JPS6347344A - 低酸素合金成形体の製造法 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 童栗上皇且度光旦 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。

監來尖バ五 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
リング用クーゲットの形態で使用されることが多い。

スパッタリング用クーゲットは、例えば径がＩＱｃｍ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、ば熔融体から鋳造
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ンク等が生じて大型
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
は易くて、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
は易いとう欠点を有している。

解ンしようとする問題点 上述の如く、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〕 間　屯を解°するための 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素含量の多い部分と酸
素含量の少ない部分とに分離し、該酸素の少い部分を冷
却固化させたのち水素化することにより粉体に転換し、
得られた粉体を真空下または不活性雰囲気中で焼結する
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れれる。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２Ａ
、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、くは真空下で一旦溶融され、そ
して金属酸化物を多く含有する部分を浮上させて下層の
酸化物含有量の少い部分を分離し、これを冷却固化する
。

この冷却同化の際にも溶融時と同様な還元性または不活
性雰囲気中で固化することが必要である。

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。かがる水素化は合金の
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
より膨張し、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
。

作−■ 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＝し 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２０〜３０ｐｐｍおよび６
００〜７００ｐｐｍ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（１５０ｍｍＸ　Ｌ５０鶴Ｘ２０１１１）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、３ｃｍＸ３ｃｍＸ２Ｃ
Ｉ１１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４００〜４８０ｐｐ
ｍであった。

一方、工業的に入手可能な高純度の鉄の粉末く試料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４０〜１
２０ＩＪｍ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）の酸素
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
の試料りと試料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砕片など
を含む）を密閉容器に入れ、露点が一８５℃の高純度水
素と約４００℃で接触させたところ、粒径２０〜４０μ
ｍ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
Ｘ厚さ８■■の円板状に成形し、ついで真空焼結炉中に
入れて真空度ｉｏ−”トールに保ち、１２５０°Ｃまで
加熱して焼結体（それぞれ試料■、試料Ｊおよび試料Ｋ
）を得た。

また、別に焼結に際して１５００　ｋｇ／ｃｒＡの熱間
ブレスを併用して、それぞれに対応する焼結体（試料り
、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。

第１表 試　料　　酸素含有量％　　空隙率％　　　注Ｆ　　　
　　０．０５〜１　　　　　　　　　粉末配合品Ｇ　　
　　Ｏ０４〜０．６　　　　　　　　　機械粉砕品ＨＯ
，０６〜０，０９　　　　　　　　　水素化粉体Ｉ　　
　　　１　〜２　　　　　　　　　試料Ｆ使用Ｊ　　　
　Ｏ１５〜１　　　２５　　　試料Ｇ使用Ｋ　　　　　
Ｏ，０６〜０．１８　　　１３　　　　試料Ｈ使用Ｌ　
　　　　１〜２　　　　　　　　　試料Ｆ使用Ｍ　　　
　　Ｏ，５〜１　　　　　　　　　試料Ｇ使用Ｎ　　　
　　Ｏ，１５〜０．２０　　　　２　　　　試料Ｈ使用
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○
）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以下の粉体く試料
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、露点が一８５℃の高純
度水素と約８００℃で接触させることにより、径４０μ
ｍ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（ｍ械粉砕品
）および試料Ｓ（水素化粉体）を予備プレスして径１２
５龍×厚さ８ｎ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。

第２表 試　料　　酸素含有量％　　空隙率％　　　注ＲＯ，０
７〜０．２　　　　　　　　　機械粉砕品Ｓ　　　　　
Ｏ，０５〜０．０６　　　　　　　　　水素化粉体Ｔ　
　　　　Ｏ，１５〜０．２　　　　　　　　　試料Ｒ使
用Ｕ　　　　　Ｏ，０７〜０．０８　　　７　　　　　
試料Ｓ使用〔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
い金属成分を含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、大気中で取扱っても酸化
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電導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. 少くとも水素化物を形成し得る金属成分を含む金属配合
   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
   て酸素含量の多い部分と酸素含量の少い部分とに分離し
   、該酸素含量の少い部分を冷却固化させたのち水素化す
   ることにより粉体に転換し、得られた粉体を真空下また
   は不活性雰囲気中で焼結することを特徴とする、低酸素
   合金成形体の製造法。