專利名稱：高純度鈮和含有該高純度鈮的產品及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬特別是鈮，和由鈮金屬制成的產品以及制備和加工所述鈮金屬的方法。
背景技術：
在工業(yè)上，出于多種原因，人們希望形成更高純度金屬。對于鈮來說，更高純度金屬是尤其受人歡迎的，這是由于鈮可用作超導體的隔絕材料、用作光學涂層的濺射源、和其在電學元件如電容器中的潛在用途。此外，人們對于用于超導體燈絲、抗反射涂層和可能用作集成電路中銅互聯(lián)阻擋膜的高純度鈮-鉭合金的興趣，正在增大。所以，所述金屬中的雜質對于由所述鈮形成的制品的性質和/或性能會具有不受歡迎的影響。
已經發(fā)現(xiàn)鈮事實上幾乎唯一地是以氧化物(Nb2O5)的形式作為鈮鐵礦存在，或者作為鉭礦捐助的副產物存在。用來制備高純度鈮金屬的方法，典型地包括化學提取和結晶操作以得到一種含鈮的離子鹽、還原所述離子鹽以制備一種鈮金屬固結物、和真空熔煉所述固結物以制備一種高純度鈮錠。所述真空鑄造鈮錠接著可機械加工為多種軋制形式，如薄片、條帶、桿、棒、和絲。所述高純度鈮錠和軋制形式也可進行氫化、粉碎、脫氫化、和隨后加工處理，以制備適合電容器的鈮粉末或其它粉末冶金產品。
在鈮中的雜質元素可分類為難熔金屬雜質、其它金屬性雜質、和填隙雜質。難熔金屬雜質包括如鉭、鉬和鎢之類的元素；這些元素無限地可溶，且具有與鈮相似的蒸氣壓，不能容易地通過真空熔煉而被除去。因此，難熔金屬雜質必須在在所述鈮固結物步驟之前或之中將其除去，采用如液-液提取、熔鹽電解、和化學蒸發(fā)(CVD)方法，從鈮鹵化物中除去。其它金屬性雜質和填隙雜質可通過鈮的真空熔煉而被除去。金屬性元素如堿金屬、過渡金屬、和稀土金屬具有較高的蒸氣壓，可通過真空熔煉方法揮發(fā)除去，如采用電子束(EB)熔煉、真空電弧熔煉(VAM)、真空弧重熔(VAR)、或電子束浮動區(qū)域熔煉(EBFZM)。
填隙雜質(氮、氧、碳、和氫)也可通過真空熔煉而被除去，或者是在強真空中于高退火溫度下通過對所述鈮金屬進行退火而被除去。典型地，在真空中于高于約400℃的溫度下，氫可很容易地從氮中被脫除。溶解的氮(N)以雙原子氮(N2)從鈮中被除去；所述反應的動力學是所述鈮中氮的平衡濃度的函數(shù)，可由Sievert定律測定(E.Fromm和G.Hrz，Intern.Met.Rev.，25(1980)，pp.269-311，其全文可按引用并入此處)。cN=pN2exp(ΔSN0/R)exp(-ΔHN0/RT)]]>其中，ΔSN0＝-70.3J/mol·K，和ΔHN0＝-178kJ/mol鈮可采用溶于所述金屬中的氧或者是來自大氣中的氧進行脫碳，以形成一氧化碳。碳的平衡濃度可按下述的現(xiàn)場或大氣脫碳方法進行估計(E.Fromm和H.Jehn，Met.Trans.，3(1972)，pp.1685-1692和E.Fromm和H.Jehn，Z.Metallkd.，58(1968)，pp.65-68，其全文可按引用并入此處)。
對于現(xiàn)場脫碳來說，x[C]=pCOpO2exp(-5600/RT-11.2)]]>對于大氣脫碳來說，x[C]=pCOpO21/2exp(-12750/RT-5.30)]]>典型地，通過確?；瘜W計量或過量的氧以完全轉化碳為一氧化碳，碳在鈮中的含量減少。所有剩余的氧，通過在非常高的真空中在接近或高于鈮的熔點溫度進行加熱，以鈮的低價氧化物形式被除去。
在采用這些方法的結合方法中，制備具有純度為99.999％和更好的鈮金屬的能力，已經得到證實(A.Koethe和J.I.Moench，Mat.Trans.，JIM，41 No.1(2000)，pp.7-16，其全文可按引用并入此處)。這些或相似的方法也已經用來制造具有99.999％純度的鉭金屬(國際申請WO87/07650和歐洲專利申請EP0902101 A1，其全文可按引用并入此處)。制備高純度鈮和鉭的能力，導致了用于高純度鈮-鉭合金生產的技術的產生。
盡管如此，但是，化學純度并不是決定高純度Nb或Nb-Ta合金的功能和性能的唯一參數(shù)。人們希望一種高純度的Nb或Nb-Ta產品，它具有較高的純度、精細的粒度、和/或均勻的結構。如精細粒度和均勻結構之類的質量，對于超導體隔絕薄片來說(其中可成型性是極為重要的)，和對于濺射靶來說(其中缺乏(001)局部結構譜帶的均勻微結構，可導致所述濺射沉積膜厚度的均勻性提高)，是非常重要的性質。而且，其它含有所述具有精細粒度鈮的產品，可導致改善的形變均勻性和深拉性和拉伸性的提高(它們在制作電容器殼、實驗室坩堝、和提高爆炸形成的侵入者(EFP)的致死率都是有益的)。在含鉭產品中的均勻結構可提高濺射效率(例如，較大的濺射速率)，并可提高預制產品中的標準各向異性(例如，提高的深拉性)(C.A.Michaluk，D.B.Smathers，和D.P.Field，Proc 12th Int Conf Texture of Materials，J.A.Szpunar(ed.)，NationalResearch Council of Canada(1999)pp.1357-1362，其全文可按引用并入此處)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個特點是涉及高純度鈮及其合金。
本發(fā)明的另一個特點是提供一種具有精細粒度結構和/或均勻結構的高純度鈮或其合金。
本發(fā)明的另一個特點是提供含有所述高純度鈮或其合金的制品、產品、和/或元件。
本發(fā)明的一個另外特點是提供用來制作所述高純度鈮及其合金以及所述含有高純度鈮或其合金的制品、產品、和/或元件的方法。
本發(fā)明的另外特點和優(yōu)點，部分地將陳列在下述的說明書中，部分地將由所述說明書變得清楚明了，或者可通過實施本發(fā)明而變得明白。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點，借助于在所述說明書和隨后權利要求書中特別指明的元件和組合，將會得到實現(xiàn)和獲得。
為了獲得這些和其它的優(yōu)點，并根據(jù)此處具體化和廣泛描述的本發(fā)明的目的，本發(fā)明涉及純度至少為99.99％的鈮金屬，更優(yōu)選至少為99.999％。所述金屬優(yōu)選地具有精細粒度結構和/或均勻結構。
本發(fā)明還涉及一種含有鈮金屬的合金，其中存在于所述合金中的所述鈮金屬具有的純度至少為99.99％，更優(yōu)選至少為99.999％。所述合金(例如，至少存在于所述合金或混合物中的鈮金屬)優(yōu)選還具有精細粒度結構和/或均勻結構。
本發(fā)明還涉及一種適于用作濺射靶的高純度鈮金屬或合金，具有完全重結晶的粒度，且平均粒度為約150μm或更低，和/或具有主(111)型結構基本上遍及所述鈮金屬的厚度，優(yōu)選地遍及所述鈮金屬的全部厚度，和/或在所述厚度內不存在強的(100)結構譜帶。
本發(fā)明還涉及由上述提及的鈮金屬制作薄板和薄片，是通過平面煅壓所述鈮金屬、加工成軋制板坯、對軋制板坯進行退火、軋成薄板或薄片、然后對所述薄板或薄片進行退火。最終產品如濺射靶，可接著由所述退火的薄板或薄片加工而成。
本發(fā)明還涉及含有上述提及鈮金屬和/或合金的濺射靶。所述濺射靶，也可通過下述方法形成，例如，徑向煅壓并接著滾動加工以制備鋼坯或條塊，它們可接著進行煅壓和輥壓以得到圓板，所述圓板可接著進行加工和退火。
本發(fā)明還涉及含有上述的鈮金屬和/或合金的隔芯板、電阻膜和電容器。
本發(fā)明還涉及包含有至少部分上述鈮金屬和/或合金的制品、元件、或產品。
而且，本發(fā)明涉及一種制備上述鈮金屬或合金的方法，它包括使一種含鈮金屬的鹽，無論是否存在合金鹽(例如K2TaF7)，與純鈉或其它合適的鹽，在一個反應容器或罐和一個攪拌器中進行反應，它們兩者都是由一種金屬或其合金制成或者是具有一種內襯，所述內襯含有這樣一種金屬或其合金，在鈮金屬的熔點時，它具有與鈮金屬相同或更高的蒸氣壓。
本發(fā)明還涉及通過在10-2乇或更高的高真空下熔化所述粉末以加工鈮金屬粉末或一種鈮金屬和合金粉末的混合物的方法。所述熔體上的壓力，是低于存在于所述粉末熔體原料中雜質的蒸氣壓。優(yōu)選地，所述純鈮或合金金屬的熔煉是通過電子束煅燒方法完成的。
應該能夠理解，前述的概括說明和下述的詳細說明兩者都是例證性的且僅僅是說明性的，并預定用來對如權利要求所述的本發(fā)明作進一步的解釋。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種具有純度至少為99.99％的鈮金屬。優(yōu)選地，所述鈮金屬具有的純度至少為99.999％，且其純度可在約99.99％至約99.999％或更高之間變化。其它范圍包括約99.998％至約99.999％，和約99.999％至約99.9995％，和約99.999％至約99.9999％。本發(fā)明還涉及含有本發(fā)明所述高純度鈮金屬的金屬合金，如一種Nb-Ta合金或其它合金，它可含有所述高純度鈮作為所述合金成分中的一種。
可存在于所述高純度鈮金屬中的金屬性雜質，以重量計，低于或等于0.01％，典型地包括其它的無限可溶于鈮中的體心立方(bcc)難熔金屬，如鉭、鉬和鎢。相似地，可存在于高純度鈮金屬中的氣態(tài)雜質，以重量計，低于或等于0.20％，典型地包括填隙氣體如氧、氮和碳。
所述鈮金屬和含有所述鈮金屬的其合金，優(yōu)選地具有這樣一種結構，使得它對于特殊的最終用途如濺射是有利的。換言之，當所述鈮金屬或其合金被制成一種具有一個表面的濺射靶并接著進行濺射時，本發(fā)明所述鈮金屬的結構可導致這樣一種濺射靶，它可容易地進行濺射，并且，如果所述濺射靶中的任意區(qū)域拒絕濺射，則是非常少的。而且，對于本發(fā)明所述鈮金屬的結構來說，所述濺射靶的濺射會導致一種非常均勻的濺射侵蝕，從而得到一種也是均勻的濺射膜。優(yōu)選地，所述具有任意純度但優(yōu)選純度至少約99.99％的所述鈮，具有的粒度約為150微米或更低。更優(yōu)選地，所述粒度是在約10微米至約150微米之間，或者是在約25微米至約100微米之間。優(yōu)選地，所述鈮金屬至少部分地重結晶，更優(yōu)選地至少約80％所述鈮金屬進行重結晶，更加優(yōu)選地至少所述鈮金屬的約98％進行重結晶。最優(yōu)選地，所述鈮金屬全部進行重結晶。
此外，所述鈮金屬在所述的厚度范圍內具有均勻的結構，是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，所述結構是這樣的，使得在所述鈮的任意5％增量厚度之內的(100)峰強度低于約30隨機(random)，和/或在相同增量內的(111)(100)中心峰強度的自然對數(shù)(Ln)比值大于約-4.0(即；意思為-4.0，-3.0，-2.0，-1.5，-1.0等)，或具有所述(100)質心強度和所述比值。所述中心峰強度優(yōu)選是從約0隨機至約30隨機，更優(yōu)選是從約0隨機至約15隨機。其它(100)質心強度范圍包括但不限于這些從約1隨機至約10隨機，和從約1隨機至約5隨機。而且，所述(111)(100)中心峰強度的對數(shù)比值是從約-4.0至約15，更優(yōu)選是從-1.5至約7.0。其它合適的對數(shù)比值范圍，包括但不限于這些約-4.0至約10，和從約-3.0至約5.0。最優(yōu)選地，所述鈮金屬具有至少約99.99％想要的純度，和優(yōu)選的粒度，和就所述(100)增量強度和所述增量質心強度的(111)(100)比值來說具有優(yōu)選的結構。可用來表征所述結構的方法和裝置公開在下述文獻之中Adams等人Materials Science Forum，Vol.157-162(1994)，pp.31-42；Adams等人Metallurgical Transactions a，Vol.24A，april1993-No.4，pp.819-831；Wright等人International Academic Publishers，137 Chaonei dajie，Beijing，1996(“Textures of MaterialProceedings of theEleventh International Conference on Textures of Materials)；Wright，Journal of Computer-Assisted Microscopy，vol.5，No.3(1993)，這些文獻的全文可按引用并入此處)。
本發(fā)明的高純度鈮金屬可用于許多領域。例如，所述高純度鈮金屬可制成為一種用于拉線超導體燈絲的隔芯板、濺射靶、或者制成化學能(CE)軍火彈頭內襯。所述高純度金屬也可用來制成電容器陽極或制成電阻膜層。本發(fā)明所述鈮金屬或合金可用于任意使用常規(guī)的鈮或鉭的制品或元件之中，制備各種不同的含有常規(guī)的鈮的制品或元件的方法和裝置，可等同地用于此處，將所述高純度鈮金屬結合到所述各種不同的制品或元件之中。例如，隨后的且于制備濺射靶如托板的加工方法(公開在US5753090、US5687600和US5522535之中)，可用于此處，其全文可按引用并入此處。
一般地，一種可用來制備本發(fā)明所述高純度鈮金屬的方法，包括精煉工藝、真空熔煉工藝、和熱加工工藝。在這種方法或操作中，所述精煉工藝包括共擠出所述鈮金屬工藝，優(yōu)選是以粉末形式由含鈮鹽擠出。所述鈮粉末或共還原鈮金屬和合金粉末、或鈮和元素合金粉末的混合物，可接著進行后續(xù)的真空熔煉。
在經過精煉工藝之后，所述真空熔煉工藝是用來從所述鈮中清除低去熔點的雜質，如堿金屬和過渡金屬，同時固結所述鈮材料為一種充分致密可延展的錠塊。優(yōu)選地，選擇用于熔煉的鈮具有低含量的雜質，尤其是對于高純度的情形來說，具有很低數(shù)量的鉭、鉬、和鎢。更優(yōu)選地，所述鉭、鉬和鎢的數(shù)量低于約100ppm，最優(yōu)選是低于約10ppm。這類選擇可導致較純的鈮金屬鑄錠。接著，在此工藝之后，可采用熱加工工藝，它可能包括所述鈮鑄錠的冷加工和退火的結合，以便在退火過程中使材料進行重結晶，從而在最終產品中獲得優(yōu)選的粒度和/或優(yōu)選的結構。
所述高純度鈮金屬，優(yōu)選地可通過使一種含鈮鹽與至少一種能夠還原這種鹽至所述鈮金屬的試劑(例如，化合物或單質)在一個反應容器中進行反應，并形成爐渣和/或第二種鹽。所述反應容器可為任意的通常用于金屬反應的容器，且應該能夠經受數(shù)量級約800℃至約1200℃的高溫。為了本發(fā)明的目的，反應容器或所述反應容器中的內襯(它與所述含鈮鹽和能夠還原所述鹽為鈮的試劑進行接觸)，是由在所述鈮熔點濕度時具有與鈮相同或更高蒸氣壓的材料制成的。在所述反應容器中的攪拌器可由所述同一材料制成，或者同樣地內襯化。所述內襯可能僅存在于與所述鹽和鈮接觸的所述反應容器和攪拌器的部分之中。這類可形成所述內襯或反應容器的金屬材料實例，包括但不限于這些由鎳、鉻、鐵、錳、鈦、鋯、鉿、釩、釕、鈷、銠、鈀、鉑、或其任意組合或其合金制成的金屬基材料，只要所述合金材料具有與鈮金屬熔點相同或更高的蒸氣壓即可。優(yōu)選地，所述金屬為一種鎳或一種鎳基合金、一種鉻或一種鉻基合金、或一種鐵或一種鐵基合金。在所述反應容器和/或攪拌器上的內襯，如果存在的話，典型地，將具有約0.5cm至約3cm的厚度。其它厚度也可采用。具有由上述的相同或不同金屬材料制成的多層內襯，也是包括在本發(fā)明的范圍之內。
所述含鈮鹽可為任意的其中含有鈮的鹽，如氧化鈮(Nb2O5)。至于所述能夠還原所述鹽至鈮和反應容器中爐渣的試劑，能夠實現(xiàn)這種還原作用的所述試劑，為任意的這樣一種試劑，其還原產品較所述鈮鹽來說，具有較低的形成自由能(AGf)；例如，鈮可通過Nb2O5和Al粉末之間的鋁熱還原制成
其它的鋁熱反應包括但不限于這些鎂、鈣、鉀、碳、鈾、和釷。至于所述能夠還原所述鹽至鈮和所述反應容器中第二種鹽的試劑，能夠實現(xiàn)這種還原作用的所述試劑，為任意的具有這樣能力的一種試劑，它能導致還原所述含鈮鹽至鈮金屬和其它成分(例如鹽)(它可從所述鈮金屬分離開來的，例如，通過采用水或其它含水源溶解所述鹽)。優(yōu)選地，所述試劑為鈉。其它實例包括但不限于這些鋰、鎂、鈣、鉀、碳、一氧化碳、離子氫等。考慮到本申請，可適用于本發(fā)明的還原方法的具體細節(jié)，陳列在Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，3rdEdition，Vol.22，pp.541-564，US2950185、US3829310、US4149876、和US3767456，其全文可按引用全部并入此處。
一旦所述鈮粉末從這種反應中提取出來，則任何雜質殘余，包括來自反應容器的任何污染物，都可通過所述鈮粉末的熔煉而被除去。所述鈮粉末可采用多種方法進行熔煉，如真空電弧重熔和/或電子束熔煉。一般地，在所述熔煉過程中的真空，將足以從回收的鈮中除去基本所有存在的雜質，從而得到高純度的鈮。優(yōu)選地，所述熔煉是在如10-4乇或更高的高真空中進行的。優(yōu)選地，為了使這些雜質如鎳和鐵蒸發(fā)除去，所述熔融鈮之上的壓力是低于所述金屬雜質的蒸氣壓。所述鑄錠的直徑應該盡可能地大，優(yōu)選是大于9英寸。所述大直徑能夠保證較大的熔體表面到真空界面，它可提高純化速率。另外，所述大鑄錠直徑可允許在處理過程中較大數(shù)量的冷加工施加到所述金屬上，它可改善最終產品的屬性。一旦熔融鈮物質發(fā)生固結，所形成的鑄錠就將具有99.99％的純度或更高，優(yōu)選為99.999％或更高。所述電子束處理，優(yōu)選是采用20000-40000伏和15-40安培，且真空為約1×10-3-1×10-6乇下，以熔化速率為約150-400lbs./h進行的。更優(yōu)選地，所述熔化速率為約200-300lbs./h，采用24000-26000伏和17-36安培，且真空為約1×10-4-1×10-5乇。至于所述VAR處理，所述熔化速率優(yōu)選為500-1500lbs/h，是于真空為2×10-2-1×10-4乇下采用25-50伏和5000-22000安培，更優(yōu)選地，是在30-50伏和16000-18000安培，且真空為約2×10-2-1×10-4乇下熔化速率為900-1200lbs./h。
所述高純度鈮鑄錠接著可進行熱加工處理，以制備含高純度鈮的產品。所述精細和優(yōu)選完全重結晶的顆粒結構和/或均勻結構，通過冷和/或熱加工和過程中退火的結合，而施加到所述產品上。所述高純度鈮產品，優(yōu)選地在其整個厚度內具有均勻的混合或主(111)結構，可通過定向圖象顯微鏡(OIM)或其它可接受的裝置測量。至于熱加工處理，所述鑄錠可進行軋制和/或煅制處理，并得到一種具有高純度的精細均勻的微結構。所述高純度鈮具有優(yōu)異的精細粒度和/或均勻分布。所述高純度鈮優(yōu)選具有平均結晶粒度約150微?；蚋?，更優(yōu)選約100微粒或更低，更加優(yōu)選約50微?；蚋?。合適的粒度范圍包括約25-150微粒，約30-125微粒，和約30-100微粒。
本發(fā)明得到的高純度金屬，優(yōu)選具有100ppm或更低的金屬性雜質，優(yōu)選具有200ppm或更低的O2，100ppm或更低的N2，和100ppm或更低的碳。如果想要的純度水平為約99.995，則所得到的高純度金屬優(yōu)選具有的金屬性雜質為約50ppm或更低，優(yōu)選100ppm或更低的O2，50ppm或更低的N2，和50ppm或更低的碳。
至于獲得這種鑄錠和形成一種濺射靶，可以采用下述方法。在一個實施方式中，由所述高純度鈮金屬或合金制成的濺射靶，可通過機械或化學清潔所述鈮金屬或合金的表面而制成，其中所述鈮金屬或合金具有足夠的起始橫截面積，以允許進行下述的隨后處理步驟。優(yōu)選地，所述鈮金屬或合金工件，具有的直徑至少為9英寸或更大。后續(xù)步驟包括平面煅壓所述鈮金屬或合金為一個或多個軋制板坯。所述軋制板坯具有足夠的形變，以獲得基本均勻的重結晶，在此退火步驟之后立即進行如下所述的步驟。所述軋制板坯接著在真空中于足夠溫度下進行退火，以得到至少部分重結晶的軋制板坯。所述軋制板坯接著在所述起始金屬(例如，所述鈮金屬或合金鑄錠)軸的垂直和平行方向都進行冷軋或熱軋，以形成至少一個金屬板。所述金屬板接著進行平整(例如，水平軋壓)。所述金屬板接著在足夠溫度下退火一段最終時間，并持續(xù)足夠時間，以獲得平均粒度等于或低于約150微粒和基本沒有(100)結構譜帶的結構。優(yōu)選地，沒有(100)結構譜帶存在。所述金屬接著可再進行機械或化學清潔，并成形為具有任意期望尺寸的濺射靶。典型地，所述平面煅壓，將在所述鈮金屬放置在空氣中于室溫至約370℃溫度范圍內至少約4小時后進行。而且，優(yōu)選在冷軋之前，所述軋制板坯在一定溫度(例如約950-1500℃)進行退火，并持續(xù)一段時間(例如，約小時至約8小時)，以得以至少部分重結晶的鈮金屬。優(yōu)選地，所述冷軋是在室溫下的橫軋，而所述熱軋是在低于約370℃溫度下進行的。
至于所述鈮金屬板的退火，優(yōu)選地，所述退火是在真空退火中，于足以獲得完全重結晶的鈮金屬的溫度和持續(xù)時間下進行的。在本申請中的所述實例對這種加工處理作了更優(yōu)選的說明。
另一種加工所述鈮金屬或合金金屬為濺射靶的方法，它包括機械或化學清潔所述鈮金屬(例如，鈮金屬或合金鑄錠)的表面，其中所述鈮金屬具有足夠的起始橫截面以允許進行如上所述的隨后加工處理。下一步驟包括滾煅所述鈮金屬或合金為至少一個棒桿，其中所述棒桿具有足夠的形變，使得在所述退火步驟(它在所述步驟之后立即進行)之后，或者在冷軋之前的退火步驟之后，能獲得基本均勻的重結晶。所述鈮金屬或合金棒桿接著被切割為條塊，并機械或化學清潔所述表面。一個任選的退火步驟可在其后進行，以獲得至少部分的重結晶。所述條塊接著軸向煅壓為預制坯。再次地，在其后可進行一個任選的退火步驟，以獲得至少部分的重結晶。但是，要實施所述任選退火步驟中的至少一個或二個。所述預制坯接著進行冷軋為至少一個金屬板。之后，所述金屬板的表面最好采用機械或化學方法進行清潔。接著，進行最終退火步驟，以獲得約150微米或更低的平均粒度，和基本沒有(100)結構譜帶的結構，如果不是完全沒有(100)結構譜帶的話。所述滾煅典型地是在使所述鈮金屬或合金達到約370℃或更低的溫度下進行的。較高溫度也可采用，它將會提高表面的氧化程度。優(yōu)選地，在煅壓所述條塊之前，所述條塊進行退火。而且，所述預制坯在冷軋之前可以進行退火。優(yōu)選地，這些退火溫度將在約800-1300℃之間。而且，所有退火優(yōu)選地是在能夠獲得鈮金屬或合金的重結晶的足夠溫度和足夠時間條件下的真空退火。
優(yōu)選地，由所述高純度鈮制成的所述濺射靶具有下述尺寸厚度為約0.080-1.50″，表面積為約7.0-1225平方英寸；盡管其它尺寸也是可能的。
所述高純度鈮金屬或合金優(yōu)選地具有主要的或混合的(111)結構，在整個所述濺射靶厚度中有極少的(100)結構，且充分地沒有(100)結構譜帶。
本發(fā)明將由下述的實例得到更為清楚的說明，它們僅是用來對本發(fā)明作例證性的說明。
本發(fā)明的其它實施方式，對于本領域技術人員來說，根據(jù)在此公開的本發(fā)明現(xiàn)有的說明和實際操作，將會變得清楚明了。要說明的是，本發(fā)明的說明和實例應該理解為由下述權利要求書和其等價物所指出的本發(fā)明真實范圍和精神的例證性說明。
權利要求
1.具有純度至少為約99.99％且平均粒度為約150微米或更低的鈮金屬。
2.權利要求1所述鈮金屬，其中所述金屬是完全重結晶的。
3.權利要求1所述鈮金屬，其中所述金屬是至少部分重結晶的。
4.權利要求1所述鈮金屬，其中所述金屬約98％或更多是重結晶的。
5.權利要求1所述鈮金屬，其中所述金屬約80％或更多是重結晶的。
6.權利要求1所述鈮金屬，其中所述金屬具有a)這樣的結構，其(100)極圖具有的中心峰強度低于約15隨機；或b)(111)(100)中心峰強度的對數(shù)比值大于約-4.0；或兩者都具有。
7.權利要求6所述鈮金屬，其中所述中心峰強度為約0隨機至約15隨機。
8.權利要求6所述鈮金屬，其中所述中心峰強度為約0隨機至約10隨機。
9.權利要求6所述鈮金屬，其中所述對數(shù)比值為約-4.0至約15。
10.權利要求6所述鈮金屬，其中所述對數(shù)比值為約-1.5至約7.0。
11.權利要求6所述鈮金屬，其中所述中心峰強度為約0隨機至約15隨機，所述對數(shù)比值為約-4.0至約15。
12.權利要求1所述鈮金屬，具有的純度為約99.995％至約99.999％。
13.一種含有權利要求1所述鈮金屬的金屬合金。
14.一種含有權利要求3所述鈮金屬的金屬合金。
15.一種含有權利要求6所述鈮金屬的金屬合金。
16.一種含有權利要求1所述鈮金屬的濺射靶。
17.一種含有權利要求3所述鈮金屬的濺射靶。
18.一種含有權利要求6所述鈮金屬的濺射靶。
19.一種含有權利要求1所述鈮金屬的電容器。
20.一種含有權利要求3所述鈮金屬的電容器。
21.一種含有權利要求6所述鈮金屬的電容器。
22.一種含有權利要求1所述鈮金屬的電阻膜層。
23.一種含有權利要求3所述鈮金屬的電阻膜層。
24.一種含有權利要求6所述鈮金屬的電阻膜層。
25.一種至少含有權利要求1所述鈮金屬作為組成部分的制品。
26.一種至少含有權利要求3所述鈮金屬作為組成部分的制品。
27.一種至少含有權利要求6所述鈮金屬作為組成部分的制品。
28.鈮金屬，它具有a)平均粒度約150微米或更低，或b)這樣一種結構，其(100)極圖具有的中心峰強度等于或低于約30隨機；或c)(111)(100)中心峰強度的對數(shù)比值大于約-4.0；或它們的組合。
29.權利要求28所述鈮金屬，其具有的平均粒度為約10-約100微米。
30.權利要求28所述鈮金屬，其具有的(111)(100)中心峰強度的對數(shù)比值大于約-4.0。
31.權利要求28所述鈮金屬，其具有a)和b)。
32.權利要求28所述鈮金屬，其中所述金屬純度為至少約99.99％鈮。
33.權利要求28所述鈮金屬，其中所述金屬純度為約99.999％鈮。
34.權利要求28所述鈮金屬，其中所述金屬是完全重結晶的。
35.權利要求32所述鈮金屬，其中所述金屬是完全重結晶的。
36.權利要求33所述鈮金屬，其中所述金屬是完全重結晶的。
37.權利要求28所述鈮金屬，其中所述金屬約80％或更多是完全重結晶的。
38.權利要求28所述金屬，其中所述中心峰強度為約0隨機至約15隨機。
39.權利要求28所述金屬，其中所述對數(shù)比值為約-4.0至約15。
40.一種含有權利要求28所述鈮金屬的制品。
41.一種含有權利要求33所述鈮金屬的制品。
42.一種含有權利要求28所述鈮金屬的濺射靶。
43.一種含有權利要求33所述鈮金屬的濺射靶。
44.一種用來制備權利要求1所述鈮金屬的方法，包括在一個具有攪拌器的反應容器中，使一種含鈮鹽與至少一種能夠還原所述含鈮鹽為鈮的試劑進行反應，其中所述反應容器或所述反應容器和攪拌器中的內襯或所述攪拌器上的內襯，是由一種在所述鈮熔點下具有與鈮相同或更高的蒸氣壓的金屬材料制成的。
45.權利要求44所述方法，其中所述含鈮鹽包括鈮氧化物，所述金屬鹽包括鉀鉭氟化物，所述試劑包括鈉。
46.權利要求45所述方法，還包括向所述攪拌器中加入至少一種包括氟化鈉和/或氯化鈉的稀釋鹽。
47.權利要求44所述方法，其中所述反應容器或內襯和所述攪拌器或所述所述攪拌器上的內襯是金屬基的，其中所述金屬是鎳、鉻、鐵、錳、鈦、鋯、鉿、釩、锝、釕、鈷、鍺、鈀、鉑、或它們的任意組合。
48.權利要求47所述方法，其中所述金屬為鎳或一種鎳基合金。
49.權利要求47所述方法，其中所述金屬為鉻或一種鉻基合金。
50.權利要求47所述方法，其中所述金屬為鐵或一種鐵基合金。
51.權利要求44所述方法，還包括通過在一種含水溶液中溶解第二種鹽而回收鈮。
52.權利要求51所述方法，還包括在足夠的真空中，熔煉所述回收的鈮和任選地來自所述金屬鹽中所述金屬，以基本除去所何存在于所述回收鈮中的雜質，從而得到高純度鈮和任選的所述金屬。
53.權利要求52所述方法，其中所述真空為10-4乇或更高。
54.權利要求52所述方法，其中所述熔化的回收鈮上的壓力是低于基本上全部雜質的蒸氣壓。
55.權利要求52所述方法，其中所述雜質通過蒸發(fā)所述雜質而被除去的。
56.權利要求52所述方法，其中所述熔煉是通過電子束熔煉方法實現(xiàn)的。
57.權利要求52所述方法，其中所述熔煉是通過真空電弧重熔方法實現(xiàn)的。
58.權利要求52所述方法，其中所述高純度鈮可允許形成為固體，并進行軋制工藝、煅壓工藝、或進行這兩種工藝。
59.權利要求1所述鈮金屬，其中所述鈮金屬具有充分精細和均勻的微結構。
60.權利要求1所述鈮金屬，其中所述鈮金屬具有平均粒度為約10-約150微米。
61.權利要求1所述鈮金屬，其中所述鈮金屬具有平均粒度為約25-約100微米。
62.權利要求1所述鈮金屬，其中所述鈮金屬具有平均粒度為約25至約75微米。
63.一種用于由含有純度至少99.99％的鈮金屬制備濺射靶的方法，包括a)機械或化學清潔所述鈮金屬表面，其中所述鈮金屬具有足夠的起始橫截面積以允許步驟b)-g)的進行；b)平面煅壓所述鈮金屬為至少一個軋制板坯，其中所述至少一個軋制板坯具有足夠的形變，以使在步驟d)的退火之后能夠得到充分均勻的重結晶；c)機械或化學清潔所述至少一個軋制板坯的表面；d)在足夠溫度下對所述至少一個軋制板坯進行退火處理，持續(xù)足夠的時間，以獲得至少部分重結晶的所述至少一個軋制板坯；e)在所述起始鈮金屬軸的垂直和平行方向，對所述至少一個軋制板坯進行冷軋或熱軋，以形成至少一個金屬板；f)平整所述至少一個金屬板；和g)對所述至少一個金屬板進行退火，使之具有平均粒度等于或低于約150微米和基本沒有(100)結構譜帶的結構。
64.權利要求63所述方法，其中所述鈮金屬具有的純度至少為99.999％。
65.權利要求63所述方法，其中所述平面煅壓是在所述鈮金屬放置在空氣中至少約4小時之后和在室溫至1200℃的溫度范圍的條件下進行的。
66.權利要求63所述方法，其中所述冷軋是在室溫下的橫軋，所述熱軋是在低于約370℃溫度下進行的。
67.權利要求63所述方法，其中所述金屬板的退火是在足以獲得所述鈮金屬的重結晶的溫度和持續(xù)時間條件下的真空退火。
68.一種用于由含有純度至少99.995％的鈮金屬制備濺射靶的方法，包括a)機械或化學清潔所述鈮金屬表面，其中所述鈮金屬具有足夠的起始橫截面積以允許步驟b)-i)的進行；b)滾煅所述鈮金屬為至少一個棒桿，其中所述至少一個棒桿具有足夠的形變，以使在步驟d)或步驟f)的退火之后能夠得到充分均勻的重結晶；c)切割所述棒桿為條塊，并機械或化學清潔所述條塊的表面；d)任選地對所述條塊進行退火處理，以獲得至少部分的重結晶；e)軸向煅壓條塊為預制坯；f)任選地對所述預制坯進行退火處理，以獲得至少部分的重結晶；和g)冷軋所述預制坯為至少一個金屬板；和h)任選地機械或化學清潔所述至少一個金屬板的表面；和i)對所述至少一個金屬板進行退火處理，使之具有平均粒度等于或低于約150微米和基本沒有(100)結構譜帶的結構，其中退火是在至少步驟d)或f)或上述兩個步驟中進行的。
69.權利要求68所述方法，其中所述鈮金屬具有的純度至少為99.999％。
70.權利要求68所述方法，其中所述滾煅是在所述鈮金屬經受約370℃或更低的溫度之后進行的。
71.權利要求68所述方法，其中在煅壓所述條塊之前，對所述條塊進行退火。
72.權利要求68所述方法，其中在冷軋所述預制坯之前，對所述預制坯進行退火。
73.權利要求68所述方法，其中所述預制坯的退火是在足夠溫度下的真空退火，并持續(xù)一段時間獲得重結晶。
全文摘要
公開了高純度鈮金屬和含有該鈮金屬的合金。所述鈮金屬優(yōu)選具有的純度至少為99.99％，更優(yōu)選至少為99.999％。而且，公開了鈮金屬及其合金，它們具有的粒度約150微米或更低；或具有這樣一種結構，其在厚度的5％增量內的(100)強度是低于約30隨機；或(111)∶(100)強度的增量對數(shù)比值大于約－4.0；或這些特性的任意組合。還公開了由所述鈮金屬制成的制品和元件，包括但不限于這些濺射靶、電容器罐、電阻膜層、電線等。還公開了一種用于制備所述高純度鈮金屬的方法，它包括在一個反應容器中使一種含鈮鹽和一種金屬鹽以及至少一種能夠還原所述含鈮鹽的化合物進行反應的步驟。所述反應容器或反應容器內的內襯和所述攪拌器或攪拌器上的內襯，是由一種與熔化的鈮具有相同或更高蒸氣壓的金屬材料制成的。所述高純度鈮產品優(yōu)選具有一種精細和均勻的微結構。
文檔編號B22D7/00GK1449452SQ01812875
公開日2003年10月15日 申請日期2001年5月21日 優(yōu)先權日2000年5月22日
發(fā)明者克里斯托弗·A·米卡魯克, 小路易斯·E·休伯 申請人:卡伯特公司