탄탈 또는 니오브의 합금과 한가지 합금 요소를 가지고 있으며 합금 요소와 관련된 산소첨가는 300ppm을 넘게 합금 산소량을 증가시키지 않는다.

상기와 같이 탄탈, 니오브와 이들 합금 성형 분말 금속 제품을 제조하기 위한 공정에서, 금속 수소화물 분말은 탈산되어 약 300ppm미만의 산소량으로 된다. 분말은 굳어져서(consolidated), 약 300ppm, 200ppm 또는 심지어 100ppm미만의 산소량으로도 가능하지만 대부분의 분말 야금목적을 위하여서는 약 100ppm 과 150ppm 사이가 바람직한 산소량을 가진 탄탈, 니오브 또는 합금 제품을 형성된다.

본 발명에 따라서 약 300ppm미만의 산소량을 가진 성형된 탄탈, 니오브 또는 합금 제품은 모든 공지된 분말 야금술에 의하여 금속 수소화 분말로부터 제조 가능하다. 이 제품을 성형하기 위하여 사용된 이러한 분말 야금술의 예들은 다음과 같으며, 여기에서 그 공정들이 실시 순서대로 나열되어 있다. 다음의 여하한 단일 기술 또는 일련의 기술도 본 발명에서 사용 가능하다:

· 냉간등압압축성형, 소결, 캡슐화, 열간등압압축성형 및 열간기계가공(thermomechanical processing);

· 냉간등압압축성형, 소결, 열간등압압착 및 열간기계가공;

· 냉간등압압착, 캡슐화, 열간등압압축성형 및 열간기계가공;

· 냉간등압압축성형, 캡슐화 및 열간등압압축성형;

· 캡슐화, 열간등압압축성형

· 냉간등압압축성형, 소결, 캡슐화, 압출 및 열간기계가공;

· 냉간등압압축성형, 소결, 압출 및 열간기계가공:

· 냉각등압압축성형, 소결, 및 압출:

· 냉간등압압축성형, 캡슐화, 압출 및 열간기계가공;

· 냉간등압압축성형, 캡슐화 및 압출;

· 캡슐화 및 압출;

· 기계압착, 소결 및 압출;

· 냉간등압압축성형, 소결, 캡슐화, 단조 및 열간기계가공;

· 냉간등압압축성형, 캡슐화, 단조 및 열간기계가공;

· 냉간등압압축성형, 캡슐화 및 단조;

· 냉간등압압축성형, 소결 및 단조;

· 냉간등압압축성형, 소결 및 롤링;

· 캡슐화 및 단조;

· 캡슐화 및 롤링;

· 냉간등압압축성형, 소결 및 열간기계가공

· 스프레이 용착(spray depositing);

· 기계압착 및 소결;

· 기계압착, 소결, 재압착 및 재소결;

· 플라스마열간압착;

· 플라스마열간압착 및 압출;

· 플라스마열간압착 및 열간기계가공;

· 플라스마열간압착, 압출 및 열간기계가공

경화(consolidating), 가열 및 변형의 기타 결합 또한 사용 가능하다.

본 발명의 제품과 방법에 대한 효과와 이점을 다음의 한정되지 않는 실시예로 보다 상세히 설명하고자 한다.

(실시예 1)

본 실시예는 아르곤의 분압하에 탄탈 수소화물의 탈산에 의하여 300ppm미만의 산소로 탄탈 분말의 제조를 설명한다. 상기와 같은 종래 방법에 의하여 만들어진 탄탈 수소화 분말은 0.3 중량% Mg 분말과 혼합되고 진공이되어 아르곤으로 채충전된 진공노 레토르트(vacuum furnace retort)에 배치된다. 노내압력은 아르곤 유동과 진공 펌프 작동에 의하여 100미크론으로 설정되었다. 노온도는 50℃ 증분으로 650℃로 경사지고 온도가 평형될 때까지 유지시킨 다음 50℃ 증분으로 950℃까지 경사진다. 온도가 950℃에서 평형 되면 2시간동안 유지된다. 950℃에서 2시간 후에 노를 차단하여 실온으로 냉각시켰다. 노가 냉각되면 그의 분말 내용물을 레토르트에서 제거하였다. 산소를 포함하는 마그네슘이 이제 산의 침출에 의하여 금속분말로부터 제거되었다. 거의 모든 수소내용물(탄탈의 일반 수소불순물을 제외하고)은금속수소화물로부터 추출되어 진공 펌프 시스템에 의하여 레토르트로부터 제거되었다.

이로부터 얻어진 탄탈 분말의 성질은 다음과 같았다:

입자크기: -100메쉬(150미크론미만)

산소: 240ppm

표면적: 462㎠/gm

산소비중: 0.52마이크로그램/㎠

(실시예 2)

이 실시예는 아르곤의 분압하에 탄탈 수소화물의 탈산에 의하여 200ppm 미만의 산소를 가진 탄탈 분말의 환원을 설명한다. 종래 방법으로 제조된 탄탈 수소화 분말을 0.3중량-% Mg과 혼합하여 진공이 되어 아르곤으로 재충전된 진공노 레토르트내에 넣는다. 노내압력은 아르곤 유동과 진공펌프 작동상태로 100미크론으로 설정되었다. 노온도는 50℃ 증분으로 850℃로 경사지고 온도가 평형이 될 때까지 유지한 다음 3시간동안 유지시켰다. 그 다음에 50℃ 증분으로 950℃에 이르기까지 경사 되었다. 온도가 950℃에서 평형이 되었을 때 2시간동안 유지시켰다. 950℃에서 2시간 후에 노를 차단시키고 실온에 이르기까지 냉각시켰다. 노가 냉각되었을 때 그의 분말내용물을 레토르트로부터 제거하였다. 그후, 산소를 포함하는 마그네슘은 산 침출에 의하여 금속 분말로부터 제거되었다.

이로부터 얻어진 탄탈 분말의 성질은 다음과 같았다:

입자크기: -100메쉬(150미크론미만)

산소: 199ppm

표면적: 465 ㎠/그램

산소비중: 0.43마이크로그램/㎠

(실시예 3)

실시예 3은 아르곤의 정압(positive pressure)하에 탄탈 수소화물의 탈산에 의하여 제조된 100ppm미만의 산소를 가진 탄탈 분말을 설명한다. 종래 방법으로 제조된 탄탈 수소화 분말을 0.3중량% Mg과 혼합한 다음 진공이 되어 아르곤으로 재충전된 프로덕션 진공노 레토르트(production vacuum furnace retort)에 넣는다. 노내압력은 아르곤 유동으로 860Torr로 설정하였다. 노온도는 50℃증분으로 650℃로 경사지고 온도가 평형이 될 때까지 유지시킨 다음 4시간동안 유지하였다. 그 다음에는 50℃ 증분으로 1000℃에 이르기까지 경사지게 되었다. 온도가 1000℃에서 평형이 될 때 6시간동안 유지시켰다. 1000℃에서 6시간 후에 노를 차단한 다음 실온에 이르기까지 냉각시켰다. 노가 냉각되었을 때 그의 분말 내용물을 레토르트로부터 제거시켰다. 그후, 산소를 포함하는 마그네슘은 산침출에 의하여 금속 분말로부터 제거시켰다.

이로부터 얻어진 결과의 탄탈 분말의 성질은 다음과 같았다:

입자크기: -100메쉬(150미크론이하)

산소: 77

표면적: 255㎠/gm

산소비중: 0.30마이크로그램/㎠

(실시예 4)

다음의 시험을 실시한 결과 본 발명의 탄탈, 니오브 또는 합금 분말은 압축성임을 알 수 있었고 본 발명의 분말의 강도도 알 수 있었다. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말은 출발 분말(starting powder)로 사용되었다. 출발 분말을 다이에 넣고 여러 압력 하에서 정제로 압착하였다. 압착 압력의 함수로서 정제의 밀도는 다음과 같았다:

이러한 결과는 본 발명의 분말이 압축성임을 제시하고 있다. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말을 기계적 압착 후에 본 발명의 분말 강도를 제시하기 위하여 다이에 넣고 여러 압력으로 압착하여 약 1/2인치 × 약 1/2인치, 약 1/2인치 × 약 2인치의 바아(bar)로 만들었다. 이러한 바아의 횡파열 강도는 다음과 같았다:

일반적으로 약 2000파운드/평방인치의 최소 강도가 압착 성형물의 정상적인 취급에 필요하다. 파열 강도 시험과 함께 압축성시험을 한 결과의 데이터는 이러한 강도 수준은 약 40,000PSI의 압력에서 성형된 본 발명의 분말로서 얻을 수 있음을 제시하고 있다.

(기타 실시예)

상기 제시된 실시예 이외에도 다음의 기타 실시예가 가능하다.

A. 300ppm미만의 산소량을 가진 성형 탄탈 제품의 제조 공정은 각종 공지된 Ta/Nb 분말을 냉간등압압축성형 하여 압축품(compact)을 형성 한 다음, 열간압축성형(HIP)과정을 거쳐서 상기 압축품을 치밀하게 한 다음 분말압착품의 열간기계가 공을 거쳐서 보다 더 치밀하게 하도록 결합을 완료시킨다. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈이 출발 분말로서 사용되는 것이 바람직하다. 이 분말은 60,000파운드/평방인치 및 실온에서 냉간등압압축되어 단면이 직사각형으로 압축품을 형성한 다음 밀폐캡슐화하고 섭씨 1300도 및 40,000파운드/평방인치에서 4시간동안 열간등압압축성형 (HIPed)될 수 있을 것이다. 이러한 열간등압압축된 압축품은 캡슐에서 제거하여 열간기계가공에 의하여 판재나 포일로 변환될 수 있을 것이다.

B. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소를 가진 탄탈 분말을 사용한 단지 냉간등압압축, 소결 및 열간기계 가공방법의 유사한 방법은 60,000파운드/평방인치의 냉간등압압축성형에 의해 바아형태의 예비성형품로 제조될 수 있다. 이러한 예비성형품은 약 0.001 Torr 미만의 진공에서 2시간동안 섭씨 1500℃(이론상 밀도의 0.53%, Th)에서 소결되어 약 95% Th의 밀도와 300ppm 미만의 산소를 가진 예비성형품을 얻게 될 것이다. 소결된 예비성형품은 열간기계가공과정에 의하여 판재 또는 포일로 변환 될 수 있을 것이다.

C. 300ppm미만의 산소량을 가진 성형 탄탈 바아와 와이어는 출발 분말로서 실싱예 1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈분말을 사용한 열간압출과 열간기계가공방법으로 만들 수 있을 것이다. 이러한 분말은 밀폐되게 캡슐 화한 다음 1000℃에서 원형 다이를 통하여 압출된다. 압출품은 300ppm미만의 산소량을 가질 것이다. 압출된 예비성형품은 열간기계가공 과정에 의하여 로드와 와이어로 변환되었다.

D. 또 다른 이와 같은 공정 순서는 출발 분말로 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말을 사용하는 냉간등압압축성형, 열간압출 및 열간기계가공이다. 이 분말은 냉간등압압축성형 되고, 밀폐캡슐화하여 1000℃에서 압출될 것이다. 압출제품은 약 300ppm의 산소량을 가질 것이다. 그것은 열간기계 가공과정에 의하여 로드와 와이어로 변환 될 것이다.

E. 출발 분말로서 예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말을 사용하여 열간압출 및 열간기계가공에 의하여 300ppm미만의 산소량을 가진 성형탄탈판재 또는 포일의 생산이 가능하다. 이 분말은 밀폐캡슐화한 다음 1000℃에서 직사각형 다이를 통해 압출되어 300ppm미만의 산소량을 가진 압출 제품을 생산할 수 있다. 압출제품은 열간기계가공에 의하여 판재나 포일로 변환될 수 있다.

F. 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 판재 또는 포일은 냉간등압압축성형, 열간압출 및 열간기계가공에 의하여 실시예1을 사용하여 생산 가능하다. 냉간등압 압축성형에 의하여 만들어진 이러한 압축품은 밀폐캡슐화한 다음 1000℃에서 압출되어 열간기계가공과정에 의하여 판재와 포일로 변환가능한 약 300ppm의 산소량을 가진 압출제품을 생산할 수 있을 것이다.

G. 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈제품은 기계적 압착, 소결, 재압착 및 재소결에 의하여 제조 가능하다. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300 ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말을 출발 분말로 사용 가능하다. 그것을 다이에 넣고 단축 압력(uniaxial pressure)을 사용하여 기계적으로 압착한다. 그 다음 압착된 정제(tablet)는 약 0.001 Torr 미만으로 된 진공실에서 2시간동안 1500℃에서 소결되어야 한다. 그 다음 소결된 정제는 약 0.001 Torr 미만의 진공에서 2시간동안 1500℃에서 재압착되고 재소결될 것이다. 재소결된 정제는 300ppm미만의 산소량을 가지며 성형 탄탈 제품을 생산하기 위하여 열간기계가공에 적합할 것이다.

H. 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 제품은 실시예 1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 출발 분말을 사용하여 스프레이 용착에 의하여 제조 가능하다. 이 분말을 스테인레스강으로 성형된 합금재 위에 0.01인치 두께에 이르기까지 스프레이 용착될 수 있다. 분말의 입자 크기, 유동성 및 산소량은 스프레이 용착에 의한 경화에 적합하게 될 것이다.

I. 플라스마활성소결(plasma activated sintering)은 300ppm미만의 산소량을 가진 성형 탄탈 제품의 생산을 위하여 사용 가능하다. 실시예1의 절차와 유사한 절차로 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말은 출발 분말로서 사용될 것이다. 그것을 탄탈 포일 라이닝된 흑연 다이에 주입하고 흑연 펀치를 양단으로부터 다이내로 삽입한다. 다이 펀치 어셈블리를 수냉된 강철 블록위에 올려놓는다. 또 다른 수냉된 강철 블록을 상부 펀치와 접촉시킨다. 수냉된 강철 블록은 상부의 유압 피스톤에 부착하고 베이스는 밑에 부착하여 경화중에 누적된 열을 발산시킨다. 상하수냉된 강철 블록은 또한 직류전원의 정, 부단자(positive and negative ends)에 부착되어 있다.

분말 충진 다이 펀치 어셈블리는 한 체임버에 제공된다. 이 체임버는 500 milliTorr로 진공상태로 유지되어야 한다. 경화는 2단계로 이루어질 것이다. 제1 단계에서 의도하는 바는 주로 입자표면의 플라스마 스퍼트링을 통해서 분말을 정화시키는 것이다. 약 4300psi의 압력을 펀치를 통하여 분말에 가하고 1000A의 펄스 직류 전류를 분말에 통과시킨다. 이러한 상태를 2분간 유지시킨다.

제2 단계 실시중 압력은 약 6500psi로 상승되고 4500A의 비펄스 직류 전류를 분말에 통과시킬 것이다. 이러한 상태를 2분간 유지시킨다. 사이클의 마지막 단계에서 펀치의 동력을 끊고 진공 펌프를 정지시킨 다음 진공실을 질소로 재충전한다. 다이 펀치 어셈블리를 실온에 이르도록 냉각시킨 다음 경화된 탄탈 샘플을 다이에서 제거한다. 경화 사이클은 약 8분간이 될 것이다. 소결된 예비성형품은 이론상 밀도의 95%를 넘는 밀도와 300ppm미만의 산소량을 가지게 될 것이다.

J. 300ppm미만의 산소를 갖는 니오브 분말은 아르곤 분압하에 니오브 수소화 물의 탈산에 의하여 생산 가능하다. 니오브 수소화 분말은 0.3중량-% Mg과 혼합되고 진공이 되어 아르곤으로 재충전된 진공노 레토르트내에 놓인다. 노내압력은 아르곤 유동과 진공 펌프 작동으로 100미크론으로 설정되었다. 노온도는 50℃ 증분으로 650℃에 이르도록 경사져서 온도가 평형이 될 때까지 유지된 다음 50℃ 증분으로 950℃에 이르도록 경사진다. 온도가 950℃에서 평형이 될 때 2시간동안 유지된다. 950℃에서 2시간 후에 노를 차단한다. 노가 냉각되면 그의 분말 내용물을 레토르트에서 제거한다. 그 후, 산소를 포함하는 마그네슘은 산침출에 의하여 금속 분말에서 제거되어 300ppm미만의 산소량을 가지는 결과물인 니오브분말을 생산하게 될 것이다.

K. 탄탈의 성형제품은 기계압착과 소결에 의하여 생산된다. 실시예1의 절차와 유사한 절차에 의하여 제조된 300ppm미만의 산소량을 가진 탄탈 분말을 출발 분말로서 사용하였다. 이 탄탈 분말을 다이에 넣고 단축 압력을 사용하여 이론상의 밀도의 약 80%의 압착 밀도를 가진 정제로 압착하였다. 그 후, 이 정제를 약 0.001Torr의 진공된 상태에서 2시간동안 1500℃에서 소결하였다. 이 최종 소결된 정제는 300ppm미만의 산소량을 가진다.

본 발명의 원리를 벗어남이 없이 수많은 변형과 수정이 이루어질 수 있음은 명백하다. 따라서, 본원에서 기술한 본 발명의 양태는 예시에 지나지 않고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아나는 것을 확실히 이해하여야 할 것이다.

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Claims (8)

1. 성형 분말 야금 제품을 제조하는 방법으로서,

   목표 수준보다 큰 산소량을 가진 내열 금속인 1차 금속의 수소화물 분말을 제공하는 단계,

   상기 수소화물보다 산소에 대하여 보다 높은 친화력을 가진 금속의 존재 하에서 상기 1차금속의 수소화물을 가열하여 단일 가열 사이클로 수소와 산소를 제거하는 단계,

   상기 1차 금속으로부터 산소에 대하여 보다 높은 친화력을 가진 금속을 제거하여 목표 수준미만의 산소량을 가진 금속 분말을 성형하는 단계와,

   상기 산소를 가진 금속 분말로부터 야금 제품(metallurgical product)을 성형하는 단계를 포함하는 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 야금 제품은 이론상 약 75 내지 92% 이상으로 상기 금속분말을 압축함으로서 성형되는 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 성형 단계는 (a)냉간등압압축성형, 열간등압압축성형과, 열간기계가공, (b)냉간등압압축성형, 진공소결 및 열간기계가공, (c)밀폐캡슐화, 열간압출 및 열간기계가공, (d)냉간등압압축성형, 밀폐캡슐화, 열간압출과, 열간기계가공과, (e)단축냉간압착, 진공소결, 재압착과, 재소결로된 순서의 그룹으로부터 선택된 단계 순서인 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 성형 단계는 스프레이 성형을 포함하는 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 성형 단계는 플라즈마 활성 소결을 포함하는 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차금속은 탄탈, 니오브와 이 두 금속의 합금이나 이들과 다른 금속과의 합금으로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택되는 성형 분말 야금 제품 제조 방법.
7. 제6항의 방법에 따라서 제조된 바와 같은 성형 분말 야금 제품.
8. 제1항의 방법에 따라서 제조된 성형 분말 야금 제품.