JP2014529006A - モリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶粒が比較的に微細化し、結晶粒径が均一化した素材を得たモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法を提供する。【解決手段】モリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法であって、以下の工程に基づいて実施する。（１）一定量のモリブデン粉末及びニオブ粉末をそれぞれ少なくとも３つに小分けし、当該小分けしたモリブデン粉末とニオブ粉末とをそれぞれ混合することによって混合粉末を得、各混合粉末を複数回かき混ぜて篩にかけた後、３つの混合粉末を再び混合して混合合金粉末を得、当該混合合金粉末を少なくとも３つのグループに分け、それぞれをかき混ぜて最後に互いに混合し、再びかき混ぜて成分を均一にした合金粉末を得る混合工程。（２）静水圧プレスによって合金粉末を加圧して合金ビレットを成形し、高温中周波炉に入れて水素雰囲気中で０〜８００℃、８００〜１６００℃及び１６００〜２０００℃の３つの焼結温度の各温度範囲で少なくとも３時間ずつ順に焼結した後、合金素材に本焼成する成型工程。（３）合金素材を１２００〜１４００℃の高温で鍛造して圧密化した後、高温炉の中で１５００〜１６００℃の加熱温度で圧延してフィード仕様のプレートを形成する鍛造及び圧延工程。（４）プレートを切断、研削、機械加工することによってモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の完成品を得る仕上げ工程。

Description

本発明は、金属材料の加工技術分野に属し、特に、非鉄金属合金材料の加工に関するものである。

モリブデン・ニオブ合金板ターゲット材（Ｍｏ元素９９％、Ｎｂ元素１０％）は、ＦＰＤの主要材料であり、ＬＣＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、有機ＥＬディスプレイ（ＥＬ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ブラウン管ディスプレイ（ＣＲＴ）、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦＤ）、ＴＦＴフレキシブルディスプレイ、タッチパネル等用のモリブデン・ニオブ合金に多く使われている。フラットパネルディスプレイでは、モリブデン・ニオブ元素を電子ビーム蒸着法によりエミッタ先端に堆積させることにより、大画面や高精細画面を実現することができ、その将来性が計り知れない。

現在、ＩＴＯを本焼成したターゲット材は、ＦＰＤに用いられ、酸化インジウムの単相構造であるのが一般的ある。採用されている方法は、基本的に熱間静水圧プレス法や加熱加圧法である。現在、このようなＩＴＯターゲット材の製造方法は、世界的に主流となっている。韓国唯一のメーカーはサムスン（登録商標）コーニングであり、主に日本からの技術導入で、製品の一部はＳＴＮに用いられるが、主にＴＦＴ液晶の製造に用いられる。日本製造のＩＴＯターゲット材の製造方法は、既存のＴＦＴの製造方法と比較的に似ているが、その製品には、隙間（空洞）が存在するため、密度がまだターゲット材の規格に達していない。

現在、中国国内で採用されている熱間静水圧プレス法又は加熱加圧法では、ＳＴＮ用ターゲット材を製造することができないため、ＳＴＮ、ＴＦＴ、ＯＬＥＤのアノード及び次世代のフレキシブルディスプレイに用いられるモリブデン・ニオブ合金ターゲット材の密度に関しては、さらに改善の余地を残している。

現在、アルミニウム合金ターゲット材に対する関心が高く、最も関心が高いのはモリブデン・ニオブ合金ターゲット材である。表示しようとする２つの配線の間の距離が約２０μｍに近づくと、アルミニウムには、一定の電流の流れによってさらに細かい結晶粒が発生することにより、隣接配線との間でショートが生じやすくなる。高精細ＴＦＴでは、画素を小さくする必要があるという問題に直面している。そのため、モリブデン・ニオブ合金を開発する必要がある。世界中の第５世代工場に使用されているすべてのアルミニウム合金は、日本から輸入されたものである。日本の製造方法では、アルミニウム合金にＮｂの成分を混入することによって、技術問題が解決され、特許出願された。

中国特許出願公開第１６６０５２６号明細書

アルミニウムの生産過程において、結晶粒の大きさを制御しにくいという問題がある。結晶粒が長く引っ張られすぎると、隣接結晶粒間の結晶粒配向が異なることで、ターゲット材のスパッタリング速度が一定ではないため、ラインの不均一が生じる。他の金属酸化物ターゲット材の透明導電膜材料は、主にＩＴＯインジウムスズであり、電極用の材料は、アルミニウム、マグネシウム、チタンである。そのうち、マグネシウムが主にＯＬＥＤに用いられる。ＦＰＤ用材料は、主にＩＴＯ、アルミ合金、モリブデン・クロム銅合金である。フレキシブルディスプレイの一部には、酸化スズ、ＩＴＯ及び他の合金ターゲット材が用いられる。ＰＤＰには、マグネシウム合金、アルミニウム合金及び酸化スズが用いられる。タッチパネルには、主に酸化スズが用いられ、ＯＬＥＤには、主にマグネシウム合金が用いられる。ＦＰＤ用材料には、以下のような改善点が存在する。
１、材料の結晶組織の均一化及び微細化。
２、粉末冶金における酸素含有量の低下。
３、電極材料における電子移動度の問題（合金化及び微細化）。
４、耐食性及びエッチング性に優れた、低抵抗率の新型合金の開発。
５、新型反射膜材料の開発、高密度透明導電膜材料の開発。
６、ＩＴＯの代わりに、低透湿性、高柔軟性、透明性を有するモリブデン・ニオブ合金を開発する。モリブデン・ニオブ合金は、高パワー、低抵抗率、低脆性、低透過性、合金の組織及び成分分布の均一性、結晶粒微細化、エッチング性、安定した蒸発速度、低蒸発温度、低仕事関数を有する。モリブデン元素９０％及びニオブ元素５〜１０％をドープした合金元素の融点は、他のモリブデン系合金の融点より高い。上述した合金元素に対して、より一層の密度の向上、ニオブ元素分布の均一化、引張延性の改善、柔軟性の向上を如何に実現するかについては、さらなる研究が必要となっている。
そこで、本発明は、ターゲット材結晶粒が微細化され、品質の良いモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法を提供する。

モリブデン・ニオブ合金板ターゲット材は、高融点及び低熱膨張係数を有し、優れた高温強度、高温靭性、耐熱性、熱・電気伝導性の特徴を有する。モリブデンに一定割合のニオブ元素を添加することにより、液晶ディスプレイの画素を向上又は２倍以上拡大させることができ、大画面ディスプレイの高解像度、大情報容量及び高精細性については、画期的な発展を遂げた。

モリブデン・ニオブ合金中のモリブデン元素及びニオブ元素は、重量差が比較的大きく、元素結晶粒の組織が異なり、また、モリブデン元素とニオブ元素との原子半径の差が比較的小さいため、合金化過程において、モリブデン原子がニオブ原子に置き換えられる際に、モリブデン原子の周囲が圧力を受け、ニオブ原子の周囲が制御力を受けることによって、格子ひずみを容易に引き起こす。また、このような格子ひずみによる内応力がかなり大きいため、合金化過程において、比較的大きい合金偏析を生じさせる可能性が極めて高く、結晶粒組織の互いの融合性が悪いので、合金の性能が不安定になって脆くなることによって、後処理としての熱加工の過程において困難性が生じる。自在に延伸圧延する合金を得ることは、非常に困難である。その製造方法の問題を解決するために、本発明は、正確かつ実現可能な加工方法を得られるように、異なる３つの合金化法を採用して比較する。方法１では、電子ビーム炉による溶融方法を採用する。モリブデン棒又はモリブデンシートに一定割合のニオブ棒又はニオブシートを添加し、結束してから高温で溶解して溶融インゴットを得て、その溶融インゴットを再溶融することによって合金素材を形成してから、後加工を施す。方法２では、真空焼結の方法を採用する。モリブデン・ニオブ合金粉末をプリフォーム形状に圧延し、高温真空炉により合金ブレットに焼結し、さらに後加工で完成品に仕上げる。方法３では、粉末冶金法を採用して合金粉末に合成し、この合金粉末から静水圧プレスによって作製されたビレットを中周波高温炉に入れ、水素雰囲気中で合金ビレットに焼結してから、後加工を施す。

上記３つの方法を比較すると、方法１によれば、合金化過程において、合金素材の結晶粒の不均一が生じることがわかった。
モリブデン原子がニオブ原子に置き換えられると、拡散の抵抗が克服され、結晶粒が膨張してしまい、不規則な形状を有するため、後処理としての熱加工を行うことが困難である。方法２によれば、気体による触媒作用によって還元が欠けるため、溶融する際の置き換えや融合に不利が生じ、全体的に均一化した合金を得ることができない。合金成分が大きく偏析し、樹枝状又は柱状の結晶が発達するため、作製された合金の性能が極めて不安定になって脆くなるとともに、結晶粒界に沿って容易に破断し、不規則な亀裂が生じることによって、その後の熱加工の塑性が極めて悪くなる。

本発明の目的を実現するモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法としては、以下の工程に基づいて実施する。
（１）一定量のモリブデン粉末及びニオブ粉末をそれぞれ少なくとも３つに小分けし、当該小分けしたモリブデン粉末とニオブ粉末とをそれぞれ混合することによって混合粉末を得、各混合粉末を複数回かき混ぜて篩にかけた後、３つの混合粉末を再び混合して混合合金粉末を得、当該混合合金粉末を少なくとも３つのグループに分け、それぞれをかき混ぜて最後に互いに混合し、再びかき混ぜて成分を均一にした合金粉末を得る混合工程。
（２）静水圧プレスによって合金粉末を加圧して合金ビレットを成形し、高温中周波炉に合金ビレットを入れて水素雰囲気中で０〜８００℃、８００〜１６００℃及び１６００〜２０００℃の３つの焼結温度の各温度範囲で少なくとも３時間ずつ順に焼結した後、合金素材に本焼成する成型工程。
（３）合金素材を１２００〜１４００℃の高温で鍛造して圧密化した後、高温炉の中で１５００〜１６００℃の加熱温度で圧延してフィード仕様のプレートを形成する鍛造及び圧延工程。
（４）プレートを切断、研削、機械加工することによってモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の完成品を得る仕上げ工程。
混合工程において、合金粉末の含量は、モリブデン粉末が９０〜９５ｗｔ％、ニオブ粉末が５〜１０ｗｔ％である。

本発明のモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法の利点は次の通りである。
本発明のモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法は、原料の純度や粒径などについて厳密な制御を行うとともに、複数のグループに分ける方法を採用して混合処理を行う。これによって形成された予合金粉末の成分が比較的に均質である。このような方法により作製された合金は、全体混合により作製された合金と比較すると、ターゲット材に対する要求をより満足させることができる。また、３つの異なる温度で焼結し、予合金を形成する温度範囲において純水素雰囲気下で還元を行った。その故、得られたビレットでは、結晶粒が比較的に微細化し、結晶粒径が均一化する。成分が比較的に均質であり、等軸晶系合金の偏析度が０．３％のみであることから、モリブデン・ニオブがすでに良好に合金化し、さらに、合金化が均一であればあるほど、加工に有利であることがわかった。高温鍛造、圧延切断及び研削加工を経て、最後に、規格に合うモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材を使用者に提供でき、使用者にも認められた。

本発明のモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法は、Ｍｏ^−１粉末（一級粉末）９０％〜９５％及びＮｂ^−１粉末（一級粉末）５％〜１０％（Ｍｏ及びＮｂの割合を、合金に対する要求に基づいて限定範囲内に調整する）を、複数回かき混ぜて篩にかけて混合合金粉末を得てから、３つのグループに分け、それぞれかき混ぜて、最後に互いに混合してから、再びかき混ぜて、成分を均一にした合金粉末を得た。静水圧プレスによって加圧して合金ビレットを成形し、高温中周波炉に入れ、水素雰囲気中で０〜８００℃、８００〜１６００℃、１６００〜２０００℃の３つの焼結温度の温度範囲で焼結し、合金素材を本焼成した。そして、１２００〜１４００℃の高温で鍛造し圧密化してから、高温炉の中に入れ、１５００〜１６００℃の加熱温度で圧延してフィード仕様のプレートを形成した。その後、切断、研削、機械加工を経てモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の完成品を得た。圧延を経て組織が均質であり、隙間や亀裂がなく、表面平坦度が０．２／６５０長さである。

以上の実施例は、単に本発明の好ましい実施形態であるものの、本発明の実施例の範囲を限定するものではない。当業者は、本発明に基づいて行ったあらゆる変動及び修正は全て、本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

Claims (2)

1. モリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法であって、
   （１）一定量のモリブデン粉末及びニオブ粉末をそれぞれ少なくとも３つに小分けし、当該小分けしたモリブデン粉末とニオブ粉末とをそれぞれ混合することによって混合粉末を得、各混合粉末を複数回かき混ぜて篩にかけた後、３つの混合粉末を再び混合して混合合金粉末を得、当該混合合金粉末を少なくとも３つのグループに分け、それぞれをかき混ぜて最後に互いに混合し、再びかき混ぜて成分を均一にした合金粉末を得る混合工程と、
   （２）静水圧プレスによって合金粉末を加圧して合金ビレットを成形し、高温中周波炉に入れて水素雰囲気中で０〜８００℃、８００〜１６００℃及び１６００〜２０００℃の３つの焼結温度の各温度範囲で少なくとも３時間ずつ順に焼結した後、合金素材に本焼成する成型工程と、
   （３）合金素材を１２００〜１４００℃の高温で鍛造して圧密化した後、高温炉の中で１５００〜１６００℃の加熱温度で圧延してフィード仕様のプレートを形成する鍛造及び圧延工程と、
   （４）プレートを切断、研削、機械加工することによってモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の完成品を得る仕上げ工程と、
   を含むことを特徴とするモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法。
2. 混合工程において、合金粉末の含量は、モリブデン粉末が９０〜９５ｗｔ％、ニオブ粉末が５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載のモリブデン・ニオブ合金板ターゲット材の加工方法。