JPH0742530B2 - 低酸素合金成形体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は電子部品用材料などの不純物含量の少いことが
要求される材料、特に低酸素含量の合金材料の製造法に
関する。

従来の技術 電子デバイスなどを製作するための材料、いわゆる電子
材料として、不純物含量の少い合金などが必要とされ
る。また、かかる材料を用いてICなどの電子デバイスや
各種記憶媒体などを製作しようとするときは、スパッタ
リング用ターゲットの形態で使用されることが多い。

スパッタリング用ターゲットは、例えば径が数10cmとい
うような大型の平板として用いられることが多く、材料
がたとえば合金などであるときは、熔融体から鋳造など
の方法で成形されることもある。しかし成分が偏析し易
い場合などでは徐冷すると均一な品質が得られずまた急
冷すると内部応力のためにクラック等が生じて大型の成
形品は得られない。

そこで、均質で大型の成形品を得るために、金属粉末を
焼結する方法が採用されるが、金属を粉化するに際して
不純物が混入し易く、また表面積が大きいため酸化を受
け易くて、高純度低酸素含量の焼結成形品が得難いとい
う欠点がある。特に、例えば鉄−テルビウム合金やチタ
ン−シリコン合金などのような酸化しやすい金属を成分
として含有する合金の場合には、還元性雰囲気で焼結を
行っても酸素含量を低下させることは困難であった。し
かもなお、機械的に粉砕した合金では粒度分布が広く概
して粗いため、焼結成形品の空隙率が高く成形後でも空
気酸化を受け易いという欠点を有している。

解決しようとする問題点 常住の如く、酸化され易い金属成分を含む電子材料用合
金で均質かつ大型の成形品を得ようとすると、どうして
も酸化され易く酸素含量が高いものしか得られないとい
う問題点があり、全ての取扱い作業を無酸素の環境下で
行なう以外に方法がなかった。

そこで、本発明は、かかる合金の大型成形品の酸素含量
を大幅に低下させることができる新規な方法を提供しよ
うとするものである。これを換言すれば、酸化し易い金
属を成分として含有する合金の低酸素含量の成形品であ
って大気中で取扱っても酸化され難いものを製造する方
法を提供することが、本発明の目的である。

〔発明の構成〕

問題点を解決するための手段 前記の如き本発明の目的は、少くとも水素化物を形成し
得る金属成分を含む合金成形体を製造するに当たり、所
要の金属配合物を還元性または不活性雰囲気中で溶融す
ることによって酸化物含量の多い部分を酸素含量の少い
合金部分から浮上分離し、該酸素含量の少い合金部分を
冷却固化させたのち水素化することにより粉化させて水
素化合金粉体に転換し、得られた水素化合金粉体を真空
下または不活性雰囲気中で加熱脱水素すると同時に焼結
することを特徴とする低酸素合金成形体の製造法によっ
て達成される。

本発明における合金は、本質的にどのようなものであっ
てもよいが、合金中に含まれる成分の少くとも１種また
は２種あるいはそれ以上が酸化し易い金属であるもので
あるとき、特にすぐれた効果があらわれる。更にそれほ
ど酸化し易くはない金属のみからなる合金の場合は、酸
化され易い金属を含む合金に比較して改善効果はそれほ
ど顕著でないが、それでも酸素の含量を低下させるに有
効である。

かかる合金には、その成分のうちの少くとも１種として
水素化物を形成しうる金属が配合されなければならな
い。水素化物を形成しうる金属としては、周期律表の2
A,3A,4A,5A,6Aなどに属する金属、とくに希土類金属や
チタン、ジルコニウムなどが好ましく用いられるが、こ
のような金属は、合金の本質的な必須成分として含有さ
れるものであってもよく、また任意成分であっても、あ
るいは必要成分でないが添加しても無害である成分とし
て含有されてもよい。

このような、水素化物を形成しうる金属を含む金属配合
物は、粉状、粒状あるいはインゴット等であってもよい
が、配合されたのちは還元性または不活性雰囲気、たと
えば水素雰囲気あるいはアルゴン雰囲気またはこのよう
な雰囲気の減圧下もしくは真空下で一旦均一に溶融す
る。そして比重の軽い金属酸化物を多く含有する合金部
分が上層に形成された後に、下層の酸化物含有量の少い
部分を分離し、これを冷却固化する。この冷却固化は偏
析を避けるために急冷することができ、そのときの内部
応力によるクラック発生は後工程の水素化粉砕にとって
却って好都合である。しかし完全に冷却するまでは、酸
化が進むことを防止するために溶融時と同様な還元性ま
たは不活性雰囲気中で取り扱うことが必要である。

固化合金は、固化に引き続いて、または固化後適宜の時
に水素と接触させて水素化する。かかる水素化は合金の
種類によってそれぞれ適した条件の下に行なうことがで
きる。合金は高純度の水素を吸収して水素化することに
より膨脹し、内部応力によって破砕する。そして水素化
物を形成しうる金属の配合量が少な過ぎない限り水素化
と共に破砕も進行し、すべて粉末となる。このように粉
体化した水素化合金は、通常の室内環境下では酸化され
ることなく安全に取扱うことができる。

以上のようにして得られた水素化合金粉体は、プレスに
よって所望形状にあらかじめ成形するかまたは粉体のま
ま成形用金属性容器等に収容し、真空下または不活性雰
囲気下で加熱し、水素を離脱させながら焼結する。加熱
焼結に当っては、同時に加圧を行なうことにより、更に
空隙率が小さく精密な形状を有する成形品が得られる。

本発明の方法を実施して合金成形体を製造する際の原材
料の配合組成は、予め原材料中の酸素の含有量や製造操
作中に混入増加する酸素の量を勘案して、製品が所望の
組成を有するものとなるように決定する必要がある。し
かし原材料として酸素含有量が少ないものを選択して使
用するならば、金属酸化物含量の多い部分を浮上分離し
た後の合金の組成には殆ど有意の変化はなく、またその
後の操作中の酸素含量の増加も極めて少なく抑制できる
から、低酸素含量で所望組成の合金成形体が容易に得ら
れる。

作 用 本発明の方法のよれば、得られた成形品は高純度で形状
が精密であり、また内部歪が少ないから、容易に大形の
成形品を得ることができる。そして空隙率が小さいこと
もあって空気中で取扱っても酸化の進行が遅く、極めて
酸素含有率が低く高純度の成形品が得られる。

実施例−１ 光磁気記憶媒体層をスパッタ法によって形成するための
ターゲットとして、鉄−テルビウム合金板を製造する例
を以下に説明する。

工業的に入手可能な高純度の鉄のインゴット（試料Ａ）
およびテルビウムのインゴット（試料Ｂ）中に含有され
る酸素量は、それぞれ重量で20〜300ppmおよび600〜700
ppm程度のものであり、これらを用いてアルゴン等の不
活性雰囲気中で溶融して合金化（モル比で、試料A/試料
Ｂ＝8/2）すると、鉄の酸化物はテルビウムにより還元
されてテルビウムの酸化物が溶融物の表面に浮上する。
そこで浮上部分を除去して下層部分を平板状（150mm×1
50mm×20mm）となるよう鋳造したところ亀裂が発生し
た。そして、亀裂部分を削り落して整形したところ、3c
m×3cm×2cm程度の板状体10個が得られた。このときの
鋳造品（試料Ｃ）の酸素含有量は重量で400〜480ppmで
あった。

一方、工業的に入手可能な高純度の鉄の粉末（試料Ｄ）
およびテルビウムの粉末（試料Ｅ）中に含有される酸素
量は、それぞれ重量で0.1％および0.6％〜２％であり、
粒径はそれぞれ10〜100μｍおよび40〜120μｍである。
これらを配合（モル比で、試料D/試料Ｅ＝8/2）して得
た粉末配合物（試料Ｆ）の試料含有率は、重量で0.5〜
１％であった。

また、試料Ｃをアルゴン雰囲気中で機械的に粉砕したと
ころ、５〜70μｍの粉体（試料Ｇ）が得られたが、空気
中の酸素と接触すると直ちに酸化が進行し、酸素含有量
が重量で0.4〜0.6％に達した。この値は、前述の試料Ｄ
と試料Ｅを配合して得た試料Ｆと比較して僅かに低目で
ある。

これと別に、試料Ｃ（前述の鋳造品およびその破片など
を含む）を密閉容器に入れ、露点が−85℃の高純度水素
と約400℃で接触させたところ、粒径20〜40μｍ程度の
水素化粉体（試料Ｈ）を得た。試料Ｈの酸素含有量は重
量で650〜900ppmであり、空気と接触しても安定であっ
た。

次に前記のようにして得られたそれぞれの粉末の試料Ｆ
（粉末混合品）、試料Ｇ（機械粉砕品）、および試料Ｈ
（水素化粉体）を予備プレスしてそれぞれ径125mm×厚
さ8mmの円板状に成形し、ついで真空焼結炉中に入れて
真空度10^-6トールに保ち、1250℃まで加熱して焼結体
（それぞれ試料Ｉ、試料Ｊおよび試料Ｋ）を得た。

また、別に焼結に際して1500kg/cm²の熱間プレスを併用
して、それぞれに対応する焼結体（試料Ｌ、試料Ｍおよ
び試料Ｎ）を得た。

これらの焼結体の酸素含有量および空隙率を測定して得
た結果を、原料として用いた粉体の酸素含有量と共に第
１表に示す。

この結果をみると、本発明の方法によれば、酸素含量が
少いうえ、特に緻密で酸化を受けにくい合金成形体が得
られ、光磁気記憶媒体層用ターゲットとしての許容酸素
含有量0.2％以下という条件を満足する成形体が得られ
ることがわかる。

実施例−２ 超LSIの電極部をスパッタ法によって形成するに用い
るターゲットとして、チタン・シリコン２合金板を製造
する例について説明する。

工業的に入手可能な高純度のスポンジ状チタン（試料
Ｏ）およびシリコンインゴット（試料Ｐ）をアルゴン等
の不活性雰囲気中で溶融して、モル比1:2の合金（試料
Ｑ）を得たが、このものは脆く、大型の板体を製造する
ことができなかった。酸素含有量は重量で300〜400ppm
であった。

試料Ｑを機械的に粉砕して径60μｍ以下の粉体（試料
Ｒ）したところ、空気と接触して酸化が進み、酸素含有
量が重量で600ppmから0.25％にまで増加した。

また、試料Ｑを密閉容器に入れ、露点が−85℃の高純度
水素と約800℃で接触させることにより、径40μｍ以下
の水素化粉体（試料Ｓ）を得た。試料Ｓの酸素含有量は
重量で約700ppmであり、空気と接触しても安定であっ
た。

次に、前記のようにした得た粉末の試料Ｒ（機械粉砕
品）および試料Ｓ（水素化粉体）を予備プレスして径25
mm×厚さ8mmの円板状に成形し、ついで真空焼結炉中に
入れ，真空度10^-6トールに保って1300℃まで加熱して焼
結体（それぞれ試料Ｔおよび試料Ｕ）を得た。

これらの焼結体の酸素含有量および空隙率を、原料とし
て用いた粉末の酸素含有量と共に第２表に示す。

この結果をみると、本発明の方法によって酸素含有量が
少くて緻密な合金成形体が得られ、超LSIの電極部形成
用ターゲットとしての許容酸素含有量0.1％以下という
条件を充分に満足するものが容易に製造できることがわ
かる。

〔発明の効果〕 本発明の低酸素合金成形体の製造法によれば、酸化し易
い金属成分をが有する合金の大型成形品を製造するに当
って、酸化を受けにくい水素化粉体の形態で原料を使用
するので、取扱いに格別の配慮をしなくとも酸素含有量
の低い製品を容易に得ることができる。こうして得られ
た成形体は高密度であるため、大気中に取扱っても酸化
され難いものである。更に、水素化粉体の脱水素と同時
に焼結が進むので焼結温度が低いばかりでなく、内部歪
が少く、より大型の成形品をより容易に製造できる利点
がある。

また、本発明の方法は、例示した用途などのほか、水素
化物を形成しうる金属を成分として含む合金、たとえば
希土類金属を含む超導電材料や磁性材料などの成形体を
製造するのに好適に利用できるという特長を有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少くとも水素化物を形成し得る金属成分を
   含む合金成形体を製造するに当たり、所要の金属配合物
   を還元性または不活性雰囲気中で溶融することによって
   酸化物含量の多い部分を酸素含量の少い合金部分から浮
   上分離し、該酸素含量の少い合金部分を冷却固化させた
   のち水素化することにより粉化させて水素化合金粉体に
   転換し、得られた水素化合金粉体を真空下または不活性
   雰囲気中で加熱脱水素すると同時に焼結することを特徴
   とする、低酸素合金成形体の製造法。