TW202212585A - 低氧ＡｌＳｃ合金粉末及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於AlSc合金粉末，其具有高純度和低氧含量，還關於其製造方法及其在電子產業的用途。

Description

低氧AlSc合金粉末及其製造方法
本發明係關於AlSc合金粉末，其具有高純度和低氧含量，還關於其製造方法及其在電子產業與電子部件的用途。
鈧係稀土金屬，其需求不斷提升，特別係在持續發展行動通訊技術、電動車和具特殊機械性質的高階鋁合金領域方面。作為合金成分，鈧和鋁一起用作如BAW（bulk acoustic wave，體聲波）濾波器的介電AlScN層、電子產業的電子部件及用於無線傳輸，例如WLAN和行動通訊。為此，AlSc濺射標靶先由AlSc合金粉末或元素製成、再用於製造介電層。
使用AlSc合金粉末的應用領域皆要求合金粉末必須具有高純度，導致鈧變得很難處理，因其會在空氣中形成自然氧化層。此外，由於極具反應活性且對氧有高親和力，鈧難以製成金屬或合金形式。是以需要高純度AlSc合金粉末及其製造方法。
通常，AlSc合金係藉由兩種金屬互相反應而得，其中鈧可藉由使ScF 3與鈣反應而事先製得。然此法的缺點在於，移除同時形成的CaF 2礦渣後，需利用高溫昇華來純化鈧，但大量雜質通常仍留在產物內，又因高溫所致，鈧還會遭坩堝材料污染。
另外，先前技術揭示一些製造方法，其中氯化鈧與鋁依以下反應式反應形成Al 3Sc： ScCl 3+ 4Al → Al 3Sc + AlCl 3。
除了ScCl 3對空氣和水解的高敏感性，所述製造方法的缺點為，除了目標化合物Al 3Sc，起始材料分解還會形成許多副產物，例如氧化鈧（Sc 2O 3）或氯氧化鈧（ScOCl），此如「W. W. Wendlandt; “The thermal decomposition of Yttrium, Scandium, and some rare-earth chloride hydrates”; J. Inorg. Nucl. Chem., 1957, Vol. 5, 118-122」所述。故ScCl 3*6H 2O分解會導致ScOCl和Sc 2O 3形成。為克服此缺點，已知一些涉及製造極純無水ScCl 3之方法。
WO 97/07057描述藉由使其水合鹽類脫水以製造基本上純且無水之稀土金屬鹵化物的方法，其中將水合稀土金屬鹵化物引入包含一個反應器或複數個耦接的反應器的流體化床系統，在高溫下添加氣態乾燥劑，以獲得具特定最大水含量且無氧化物雜質的稀土鹵化物，但其未提供有關氯氧化物污染的資訊。
EP 0 395 472係關於脫水稀土鹵化物，其具有0.01至1.5重量%的水含量和小於3重量%的鹵氧化物含量。脫水達成方式為使含至少一脫水鹵化化合物的氣流在150至350℃的溫度下通過待脫水化合物床。可為脫水鹵化化合物的有鹵化氫、鹵素、鹵化銨、四氯化碳、S 2Cl 2、SOCl 2、COCl 2及其混合物。然此文件未提及所述方法亦適於製造鈧。
US 2011/0014107亦揭示製造無水稀土金屬鹵化物的方法，其中漿料由稀土鹵化物水合物和有機溶劑製成，迴流加熱該漿料，最後蒸餾出漿料中的水。
CN 110540227描述製造高品質無水稀土金屬氯化物和溴化物的方法，其中稀土金屬鹵化物的水合物REX 3*xH 2O係先預乾燥以得到REX 3。預乾燥產物在隔離水與隔離氧條件及減壓下處理，並逐漸加熱至1500℃，利用昇華來分離REX 3與同時形成的氧化副產物。據報依此可得純度99.99%的稀土鹵化物。然特別係對於ScCl 3的製造，此法具有低產率的缺點，因為預乾燥時會形成許多氧化副產物，例如氧化鈧（Sc 2O 3）或氯氧化鈧（ScOCl）。
儘管先前技術已知製造高純度起始內含物以製造AlSc合金的方法，但至今仍不知如何在工業規模下將其轉化成預定AlSc合金並保持高純度。
在此方面，WO 2014/138813揭示由鋁和氯化鈧製造鋁鈧合金的方法，其中氯化鈧與鋁混合，接著加熱達600~900℃的溫度，及利用昇華移除形成的AlCl 3。除了目標化合物Al 3Sc，產物的XRD圖（圖8）顯示鈧金屬形成及些微Sc 2O 3污染；雖未明確指出，但此可從31.5 2θ°(Cu)和33 2θ°(Cu)處的無標記反射得知。
所有先前技術方法通常得到具較高氧含量及/或氯及/或氟鹵化物含量的Al 3Sc，此大大限制了這些粉末的可能用途。
為此，仍需適用電子產業和行動通訊技術的高純度鋁鈧合金（AlSc合金）及其製造方法。有鑑於此，本發明目的為提供適合上述用途的相應AlSc合金。
驚人地發現，此目的可利用具低氧與其他雜質含量的AlSc合金粉末達成，特別係低氯化物含量及/或氟化物含量。
因此，本發明首先提供具有Al xSc y之組成的合金粉末，其中利用X光螢光分析（XRF）測定，0.1≤y≤0.9且x=1−y，具有按金屬雜質計為99重量%以上的純度，其中利用載體氣體熱萃取法測定，合金粉末的氧含量按粉末總重量計為小於0.7重量%。
在一特定具體實例中，發明合金粉末具有Al xSc y之組成，其中利用X光螢光分析（XRF）測定，0.2≤y≤0.8，較佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。另外，合金粉末亦可包含不同組成的Al xSc y混合物。發明合金粉末特佳具有Al 3Sc之組成（x=0.75；y=0.25）或Al 2Sc之組成（x=2/3；y=1/3）及上述化合物的任何混合物。
在另一較佳具體實例中，發明合金粉末在各例中具有按金屬雜質計為99.5重量%以上、特佳99.9重量%以上的純度。
發明粉末的特徵尤在於低氧含量。故較佳具體實例為，合金粉末的氧含量在各例中按粉末總重量計為小於0.5重量%，更佳為小於0.1重量%，特佳為小於0.05重量%。粉末的氧含量可利用載體氣體熱萃取法測定。
驚人地發現，發明粉末特別適合要求高純度的應用。除了低氧含量，驚人地發現，粉末亦具低氯化物含量，此乃電子產業必不可缺。為此，較佳具體實例為，利用離子層析法測定，發明合金粉末的氯含量為小於1000 ppm，更佳為小於400 ppm，特佳為小於200 ppm，特別係小於50 ppm。
出於本發明目的，「ppm」在各例中意指按粉末總重量計的百萬分之一份。
實際上發現，特別係金屬鈧和氧化與含鹵素的雜質很難進一步加工；這些雜質通常可利用X光繞射法偵測。這些雜質不僅是鈧的氧化化合物，例如Sc 2O 3和ScOCl，還有使用反應劑引入的氧化雜質。故本發明較佳具體實例為，發明合金粉末的X光繞射圖不具選自由以下化合物所組成群組的反射：Sc 2O 3、ScOCl、ScCl 3、Sc、X 3ScF 6、XScF 4、ScF 3和其他氧化雜質與氟化外來相，其中X係鉀或鈉離子。其他氧化雜質例如為MgO、Al 2O 3、CaO及/或MgAl 2O 4。
另外，較佳具體實例為，利用ICP-OES測定，發明合金粉末的鎂含量為小於5000 ppm，更佳為小於2500 ppm，特佳為小於500 ppm，特別係小於100 ppm。在另一較佳具體實例中，利用ICP-OES測定，發明合金粉末的鈣含量為小於5000 ppm，更佳為小於2500 ppm，特佳為小於500 ppm，特別係小於100 ppm。在又一較佳具體實例中，利用ICP-OES測定，發明合金粉末的鈉含量為小於5000 ppm，更佳為小於2500 ppm，特佳為小於500 ppm，特別係小於100 ppm。出於本發明目的，術語「鎂含量」、「鈉含量」和「鈣含量」涵蓋元素與離子。
在再一較佳具體實例中，利用離子層析法測定，發明合金粉末的氟含量為小於1000 ppm，更佳為小於400 ppm，特佳為小於200 ppm，特別係小於50 ppm。
發明合金粉末特別適合在電子產業中進一步加工，例如作為用於製造濺射標靶的前驅物及由此製得介電層，不僅具高純度，重要的是還有適當粒徑。為此，較佳具體實例為，依據ASTM B822-10測定，合金粉末的粒徑D90為小於2毫米（mm），更佳為100微米（μm）至1 mm，特佳為150 μm至500 μm。粒徑分布D90係90體積%的顆粒的粒徑等於或小於所示粒徑值。
本專利申請案更提供製造發明合金粉末的方法，其使鈧源在存有還原劑下與鋁金屬或鋁鹽反應以得到Al xSc y，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。根據本發明，還原劑不同於鋁或鋁鹽，且不含任何鋁。鋁鹽較佳為選自由X 3AlF 6、XAlF 4、AlF 3、AlCl 3所組成群組的鹽類，其中X係鉀或鈉離子。驚人地發現，本發明的方法可避免或顯著減少不當氧化雜質形成，以此方式可得到具高純度與低氧含量的AlSc合金粉末。
雖然習知製造方法通常不得不以昂貴方式製得的ScCl 3或Sc金屬為起始材料，但發明方法的特徵在於，反應亦可從鈧的氧化物和氯氧化物及遭ScOCl及/或Sc 2O 3污染的ScCl 3著手進行，故不需如先前技術所述複雜地脫水或純化原料。為此，發明方法的較佳具體實例為，鈧源選自Sc 2O 3、ScOCl、ScCl 3、ScCl 3*6H 2O、ScF 3、X 3ScF 6、XScF 4及上述化合物混合物，其中X係鉀或鈉離子。
茲發現鹼金屬和鹼土金屬特別適合用作發明方法的還原劑。在一較佳具體實例中，還原劑故選自由鋰、鈉、鉀、鎂和鈣所組成的群組，根據本發明，鈉和鉀特別用於鈧氟化物反應，鎂和鈣用於鈧氯化物反應。使用所述還原劑的優點為，還原形成的還原劑氧化產物，例如MgO、MgCl 2和NaF，可輕易洗滌移除。因此，較佳方法具體實例更包含洗滌獲得合金粉末的步驟。例如，蒸餾水及/或稀礦酸可用於洗滌粉末，例如H 2SO 4和HCl。
驚人地發現，以蒸氣形式引入還原劑時，可進一步減少雜質引入。為此，較佳具體實例為，還原劑以蒸氣形式使用。
茲發現ScCl 3、ScOCl及/或Sc 2O 3或上述化合物混合物作為鈧源與鋁金屬和鎂作為還原劑反應時特別有效。在此驚人地發現，若鋁金屬和鎂在反應前預合金化，則可進一步提高所得AlSc合金粉末的純度。為此，發明方法的較佳具體實例為，鋁金屬和鎂以Al/Mg合金形式與ScCl 3、ScOCl及/或Sc 2O 3或上述化合物混合物反應以得到Al xSc y，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。
茲發現特別有利的是，鋁金屬及/或Al/Mg合金以粗粉形式使用，因依此方式可減少引入出自起始材料的表面氧，從而可進一步減少所得合金粉末的氧含量。為此，較佳具體實例為，鋁金屬及/或Al/Mg合金以粉末形式存在，其中利用ASTM B822-10測定，粉末的平均粒徑D50較佳為大於40 μm，更佳為100 µm至600 µm，又D90為大於 300 µm，較佳為500 µm至2 mm。粒徑分布D90值係按顆粒的體積有90%的粒徑等於或小於所示粒徑值；同樣地，D50值係按顆粒的體積有50%的粒徑等於或小於所示粒徑值。
在一較佳具體實例中，發明方法可在遠比先前技術習用溫度低的溫度下施行，故可避免在合金粉末中嵌入氧化還原劑，例如MgCl 2或MgO，從而提高粉末純度。據察因Al與Mg形成合金的熔點降低，此尤其適用Al/Mg合金。為此，發明方法的較佳具體實例特徵在於，反應係在400至1050℃、較佳400至850℃、特佳400至600℃的溫度下施行。反應時間在此較佳為0.5至30小時，更佳為1至24小時。
特別係在使用鋁金屬和鎂且ScCl 3用作鈧源的情況下，茲發現將反應物分別汽化、再在反應空間中以蒸氣形式結合是有利的。依此，可在反應前分離出起始材料的氧化雜質。故較佳具體實例為，將ScCl 3和鋁金屬與鎂分別汽化，接著在反應空間中以氣態結合並反應而得組成Al xSc y的合金粉末，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。
驚人地發現，在本文中，本發明的AlSc合金粉末亦可由氟化鈧鹽獲得。為此，發明方法的較佳替代具體實例為，使氟化鈧鹽與鋁金屬或鋁鹽在存有鈉或鉀下反應而得組成Al xSc y的合金粉末，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。氟化鈧鹽較佳選自由ScF 3、XScF 4、X 3ScF 6及上述化合物混合物所組成的群組，其中X係鉀或鈉或其混合物。鋁鹽較佳選自由AlF 3、X 3AlF 6和XAlF 4所組成的群組，其中X係鉀或鈉離子。
還原在此可以綜合還原劑或蒸氣還原劑施行。另外，還原亦可在熔體內施行。根據本發明的替代方案的優點在於，不像氯化物，鈧氟化物既穩定且在空氣中較不吸濕，又可由水溶液沉澱獲得。因此，其可在空氣中處理，是以更易用於工業製程。
本發明的方法能製造具低氧含量的特純AlSc合金粉末。本發明故進一步提供具有Al xSc y之組成的合金粉末，其中利用X光螢光分析法（XRF）測定，0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y，其可由本發明方法獲得。利用載體氣體熱萃取法測定，依此方式所得粉末的氧含量在各例中按粉末總重量計較佳為小於0.7重量%，更佳為小於0.5重量%，特佳為小於0.1重量%，特別係小於0.05重量%。依此方式所得粉末特佳具有上述性質。
發明合金粉末具有高純度和低氧含量，因而特別適用電子產業。本發明故進一步提供發明合金粉末在電子產業或電子部件的用途，特別係用於製造濺射標靶和BAW濾波器。
本發明將藉助以下實施例加以說明，但此在任何情況下都不應解釋為對發明概念的限制。 實施例： 1. 製造所用鈧源ScCl 3和ScOCl（前驅物P1~P5）
ScCl 3係以類似表1概述先前技術的方式製造。在此，在各例中，ScCl 3*6H 2O（純度Sc2O3/TREO 99.9%）用作起始材料，其可取自Shinwa Bussan Kaisha, Ltd.。
P1：在P1例中，反應係在720℃下在氬流中且無添加NH 4Cl下施行，計2小時。
P2：P2係基於EP 0 395 472 A1的實施例2，但其所述NdCl 3*6H 2O以相應Sc化合物—ScCl 3*6H 2O代替。
P3：P3係基於CN110540117A的實施例5，但其所述LaCl 3*7H 2O/CeCl 3*7H 2O混合物以相應水合物—ScCl 3*6H 2O代替。
P4：使用純相ScOCl作為P4，其係藉由在HCl氣流中在熔融石英管內且無添加NH 4Cl下以900℃熱處理ScCl 3*6H 2O 2小時而製造。
P5：使用Sc 2O 3（純度Sc2O3/TREO 99.9%）作為P5，其可取自Shinwa Bussan Kaisha, Ltd.。
由X光繞射圖（XRD）測定各產物的相組成及氧含量和殘餘H 2O含量亦列於表1。 2. 比較實驗C1~C7
對於比較實驗C1~C6，依表2所示混合含鈧前驅物P1~P5與鋁或鎂粉，及引至陶瓷坩堝內。所用鋁粉的平均粒徑D50為520 μm，所用鎂粉的平均粒徑D50為350 μm。隨後依表2指示在氬大氣中進行熱反應。隨之用稀硫酸洗滌各反應產物、在對流乾燥箱中乾燥至少10小時，然後進行化學分析和X光繞射法檢驗。結果亦列於表2。
對於比較實驗C7，使用前驅物P3（ScCl 3）和平均粒徑D50為14 μm的鋁粉複製WO 2014/138813A1的實施例2。在類似其所述條件下反應後可得具以下性質的粉末： X光繞射（XRD）：Al 3Sc； 化學分析：氧0.81重量%，Cl 15000 ppm，F＜50 ppm，Mg＜10 ppm，Na＜10 ppm，Ca＜10 ppm； X光螢光分析（XRF）：Al：Sc比=0.77：0.23； 粒徑D50：25 µm。
在所有實驗中，所有金屬雜質（包括Mg、Ca和Na）總計為＜500 ppm。 3. 根據本發明的實驗 a) E1~E8
對於實驗E1~E8，以類似比較實驗C1~C7的方式，依表3所示混合含鈧前驅物P1~P5與粉狀Al和Mg或Al/Mg合金（Al為69重量%，Mg為31重量%），及引至陶瓷坩堝內。所用鋁粉的平均粒徑D50為520 μm，鎂粉為350 μm，Al/Mg合金為380 μm。依表3指示在鋼製蒸餾器中進行熱反應，並在整個反應時間內通入氬。隨之用稀硫酸洗滌各反應產物、在對流乾燥箱中乾燥至少10小時，然後進行化學分析和X光繞射法檢驗。結果亦列於表3。在所有實驗中，鈉與鈣含量在各例中均＜10 ppm。在所有實驗中，所有金屬雜質（包括Mg、Ca和Na）總計為＜400 ppm。 b) 實驗E9~E34
依表3及表4所示比例使用含鈧和含鋁前驅物，及散佈到多細孔鈮片上。將此置於鋼製還原容器，容器已填充反應所需加上按化學計量多50%的鈉量。鈮片放在鈉上方且不與鈉直接接觸。反應在鋼製蒸餾器中進行，並在整個反應時間內通入氬。讓鈉蒸發，使前驅物還原成元素Sc和Al，其經 原位反應而得標靶合金。
反應後，用空氣仔細鈍化蒸餾器，接著移出鋼製還原容器。用水洗掉反應產物中反應期間形成的氟化鈉，然後在低溫下乾燥產物。在所有實驗中，鈣含量為＜10 ppm，鈉含量為＜50 ppm。在所有實驗中，所有金屬雜質（包括Mg、Ca和Na）總計為＜400 ppm。 c) 實驗E35~E42
混合含鈧和含鋁前驅物（參見表4），且和反應所需加上按化學計量多5%的鈉量一起引入鈮容器。反應在鋼製蒸餾器中進行，並在整個反應時間內通入氬。前驅物由鈉還原成元素Sc和Al，其經 原位反應而得標靶合金。
反應後，用空氣仔細鈍化蒸餾器，接著移出鋼製還原容器。過量鈉藉由與乙醇反應而溶解，剩餘固體則用水洗滌。在此，將洗掉反應產物中的氟化鈉及/或氯化鈉，然後在低溫下乾燥產物。在所有實驗中，鈣含量為＜10 ppm，鈉含量為＜50 ppm。在所有實驗中，所有金屬雜質（包括Mg、Ca和Na）總計為＜400 ppm。
粉末的氧含量係利用載體氣體熱萃取法測定（Leco TCH600），粒徑D50和D90分別利用雷射光散射法測定（ASTM B822-10，MasterSizer S，分散於水中，及Daxad 11.5分鐘超音波處理）。金屬雜質微量分析係利用ICP-OES（具感應耦合電漿的光學發射光譜）及使用下述分析儀器PQ 9000（Analytik Jena）或Ultima 2（Horiba）施行，晶相組成測定係以粉狀樣品進行並利用X光繞射法（XRD）及使用Malvern-PANalytical的儀器（X´Pert-MPD Pro，具備半導體偵測器、具40 KV/40mA的X光管Cu LFF、Ni濾波器）。鹵化物F和Cl的測定係以離子層析法（ICS 2100）為基礎。Malvern-PANalytical的儀器Axios和PW2400用於鋁與鈧的X光螢光分析（XRF）。
以%記述的所有化學元素含量皆為重量%，在各例中係按粉末總重量計。在各例中按金屬雜質計的純度（單位為重量%）係從100%理想值扣除依重量%測定的所有金屬雜質。Al：Sc比係由利用XRF測定的Al與Sc含量計算而得。
縮寫TREO代表總體稀土元素氧化物。 表1：ScCl 3前驅物製造
實驗編號 標靶產物 先前技術 製造 產物 XRD 產物 O [%] 產物 殘餘H 2O [%]
P1 ScCl 3 W. W. Wendlandt等人 在氬流中且無添加NH 4Cl下加熱ScCl 3*6H 2O達720℃ ScOCl、ScCl 3 7.1 0.5
P2 ScCl 3 EP0395472A1 類似實施例2，但ScCl 3*6H 2O取代NdCl 3*6H 2O ScCl 3、ScClO 2.5 0.03
P3 ScCl 3 CN110540117A 類似實施例5，但ScCl 3*6H 2O取代LaCl 3*7H 2O/CeCl 3*7H 2O混合物 ScCl 3 0.09 0.003
表2：製造AlSc合金粉末的比較實施例
實驗編號 Sc前驅物製造 Sc前驅物量 Al Mg Al/Mg合金 69重量% Al/31重量% Mg 反應溫度 反應時間 產物 XRD 產物 XRF Al：Sc比例 產物 O 產物 Cl 產物 F 產物 Mg
    [克] [克] [克] [克] [℃] [小時] 結果   [%] ppm ppm ppm
C1 Sc 2O 3(P5) 200 0 210 0 950 3 Sc 2O 3 無法測定 35.0 ＜50 ＜50 480
C2 Sc 2O 3(P5) 200 640 0 0 950 3 Sc 2O 3 無法測定 34.9 ＜50 ＜50 ＜10
C3 ScClO，出自P4 200 640 0 0 950 3 ScClO 無法測定 16.0 370000 ＜50 ＜10
C4 ScCl 3，出自P1 200 220 0 0 800 3 Al 3Sc+ScClO -- 4.1 27000 ＜50 ＜10
C5 ScCl 3，出自P2 200 220 0 0 800 3 Al 3Sc+ScClO -- 2.2 33000 ＜50 ＜10
C6 ScCl 3，出自P3 200 220 0 0 800 3 Al 3Sc 0.77：0.23 0.75 12000 ＜50 ＜10
表3：由ScCl 3前驅物製造AlSc合金粉末的發明實施例
實驗 Sc前驅物製造 Sc前驅物量 Al Mg Al/Mg合金 69重量% Al/31重量% Mg Na   反應溫度 反應時間 產物 XRD 產物 XRF Al：Sc比 產物 O 產物 Cl 產物 F 產物 Mg 產物 D90
    [克] [克] [克] [克] [克]   [℃] [小時] 結果   [%] ppm ppm ppm µm
E1 Sc 2O 3，出自P5 200 0 0 680 0 混合 500 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.590 ＜50 ＜50 ＜10 202
E2 ScClO，出自P4 200 0 0 680 0 混合 500 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.489 180 ＜50 ＜10 180
E3 ScCl 3，出自P1 200 220 100 0 0 混合 800 3 Al 3Sc 0.75 0.25 0.410 185 ＜50 266 420
E4 ScCl 3，出自P1 200 0 0 320 0 混合 500 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.095 ＜50 ＜50 25 168
E5 ScCl 3，出自P2 200 220 100 0 0 混合 800 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.310 168 ＜50 401 550
E6 ScCl 3，出自P3 200 220 100 0 0 混合 800 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.078 128 ＜50 330 430
E7 ScCl 3，出自P3 200 220 100 0 0 混合 670 3 Al 3Sc 0.75：0.25 0.049 ＜50 ＜50 94 358
E8 ScCl 3，出自P3 200 0 0 320 0 混合 500 3 Al 3Sc 0.74：0.26 0.033 ＜50 ＜50 35 210
E9 ScCl 3，出自P2 200 107 0 0 137 氣態 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.048 ＜50 ＜50 ＜10 290
E10 ScCl 3，出自P1 200 107 0 0 137 氣態 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.078 ＜50 ＜50 ＜10 277
E11 ScCl 3，出自P3 200 107 0 0 137 氣態 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.038 ＜50 ＜50 ＜10 250
E12 ScCl 3，出自P3 200 89 0 0 137 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.72：0.28 0.069 ＜50 ＜50 ＜10 233
E13 ScCl 3，出自P3 200 98 0 0 137 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.73：0.27 0.046 ＜50 ＜50 ＜10 231
E14 ScCl 3，出自P3 200 80 0 0 137 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.69：0.31 0.105 ＜50 ＜50 ＜10 241
表4：由Sc氟化物製造AlSc合金粉末的發明實施例
實驗 Sc前驅物 Sc前驅物量 Al前驅物量 Na   反應溫度 反應時間 產物 XRD 產物 XRF Al：Sc比 產物 O 產物 Cl 產物 F 產物 Mg 產物 D90
    [克] [克] [克]   [℃] [小時] 結果   [%] ppm ppm ppm µm
E15 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 550 Na 3AlF 6 363 氣態 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.097 ＜50 ＜100 ＜10 240
E16 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 370 Na 3AlF 6 271 氣態 750 4 Al 2Sc 0.66：0.34 0.189 ＜50 ＜100 ＜10 280
E17 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 460 Na 3AlF 6 317 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.72：0.28 0.102 ＜50 ＜100 ＜10 301
E18 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 505 Na 3AlF 6 340 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.74：0.26 0.150 ＜50 ＜100 ＜10 250
E19 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 415 Na 3AlF 6 294 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.68：0.32 0.209 ＜50 ＜100 ＜10 260
E20 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 495 AlF 3 811 氣態 750 4 Al 3Sc 0.74：0.26 0.044 ＜50 ＜100 ＜10 180
E21 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 330 AlF 3 609 氣態 750 4 Al 2Sc 0.65：0.35 0.204 ＜50 ＜100 ＜10 153
E22 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 415 AlF 3 710 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.73：0.27 0.134 ＜50 ＜100 ＜10 181
E23 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 455 AlF 3 760 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.75：0.25 0.072 ＜50 ＜100 ＜10 145
E24 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 375 AlF 3 660 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.69：0.31 0.133 ＜50 ＜100 ＜10 175
E25 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 70 Al 91 氣態 750 4 Al 3Sc 0.73：0.27 0.048 ＜50 ＜100 ＜10 350
E26 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 47 Al 91 氣態 750 4 Al 2Sc 0.69：0.31 0.292 ＜50 ＜100 ＜10 365
E27 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 58 Al 91 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.72：0.28 0.185 ＜50 ＜100 ＜10 342
E28 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 53 Al 91 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.74：0.26 0.064 ＜50 ＜100 ＜10 329
E29 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 64 Al 91 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.69：0.31 0.306 ＜50 ＜100 ＜10 335
E30 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 6 123 Al 144 氣態 750 4 Al 3Sc 0.74：0.26 0.032 ＜50 ＜100 ＜10 201
E31 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 6 82 Al 144 氣態 750 4 Al 2Sc 0.64：0.36 0.288 ＜50 ＜100 ＜10 185
E32 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 6 103 Al 144 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.7：0.3 0.159 ＜50 ＜100 ＜10 189
E33 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 6 113 Al 144 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.75：0.25 0.044 ＜50 ＜100 ＜10 209
E34 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 6 93 Al 144 氣態 750 4 Al 2Sc、Al 3Sc 0.71：0.29 0.233 ＜50 ＜100 ＜10 195
E35 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 550 Na 3AlF 6 254 混合 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.120 ＜50 ＜100 ＜10 112
E36 Na 3ScF 6/Na 3AlF 6 200 Na 3ScF 6 370 Na 3AlF 6 190 混合 750 4 Al 2Sc 0.64：0.36 0.381 ＜50 ＜100 ＜10 131
E37 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 495 AlF 3 568 混合 750 4 Al 3Sc 0.75：0.25 0.136 ＜50 ＜100 ＜10 260
E38 AlF 3/ScF 3 200 ScF 3 330 AlF 3 426 混合 750 4 Al 2Sc 0.69：0.31 0.299 ＜50 ＜100 ＜10 251
E39 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 70 Al 64 混合 750 4 Al 3Sc 0.74：0.26 0.211 ＜50 ＜100 ＜10 321
E40 Na 3ScF 6/Al 200 Na 3ScF 6 47 Al 64 混合 750 4 Al 2Sc 0.65：0.35 0.273 ＜50 ＜100 ＜10 309
E41 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 4 123 Al 101 混合 750 4 Al 3Sc 0.76：0.24 0.085 ＜50 ＜100 ＜10 150
E42 NaScF 4/Al 200 Na 3ScF 4 82 Al 101 混合 750 4 Al 2Sc 0.68：0.32 0.349 ＜50 ＜100 ＜10 179
從表3和表4的數據可知，發明合金粉末的特色不僅在於低氧含量，還有低氯與氟含量，此非先前技術已知方法所能達成。另外，所示實驗顯示，發明方法亦能由鈧的氧化物、氟化物和氯化物著手製造高純度的AlSc合金粉末，藉此可免去複雜的起始材料後處理（work-up）。
無
圖1顯示ScCl 3前驅物P2的X光繞射圖。
圖2顯示ScCl 3前驅物P3的X光繞射圖。
圖3顯示比較實施例C5的AlSc合金粉末的X光繞射圖。
圖4顯示根據本發明實施例E7的AlSc合金粉末的X光繞射圖。
圖5顯示根據本發明實施例E13的AlSc合金粉末的X光繞射圖。
根據本發明所示之兩個AlSc合金粉末的X光繞射圖，係代表根據本發明所述之所有實驗E1至E42。從所提供之圖型的比較可知，根據本發明的粉末繞射圖，除了所欲之AlSc目標化合物的反射之外未顯示任何其他反射。
無

Claims (15)

  1. 一種合金粉末，具有Al xSc y之組成，其中0.1≤y≤0.9且x=1−y，並具有按金屬雜質計為99重量%以上的純度，其中利用載體氣體熱萃取法測定，該合金粉末的氧含量按該粉末總重量計為小於0.7重量%。
  2. 根據請求項1之合金粉末，其特徵在於，利用離子層析法測定，該合金粉末的氯含量為小於1000 ppm，較佳為小於400 ppm，特佳為小於200 ppm。
  3. 根據請求項1及2中至少一項之合金粉末，其特徵在於，該粉末的X光繞射圖不具選自由以下化合物所組成群組的反射：Sc 2O 3、ScOCl、ScCl 3、Sc、Al 2O 3、X 3ScF 6、XScF 4、ScF 3和其他氧化與氟化外來相，其中X係鈉或鉀離子。
  4. 根據前述請求項中至少一項之合金粉末，其特徵在於，利用ICP-OES測定，該合金粉末的鎂含量為小於5000 ppm，較佳為小於2500 ppm，特佳為小於500 ppm，特別係小於100 ppm。
  5. 根據前述請求項中至少一項之合金粉末，其特徵在於，依據ASTM B822-10測定，該合金粉末的粒徑分布D90為小於2 mm，較佳為100 μm至1 mm。
  6. 根據前述請求項中至少一項之合金粉末，其特徵在於，利用離子層析法測定，該合金粉末的氟化物含量為小於1000 ppm，較佳為小於400 ppm，特佳為小於200 ppm。
  7. 一種製造如請求項1至6中至少一項之合金粉末的方法，其特徵在於，使鈧源在存有還原劑下與鋁金屬或鋁鹽反應而得Al xSc y，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。
  8. 根據請求項7之方法，其特徵在於，該鈧源選自由Sc 2O 3、ScOCl、ScCl 3、ScCl 3*6H 2O、ScF 3、X 3ScF 6和XScF 4及上述化合物混合物所組成的群組，其中X係鉀或鈉離子。
  9. 根據請求項7至8中至少一項之方法，其特徵在於，該還原劑選自由鎂、鈣、鋰、鈉和鉀所組成的群組。
  10. 根據請求項7至9中至少一項之方法，其特徵在於，該鋁金屬和鎂以Al/Mg合金形式與該鈧源反應而得Al xSc y，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。
  11. 根據請求項7至10中至少一項之方法，其特徵在於，該鋁金屬及/或Al/Mg合金以粉末形式存在，其中利用ASTM B822-10測定，該粉末的平均粒徑D50較佳為大於40 μm，更佳為100 μm至600 μm，且D90為大於300 μm，較佳為500 μm至2 mm。
  12. 根據請求項7至9中至少一項之方法，其特徵在於，使氟化鈧鹽與該鋁金屬或鋁鹽一起在存有鈉或鉀下反應而得合金粉末，該合金粉末具有Al xSc y之組成，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y。
  13. 根據請求項7至12中至少一項之方法，其特徵在於，該反應係在400至1050℃、較佳400至850℃的溫度下施行。
  14. 一種合金粉末，具有Al xSc y之組成，其中0.1≤y≤0.9，較佳為0.2≤y≤0.8，特佳為0.24≤y≤0.7，且在各例中，x=1−y，其可由如請求項7至13中至少一項之方法獲得。
  15. 一種如請求項1至6中至少一項之合金粉末或如請求項14之合金粉末的用途，用於電子產業的電子部件。
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