DE102020208782A1 - Sauerstoffarme AlSc-Legierungspulver und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft AlSc-Legierungspulver, die sich durch einen hohen Reinheitsgrad und einen niedrigen Sauerstoffgehalt auszeichnen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrer Verwendung in der Elektronikindustrie.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft AlSc-Legierungspulver, die sich durch einen hohen Reinheitsgrad und einen niedrigen Sauerstoffgehalt auszeichnen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrer Verwendung in der Elektronikindustrie und in elektronischen Bauteilen.
  • Scandium wird den Metallen der Seltenen Erden zugerechnet, deren Nachfrage insbesondere im Rahmen der fortschreitenden Entwicklung im Bereich der Mobilfunktechnik, der Elektromobilität und hochwertigen Aluminiumlegierungen mit besonderen mechanischen Eigenschaften stetig steigt. Als Legierungsbestandteil findet Scandium zusammen mit Aluminium zum Beispiel als dielektrische AlScN-Schichten in BAW (bulk acoustic wave)-Filtern, in elektronischen Bauteilen in der Elektronikindustrie und für die Funkübertragung wie WLAN und Mobilfunk Anwendung. Dazu wird aus einem AlSc-Legierungspulver oder den Elementen zuerst ein AlSc-Spattertarget gefertigt, das dann zur Herstellung der dielektrischen Schichten verwendet wird.
  • Die Anwendungsgebiete, in denen AlSc-Legierungspulver eingesetzt werden, haben als gemeinsame Anforderung, dass die Legierungspulver über einen hohen Reinheitsgrad verfügen müssen, was bei der Handhabung von Scandium dadurch erschwert wird, dass dies an Luft eine natürliche Oxidschicht ausbildet. Darüber hinaus ist Scandium aufgrund seines sehr unedlen Charakters und der hohen Affinität zu Sauerstoff in metallischer oder legierter Form nur schwer herzustellen. Entsprechend besteht der Bedarf nach hochreinen AlSc-Legierungspulvern sowie Verfahren zu deren Herstellung.
  • In der Regel werden AlSc-Legierungen durch Umsetzung der beiden Metalle miteinander gewonnen, wobei das Scandium zuvor durch Umsetzung von ScF3 mit Calcium hergestellt werden kann. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass nach der Verschlackung des ebenfalls entstandenen CaF2 das Scandium bei hohen Temperaturen sublimativ gereinigt werden muss, wobei in der Regel trotzdem signifikante Mengen an Verunreinigungen im Produkt zurückbleiben und das Scandium aufgrund der notwendigen hohen Temperaturen zusätzlich durch Tiegelmaterialien verunreinigt wird.
  • Aus dem Stand der Technik sind weiterhin einige Herstellungsverfahren bekannt, bei denen Scandiumchlorid mit Aluminium gemäß der folgenden Reaktionsgleichung zu Al3Sc umgesetzt wird: ScCl3 + 4Al → Al3Sc + AlCl3
  • Die beschriebene Herstellungsweise hat neben der hohen Luft- und Hydrolyseempfindlichkeit von ScCl3 den Nachteil, dass zusätzlich zu der Zielverbindung Al3Sc eine Reihe von Nebenprodukten gebildet werden, wie beispielweise Scandiumoxid (Sc2O3) oder Scandiumoxychlorid (ScOCl), die durch Zersetzung des Ausgangsstoffs bedingt sind, wie von W.W. Wendlandt in „The thermal decomposition of Yttrium, Scandium, and some rare-earth chloride hydrates“, veröffentlicht inJ. Inorg. Nucl. Chem., 1957, Vol. 5, 118-122, beschrieben. So führt die Zersetzung von ScCl3*6H2O zur Bildung von ScOCl und SC2O3. Um diesem Nachteil zu begegnen, sind eine Reihe von Verfahren bekannt, die die Herstellung von möglichst reinem wasserfreien ScCl3 betreffen.
  • WO 97/07057 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von im Wesentlichen reinen und wasserfreien Seltenerdmetallhalogeniden durch Dehydratisierung ihrer hydratisierten Salze, wobei die hydratisierten Seltenerdmetallhalogenide in ein Wirbelschichtsystem, das einen Reaktor oder mehrere gekoppelte Reaktoren aufweist, eingeführt werden und ein gasförmiges Trocknungsmittel bei erhöhter Temperatur hinzugefügt wird um Seltenerdhalogenide mit einem bestimmten maximalen Wassergehalt zu erhalten, die frei von Oxidverunreinigungen sind, wobei jedoch keine Angaben zu Verunreinigungen mit Oxychloriden gemacht werden.
  • EP 0 395 472 betrifft dehydratisierte Seltenerdhalogenide, die sich durch einen Wassergehalt zwischen 0,01 und 1,5 Gew.-% und einen Oxyhalogenidgehalt von weniger als 3 Gew.-% auszeichnen. Die Dehydratisierung wird dadurch erreicht, dass ein Gasstrom, der mindestens eine dehydratisierte halogenierte Verbindung enthält, bei einer Temperatur von 150 bis 350 °C durch ein Bett der zu dehydratisierenden Verbindung geleitet wird. Als dehydratisierte halogenierte Verbindungen werden Halogenwasserstoffe, Halogene, Ammoniumhalogenide, Tetrachlorkohlenstoff, S2Cl2, SOCl2, COCl2 und deren Gemische genannt. Die Druckschrift enthält jedoch keinen Hinweis, dass das beschriebene Verfahren auch für die Herstellung von Scandium geeignet wäre.
  • US 2011/0014107 offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung wasserfreier Seltenerdmetallhalogenide, bei dem ein Slurry aus dem Seltenerdhalogenid-Hydrat und einem organischen Lösungsmittel gebildet wird, der Slurry am Rückfluss erhitzt wird und schließlich das Wasser aus dem Slurry abdestilliert wird.
  • CN 110540227 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochqualitativen, wasserfreien Seltenerdmetallchloriden und -bromiden, bei dem zunächst das Hydrat des Seltenerdmetallhalogenids REX3 * xH2O vorgetrocknet wird, um REX3 zu erhalten. Das vorgetrocknete Produkt wird unter wasserisolierenden und sauerstoffisolierenden Bedingungen im Vakuum behandelt und graduell auf bis zu 1500 °C erwärmt, um das REX3 sublimativ von den ebenfalls entstehenden oxidischen Nebenprodukten abzutrennen. Dem so erhaltenen Seltenerdhalogenid wird ein Reinheitsgrad von 99,99% bescheinigt. Das Verfahren weist allerdings speziell für die Herstellung von ScCl3 den Nachteil einer geringen Ausbeute auf, da bei der Vortrocknung eine Reihe von oxidischen Nebenprodukten, wie Scandiumoxid (SC2O3) oder Scandiumoxychlorid (ScOCl), gebildet werden.
  • Auch wenn im Stand der Technik Verfahren zur Herstellung von hochreinen Ausgangsverbindungen für die Herstellung von AlSc-Legierungen bekannt sind, bleibt bis jetzt ungelöst, wie diese unter Erhalt eines hohen Reinheitsgrades im großtechnischen Maßstab zu den gewünschten AlSc-Legierungen umgesetzt werden können.
  • In diesem Zusammenhang offenbart WO 2014/138813 ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Scandium-Legierungen ausgehend von Aluminium und Scandiumchlorid, bei dem Scandiumchlorid mit Aluminium gemischt und dann auf Temperaturen von 600 bis 900 °C erhitzt wird, wobei das entstehende AlCl3 durch Sublimation entfernt wird. Neben der Zielverbindung Al3Sc zeigen XRD-Aufnahmen (Figure 8) des Produkts die Bildung von Scandiummetall und leichten Verunreinigungen an SC2O3, dass allerdings nicht explizit aufgeführt wird aber durch die nicht gekennzeichneten Reflexe bei 31.5 2Theta° (Cu) und bei 33 2Theta° (Cu) erkennbar ist.
  • Den Verfahren des Standes der Technik ist gemein, dass diese in der Regel Al3Sc mit einem vergleichsweise hohen Sauerstoffgehalt und/oder Gehalten an den Halogeniden Chlor und/oder Fluor liefern, wodurch die Verwendungsmöglichkeiten dieser Pulver stark eingeschränkt sind.
  • Somit besteht weiterhin der Bedarf nach hochreinen Aluminium-Scandium-Legierungen (AlSc-Legierungen), die für den Einsatz in der Elektronikindustrie und der Mobilfunktechnologie geeignet sind, sowie nach einem Verfahren zu ihrer Herstellung. Angesichts dessen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung entsprechende AlSc-Legierungen zur Verfügung zu stellen, die für die oben genannten Verwendungen geeignet sind.
  • Es wurde überraschend gefunden, dass diese Aufgabe durch ein AlSc-Legierungspulver gelöst wird, das sich durch einen niedrigen Gehalt an Sauerstoff und anderen Verunreinigungen und insbesondere einen geringen Chloridgehalt und/oder Fluoridgehalt auszeichnet.
  • Daher ist erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9 und x = 1 - y, bestimmt mittels Röntgenfluoreszenzanalysen (XRF), mit einem Reinheitsgrad von 99 Gew.-% oder mehr, bezogen auf metallische Verunreinigungen, wobei das Legierungspulver einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,7 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers, bestimmt mittels Trägergasheißextraktion.
  • In einer besonderen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Legierungspulver eine Zusammensetzung AlxScy mit 0,2 ≤ y ≤ 0,8, vorzugsweise 0,24 ≤ y ≤ 0,7 mit jeweils x = 1 - y auf, bestimmt mittels Röntgenfluoreszenzanalysen (XRF). Weiterhin kann das Legierungspulver auch Gemische von AlxScy unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen. Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Legierungspulver die Zusammensetzung Al3Sc (x = 0,75; y = 0,25) oder Al2Sc (x = 2/3; y = 1/3 ) und beliebige Gemische dieser Verbindungen auf.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Reinheitsgrad von 99,5 Gew.-% oder mehr, besonders bevorzugt 99,9 Gew.-% oder mehr auf, jeweils bezogen auf die metallischen Verunreinigungen.
  • Das erfindungsgemäße Pulver zeichnet sich insbesondere durch seinen geringen Sauerstoffgehalt aus. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Legierungspulver einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,05 Gew.-% aufweist, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers. Der Sauerstoffgehalt des Pulvers kann dabei mittels Trägergasheißextraktion bestimmt werden.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Pulver insbesondere für Anwendungen geeignet sind, in denen eine hohe Reinheit erforderlich ist. Neben dem niedrigen Sauerstoffgehalt wurde überraschend gefunden, dass das Pulver auch über den für die Elektronikindustrie essentiellen niedrigen Chloridgehalt verfügt. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Chlorgehalt von weniger als 1000 ppm, vorzugsweise weniger als 400 ppm, besonders bevorzugt weniger als 200 ppm, insbesondere weniger als 50 ppm, aufweist, bestimmt mittels Ionen Chromatographie.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung steht die Angabe „ppm“ jeweils für parts per million bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers.
  • In der Praxis hat sich gezeigt, dass insbesondere metallisches Scandium und oxidische und halogenhaltige Verunreinigungen zu Schwierigkeiten bei der weiteren Verarbeitung führen, wobei diese Verunreinigungen in der Regel mittels Röntgenbeugung nachgewiesen werden können. Bei diesen Verunreinigungen handelt es sich nicht nur um oxidische Verbindungen des Scandiums wie Sc2O3 und ScOCl, sondern auch um oxidische Verunreinigungen, die durch die eingesetzten Reaktionspartner eingebracht werden. Daher ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, in der ein Röntgenbeugungsdiffraktogramm des erfindungsgemäßen Legierungspulvers keine Reflexe von Verbindungen aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus SC2O3, ScOCl, ScCl3, Sc, X3ScF6, XScF4, ScF3 und anderen oxidischen Verunreinigungen und fluoridischen Fremdphasen, wobei X für ein Kalium- oder Natriumion steht. Bei den anderen oxidischen Verunreinigungen kann es sich beispielswese um MgO, Al2O3, CaO und/oder MgAl2O4 handeln.
  • Weiterhin ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Magnesiumgehalt von weniger als 5000 ppm, vorzugsweise weniger als 2500 ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm, aufweist, bestimmt mittels ICP-OES. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Gehalt an Calcium von weniger als 5000 ppm, vorzugsweise weniger als 2500 ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm auf, bestimmt mittels ICP-OES. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Gehalt an Natrium von weniger als 5000 ppm, vorzugsweise weniger als 2500 ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm auf, bestimmt mittels ICP-OES. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Magnesiumgehalt“, „Natriumgehalt“ beziehungsweise „Calciumgehalt“ sowohl die elementaren Verbindungen als auch die Ionen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Legierungspulver einen Fluorgehalt von weniger als 1000 ppm, vorzugsweise weniger als 400 ppm, besonders bevorzugt weniger als 200 ppm, insbesondere weniger als 50 ppm, bestimmt mittels Ionen Chromatographie.
  • Das erfindungsgemäße Legierungspulver ist insbesondere für die Weiterverarbeitung in der Elektronikindustrie geeignet, beispielsweise als Vorstufe für die Herstellung von Sputtertargets sowie den daraus hergestellten dielektrischen Schichten, wobei hier neben einem hohen Reinheitsgrad auch die entsprechende Partikelgröße von Bedeutung ist. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Legierungspulver eine Partikelgröße D90 von weniger als 2 mm, vorzugsweise von 100 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 150 µm bis 500 µm, bestimmt gemäß ASTM B822-10, aufweist. Der D90-Wert der Partikelgrößenverteilung bezeichnet die 90 Vol.-% der Partikel, die eine Partikelgröße aufweisen, die gleich oder kleiner als der angegebene Wert ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Legierungspulvers, bei dem eine Scandiumquelle zusammen mit Aluminiummetall oder einem Aluminiumsalz in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y umgesetzt wird. Erfindungsgemäß ist das Reduktionsmittel von Aluminium oder einem Aluminiumsalz verschieden und weist kein Aluminium auf. Bei dem Aluminiumsalz handelt es sich vorzugsweise um eines, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus X3AlF6, XAlF4, AlF3, AlCl3, wobei X für ein Kalium- oder Natriumion steht. Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Bildung von unerwünschten oxidischen Verunreinigungen vermieden beziehungsweise deutlich reduziert werden kann und auf diese Weise AlSc-Legierungspulver mit einem hohen Reinheitsgrad und einem niedrigen Sauerstoffgehalt zugänglich sind.
  • Während bei herkömmlichen Herstellungsverfahren meist auf aufwendig hergestelltes ScCl3 oder Sc-Metall als Ausgangsstoff zurückgegriffen werden muss, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass die Umsetzung auch ausgehend von den Oxiden und Oxychloriden des Scandiums sowie ausgehend von mit ScOCl und/oder Sc2O3 verunreinigtem ScCl3 erfolgen kann, womit eine aufwendige Dehydratisierung oder Reinigung des Edukts, wie im Stand der Technik beschrieben, entfällt. Daher ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, in der die Scandiumquelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SC2O3, ScOCl, ScCl3, ScCl3*6H2O, ScF3, X3ScF6, XScF4 und Gemische dieser Verbindungen, wobei X für ein Kalium- oder Natriumion steht.
  • Als geeignete Reduktionsmittel in dem erfindungsgemäßen Verfahren haben sich vor allem Alkalimetalle und Erdalkalimetalle erwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reduktionsmittel daher ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium, wobei erfindungsgemäß Natrium und Kalium insbesondere bei der Umsetzung der Fluoride des Scandiums und Magnesium und Calcium bei der Umsetzung der Chloride des Scandiums verwendet werden. Die Verwendung der genannten Reduktionsmittel hat den Vorteil, dass die bei der Reduktion entstehenden Oxidationsprodukte des Reduktionsmittels, wie beispielsweise MgO, MgCl2 und NaF, einfach mittels Waschens entfernt werden können. Daher ist eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die weiterhin einen Schritt umfasst, in dem das erhaltene Legierungspulver gewaschen wird. Zum Waschen des Pulvers können beispielsweise destilliertes Wasser und/oder verdünnte Mineralsäuren wie H2SO4 und HCl verwendet werden.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Eintrag von Verunreinigungen weiter reduziert werden kann, wenn das Reduktionsmittel in Form von Dampf eingebracht wird. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Reduktionsmittel in Form von Dampf eingesetzt wird.
  • Als besonders effektiv hat sich erwiesen, wenn ScCl3, ScOCl und/oder Sc2O3 oder Gemische dieser Verbindungen als Scandiumquelle mit Aluminiummetall und Magnesium als Reduktionsmittel umgesetzt wird. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass der Reinheitsgrad der erhaltenen AlSc-Legierungspulver weiter erhöht werden kann, wenn das Aluminiummetall und das Magnesium vor der Umsetzung vorlegiert werden. Daher ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, in dem Aluminiummetall und Magnesium in Form einer Al/Mg-Legierung mit ScCl3, ScOCl und/oder Sc2O3 oder Gemischen dieser Verbindungen zu AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7 jeweils mit x = 1 - y umgesetzt wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Aluminiummetall und/oder die Al/Mg-Legierung in Form eines groben Pulvers eingesetzt wird, da auf diese Weise der Eintrag von Oberflächensauerstoff aus diesen Edukten verringert wird und dadurch die Sauerstoffgehalte des erhaltenen Legierungspulvers weiter gesenkt werden konnten. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Aluminiummetall und/oder die Al/Mg-Legierung in Form eines Pulvers vorliegen, wobei das Pulver vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße D50 von größer 40 µm, bevorzugt von 100 µm bis 600 µm, und einen D90 von größer 300 µm, bevorzugt von 500 µm bis 2 mm, aufweist, jeweils bestimmt mittels ASTM B822-10. Der D90-Wert der Partikelgrößenverteilung bezeichnet die 90 Vol.-% der Partikel, die eine Partikelgröße aufweisen, die gleich oder kleiner als der angegebene Wert ist; der D50-Wert entsprechend die 50 Vol.-% der Partikel, die eine Partikelgröße aufweisen, die gleich oder kleiner als der angegebene Wert ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass es bei deutlich geringeren Temperaturen als im Stand der Technik üblich durchgeführt werden kann, wodurch Einschlüsse des oxidierten Reduktionsmittels, beispielsweise MgCl2 oder MgO, im Legierungspulver vermieden und dadurch dessen Reinheit weiter erhöht werden kann. Dies gilt besonders für die Verwendung von Al/Mg-Legierung aufgrund der dort zu beobachtenden Schmelzpunkterniedrigung bei der Legierungsbildung aus Al und Mg. Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur von 400 bis 1050 °C, vorzugsweise 400 bis 850 °C, besonders bevorzugt 400 bis 600 °C erfolgt. Die Umsetzungsdauer beträgt dabei vorzugsweise 0,5 bis 30 Stunden, vorzugsweise 1 bis 24 Stunden.
  • Insbesondere in den Fällen, in denen Aluminiummetall und Magnesium zusammen mit ScCl3 als Scandiumquelle eingesetzt werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Reaktanden separat verdampft und dann in Form von Dampf in einem Reaktionsraum zusammengebracht werden. Auf diese Weise können die oxidischen Verunreinigungen der Vorstoffe vor der Reaktion abgetrennt werden. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der ScCl3 sowie Aluminiummetall und Magnesium separat verdampft und dann im dampfförmigen Zustand in einem Reaktionsraum zusammengebracht und zu einem Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7 jeweils mit x = 1 - y umgesetzt werden.
  • Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass die erfindungsgemäßen AlSc-Legierungspulver auch ausgehend von den Fluoridsalzen des Scandiums erhältlich sind. Daher ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, in der ein Scandiumfluoridsalz zusammen mit Aluminiummetall oder einem Aluminiumsalz in Gegenwart von Natrium oder Kalium zu einem Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y umgesetzt wird. Das Scandiumfluoridsalz ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ScF3, XScF4, X3ScF6 sowie beliebige Kombinationen dieser Verbindungen, wobei X für Kalium oder Natrium sowie Gemische davon steht. Das Aluminiumsalz ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AlF3, X3AlF6 und XAlF4, wobei X für ein Kalium- oder Natriumion steht.
  • Die Reduktion kann dabei sowohl mit untergemischtem als auch mit dampfförmigem Reduktionsmittel durchgeführt werden. Weiterhin kann die Reduktion auch innerhalb einer Schmelze durchgeführt werden. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Alternative liegt darin, dass die Fluoride des Scandiums, anders als die Chloride, an Luft stabil beziehungsweise weniger hygroskopisch sind und durch Fällung aus wässrigen Lösungen erhalten werden können. Dadurch können sie an Luft gehandhabt werden, wodurch ihr Einsatz in großtechnischen Verfahren erheblich erleichtert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung besonders reiner AlSc-Legierungspulver, die sich durch einen niedrigen Sauerstoffgehalt auszeichnen. Daher ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, jeweils mit x = 1 - y, bestimmt mittels Röntgenfluoreszenzanalysen (XRF), erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das so erhältliche Pulver weist vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,7 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% und insbesondere weniger als 0,05 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers und bestimmt mittels Trägergasheißextraktion. Besonders bevorzugt weist das auf diese Weise erhaltene Pulver die oben beschriebenen Eigenschaften auf.
  • Die erfindungsgemäßen Legierungspulver zeichnen sich durch einen hohen Reinheitsgrad und niedrigen Sauerstoffgehalt aus und sind dadurch besonders für den Einsatz in der Elektronikindustrie geeignet. Daher ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Legierungspulvers in der Elektronikindustrie oder in elektronischen Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Sputtertargets und BAW-Filtern.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei diese keinesfalls als Einschränkung des Erfindungsgedanken zu verstehen sind.
  • Beispiele:
  • 1. Herstellung der verwendeten Scandiumquellen ScCl3 und ScOCl (Präkursoren P1 bis P5)
  • ScCl3 wurde analog dem in der Tabelle 1 zusammengefassten Stand der Technik hergestellt. Dabei diente jeweils ScCl3*6H2O (Reinheit Sc2O3/TREO 99,9%) , erhältlich von der Firma Shinwa Bussan Kaisha, Ltd., als Ausgangsmaterial.
  • P1: Im Falle von P1 erfolgte die Umsetzung bei 720 °C im Argonstrom ohne Zugabe von NH4Cl für 2 Stunden.
  • P2: P2 basiert auf dem Beispiel 2 der EP 0 395 472 A1 , wobei anstatt des dort beschriebenen NdCl3*6H2O, die entsprechende Sc-Verbindung, ScCl3*6H2O, verwendet wurde.
  • P3: P3 basiert auf dem Beispiel 5 der CN1 10540117A , wobei anstatt des dort beschriebenen Gemischs von LaCl3*7H2O/CeCl3*7H2O, das entsprechende Hydrat ScCl3*6H2O verwendet wurde.
  • P4: Als P4 wurde phasenreines ScOCl eingesetzt, das durch eine thermische Behandlung von ScCl3*6H2O in einem HCl-Gasstrom in einem Quarzglasrohr bei 900 °C für 2 Stunden ohne Zugabe von NH4Cl hergestellt wurde.
  • P5: Als P5 wurde Sc2O3 (Reinheit Sc2O3/TREO 99,9%) erhältlich von der Firma Shinwa Bussan Kaisha, Ltd., eingesetzt.
  • Die für die jeweiligen Produkte ermittelten Phasenzusammensetzungen aus der Röntgenbeugung (XRD), sowie Sauerstoffgehalte und Restgehalte an H2O sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
  • 2. Vergleichsversuche C1 bis C7
  • Für die Vergleichsversuche C1 bis C6 wurden die scandiumhaltigen Präkursoren P1 bis P5 wie in Tabelle 2 angegeben mit Aluminium- bzw. Magnesiumpulver gemischt und in Tiegel aus Keramik gefüllt. Die mittlere Partikelgröße D50 des eingesetzten Aluminiumpulvers betrug 520 µm und die des eingesetzten Magnesiumpulvers 350 µm . Anschließend erfolgte in einer Argonatmosphäre eine thermische Umsetzung wie in der Tabelle 2 angegeben. Die jeweiligen Reaktionsprodukte wurden anschließend mit verdünnter Schwefelsäure gewaschen, im Umlufttrockenschrank für mindestens 10 Stunden getrocknet und anschließend einer chemischen Analyse und einer Röntgenbeugungsuntersuchung unterzogen. Die Ergebnisse dazu sind ebenfalls in Tabelle 2 angegeben.
  • Für den Vergleichsversuch C7 wurde das Beispiel 2 der WO 2014/138813A1 mit dem Präkursor P3 (ScCl3) und einem Aluminiumpulver mit einer mittleren Partikelgröße D50 von 14 µm nachgestellt. Nach der Umsetzung analog den dort offenbarten Bedingungen ergab sich ein Pulver mit folgenden Eigenschaften:
    • Röntgenbeugung (XRD): Al3Sc
    • Chemische Analyse: Sauerstoff 0,81 Gew.-%, Cl 15000 ppm, F<50 ppm, Mg < 10 ppm, Na<10ppm, Ca<10ppm
    • Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF): Verhältnis Al:Sc = 0,77 : 0,23
    • Partikelgröße D50: 25µm
  • Die Summe aller metallischen Verunreinigungen (einschließlich Mg, Ca und Na) wurde für alle Versuche auf <500 ppm bestimmt.
  • 3. Erfindungsgemäße Versuche
  • a) E1 bis E8
  • Analog zu den Vergleichsversuchen C1 bis C7 wurden bei den Versuchen E1 bis E8 scandiumhaltige Präkursoren P1 bis P5 wie in Tabelle 3 angegeben mit pulverförmigem Al und Mg oder einer Al/Mg Legierung (69 Gew.-% Al, 31 Gew.-% Mg) gemischt und in Tiegel aus Keramik gefüllt. Die mittlere Partikelgröße D50 des eingesetzten Aluminiumpulvers betrug 520 µm, die des Magnesiumpulvers 350 µm und die der Al/Mg Legierung 380 µm. Die thermischen Umsetzungen erfolgten innerhalb einer Stahlretorte, welche während der gesamten Umsetzungszeit mit Argon durchströmt wurde, wie in Tabelle 3 angegeben. Die jeweiligen Reaktionsprodukte wurden anschließend mit verdünnter Schwefelsäure gewaschen, im Umlufttrockenschrank für mindestens 10h getrocknet und anschließend einer chemischen Analyse und einer Röntgenbeugungsuntersuchung unterzogen. Die Ergebnisse dazu sind ebenfalls in Tabelle 3 angegeben. Der Natrium- und Calciumgehalt betrug für alle Versuche jeweils <10 ppm. Die Summe aller metallischen Verunreinigungen (einschließlich Mg, Ca und Na) wurde für alle Versuche auf <400 ppm bestimmt.
  • b) Versuche E9 bis E34
  • Die scandium- und aluminiumhaltigen Präkursoren wurden analog den in Tabelle 3 und Tabelle 4 angegebenen Verhältnissen gemischt und auf ein fein gelochtes Niobblech verteilt. Dieses befand sich in einem Stahlreduktionsgefäß, welches mit der für die Umsetzung benötigten Menge an Natrium, plus 50% Überschuss bezogen auf die Stöchiometrie, gefüllt war. Das Niobblech wurde oberhalb und ohne direkten Kontakt zum Natrium platziert. Die Umsetzung erfolgte innerhalb einer Stahlretorte, welche während der gesamten Umsetzungszeit mit Argon durchströmt wurde. Das Natrium wurde verdampft, wodurch die Präkursoren zu elementarem Sc und Al reduziert wurden, die in situ zu der Ziellegierung umgesetzt wurden.
  • Nach der Umsetzung wurde die Retorte vorsichtig mit Luft passiviert und danach das Stahlreduktionsgefäß entfernt. Während der Reaktion entstandenes Natriumfluorid wurde mit Wasser aus dem Reaktionsprodukt herausgewaschen und das Produkt danach bei niedrigen Temperaturen getrocknet. Der Calciumgehalt betrug für alle Versuche jeweils <10 ppm und der Natriumgehalt <50 ppm. Die Summe aller metallischen Verunreinigungen (einschließlich Mg, Ca und Na) wurde für alle Versuche auf <400 ppm bestimmt.
  • c) Versuche E35 bis E42
  • Die scandium- und aluminiumhaltigen Präkursoren wurden gemischt (s. Tabelle 4) und zusammen mit der für die Umsetzung benötigten Menge Natrium, plus 5% Überschuss bezogen auf die Stöchiometrie, in ein Niobgefäß gegeben. Die Umsetzung erfolgte innerhalb einer Stahlretorte, welche während der gesamten Umsetzungszeit mit Argon durchströmt wurde. Die Präkursoren wurden durch das Natrium zu elementarem Sc und Al reduziert, die in situ zu der Ziellegierung umgesetzt wurden.
  • Nach der Umsetzung wurde die Retorte vorsichtig mit Luft passiviert und danach das Stahlreduktionsgefäß entfernt. Überschüssiges Natrium wurde durch Umsetzung mit Ethanol gelöst und der verbliebene Feststoff mit Wasser gewaschen. Dabei wurde Natriumfluorid und/oder Natriumchlorid aus dem Reaktionsprodukt herausgewaschen und das Produkt danach bei niedrigen Temperaturen getrocknet. Der Calciumgehalt betrug für alle Versuche jeweils <10 ppm und der Natriumgehalt <50 ppm. Die Summe aller metallischen Verunreinigungen (einschließlich Mg, Ca und Na) wurde für alle Versuche auf <400 ppm bestimmt.
  • Der Sauerstoffgehalt der Pulver wurde mittels Trägergasheißextraktion (Leco TCH600) und die Partikelgrößen D50 und D90 jeweils mittels Laserbeugung (ASTM B822-10, MasterSizer S, Dispersion in Wasser und Daxad 11, 5 min Ultraschallbehandlung) bestimmt.
  • Die Spurenanalytik der metallischen Verunreinigungen erfolgte mittels ICP-OES (optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma) mit den folgenden Analysegeräten PQ 9000 (Analytik Jena) oder Ultima 2 (Horiba) und die Bestimmung der Zusammensetzung der kristallinen Phasen erfolgte an pulverförmigen Proben mittels Röntgenbeugung (XRD - X-Ray Diffraction) mit einem Gerät der Firma Malvern-PANalytical (X'Pert-MPD Pro mit Halbleiterdetektor, Röntgenröhre Cu LFF mit 40KV/40mA, Ni-Filter). Die Bestimmung der Halogenide F und C1 basierte auf Ionen Chromatographie (ICS 2100). Für Röntgenfluoreszenzanalysen (XRF - X-Ray Fluorescence Spectroscopy) von Al und Sc dienten die Geräte Axios und PW2400 der Firma Malvern-PANalytical).
  • Jegliche Gehaltsangaben von chemischen Elementen in % sind Gew.-% und beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht des Pulvers. Unter Reinheitsgrad in Gew.-%, jeweils bezogen auf die metallischen Verunreinigungen, wird die Subtraktion aller ermittelten metallischen Verunreinigungen in Gew.-% von dem 100% Idealwert verstanden. Das Verhältnis AI:Sc ergibt sich rechnerisch aus den mittels XRF bestimmten Gehalten an Al und Sc.
  • Die Abkürzung TREO steht für Summe Oxide seltener Erdelemente. Tabelle 1 - Herstellung ScCl3-Präkusoren
    Versuchsnummer Ziel-Produkt Stand der Technik Herstellung Produkt XRD Produkt O [%] Produkt Rest H2O [%]
    P1 ScCl3 W.W. Wendlandt et al ScCl3*6H2O aufheizen auf 720 °C im Argonstrom ohne Zugabe von NH4Cl ScOCl, ScCl3 7,1 0,5
    P2 ScCl3 EP0395472A1 analog Beispiel 2, aber anstatt NdCl3*6H2O, ScCl3*6H2O ScCl3, ScClO 2,5 0,03
    P3 ScCl3 CN110540117A analog Beispiel 5, aber anstatt LaCl3*7H2O/CeCl3*7H2O Mischung, SeCl3*6H2O ScCl3 0,09 0,003
    Tabelle 2 Vergleichsbeispiele zur Herstellung von AlSc-Legierungspulvern
    Versuchsnummer Sc-Vorstoff Herstellung Sc-Vorstoff Menge Al Mg Al/Mg Legierung 69 Gew.-% Al/31 Gew.-% Mg Umsetzung Temperatur Umsetzung Zeit Produkt XRD Produkt XRF Verhältnis Al: Sc Produkt O Produkt C1 Produkt F Produkt Mg
    [g] [g] [g] [g] [°C] [h] Ergebnis [%] ppm ppm ppm
    C1 Sc2O3 (P5) 200 0 210 0 950 3 SC2O3 nicht bestimmbar 35,0 <50 <50 480
    C2 Sc2O3 (P5) 200 640 0 0 950 3 SC2O3 nicht bestimmbar 34,9 <50 <50 <10
    C3 ScCIO aus P4 200 640 0 0 950 3 ScClO nicht bestimmbar 16,0 370000 <50 <10
    C4 ScCl3 aus P1 200 220 0 0 800 3 Al3Sc + ScCIO -- 4,1 27000 <50 <10
    C5 ScCl3 aus P2 200 220 0 0 800 3 Al3Sc + ScClO - 2,2 33000 <50 <10
    C6 ScCl3 aus P3 200 220 0 0 800 3 Al3Sc 0,77 : 0,23 0,75 12000 <50 <10
    Tabelle 3: erfindungsgemäße Beispiele zur Herstellung von AISc-Legierungspulver aus ScCl3-Präkusoren
    Versuch Sc-Vorstoff Herstellung Sc-Vorstoff Menge Al Mg Al/Mg Legierung 69 Gew-.% Al/31 Gew.-% Mg Na Umsetzung Temperatur Umsetzung Zeit Produkt XRD Produkt XRF Verhält-nis Al: Sc Produ kt O Produkt C1 Produkt F Produkt Mg Produkt D90
    [g] [g] [g] [g] [g] [°C] [h] Ergebnis [%] ppm ppm ppm µm
    E1 Sc2O3 aus P5 200 0 0 680 0 gemischt 500 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,590 <50 <50 <10 202
    E2 ScCIO aus P4 200 0 0 680 0 gemischt 500 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,489 180 <50 <10 180
    E3 ScCl3 aus P1 200 220 100 0 0 gemischt 800 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,410 185 <50 266 420
    E4 ScCl3 aus P1 200 0 0 320 0 gemischt 500 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,095 <50 <50 25 168
    E5 ScCl3 aus P2 200 220 100 0 0 gemischt 800 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,310 168 <50 401 550
    E6 ScCl3 aus P3 200 220 100 0 0 gemischt 800 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,078 128 <50 330 430
    E7 ScCl3 aus P3 200 220 100 0 0 gemischt 670 3 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,049 <50 <50 94 358
    E8 ScCl3 aus P3 200 0 0 320 0 gemischt 500 3 Al3Sc 0,74 : 0,26 0,033 <50 <50 35 210
    E9 ScCl3 aus P2 200 107 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,048 <50 <50 <10 290
    E10 ScCl3 aus P1 200 107 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,078 <50 <50 <10 277
    E11 ScCl3 aus P3 200 107 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,038 <50 <50 <10 250
    E12 ScCl3 aus P3 200 89 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,72 :0,28 0,069 <50 <50 <10 233
    E13 ScCl3 aus P3 200 98 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,73 :0,27 0,046 <50 <50 <10 231
    E14 ScCl3 aus P3 200 80 0 0 137 Gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,69 :0,31 0,105 <50 <50 <10 241
    Tabelle 4 : erfindungsgemäße Beispiele zur Herstellung von AISc-Legierungspulver aus Sc-Flouriden
    Versuch Sc-Vorstoff Menge Sc-Vorstoff Menge Al-Vorstoff Na Umsetzung Temperatur Umsetzung Zeit Produkt XRD Produkt XRF Verhältnis Al: Sc Produkt O Produkt C1 Produkt F Produkt Mg Produkt D90
    [g] [g] [g] [°C] [h] Ergebnis [%] ppm ppm ppm µm
    E15 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 550 Na3AlF6 363 gasförmig 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,097 <50 <100 <10 240
    E16 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 370 Na3AlF6 271 gasförmig 750 4 Al2Sc 0,66 : 0,34 0,189 <50 <100 <10 280
    E17 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 460 Na3AlF6 317 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,72 : 0,28 0,102 <50 <100 <10 301
    E18 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 505 Na3AlF6 340 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,74 : 0,26 0,150 <50 <100 <10 250
    E19 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 415 Na3AlF6 294 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,68 : 0,32 0,209 <50 <100 <10 260
    E20 AlF3/ScF3 200 SCF3 495 AlF3 811 gasförmig 750 4 Al3Sc 0,74 : 0,26 0,044 <50 <100 <10 180
    E21 AlF3/ScF3 200 SCF3 330 AlF3 609 gasförmig 750 4 Al2Sc 0,65 : 0,35 0,204 <50 <100 <10 153
    E22 AlF3/ScF3 200 SCF3 415 AlF3 710 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,73 :0,27 0,134 <50 <100 <10 181
    E23 AlF3/ScF3 200 SCF3 455 AlF3 760 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,75 : 0,25 0,072 <50 <100 <10 145
    E24 AlF3/ScF3 200 SCF3 375 AlF3 660 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,69 :0,31 0,133 <50 <100 <10 175
    E25 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 70 A1 91 gasförmig 750 4 Al3Sc 0,73 : 0,27 0,048 <50 <100 <10 350
    E26 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 47 Al 91 gasförmig 750 4 Al2Sc 0,69 : 0,31 0,292 <50 <100 <10 365
    E27 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 58 Al 91 gasförmig 750 4 Al2Sc Al3Sc 0,72 : 0,28 0,185 <50 <100 <10 342
    E28 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 53 Al 91 gasförmig 750 4 Al2Sc Al3Sc 0,74 : 0,26 0,064 <50 <100 <10 329
    Versuchsnummer Sc-Vorstoff Menge Sc-Vorstoff Menge Al-Vorstoff Na Umsetzung Temperatur Umsetzung Zeit Produkt XRD Produkt XRF Verhältnis Al: Sc Produkt O Produkt C1 Produkt F Produkt Mg Produkt D90
    [g] [g] [g] [°C] [h] Ergebnis [%] ppm ppm ppm µm
    E29 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 64 A1 91 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,69 :0,31 0,306 <50 <100 <10 335
    E30 NaScF4/Al 200 Na3ScF6 123 Al 144 gasförmig 750 4 Al3Sc 0,74 : 0,26 0,032 <50 <100 <10 201
    E31 NaScF4/Al 200 Na3ScF6 82 Al 144 gasförmig 750 4 Al2Sc 0,64 : 0,36 0,288 <50 <100 <10 185
    E32 NaScF4/Al 200 Na3ScF6 103 Al 144 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,7 : 0,3 0,159 <50 <100 <10 189
    E33 NaScF4/Al 200 Na3ScF6 113 Al 144 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,75 : 0,25 0,044 <50 <100 <10 209
    E34 NaScF4/Al 200 Na3ScF6 93 A1 144 gasförmig 750 4 Al2Sc, Al3Sc 0,71 : 0,29 0,233 <50 <100 <10 195
    E35 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 550 Na3AlF6 254 gemischt 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,120 <50 <100 <10 112
    E36 Na3ScF6/Na3AlF6 200 Na3ScF6 370 Na3AlF6 190 gemischt 750 4 Al2Sc 0,64 : 0,36 0,381 <50 <100 <10 131
    E37 AlF3/ScF3 200 ScF3 495 AlF3 568 gemischt 750 4 Al3Sc 0,75 : 0,25 0,136 <50 <100 <10 260
    E38 AlF3/ScF3 200 ScF3 330 AlF3 426 gemischt 750 4 Al2Sc 0,69 :0,31 0,299 <50 <100 <10 251
    E39 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 70 A1 64 gemischt 750 4 Al3Sc 0,74 : 0,26 0,211 <50 <100 <10 321
    E40 Na3ScF6/Al 200 Na3ScF6 47 Al 64 gemischt 750 4 Al2Sc 0,65 : 0,35 0,273 <50 <100 <10 309
    E41 NaScF4/Al 200 Na3ScF4 123 Al 101 gemischt 750 4 Al3Sc 0,76 :0,24 0,085 <50 <100 <10 150
    E42 NaScF4/Al 200 Na3ScF4 82 Al 101 gemischt 750 4 Al2Sc 0,68 : 0,32 0,349 <50 <100 <10 179
  • Wie aus den Daten der Tabellen 3 und 4 ersichtlich, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Legierungspulver nicht nur durch einen niedrigen Sauerstoffgehalt sondern auch durch einen niedrigen Chlor- und Fluorgehalt aus, der mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht erreicht wird. Des Weiteren zeigen die vorgelegten Versuche, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von hochreinem AlSc-Legierungspulver auch ausgehend von den Oxiden, Fluoriden und Chloriden des Scandiums erlaubt, so dass auf eine aufwendige Aufarbeitung der Edukte verzichtet werden kann.
    • 1 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des ScCl3-Präkursors P2.
    • 2 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des ScCb-Präkursors P3.
    • 3 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des AlSc-Legierungspulvers gemäß Vergleichsbeispiel C5.
    • 4 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des AlSc-Legierungspulvers gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel E7.
    • 5 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des AlSc-Legierungspulvers gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel E13.
  • Die Röntgenbeugungsdiagramm der beiden abgebildeten erfindungsgemäßen AlSc-Legierungspulvers stehen stellvertretend für alle beschriebene erfindungsgemäßen Versuche E1 bis E42. Wie aus einem Vergleich der zur Verfügung gestellten Diagramme ersichtlich, zeigen die Diagramme der erfindungsgemäßen Pulver keine weiteren Reflexe, als die der gewünschten AlSc-Zielverbindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 9707057 [0007]
    • EP 0395472 [0008]
    • US 2011/0014107 [0009]
    • CN 110540227 [0010]
    • WO 2014/138813 [0012]
    • EP 0395472 A1 [0041, 0057]
    • CN 110540117 A [0042, 0057]
    • WO 2014/138813 A1 [0047]

Claims (15)

  1. Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9 und x = 1 - y, mit einem Reinheitsgrad von 99 Gew.-% oder mehr, bezogen auf metallische Verunreinigungen, wobei das Legierungspulver einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,7 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers, bestimmt mittels Trägergasheißextraktion.
  2. Legierungspulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver einen Chlorgehalt von weniger als 1000 ppm, bevorzugt weniger als 400 ppm, besonders bevorzugt weniger als 200 ppm aufweist, bestimmt mittels Ionen Chromatographie.
  3. Legierungspulver gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgenbeugungsdiagramm des Pulvers keine Reflexe von Verbindungen aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sc2O3, SCoCl, ScCl3, Sc, Al2O3, X3ScF6, XScF4, ScF3 und andere oxidische und fluoridische Fremdphasen, wobei X für ein Natrium- oder Kaliumion steht.
  4. Legierungspulver gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver einen Magnesiumgehalt von weniger als 5000 ppm, vorzugsweise weniger als 2500 ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 ppm, im Speziellen weniger als 100 ppm, aufweist, bestimmt mittels ICP-OES.
  5. Legierungspulver gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver eine Partikelgrößenverteilung D90 von weniger als 2 mm, vorzugsweise von 100 µm bis 1 mm, aufweist,bestimmt gemäß ASTM B822-10.
  6. Legierungspulver gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungspulver einen Fluorid-Gehalt von weniger als 1000 ppm, bevorzugt weniger als 400 ppm, besonders bevorzugt weniger als 200 ppm aufweist, bestimmt mittels Ionen Chromatographie.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Legierungspulvers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scandiumquelle zusammen mit Aluminiummetall oder einem Aluminiumsalz in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y umgesetzt wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scandiumquelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SC2O3, ScOCl, ScCl3, ScCl3*6H2O, ScF3, X3ScF6 und XScF4 und Gemische dieser Verbindungen, wobei X für ein Kalium- oder Natriumion steht.
  9. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Calcium, Lithium, Natrium und Kalium.
  10. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiummetall und Magnesium in Form einer Al/Mg-Legierung mit der Scandiumquelle zu AlxScy mit 0,1 ≤y ≤0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y umgesetzt wird.
  11. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiummetall und/oder die Al/Mg-Legierung in Form eines Pulvers vorliegen, wobei das Pulver vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße D50 von größer 40 µm, bevorzugt von 100 µm bis 600 µm, aufweist und einen D90 von größer 300 µm, bevorzugt von 500 µm bis 2 mm, aufweist, bestimmt mittels ASTM B822-10.
  12. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scandiumfluoridsalz zusammen mit Aluminiummetall oder einem Aluminiumsalz in Gegenwart von Natrium oder Kalium zu einem Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y umgesetzt wird.
  13. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur von 400 bis 1050 °C, vorzugsweise 400 bis 850 \°C, erfolgt.
  14. Legierungspulver der Zusammensetzung AlxScy mit 0,1 ≤ y ≤ 0,9, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,8, besonders bevorzugt 0,24 ≤ y ≤ 0,7, mit jeweils x = 1 - y erhältlich nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13.
  15. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 14 in der Elektronikindustrie in elektronischen Bauteilen.
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