JP2022092544A

JP2022092544A - ニオブ粉末、ニオブ粉末製造用部材及びこれらの製造方法並びにニオブ部材の製造方法

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Publication number: JP2022092544A
Application number: JP2020205420A
Authority: JP
Inventors: 亮太中村; Ryota Nakamura; 浩明増居; Hiroaki Masui; 精一篠澤; Seiichi Shinosawa
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-06-22
Anticipated expiration: 2040-12-10
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Abstract

【課題】３Ｄプリンターによる部材製作等に使用できる高純度のニオブ粉末、ニオブ粉末製造用部材及びこれらの製造方法並びにニオブ部材の製造方法を提供する。【解決手段】不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下である。【選択図】なし

Description

本発明は、３Ｄプリンターによる部材製作等に使用できる高純度のニオブ粉末、このニオブ粉末を製造するためのニオブ粉末製造用部材、及びこれらの製造方法並びにニオブ部材の製造方法に関する。

従来より、超伝導加速空洞には、ニオブ（Ｎｂ）製の複雑形状をした部材が数多く用いられている。これらの部材は、ニオブ材を塑性加工、切削加工などをすることにより製作されており、コストと時間がかかる。そこで、コストダウンと、製作時間の短縮のため、ニオブ製の複雑形状をした部材を３Ｄプリンターによって製作することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、３Ｄプリンターで製作したパーツの性能は、現行の塑性加工や切削加工によって製作されたパーツの性能に及ばず、現状では３Ｄプリンターによって製作されたパーツへの置き換えは不可能である。

具体的には、ニオブ製の超伝導加速空洞の性能は、測定が煩雑な極低温での熱伝導度に変えて、残留比抵抗比（ＲｅｓｉｄｕａｌＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＲａｔｉｏ：ＲＲＲ）で評価される。そして、加速空洞用パーツとして使用するためには、ＲＲＲ（３００Ｋ／９．３Ｋ程度）が３００以上必要とされる場合が多い。しかしながら、３Ｄプリンターで製作したパーツではＲＲＲが３００を超えることが不可能であった。例えば、ニオブ粉末を用いたレーザー積層造形（ＳＬＭ）で得られたパーツのＲＲＲの最大値は１３５と報告されている（非特許文献１）。

３Ｄプリンターで使用される金属粉末の製造方法は、一般的にはアトマイズ法であるが、高融点金属であるニオブを溶融するのが非常に困難であり、また、るつぼを使用するのでコンタミが含まれやすく、サテライト粉末や粒内のポア（欠陥）が多いという問題もあり、高純度なニオブ粉末を製造するのは困難である。
また、プラズマアトマイズ法によるニオブ粉末の製造の報告もあるが、高純度なニオブ粉末は得られていないのが現状である（非特許文献２、３）。

特開２００２－１４１１９６号公報

Romain Gerard, Fritz MOTSCHMANN, "Metal Additive Manufacturing at CERN and development of niobium for SRF", Presentation Material of TESLA TECHNOLOGY COLLABORAION 2020, Esplanade des Particules 1, 1217 Meyrin, Switzerland P. Frigola, R. Agustsson, L. Faillace, A. Murokh, G. Ciovati, W. Clemens, P. Dhakal, F. Marhauser, R. Rimmer, J. Spradlin, S. Williams, J. Mireles, P. A., Morton, R. B., Wicker, "ADVANCE ADDITIVE MANUFACTURING METHOD FOR SRF CAVITIES OF VARIOUS GEOMETRIES", Proceedings of SRF2015, Whistler, BC, Canada Cesar A. Terrazas, Jorge Mireles, Sara M. Gaytan, Philip A. Morton, Alejandro Hinojos, Pedro Frigola, Ryan B. Wicker, "Fabrication and characterization of high-purity niobium using electron beam melting additive manufacturing technology", Int J Adv Manuf Technol (2016) 84 : 1115 - 1126

本発明は、上述した事情に鑑み、３Ｄプリンターによる部材製作等に使用できる高純度のニオブ粉末、ニオブ粉末製造用部材及びこれらの製造方法並びにニオブ部材の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の第１の態様は、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であることを特徴とするニオブ粉末にある。

ここで、円相当による平均粒径が２０～２００μｍである。
また、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上のニオブ粉末製造用部材を、３×１０^－２Ｐａ以下の高真空下での、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により粉末化したものである。

本発明の第２の態様は、ニオブ粉末を製造するニオブ粉末製造用部材であって、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であることを特徴とするニオブ粉末製造用部材にある。
ここで、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上である。

本発明の第３の態様は、ニオブ粉末を製造するニオブ粉末製造用部材の製造方法であって、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＣｏのそれぞれが５０ｐｐｍ以下のニオブインゴットを、冷間で塑性加工することにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であるニオブ粉末製造用部材を得ることを特徴とするニオブ粉末製造用部材の製造方法にある。

本発明の第４の態様は、第２の態様のニオブ粉末製造用部材を原料とし、３×１０^－２Ｐａ以下の高真空下で、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であるニオブ粉末を得ることを特徴とするニオブ粉末の製造方法にある。
ここで、円相当による平均粒径が２０～２００μｍであるニオブ粉末を得る。

本発明の第５の態様は、ニオブ粉末を用いて積層造形又は噴霧法によってニオブ部材を製作するニオブ部材の製造方法であって、第１の態様のニオブ粉末を原料として成形し、脱ガス処理を行うことにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であり、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるニオブ部材を製造することを特徴とするニオブ部材の製造方法にある。

本発明のニオブ粉末は、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下、すなわち、Ｚｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下であると同時に、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下であり、且つ不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であり、全く新規な高純度なものである。

また、本発明のニオブ粉末製造用部材は、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下、すなわち、Ｚｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下であると同時に、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下であり、且つ不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量がＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格値以下、すなわち、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であり、全く新規な高純度なものである。

ここで、本発明のニオブ粉末製造用部材は、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下、すなわち、Ｚｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下であると同時に、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下であるニオブインゴットを、冷間での塑性加工により、線状などのニオブ粉末製造用部材とすることで製造することができる。

また、本発明のニオブ粉末は、本発明のニオブ粉末製造用部材を高真空下でのプラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により製造できる。

さらに、本発明のニオブ粉末を用いて積層造形又は噴霧法によってニオブ部材を製作した後に、脱ガス処理を行うことにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であり、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるニオブ部材を製造することができる。

実施例２のニオブ粉末の表面及び断面の拡大写真である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明のニオブ粉末は、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下である。

ここで、不純物金属元素としてのＺｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＣｏは、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されており、規格値が以下の表１に示すように定められており、Ｚｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下は、規格値のとおりである。

本発明のニオブ部材は、例えば、３Ｄプリンターによる部材製作等に使用できるものであり、且つ製作したパーツの性能が、現行の塑性加工や切削加工によって製作されたパーツの性能と同等以上となり、特に、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるパーツを製作することできるという効果を奏するものである。

このような効果を奏する本発明のニオブ粉末は、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下であることは勿論、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下であり、しかも、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であるという特徴を有する。不純物金属元素の含有量やガス成分元素の含有量が極めて少ないことが、３Ｄプリンターにより部材製作を行っても、製作したパーツの性能が、現行の塑性加工や切削加工によって製作されたパーツの性能と同等以上となる。

不純物金属元素としては、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素の含有量が規定値以下であることは勿論であるが、Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下である点が特徴となる。Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆは、例えば、３Ｄプリンターによる部材製作等に使用した際に製作したパーツの性能に影響を与える元素であり、それぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、好ましくは、それぞれの含有量が１０ｐｐｍ以下であるのがよい。また、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素の中で、特にＡｌの含有量は３０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

また、本発明では、特に、ガス成分の含有量が、パーツの性能、特に、残留比抵抗比ＲＲＲに大きく影響を与えるという新たな知見に基づき、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であることとし、これにより、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上のパーツの製作を実現した。

また、本発明のニオブ粉末は、円相当による平均粒径が２０～２００μｍであることが好ましい。ここで、円相当による平均粒径は、ＪＩＳ８８２７－１：２０１８により測定するものである。

本発明のニオブ粉末を３Ｄプリンターで使用する場合には、円相当による平均粒径が２０～２００μｍであるニオブ粉末を用いるのが好ましい。また、このような３Ｄプリンターにより製作されたパーツは、本発明のニオブ粉末を用いているので、性能が向上したものであり、特に、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるパーツを製作することができる。

このような本発明のニオブ粉末を得るためには、同様に高純度なニオブ粉末製造用部材を用いる必要がある。特に、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上のニオブ粉末製造用部材を用い、詳細は後述するが、３×１０^－２Ｐａ以下の高真空下での、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により粉末化するのが好ましい。

本発明のニオブ粉末製造用部材は、ニオブ粉末を製造するニオブ粉末製造用部材であって、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量がＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格値以下であることを特徴とするものである。

ここで、ニオブ粉末製造用部材に関してＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量、並びに不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素の含有量の規格値は以下の表２に示すとおりである。

このようなニオブ粉末製造用部材は、上述した本発明のニオブ粉末を製造するために必要で、ニオブ粉末と少なくとも同等の高純度である必要がある。

また、特に、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であることが好ましい。これにより、上述した本発明の高性能なニオブ粉末を得ることができるからである。

本発明のニオブ粉末製造用部材は、ワイヤなどの線状部材、又は棒状部材などを挙げることができるが、本発明のニオブ粉末を得るためには、線状部材であることが好ましい。

このような本発明のニオブ粉末製造用部材を製造するためには、ＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素の含有量が規格値以下であり、且つＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下であるニオブインゴットを用意し、これを塑性加工してニオブ粉末製造用部材の形状とする必要がある。

この際、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量がＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格値以下であるニオブ粉末製造用部材とするために、冷間で塑性加工を行う必要がある。熱間で塑性変形を行うと、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素の含有量が上昇してしまうからである。

冷間での塑性加工は、インゴットから、徐々に加工して棒状体とし、さらに、棒状体から線状体とすることにより行われる。
ここで、冷間とは、特に加熱することなく塑性加工を行うことで有り、常温で塑性加工を行えばよいが、加工温度が１００℃を超えるような場合には、不活性ガスなどにより１００℃以下に冷却して行う必要がある。

本発明のニオブ粉末を製造するためには、上述した本発明のニオブ粉末製造用部材を原料とし、３×１０^－２Ｐａ以下の高真空下で、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により粉末化する必要がある。

まず、高真空下で粉末化するのは、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であるニオブ粉末を得るためである。

ここで、高真空下は、３×１０^－２Ｐａ以下、好ましくは、１×１０^－２Ｐａ以下である。

このような高真空下で粉末化、特に、円相当による平均粒径が２０～２００μｍであるニオブ粉末とするためには、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法を採用する必要があり、特に、アークアトマイズ法を採用するのが好ましい。

ここで、プラズマアトマイズ法は、線状体のニオブ粉末製造用部材を原料として、これをプラズマによって発生した熱で溶湯化し、プラズマジェットにて分断することで粉末化するものである。

また、アークアトマイズ法は、２本の線状体のニオブ粉末製造用部材を原料として、２本の原料間に発生するアーク放電により原料を溶解し、不活性ガスを衝突させることにより、粉末化するものである。

これらのガスアトマイズ法は、るつぼを使用せずに、高融点金属でも溶解・粉末化するので、コンタミの可能性がなく、高純度なニオブ粉末を得ることができる。特に、通常のガスアトマイズを行う数Ｐａ～１０Ｐａの環境ではなく、上述したような高真空下で行うことにより、サテライトが少なく、流動性の高い球状の粉末となり、ポアの少ない粉末となる。

特に、アークアトマイズ法は、高真空下での粉末の製造に好適であり、本発明のニオブ粉末を得る手法として最適である。

本発明のニオブ粉末の用途は特に制限されないが、積層造形又は噴霧法によって高性能なニオブ部材を製造するために用いることができる。

この際、特に、成形品を脱ガス処理することにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格で指定されている不純物金属元素含有量が規格値以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量がＡＳＴＭＢ３９３（Ｔｙｐｅ５）規格値以下であり、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるニオブ部材を製造することができる。

ここで、脱ガス処理は、ニオブに含まれるガス成分の拡散現象を利用した精製処理であり、例えば、チタンゲッタリング処理である。チタンゲッタリング処理は、ニオブ部材表面にチタン膜を蒸着し、１×１０^－４Ｐａ～１×１０^－５Ｐａ程度の真空環境、１２００℃の環境で熱処理することで、ニオブ部材内部のガス成分を減少させる処理である。

（実施例１）
（ニオブ粉末製造用部材の製造）
表３の不純物含有量のニオブインゴットを用い、室温の環境下で冷間で塑性加工を繰り返し、直径２ｍｍの線状体（ワイヤ）を製造し、実施例１のニオブ粉末製造用部材とした。

線状体の不純物含有量は表３のとおりである。
分析値の評価について、金属成分は島津製作所製ＩＣＰＳ－８１００または日立ハイテクサイエンス製ＳＰＳ３５２０ＵＶによるＩＣＰ発光分光分析法を用いて評価した。ＯとＮ元素はＬＥＣＯ製ＴＣ６００による不活性ガス融解―赤外線吸収法を用いて評価した。Ｃ元素はＬＥＣＯ製ＣＳ８４４による非分散型赤外線吸収法を用いて評価した。Ｈ元素はＬＥＣＯ製ＲＨ４０４による不活性ガス融解－熱伝導度法を用いて評価した。

残留抵抗比ＲＲＲは３０６であった。
なお、残留抵抗比ＲＲＲの測定は、サンプルを冷凍機で冷却しながら温度と４端子法による抵抗値を測定し、９．３Ｋと２９３Ｋの時の抵抗値で２９３Ｋの抵抗値を基準とした抵抗比をＲＲＲ値とした。

（比較例１）
表３の不純物含有量のニオブインゴットを用い、インゴット温度が３００～５００℃の環境下で塑性加工を繰り返し、直径２ｍｍの線状体（ワイヤ）を製造し、比較例１のニオブ粉末製造用部材とした。
線状体の不純物含有量は表４のとおりである。
ＲＲＲは５４であった。

（実施例２）
（ニオブ粉末の製造）
実施例１のニオブ粉末製造用部材を用い、アークアトマイズ法により、ニオブ粉末を得た。アークアトマイズ法は、２．７×１０^－２Ｐａの環境で行い、アークアトマイズの条件は、電圧２０Ｖ、Ａｒガス純度４Ｎ、Ａｒガス圧０．６ＭＰａ、ワイヤ送り速度４．４ｍ／ｍiｎとした。
得られたニオブ粉末の不純物含有量は表４の通りである。
また、円相当による平均粒径は６２μｍであった。
なお、実施例２のニオブ粉末の粉末表面と粉末断面の拡大写真を図１に示す。

（比較例２）
実施例１のニオブ粉末製造用部材を用い、アークアトマイズ法により、ニオブ粉末を得た。アークアトマイズ法は、９．３Ｐａの環境で行い、アークアトマイズの条件は、電圧２０Ｖ、Ａｒガス純度４Ｎ、Ａｒガス圧０．６ＭＰａ、ワイヤ送り速度４．４ｍ／ｍiｎとした。
得られたニオブ粉末の不純物含有量は表４の通りである。
また、円相当による平均粒径は７３μｍであった。

（実施例３）
（ニオブ部材の製造）
実施例２のニオブ粉末を用い、３Ｄプリンターによる部材製作を行った。部材の形状は２×２×５０ｍｍの角棒であり、成形後、チタンゲッタリングによる脱ガス処理を行った。
チタンゲッタリングによる脱ガス処理は、１×１０^－４Ｐａの真空環境で、１２００℃の環境、処理時間５０時間の条件で行った。チタンゲッタリング後の部材の不純物含有量は表５の通りである。
製造したニオブ部材のＲＲＲは、３５１であった。また、チタンゲッタリング前のＲＲＲは６．３であった。

（比較例３）
チタンゲッタリングを行わなかった以外は実施例３と同様に行った。
製造したニオブ部材のＲＲＲは６．３であった。

（比較例４）
比較例２のニオブ粉末を用い、３Ｄプリンターによる部材製作を行った。部材の形状は２×２×５０ｍｍの角棒であり、成形後、チタンゲッタリングによる脱ガス処理を行った。
チタンゲッタリングによる脱ガス処理は、１×１０^－４Ｐａの真空環境で、１２００℃の環境、処理時間５０時間の条件で行った。チタンゲッタリング後の部材の不純物含有量は表５の通りである。
製造したニオブ部材のＲＲＲは、７９あった。また、チタンゲッタリング前のＲＲＲは３．６であった。

Claims

不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であることを特徴とするニオブ粉末。
円相当径による平均粒径が２０～２００μｍであることを特徴とする請求項１記載のニオブ粉末。
残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上のニオブ粉末製造用部材を、３×１０^－２Ｐａ以下の真空下での、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により粉末化したものであることを特徴とする請求項１又は２記載のニオブ粉末。
ニオブ粉末を製造するニオブ粉末製造用部材であって、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であることを特徴とするニオブ粉末製造用部材。
残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であることを特徴とする請求項４記載のニオブ粉末製造用部材。
ニオブ粉末を製造するニオブ粉末製造用部材の製造方法であって、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＣｏのそれぞれが５０ｐｐｍ以下のニオブインゴットを、冷間で塑性加工することにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であるニオブ粉末製造用部材を得ることを特徴とするニオブ粉末製造用部材の製造方法。
請求項４又は５のニオブ粉末製造用部材を原料とし、３×１０^－２Ｐａ以下の真空下で、プラズマアトマイズ法又はアークアトマイズ法により、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素としての酸素、窒素、炭素、および水素のそれぞれの含有量が３００ｐｐｍ以下であるニオブ粉末を得ることを特徴とするニオブ粉末の製造方法。
円相当による平均粒径が２０～２００μｍであるニオブ粉末を得ることを特徴とする請求項７記載のニオブ粉末の製造方法。
ニオブ粉末を用いて積層造形法、又は噴霧法によってニオブ部材を製作するニオブ部材の製造方法であって、請求項１～３の何れか一項記載のニオブ粉末を原料として成形し、脱ガス処理を行うことにより、不純物金属元素としてのＭｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ、ＢｅおよびＨｆのそれぞれの含有量が３０ｐｐｍ以下、かつＺｒが１００ｐｐｍ以下、Ｔａが１０００ｐｐｍ以下、Ｗが７０ｐｐｍ以下、Ｎｉが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌのそれぞれが５０ｐｐｍ以下、Ｃｒ＋Ｃｏの総量が５０ｐｐｍ以下で、不純物ガス成分元素の含有量が、酸素が４０ｐｐｍ以下、窒素が３０ｐｐｍ以下、炭素が３０ｐｐｍ以下、および水素が５ｐｐｍ以下であり、残留比抵抗比ＲＲＲが３００以上であるニオブ部材を製造することを特徴とするニオブ部材の製造方法。