JPH0448860B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0448860B2 JPH0448860B2 JP61208192A JP20819286A JPH0448860B2 JP H0448860 B2 JPH0448860 B2 JP H0448860B2 JP 61208192 A JP61208192 A JP 61208192A JP 20819286 A JP20819286 A JP 20819286A JP H0448860 B2 JPH0448860 B2 JP H0448860B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- amorphous
- nozzle
- amorphous alloy
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
- B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、高い結晶化温度を有するTa−W系
非晶質合金及びその製造方法に関するものであ
る。 (従来の技術) 近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は、従来の結晶合金とは異なり、結晶構
造を持たない金属であり、その性質も従来の金属
材料にはみられないものが多く、機械的性質、耐
磨耗性、耐食性、軟磁性などにすぐれているた
め、結晶質金属に代わりうる材料として、各種の
用途開発が行なわれ、さらに、その用途に適した
材料開発も行なわれている。これらの合金は、ス
パツタリング法等の気相急冷法あるいは液体急冷
法によつて作製しうるが、工業的には最も生産性
の高い液体急冷法が多く用いられている。 (発明が解決しようとする問題点) 非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは、非晶質状態が熱力学的に非平
衡な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。す
なわち、非晶質合金は一般に、それぞれ特有の結
晶化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に
安定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態の
ときにみられたすぐれた諸特性がすべて失なわれ
てしまうのである。この結晶化温度は、材料によ
つて異なるが、一般に絶対温度で測定した融点の
0.4〜0.6倍程度の値をとることが知られている。
従つて、結晶化温度の高い非晶質合金を得るため
には、融点の高い合金を液体急冷法などの方法で
非晶質化しなければならない。 しかしながら、従来の液体急冷装置は、鉄系合
金等の比較的融点の低い物質用に作られているも
のが多く、石英等の耐熱性のノズルを抵抗加熱も
しくは高周波加熱によつて加熱するという方式の
ものがほとんどである。従つて、最高使用温度は
ノズル材質の耐火度によつて制限され、1200〜
1400℃程度が限度である。また、温度が高くなる
とノズル材質と合金が反応することによる試料の
汚染も起こりうるため、急冷できる合金の種類は
限られていた。 これに対して、融点が約2400℃程度ときわめて
高いTa−Si−B三元系非晶質合金はその結晶化
温度が800℃〜960℃と非常に高く、非晶質合金の
問題点を大幅に改善することが可能となつた。
(特開昭62−170450号)。 さらに、このTa−Si−B三元系非晶質合金は、
一般の非晶質合金に特有の強度、高硬度などのす
ぐれた機械的特性を有しているために、例えば、
耐磨耗性材料、高温で使われる構造材料の複合強
化材、および温度上昇を伴う電極用材料などへの
応用が考えられる。 しかしながら、実際に前記Ta−Si−B系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。 本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、結晶化温度が高く、前記Ta系非晶質合金
よりもさらに高温環境に耐えることができ、か
つ、機械的特性、耐食性等にすぐれた非晶質合金
及びその製造方法を提供することにある。 (問題点を解決するための手段) 本発明は、(Ta1-xWx)y(Si1-zBz)uなる式
で表わされ、x=0.01〜0.8、z=0.01〜0.99、y
=0.7〜0.9、u=0.1〜0.3であることを特徴とす
るTa−W系非晶質合金である。さらにまた、本
発明は、前記Ta−W系非晶質合金を得るための
製造方法として、すなわち、前記Ta−W系非晶
質合金と同じ合金組成の原料合金を、水冷された
金属製のるつぼの中で溶解し、該溶解合金を水冷
された金属製のノズルもしくは高融点材料製のノ
ズルを用いて、高速回転している冷却用ロールの
表面上に噴射して急速凝固させることによつて非
晶質化することを特徴とするTa−W系非晶質合
金の製造方法である。また、この際、前記冷却用
ロールの表面周速が90m/secであるならば、製
造方法としてはより好ましい。 (作用) Ta−W−Si−B系合金では、TaとWが70at%
〜90at%の組成範囲で非晶質合金を得ることがで
きることを本発明者は初めて見い出した。この組
成範囲をはずれると非晶質構造がほとんどみられ
なくなり、非晶質合金に特徴的なすぐれた特性が
すべて消去してしまう。この組成範囲で非晶質相
が形成される詳細な理由は不明であるが、一般に
非晶質相は共晶組成付近で形成されやすいという
傾向があり、この場合にもその傾向にほぼあては
まると思われる。 また、xの範囲を0.01以上と限定したのは、
Taのみの場合よりもWを添加した場合のほうが
結晶化温度が高くなるからである。さらに、Zの
範囲を0.01〜0.99と限定したのは、この範囲にお
いて、SiまたはBを微量添加した場合やいずれか
一方だけを添加した場合よりも結晶化温度が高く
なるからである。これらの非晶質合金の結晶化温
度は、その融点の高さに対して、1000℃〜1200℃
という高い値である。これらの非晶質合金の機械
的特性は、非晶質合金に一般的にみられるよう
に、高強度かつ高硬度である。また、耐食性にお
いても、Ta又はWのすぐれた耐食性に匹敵する
ほどの耐食性を有している。 次に、本発明による製造方法は、液体急冷法の
一種であるが、原料合金の溶解を水冷された金属
製のるつぼの中で行なうので、原料合金とるつぼ
金属との反応はほとんどおこらない。るつぼ金属
が水冷されている場合には、たとえ高温度の溶解
金属が接触したとしても、るつぼ金属の温度が低
すぎるために合金化反応がきわめておこりにくい
からである。 るつぼ金属の材質としては、水冷効果を大きく
するという点から熱伝導度の大きな物質が望まし
い。また、反応しにくいという点からは高融点の
物質も適当である。一例を挙げるならば、銅、
銀、あるあるいはそれらの合金、もしくはタング
ステン、モリブデンなどが考えられる。 また、溶解手段としては、アーク溶解、プラズ
マ溶解、電子ビーム溶解、レーザビーム溶解など
のよく知られた方法を用いることができる。 このようにして溶解された原料合金は水冷され
た金属製のノズルもしくは高融点材料製のノズル
を用いて、高速回転している冷却用ロールの表面
上に噴射されて、急冷薄帯となる。この際、ノズ
ル口を通過させる理由は、融体の安定な流れを形
成することによつて、均一な連続した急冷薄帯を
得るためである。もし、ノズル口を通過させず
に、直接ロール表面に溶融物質を落下させるなら
ば、不均一かつ不連続的な薄帯しか得られないで
あろう。 また、この時、溶融物質とノズルが接触するの
で、両者の間の反応が問題になるが、ノズルが水
冷された金属製もしくは窒化ボロン、グラフアイ
ト、酸化マグネシウム等の高融点材料製であれ
ば、接触時間がきわめて短いために、両者の間の
反応はほとんどおこらない。 以上のように、本発明の特許請求の範囲第1項
に記載のTa−W系非晶質合金は、第2項に記載
の製造方法によつて容易に作製することができ
る。また、液体急冷法は、通常、冷却ロールの表
面周速が50m/sec以下で行なわれることがほと
んどであるが、これを90m/sec以上にすること
により、本発明のTa−W系合金をより容易に非
晶質化することができる。溶解合金を急冷凝固し
て非晶質化するには、急冷速度が大きいほど有利
であるが、ロール周速を上げることは急冷薄帯の
厚さを薄くすることにつながるので、急冷速度が
大きくなり、非晶質化がより容易になるのであ
る。 (実施例) 第1図に、本発明のTa−W系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す。図において、1は水冷
された胴製のるつぼ、2は原料合金、3は窒化ボ
ロン製のノズル、4は急冷用ロール、5はプラズ
マトーチである。るつぼ1は左右のブロツクに分
かれており、棒6によつて左右に開閉できるよう
になつている。従つて、棒6を内側に押し込んだ
状態で試料2をプラズマによつて溶解し、その
後、棒6を外側に引つ張ると、るつぼ1が左右に
開き、試料2は重力によつて、ノズル3の中に落
下する、その際、あらかじめ上側のチヤンバーに
はガス導入口7からガスを導入し、下側のチヤン
バーは真空ポンプ8によつて排気しておけば、上
下間の圧力差によつて、試料2はノズル3よりロ
ール4の表面上に噴出して急冷薄帯となる。ノズ
ル3の穴径は0.5mm〜1.0mmとした。ロール4は直
径250mmの銅製で、これを800rpmの速度で回転さ
せて用いた。周速度は約105m/secである。 この装置を用いて、Ta−W−Si−B合金の液
体急冷を行ない、得られた薄帯の構造をX線回折
によつて調べた。その結果、TaとWが70〜90at
%の組成範囲では、いずれの薄帯も結晶による鋭
い回折ピークはみられず、ブロードなハローパタ
ーンが得られたことから非晶質相であることが確
認された。次に、第1表に示差分析によつて測定
したこれらの試料の結晶化温度を示す。ただし第
1表の試料No.6、12、24は本発明の範囲外であ
る。
非晶質合金及びその製造方法に関するものであ
る。 (従来の技術) 近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は、従来の結晶合金とは異なり、結晶構
造を持たない金属であり、その性質も従来の金属
材料にはみられないものが多く、機械的性質、耐
磨耗性、耐食性、軟磁性などにすぐれているた
め、結晶質金属に代わりうる材料として、各種の
用途開発が行なわれ、さらに、その用途に適した
材料開発も行なわれている。これらの合金は、ス
パツタリング法等の気相急冷法あるいは液体急冷
法によつて作製しうるが、工業的には最も生産性
の高い液体急冷法が多く用いられている。 (発明が解決しようとする問題点) 非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは、非晶質状態が熱力学的に非平
衡な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。す
なわち、非晶質合金は一般に、それぞれ特有の結
晶化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に
安定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態の
ときにみられたすぐれた諸特性がすべて失なわれ
てしまうのである。この結晶化温度は、材料によ
つて異なるが、一般に絶対温度で測定した融点の
0.4〜0.6倍程度の値をとることが知られている。
従つて、結晶化温度の高い非晶質合金を得るため
には、融点の高い合金を液体急冷法などの方法で
非晶質化しなければならない。 しかしながら、従来の液体急冷装置は、鉄系合
金等の比較的融点の低い物質用に作られているも
のが多く、石英等の耐熱性のノズルを抵抗加熱も
しくは高周波加熱によつて加熱するという方式の
ものがほとんどである。従つて、最高使用温度は
ノズル材質の耐火度によつて制限され、1200〜
1400℃程度が限度である。また、温度が高くなる
とノズル材質と合金が反応することによる試料の
汚染も起こりうるため、急冷できる合金の種類は
限られていた。 これに対して、融点が約2400℃程度ときわめて
高いTa−Si−B三元系非晶質合金はその結晶化
温度が800℃〜960℃と非常に高く、非晶質合金の
問題点を大幅に改善することが可能となつた。
(特開昭62−170450号)。 さらに、このTa−Si−B三元系非晶質合金は、
一般の非晶質合金に特有の強度、高硬度などのす
ぐれた機械的特性を有しているために、例えば、
耐磨耗性材料、高温で使われる構造材料の複合強
化材、および温度上昇を伴う電極用材料などへの
応用が考えられる。 しかしながら、実際に前記Ta−Si−B系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。 本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、結晶化温度が高く、前記Ta系非晶質合金
よりもさらに高温環境に耐えることができ、か
つ、機械的特性、耐食性等にすぐれた非晶質合金
及びその製造方法を提供することにある。 (問題点を解決するための手段) 本発明は、(Ta1-xWx)y(Si1-zBz)uなる式
で表わされ、x=0.01〜0.8、z=0.01〜0.99、y
=0.7〜0.9、u=0.1〜0.3であることを特徴とす
るTa−W系非晶質合金である。さらにまた、本
発明は、前記Ta−W系非晶質合金を得るための
製造方法として、すなわち、前記Ta−W系非晶
質合金と同じ合金組成の原料合金を、水冷された
金属製のるつぼの中で溶解し、該溶解合金を水冷
された金属製のノズルもしくは高融点材料製のノ
ズルを用いて、高速回転している冷却用ロールの
表面上に噴射して急速凝固させることによつて非
晶質化することを特徴とするTa−W系非晶質合
金の製造方法である。また、この際、前記冷却用
ロールの表面周速が90m/secであるならば、製
造方法としてはより好ましい。 (作用) Ta−W−Si−B系合金では、TaとWが70at%
〜90at%の組成範囲で非晶質合金を得ることがで
きることを本発明者は初めて見い出した。この組
成範囲をはずれると非晶質構造がほとんどみられ
なくなり、非晶質合金に特徴的なすぐれた特性が
すべて消去してしまう。この組成範囲で非晶質相
が形成される詳細な理由は不明であるが、一般に
非晶質相は共晶組成付近で形成されやすいという
傾向があり、この場合にもその傾向にほぼあては
まると思われる。 また、xの範囲を0.01以上と限定したのは、
Taのみの場合よりもWを添加した場合のほうが
結晶化温度が高くなるからである。さらに、Zの
範囲を0.01〜0.99と限定したのは、この範囲にお
いて、SiまたはBを微量添加した場合やいずれか
一方だけを添加した場合よりも結晶化温度が高く
なるからである。これらの非晶質合金の結晶化温
度は、その融点の高さに対して、1000℃〜1200℃
という高い値である。これらの非晶質合金の機械
的特性は、非晶質合金に一般的にみられるよう
に、高強度かつ高硬度である。また、耐食性にお
いても、Ta又はWのすぐれた耐食性に匹敵する
ほどの耐食性を有している。 次に、本発明による製造方法は、液体急冷法の
一種であるが、原料合金の溶解を水冷された金属
製のるつぼの中で行なうので、原料合金とるつぼ
金属との反応はほとんどおこらない。るつぼ金属
が水冷されている場合には、たとえ高温度の溶解
金属が接触したとしても、るつぼ金属の温度が低
すぎるために合金化反応がきわめておこりにくい
からである。 るつぼ金属の材質としては、水冷効果を大きく
するという点から熱伝導度の大きな物質が望まし
い。また、反応しにくいという点からは高融点の
物質も適当である。一例を挙げるならば、銅、
銀、あるあるいはそれらの合金、もしくはタング
ステン、モリブデンなどが考えられる。 また、溶解手段としては、アーク溶解、プラズ
マ溶解、電子ビーム溶解、レーザビーム溶解など
のよく知られた方法を用いることができる。 このようにして溶解された原料合金は水冷され
た金属製のノズルもしくは高融点材料製のノズル
を用いて、高速回転している冷却用ロールの表面
上に噴射されて、急冷薄帯となる。この際、ノズ
ル口を通過させる理由は、融体の安定な流れを形
成することによつて、均一な連続した急冷薄帯を
得るためである。もし、ノズル口を通過させず
に、直接ロール表面に溶融物質を落下させるなら
ば、不均一かつ不連続的な薄帯しか得られないで
あろう。 また、この時、溶融物質とノズルが接触するの
で、両者の間の反応が問題になるが、ノズルが水
冷された金属製もしくは窒化ボロン、グラフアイ
ト、酸化マグネシウム等の高融点材料製であれ
ば、接触時間がきわめて短いために、両者の間の
反応はほとんどおこらない。 以上のように、本発明の特許請求の範囲第1項
に記載のTa−W系非晶質合金は、第2項に記載
の製造方法によつて容易に作製することができ
る。また、液体急冷法は、通常、冷却ロールの表
面周速が50m/sec以下で行なわれることがほと
んどであるが、これを90m/sec以上にすること
により、本発明のTa−W系合金をより容易に非
晶質化することができる。溶解合金を急冷凝固し
て非晶質化するには、急冷速度が大きいほど有利
であるが、ロール周速を上げることは急冷薄帯の
厚さを薄くすることにつながるので、急冷速度が
大きくなり、非晶質化がより容易になるのであ
る。 (実施例) 第1図に、本発明のTa−W系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す。図において、1は水冷
された胴製のるつぼ、2は原料合金、3は窒化ボ
ロン製のノズル、4は急冷用ロール、5はプラズ
マトーチである。るつぼ1は左右のブロツクに分
かれており、棒6によつて左右に開閉できるよう
になつている。従つて、棒6を内側に押し込んだ
状態で試料2をプラズマによつて溶解し、その
後、棒6を外側に引つ張ると、るつぼ1が左右に
開き、試料2は重力によつて、ノズル3の中に落
下する、その際、あらかじめ上側のチヤンバーに
はガス導入口7からガスを導入し、下側のチヤン
バーは真空ポンプ8によつて排気しておけば、上
下間の圧力差によつて、試料2はノズル3よりロ
ール4の表面上に噴出して急冷薄帯となる。ノズ
ル3の穴径は0.5mm〜1.0mmとした。ロール4は直
径250mmの銅製で、これを800rpmの速度で回転さ
せて用いた。周速度は約105m/secである。 この装置を用いて、Ta−W−Si−B合金の液
体急冷を行ない、得られた薄帯の構造をX線回折
によつて調べた。その結果、TaとWが70〜90at
%の組成範囲では、いずれの薄帯も結晶による鋭
い回折ピークはみられず、ブロードなハローパタ
ーンが得られたことから非晶質相であることが確
認された。次に、第1表に示差分析によつて測定
したこれらの試料の結晶化温度を示す。ただし第
1表の試料No.6、12、24は本発明の範囲外であ
る。
【表】
【表】
いずれの試料も1000℃以上の高い結晶化温度を
示しており、Ta−Si−B系非晶質合金の場合よ
りもさらに100℃〜200℃高い結晶化温度を有して
いることがわかる。また、これらの試料は800℃
で1000時間焼鈍した後も非晶質構造を維持してお
り、非常に耐熱性の高い非晶質合金であることが
判明した。さらに、これらの試料の機械的性質
は、ビツカース硬さが900〜1600の範囲であると
いうすぐれた特性を示しており、また、これらの
試料を濃塩酸、濃硝酸、濃硫酸、濃王水の中に一
日放置しても何ら腐食された様子は見られず、重
量変化も認められなかつた。 (発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明における
Ta−W系非晶質合金及びその製造方法は高い結
晶化温度を有し、かつ、機械的性質、耐食性等に
すぐれた非晶質合金が容易に得られ、その効果は
大きい。
示しており、Ta−Si−B系非晶質合金の場合よ
りもさらに100℃〜200℃高い結晶化温度を有して
いることがわかる。また、これらの試料は800℃
で1000時間焼鈍した後も非晶質構造を維持してお
り、非常に耐熱性の高い非晶質合金であることが
判明した。さらに、これらの試料の機械的性質
は、ビツカース硬さが900〜1600の範囲であると
いうすぐれた特性を示しており、また、これらの
試料を濃塩酸、濃硝酸、濃硫酸、濃王水の中に一
日放置しても何ら腐食された様子は見られず、重
量変化も認められなかつた。 (発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明における
Ta−W系非晶質合金及びその製造方法は高い結
晶化温度を有し、かつ、機械的性質、耐食性等に
すぐれた非晶質合金が容易に得られ、その効果は
大きい。
第1図は、本発明のTa−W系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す図である。図において、
1は水冷された銅製のるつぼ、2は原料合金、3
は窒化ボロン製のノズル、4は急冷用ロール、5
はプラズマトーチ、6はるつぼを開閉するための
棒、7はガス導入口、8は真空ポンプである。
製する装置の一例を示す図である。図において、
1は水冷された銅製のるつぼ、2は原料合金、3
は窒化ボロン製のノズル、4は急冷用ロール、5
はプラズマトーチ、6はるつぼを開閉するための
棒、7はガス導入口、8は真空ポンプである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 (Ta1-xWx)y(Si1-zBz)uなる式で表わさ
れ、x=0.01〜0.8、z=0.01〜0.99、y=0.7〜
0.9、u=0.1〜0.3であることを特徴とするTa−
W系非晶質合金。 2 (Ta1-xWx)y(Si1-zBz)uなる式で表わさ
れ、x=0.01〜0.8、z=0.01〜0.99、y=0.7〜
0.9、u=0.1〜0.3である組成の原料合金を、水冷
された金属製のるつぼの中で溶解し、該溶解合金
を、水冷された金属製のノズルもしくは高融点材
料製のノズルを用いて、表面周速が90m/sec以
上で高速回転している冷却用ロールの表面上に噴
射して急冷凝固させることによつて非晶質化させ
ることを特徴とするTa−W系非晶質合金の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61208192A JPS6362837A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ta−W系非晶質合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61208192A JPS6362837A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ta−W系非晶質合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6362837A JPS6362837A (ja) | 1988-03-19 |
| JPH0448860B2 true JPH0448860B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=16552185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61208192A Granted JPS6362837A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ta−W系非晶質合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6362837A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109913726B (zh) * | 2019-05-06 | 2021-01-22 | 北方民族大学 | 一种Ta-W基合金及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3856513A (en) * | 1972-12-26 | 1974-12-24 | Allied Chem | Novel amorphous metals and amorphous metal articles |
-
1986
- 1986-09-03 JP JP61208192A patent/JPS6362837A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6362837A (ja) | 1988-03-19 |
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