JPH01242733A - 希土類金属−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法および希土類金属−遷移金属ターゲットの製造方法 - Google Patents

希土類金属−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法および希土類金属−遷移金属ターゲットの製造方法

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JPH01242733A
JPH01242733A JP6883088A JP6883088A JPH01242733A JP H01242733 A JPH01242733 A JP H01242733A JP 6883088 A JP6883088 A JP 6883088A JP 6883088 A JP6883088 A JP 6883088A JP H01242733 A JPH01242733 A JP H01242733A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光磁気記録媒体として用いられる希土類金属
−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法および希土
類金属−遷移金属ターゲットの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
最近、ガラスあるいは樹脂基板上にスパッタリング法を
用いて所望組成の希土類金属−遷移金属系の薄膜を形成
し、これを記録媒体として用いた置き換え可能で高密度
記録が可能な光磁気ディスクの開発が行なわれている。
このスパッタリングに用いられるターゲットの製造方法
としては、従来以下のようなものが提案されていた。
(1)所望組成の希土類金属−遷移金属合金を真空中ま
たは不活性ガス雰囲気中で溶解した後、同じく真空中あ
るいは不活性ガス中で所定の形状に鋳造してターゲット
を製造する方法(日経ニューマテリアル1986年11
月24日−号P61)。
(2)所望組成の合金を真空中または、不活性ガス雰囲
気中で、溶解、鋳造してインゴットを作成し、このイン
ゴットを粉砕して得られた粉末を加圧焼結する方法(特
開昭61−91336号)。
(3)希土類金属粉末と遷移金属粉末を所望組成に混合
し、この混合粉末を液相発現温度未満の温度範囲で加圧
焼結する方法(特開昭61−99640号)。
(4)  目標成分よりも遷移金属量が少ない遷移金属
−希土類金属粉末を溶解・粉砕法により製造し、前記合
金粉末と遷移金属粉末とを所望組成に混合した後、成形
し、焼結する方法(特開昭60−230903号)。
しかしながら、前記(1)の製造方法でターゲットを作
成した場合。
(a)  U造時に添加元素の偏析が生じやすく均質な
ターゲットを得にくい。
(b)  希土類金属−遷移金属系合金は非常に脆性な
金属間化合物を形成するため、鍛造などの組織均均質化
プロセスがとりにくい、このため、鋳造時に生じた巣な
どの欠陥を除fすること力゛不可能である。
(c)  材質的に脆いため、ターゲット形状に加工す
る際、チッピングや割れを生じやすく機械加工が非常に
困難である。またボンディング時およびスパッタ時の熱
応力でターゲットが割れてしまう。
(d)  本製造方法によるターゲットをスパッタして
作成した薄膜の組成は、ターゲット組成から7〜10a
t%近く遷移金属合金にずれを生じ、薄膜組成の制御が
難しい。
などの問題点がある。
前記(2)の製造方法でターゲットを作成した場合、均
質なターゲットは製造可能であるが粉末の構成粒子自体
が脆い金属間化合物より成るため前記(1)のプロセス
で製造したターゲットと同様の問題点がある。
前記(3)の製造方法で作成した場合、(a)  希土
類金属は酸素との親和力が強いため、粉末作成時、粉体
の取扱い時および加圧焼結時に希土類金属が酸化し、低
酸素の成形体を得られない場合がある。このような成形
体をスパッタリング用ターゲットとして使用した場合、
ターゲット中の含有酸素が薄膜の内部にとり込まれて、
希土類金属を選択的に酸化するため薄膜の磁気特性、特
に保磁力Hcが大きく変動する。
(b)  スパッタリングの初期において、遷移金属相
より希土類金属相の部分が優先的にスパッタされ、その
後に遷移金属相および希土類金属相のスパッタリング速
度が平衡に達するという挙動を示    □す。このた
め薄膜の組成が安定するまでに長時間のプリスパッタを
行なう必要があり、ターゲットの使用効率が悪い。
という問題点がある。
前記(4)の製造方法、具体的には(4)の公開特許公
報で実施例として開示されている、遷移金属−希土類金
属系の合金粉末に1〜IO重量2程度の遷移金属を所望
組成になるよう混合し、前記混合粉末を圧粉成形し、次
いで焼結を行なった場合、(、、)  薄膜組成が安定
するまでのブリスパッタに要する時間は前記(3)の製
造方法によるターゲットと比較して短時間となるが、タ
ーゲット組成と薄膜組成間のずれが大きく、また薄膜面
内で組成変化量も大きい。
(b)  混合粉を圧粉成形後、不活性ガス中または、
真空中で、焼結するだけでは、成形体の密度があがらず
、ターゲット中に空孔が残存した状態となり、これがス
パッタリング時の異常放電の原因となること。
(c)  機械加工の点から見ると、前記(1)、(2
)の製造方法によるターゲットと比較して改善されては
いるが、材料中に含有している希土類金属は全て遷移金
属との金属間化合物として存在するため、旋盤などで機
械加工する際、割れやチッピングを生じやすい。
などの問題点がある。
以上説明した従来技術の問題点を解決しようとしたター
ゲラ1−として特開昭62−70550号に、希土類金
属とFe、Co、Niの一種以上(鉄族金属と記す)と
の金属間化合物と、鉄族金属単体とが焼結によって結合
した微細な混合組織を有するターゲットが開示されてい
る。
すなわち、希土類金属粉末と鉄族金J1M粉末とを所望
組成に混合し、次いで液相発現温度未満の温度で加圧焼
結し希土類金属と鉄族金属からなる成形体を形成し、そ
の後液相発現温度以上の温度で成形体を短時間加熱する
ことにより成形体中の希土類金属を金属間化合物に変換
し、上記組織のターゲットを得るものである。
このターゲットによると、金属間化合物に変換された希
土類金属は、単体の場合よりもスパッタリング速度が低
下して鉄族金属単体のスパッタリング速度に近づき、こ
の結果従来から提起されていた薄膜組成の不安定という
問題が解決され、かつターゲット中に存在している鉄族
金属によって。
加工性が十分に保証される強度をも具備することが可能
である。
しかるに本発明者の検討によると、特開昭62−705
50号に開示された技術においても以下の問題点を有し
、より一層の改善が望まれるところである。
すなわち、 (a)  第10回口本応用磁気学会誌学術講演概要集
(1,986,I)128〜P129)によれば、ター
ゲットと薄膜間の組成ずれは、希土類金属、遷移金属、
希土類金属−遷移金属金属間化合物の量比を適正に制御
することで改善可能なことが報告されている。
しかるに特開昭62−70550号のように熱処理によ
って組織制御する方法では、 l)鉄族金属単体周辺の金属間化合物層が異常成長する
、 1i)特開昭62−70550号公報の第6図のCによ
ると鉄族金属単体相、金属間化合物相の他に、希土類金
属のα相と希土類金属−鉄族金属金属間化合物相とから
なる共晶合金相が存在しているが、この共晶合金相内の
希土類金属のα相と希土類金属−鉄族金属台Jバ間化合
物の晶出址および形状を制御することが非常に困難であ
る、 iii )組織にムラを生じやすい、 などの欠点がある。したがって、上記のターゲットを用
いてスパッタリングを行なった場合、i)スパッタ時間
が長時間になると膜組成や特性が変動する、 5X)ターゲット組成が全く同じものでも、熱処理のロ
ットが異なれば膜組成、特性が異なる。いわゆるロット
間のばらつきが大きいという問題点がある。
(b)  機械的強度の面からすると、鉄族金属周辺に
存在する脆弱な希土類金属−鉄族金属金属間化合物を薄
くする必要があるが、前述のように異常成長により層厚
が厚くなり好ましくない。
(c)、希土類金属粉末と鉄族金属粉末の混合物を焼結
したターゲットは、酸素含有量がもともと高くなりやす
い上、熱処理を行なうので最終製品は高酸素になり易く
、薄膜特性に悪影響を及ぼす。
(d)  熱処理温度から室温まで冷却する際、成形体
にそりや曲がりが発生し易い。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明者等は、以上の問題点を解決する手段として、ガ
スアトマイズ法等の急冷凝固処理によって得られた希土
類金属のα相と金属間化合物相とが均一かつ微細に晶出
した希土類金属−遷移金属合金粉末と遷移金属粉末との
混合物を液相発現温度未満で加圧焼結する手法を先に提
案している。
該手法により得られたターゲットは、希土類金属のα相
および該希土類金属と遷移金属との金属間化合物とが均
一微細に分散した共晶合金層と遷移金属単体相とが金属
間化合物を主体とする固相接合層により結合した組織を
有し、ターゲットと薄膜との組成ずれの低減、長時間ス
パッタにおける薄膜組成の安定化を達成した。
ところで、希土類金属−遷移金属ターゲットによりスパ
ッタリングして得られる薄膜を考慮した場合、ターゲッ
ト中に含まれる酸素量を低く抑える必要がある。
すなわち、光磁気記録媒体では垂直磁化膜であることが
必要条件となるが、ターゲット中に含まれる酸素量が多
い場合には安定した垂直磁化膜を得ることができず、い
わゆる面内磁化膜に近い挙動を示すことがある。
本発明は以上の事実に鑑み、低酸素含有量の希土類金属
−遷移金属ターゲット等の製造方法を提供せんとするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は種々検討した結果、希土類金属−遷移金属
系共晶合金を溶解原料の主体とし、次いでガスアトマイ
ズ法等の急冷凝固処理を施して得られた希土類金属のα
相と金属間化合物相とが均一かつ微細に晶出した希土類
金属−遷移金属合金粉末と遷移金属との混合物を真空ま
たは不活性ガス雰囲気下において前記混合物の液相発現
温度未満で加圧焼結することにより前記課題を解決する
に至った。
以下本発明を詳述する。
本発明の特徴は、急冷凝固処理に先立つ溶解用の原料と
して希土類金属−遷移金属共晶合金を主体とする点であ
る。
すなわち、溶解原料としては純希土類金属、純遷移金属
を所定量秤量して用いることも可能であるが1例えば市
販の高純度Tbの含有酸素量が900〜1200ppm
であること、原料が完全に溶解する温度が高く溶解時間
が長時間となることから、急冷凝固処理して得られた粉
末の酸素含有量を低く制限することが鑑しい。
これに対し、本発明のように希土類金属−遷移金属共晶
合金を溶解原料の主体とすれば。
■ たとえば溶融塩電解法によれば、酸素含有量100
〜500ppmという低酸素の希土類金属−遷移金属共
晶合金の製造が可能である。
■ 原料が完全に溶解する温度が、純希土類金属、純遷
移金属を混合した場合に比べ低下するため、溶解時間の
短縮化が可能となり、酸素含有量の抑制に寄与する。
したがって、最終的にターゲットとした場合にも低酸素
化が可能となる。
なお1本発明においては溶解原料を希土類金属−遷移金
属共晶合金のみとする場合の他、上記の趣旨に反しない
範囲で若干量の純希土類金属又は[遷移金属を添加せし
めて良い。希土類金属−遷移金属共晶合金の組成を、所
望するターゲット組成に合致させるために添加が必要と
なる場合がある。
以上の原料を用い溶解した後急冷凝固処理が実施される
。この急冷凝固処理により粉末レベルで希土類金属のα
相と金属間化合物との均一、微細化を達成する。したが
って、組成面からみれば、希土類金属と遷移金属との組
成が共晶組織を発現する組成範囲内にある必要がある。
急冷凝固処理の手法としては、合金溶湯から製造する不
活性ガスアトマイズ法、真空アトマイズ法、回転ロール
法等、および合金溶湯から一旦電極を作製し、この電極
を用いる回転電極法等が適用できる。水冷ロール法、回
転電極法等においても合金の酸化防止のために雰囲気は
真空、あるいは不活性ガス雰囲気とする必要がある。
また希土類金属−遷移金属合金粉末は、純希土類金属粉
と比較して格段に耐酸化性に優れているため、ターゲッ
ト中の含有酸素量を希土類金属粉末と遷移金属粉末の混
合物を焼結したものと比較して500〜11000pp
以上も減らすことが可能である。
原料粉末の平均粒径は1mm以下であることが望ましい
、これは、平均粒径が1rrnを越えると成形体中に不
均一を生じ、これをターゲットして用いた場合、得られ
る薄膜の組成が部分的に不均一となるからである。
以上の原料粉末を混合した後、真空または不活性ガス雰
囲気下において液相発現温度未満の温度で加圧焼結を行
なう。
加圧焼結の温度を液相発現温度未満とするのは、液相発
現温度以上の温度にすると、遷移金属相と希土類金属−
遷移金属共晶合金相との間の接合層が異常に成長し、成
形体の機械的強度が低下すること、および希土類金属−
遷移金属からなる共晶合金相に品出している希土類金属
のα相が遷移金属と反応し晶出してしまうことによる。
望ましくは液相発現温度未満の温度から(液相発現温度
′未満−100℃)の範囲内、更に望ましくは液相発現
温度未満の温度から(液相発現温度未満−30℃)の範
囲内である。なお液相発現温度の一例を上げると、Tb
−Feの場合840℃、Tb−Fe−Coの場合、69
5℃、Tb−Gd−Feの場合630℃である。
加圧焼結の手法としては、熱間静水圧プレス(HIP)
、ホットプレス、熱間パック圧延、熱間パック鍛造等を
適用できる。具体的な条件としては熱間静水圧プレスの
場合、液相発現温度未満から(液相発現温度未満−30
℃)の範囲内かつ不活性ガス圧1000〜1500気圧
で、2〜3時間保持すると、遷移金属単体相と希土類金
属−遷移金属共晶合金相との間の拡散接合層のJりさを
、10〜30μm以内に抑えることが可能で、成形体の
密度も97%以上に達する。
ホットプレスの場合、密度95%以上の成形体を得よう
とする場合、加熱温度を液相発現温度未満から(液相発
現温度未満−30℃)以内、成形圧力150kg/−以
上で2時間界度保持することが望ましい。
熱間パック圧延、熱間パック鍛造の場合は、加熱温度は
HIPと同様で良いが、1パスごとの圧下率を1−0%
以内にして加工する必要がある。
以上の製造方法によりターゲット中の酸素含有量を低く
規制することが可能となる。
なお、以下本発明により得られたターゲットの組織につ
いてTb−Fe系を例として説明しておく。
本発明によるターゲットの組織の第1の特徴はにTb−
Fe共晶合金相が、極めて均一かつ微細に分散したFe
、Tb晶出相とα−Tb晶出相とから構成されているこ
とである。これは、アトマイズ法等の急冷凝固処理によ
って得られたα−Tb晶出相とFe2Tb晶出相とが均
一微細に晶出した組織の粉末を原料として用い、この組
織を保持すべく液相発現温度未満で加圧焼結しているこ
とによる。
本発明ターゲットは1以上のような均一微細な組織を有
しているため、ターゲットとそれをスパッタリングした
薄膜間の組成ずれを極めて小さくし、さらにスパッタリ
ングに先立って行なわれるプリスパッタリングの時間を
短縮することができる。
第10回日本応用磁気学会誌学術講演概要集(1986
、P12g)によれば、複合ターゲラ1−1すなわち希
土類金属単体と遷移金属単体より構成されるターゲット
をスパッタした場合、希土類金属より遷移金属が側方に
スパッタされ易く、その結果、薄膜組成は遷移金属貧に
なる。反対に金属間化合物より構成されるターゲットの
場合は、遷移金属より希土類金属が側方にスパッタされ
易いため、薄膜組成が遷移金属富になると報告されてい
る。これに対し本発明によれば、前述のように希土類金
属のα相と希土類金属−遷移金属金属間化合物からなる
共晶合金相、さらに固相接合用および遷移金属単体相が
均一、かつ微細に分散するため、希土類金属スパッタ粒
子と遷移金属スパッタ粒子の放出方向の異方性が緩和さ
れ、この結果組成ずれが小さくなるものと思われる。
ブリスパッタ時間が短縮される理由としては、(1) 
 特開昭62−70550号に述べられているような遷
移金属と希土類金属の間のスパッタリング速度の差と比
較して、遷移金属と希土類金属−遷移金属金属間化合物
の間のスパッタリング速度の差の方が小さい、 (2)急冷処理により希土類金属−遷移金属合金粉末を
作成するため、希土類金属のα相と金属間化合物相が均
一かつ微細に分散している、つまり希土類金属相は細か
く分断された形で晶出しているため、微視的に見ると希
土類金属のスパッタ速度は変わらないにもかかわらず、
希土類金属のα相のスパッタリング速度が金属間化合物
相のスパッタリング速度と等しくなるような効果が得ら
れる、 ことにあるものと考えられる。
本発明ターゲットの組織の第2の特徴は、希土類金属と
遷移金属との金属間化合物を主体とする拡散接合層が極
めて薄いことである。
これは、接合層が液相発現温度未満の加圧焼結による同
相拡散接合層によるものだからである。
このように拡散接合層が薄く、組織にむらを生ずること
がないために、スパッタ時間が長時間となっても安定し
た薄IE3特性を得ることができ、かつ機械的強度を劣
化させることがないのである。
このような組織を有し、かつ酸素含有量を低減せしめる
ことにより、ターゲットと薄膜との組成ずれの低減、長
時間スパッタにおける薄膜組成の安定化を達成し、更に
良好な垂直磁気異方性を示すスパッタ1漠が得られるよ
うになる。
本発明において、希土類金属には従来から公知のT’b
、Gd、DY、Nd、Sm、Ha、Tm等の1種または
2種以上を用いることができる。その含有量は15at
%未満および45a t%を越えると光磁気記録媒体と
しての機能を有する薄膜を得ることが困難になるので、
 15〜45at%とする必要がある。
一方、遷移金属についても従来から用いられているFe
、GoおよびNiの1種または2種以上を適用すること
ができる。
以上より本発明における金属間化合物とは、たとえばF
e、Tbのみならず、F e Co T b等のように
異種の遷移金属と希土類金属との化合物を含む概念であ
ることは言うまでもない。
〔実施例〕
第1表に実施例に用いた希土類金属−遷移金属合金原料
および遷移金属の組成および含有酸素量と前記原料を用
いて作成したガスアトマイズ粉の組成と含有酸素量を示
す。次に本発明の粉末の製造方法について述べる1本発
明では、溶融塩電解法で製造した低酸素希土類金属−遷
移金属合金(酸素量100〜300ppm)に対し、目
標組成になるよう希土類金属または遷移金属合金えて、
底部に溶湯噴射用ノズルの付いたルツボに装入した。そ
して、前記ルツボをガスアトマイズ装置内に設置した後
装置内を10−2〜10−’ torr台まで真空に引
き、高周波誘導で加熱を行なってルツボ内のアトマイズ
原料を溶解した。原料が完全に溶解した段階で、溶湯に
A「ガスで圧力を印加すると同時に噴射用ノズルの弁を
開いてガスアトマイズを行なった。
上記の方法で作成した希土類金属−遷移金属合金粉末の
平均酸素量は、希土類金属単体、遷移金属単体を原料と
して用いた場合に比して11000pp以上も低下でき
ることが判明した。第1表に示した希土類金属−遷移金
属合金粉末を使用して製造したターゲツト材の含有酸宏
量を第2表に示す。
第1表 第2表 粉末の焼結には、熱間静水圧プレス(I−IIP)を用
いた。焼結温度は液相出現温度より20℃低く設定し、
圧力1200気圧で加圧焼結した。
第2表より本発明の希土類金属−遷移全屈合金粉末を使
用して製造したターゲツト材の含有酸素量は1500p
pm以下と低酸素であるのに対し、比較例では2000
ppm以上と高酸素になることがわかる。
次に本発明および比較例の粉末を用いて製造した焼結体
をターゲットとじてスパッタリングを行ない、薄膜評価
を行なった。
評価では、いずれのターゲットも高周波電源を有するマ
グネトロンタイプのスパッタ装置を用いて、−0,15
+nmの板厚を有するコーニング社製の7059ガラス
上に成膜を行なった。成膜条件は、高周波電力2.54
W/a&、 Arガス圧5 X 1O−3torr、タ
ーゲットとガラス基板間の距離は70ffnで、成膜時
にはガラス基板を回転せず、ターゲットとガラス基板を
対向させである。作成した簿膜は、トルクメーターで磁
気異方性定数Ku(J/rn’)を測定した後、EPM
Aで組成を分析した。第1図に第2表に示した試料4(
本発明)を用いて成膜した薄膜のTb量および磁気異方
性定数Kuとスパッタ時間の関係、第2図に試料11(
比較例)を用いた場合の薄膜中のTbiおよびKuとス
パッタ時間の関係を示す。
本発明、比較例の両試料とも薄膜中のTb量は約26a
t%を示しており、スパッタリング時間が長時間になっ
ても安定していることがわかる。しかし、磁気異方性定
数Kuの挙動は、本発明が積算スパッタ時間411r以
降安定し、Ku=1.25J/rn’の良好な垂直磁気
異方性を示すのに対し、比較例では全く不安定であり、
Kuが著しく低下して面内磁化膜に近い挙動を示すこと
がわかった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればターゲラ1−の酸
素含有量を低く規制することができ、その結果スパン、
り膜の磁気異方性が良好なものとなり、工業上非常に有
益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明により得られたターゲットをスパッタ
リングした際の積算スパッタ時間と薄膜中のTb量およ
び磁気異方性定数との関係を示すグラフ、第2図は比較
例により得られたターゲットをスパッタリングした際の
積算スパッタ時間と薄膜中のTb量および磁気異方性定
数との関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 共晶組織を発現する組成範囲内にある希土類金属と
    遷移金属とからなり急冷凝固処理された合金粉末と、タ
    ーゲット目標組成に対し不足分の遷移金属粉末との混合
    物を、真空または不活性ガス雰囲気下で該混合物の液相
    発現温度未満の温度域で加圧焼結する希土類金属−遷移
    金属ターゲットの製造方法において、急冷凝固処理に供
    される合金の溶解原料を酸素含有量500ppm以下の
    希土類金属−遷移金属共晶合金を主体とすることを特徴
    とする希土類金属−遷移金属ターゲットの製造方法。 2 共晶組織を発現する組成範囲内にある希土類金属と
    遷移金属とからなり急冷凝固処理された合金粉末と、タ
    ーゲット目標組成に対し不足分の遷移金属粉末との混合
    物を、真空または不活性ガス雰囲気下で該混合物の液相
    発現温度未満の温度域で加圧焼結する希土類金属−遷移
    金属ターゲットの製造方法において、急冷凝固処理に供
    される合金の溶解原料を溶融塩電解法により得られた希
    土類金属−遷移金属共晶合金を主体とすることを特徴と
    する希土類金属−遷移金属ターゲットの製造方法。 3 共晶組織を発現する組成範囲内にある希土類金属と
    遷移金属からなる合金溶湯を急冷凝固処理する希土類金
    属−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法において
    、急冷凝固処理に供される合金の溶解原料を酸素含有量
    500ppm以下の希土類金属−遷移金属共晶合金を本
    体とすることを特徴とする希土類金属−遷移金属ターゲ
    ット用合金粉末の製造方法。 4 共晶組織を発現する組成範囲内にある希土類金属と
    遷移金属からなる合金溶湯を急冷凝固処理する希土類金
    属−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法において
    、急冷凝固処理に供される合金の溶解原料を溶融塩電解
    法により得られた希土類金属−遷移金属共晶合金を主体
    とすることを特徴とする希土類金属−遷移金属ターゲッ
    ト用合金粉末の製造方法。
JP6883088A 1988-03-23 1988-03-23 希土類金属−遷移金属ターゲット用合金粉末の製造方法および希土類金属−遷移金属ターゲットの製造方法 Expired - Lifetime JP2597380B2 (ja)

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EP0603750A1 (en) * 1992-12-17 1994-06-29 Hitachi Metals, Ltd. Target for magneto-optical recording media and method for producing same
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