Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP5808076B2 - Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal - Google Patents

Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP5808076B2
JP5808076B2 JP2009286947A JP2009286947A JP5808076B2 JP 5808076 B2 JP5808076 B2 JP 5808076B2 JP 2009286947 A JP2009286947 A JP 2009286947A JP 2009286947 A JP2009286947 A JP 2009286947A JP 5808076 B2 JP5808076 B2 JP 5808076B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tungsten
crucible
producing
less
side wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009286947A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011127839A (en
Inventor
誠 笠本
誠 笠本
忠 井野
忠 井野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Materials Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Materials Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2009286947A priority Critical patent/JP5808076B2/en
Publication of JP2011127839A publication Critical patent/JP2011127839A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5808076B2 publication Critical patent/JP5808076B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本発明は、タングステン製ルツボとその製造方法、およびサファイア単結晶の製造方法に係り、特に底部と側壁部とを繋ぐ角部の高温強度に優れるタングステン製ルツボとその製造方法、およびこのようなタングステン製ルツボを用いたサファイア単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a tungsten crucible, a method for producing the same, and a method for producing a sapphire single crystal, and in particular, a tungsten crucible excellent in high-temperature strength at a corner portion connecting a bottom portion and a side wall portion, a method for producing the same, and such tungsten. The present invention relates to a method for producing a sapphire single crystal using a crucible.

従来、金属蒸発容器、金属酸化物溶解容器、結晶製作用容器等の高温で用いられる製造装置の一構成部品として、底部と側壁部とが角部を介して連結された上部開放の有底筒状のモリブデン製ルツボが用いられている。   Conventionally, as a component part of a manufacturing apparatus used at a high temperature such as a metal evaporation container, a metal oxide dissolution container, a crystal production container, etc., a bottomed cylinder with an open top in which a bottom part and a side wall part are connected via a corner part A molybdenum crucible is used.

このようなモリブデン製ルツボは、モリブデン鍛造体を切削加工することにより、あるいはモリブデンからなる板材を絞り加工することにより製造されている。例えば、特開平11−169993号公報(特許文献1)には、モリブデン鍛造体を用いたルツボが開示されているが、鍛造加工は鍛造加工に伴う押圧や引き延ばしにより粒径の大きなタングステン結晶粒が発生しやすく、特に加工量の大きい角部においてこのような現象が顕著となるために高温強度が低下しやすい。   Such a molybdenum crucible is manufactured by cutting a forged molybdenum body or drawing a plate made of molybdenum. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-169993 (Patent Document 1) discloses a crucible using a molybdenum forged body. Forging, tungsten crystal grains having a large grain size are formed by pressing or stretching associated with forging. This phenomenon is likely to occur, and this phenomenon becomes remarkable particularly at corners where the amount of processing is large.

また、モリブデンからなる板材を絞り加工する方法については、側壁部の肉厚減少が避けられず、また底部と側壁部とを繋ぐ角部の繊維組織がみだれやすくなるために高温強度に大きなバラツキが発生する。
また、特許第3917208号公報(特許文献2)には、タングステンを1〜5質量%含有したタングステンモリブデン合金からなるルツボが開示されている。しかしながら、モリブデンの結晶粒径が1mm以上と大きいことから寿命に関しては十分とは言えなかった。
In addition, for the method of drawing a plate made of molybdenum, a reduction in the thickness of the side wall is inevitable, and the fiber structure at the corners connecting the bottom and the side wall is likely to be swollen, resulting in large variations in high temperature strength. Occur.
Japanese Patent No. 3917208 (Patent Document 2) discloses a crucible made of a tungsten molybdenum alloy containing 1 to 5% by mass of tungsten. However, since the crystal grain size of molybdenum is as large as 1 mm or more, it cannot be said that the lifetime is sufficient.

特開平11−169993号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-169993 特許第3917208号公報Japanese Patent No. 3917208

上記のように従来のモリブデン製ルツボは加工歪みが生じやすく、特に加工量の大きい角部には残留歪みが発生しやすく、これにより高温で使用した場合にモリブデン結晶粒の再結晶化が加速されて高温強度が低下しやすくなる。さらに、角部を厚くすることで高温強度を確保することも考えられるが、通常は板材を用いるために必ずしも角部についてのみ厚くすることは容易でない。   As described above, conventional molybdenum crucibles are prone to processing strain, and residual strain is likely to occur especially at corners where the amount of processing is large, which accelerates recrystallization of molybdenum crystal grains when used at high temperatures. As a result, the high temperature strength tends to decrease. Furthermore, it is conceivable to secure high-temperature strength by thickening the corners, but it is not always easy to thicken only the corners because a plate material is usually used.

このようにモリブデン製ルツボの高温強度を向上させるために様々な検討が行われているものの、未だ十分な高温強度、特に底部と側壁部とを連結する角部の高温強度に優れるモリブデン製ルツボは得られていない。特に使用環境が2200℃以上の高温になるとモリブデン製ルツボでは耐久性が不十分であった。この原因の一つとして、モリブデンの融点は2620℃であるため使用環境が高温になるとモリブデンが溶け出すことが挙げられる。一方、タングステンは融点が3400℃と高いことから、高温で使用されるルツボにはタングステンが向いていると思われるが、従来のタングステン製ルツボは高温強度が不十分であった。
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであって、高温強度、特に底部と側壁部とを連結する角部の高温強度に優れるタングステン製ルツボを提供することを目的としている。また、本発明は、このような高温強度に優れるタングステン製ルツボを容易に製造するための製造方法を提供することを目的としている。さらに、本発明は、このような高温強度に優れるタングステン製ルツボを用いたサファイア単結晶の製造方法を提供することを目的としている。
Although various studies have been made to improve the high temperature strength of molybdenum crucibles as described above, molybdenum crucibles that are still excellent in high temperature strength, particularly high temperature strength at the corners connecting the bottom and side walls, Not obtained. In particular, when the usage environment reached a high temperature of 2200 ° C. or higher, the molybdenum crucible was insufficient in durability. One reason for this is that molybdenum has a melting point of 2620 ° C., so that molybdenum melts out when the usage environment becomes high. On the other hand, since tungsten has a high melting point of 3400 ° C., it seems that tungsten is suitable for crucibles used at high temperatures, but conventional tungsten crucibles have insufficient high-temperature strength.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a tungsten crucible that is excellent in high-temperature strength, in particular, high-temperature strength in a corner portion connecting the bottom portion and the side wall portion. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for easily manufacturing such a crucible made of tungsten having excellent high-temperature strength. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for producing a sapphire single crystal using such a tungsten crucible excellent in high temperature strength.

本発明のタングステン製ルツボは、純度99.9%以上のタングステンからなり、底部と側壁部とが角部を介して連結された開口部を有する有底筒状のタングステン製ルツボであって、前記タングステンは、平均結晶粒径が20μm以上50μm以下、結晶粒径10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の粒子数での割合が90%以上、前記側壁部に対する前記角部のタングステン結晶粒の平均粒径の比が0.8以上1.2以下、相対密度が95%以上、かつ前記側壁部に対して前記角部が厚いことを特徴とするものである。
また、前記タングステン製ルツボは開口部の内径が100mm以上であることが好ましい。また、前記タングステン製ルツボは密度が95%以上であることが好ましい。また、前記側壁部に対する前記角部の厚さの比が1.2以上であることが好ましい。また、前記タングステン製ルツボはサファイア単結晶を製造するための原料の融液を入れるものとして用いられることが好ましい。
また、本発明の第一のタングステン製ルツボの製造方法は、本発明のタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、 純度99.9%以上のタングステン粉末を圧力100MPa以上200MPa以下の圧力でルツボ形状にCIPする成形工程と、水素雰囲気中で1300℃以上で焼結する第一の焼結工程と、還元雰囲気中または不活性雰囲気中で2000℃以上で焼結する第二の焼結工程、を有することを特徴とするものである。
また、本発明の第二のタングステン製ルツボの製造方法は、本発明のタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、純度99.9%以上のタングステン粉末をルツボ形状に成形する成形工程と、不活性雰囲気中、圧力100MPa以上200MPa以下、1300℃以上でHIP処理するHIP工程、とを具備することを特徴とするものである。
また、本発明のサファイア単結晶の製造方法は、原料の融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法であって、前記原料の融液を入れるルツボとして本発明のタングステン製ルツボを用いることを特徴とするものである。
また、融液の加熱温度が2000℃以上であることが好ましい。
The tungsten crucible of the present invention is a bottomed cylindrical tungsten crucible made of tungsten having a purity of 99.9% or more and having an opening in which a bottom portion and a side wall portion are connected via a corner portion, Tungsten has an average crystal grain size of 20 μm or more and 50 μm or less, and a ratio of the number of tungsten crystal grains having a crystal grain size of 10 μm or more and 80 μm or less of 90% or more. The ratio is 0.8 to 1.2, the relative density is 95% or more, and the corner portion is thicker than the side wall portion.
Further, the tungsten crucible preferably has an opening having an inner diameter of 100 mm or more. The tungsten crucible preferably has a density of 95% or more. Moreover, it is preferable that ratio of the thickness of the said corner | angular part with respect to the said side wall part is 1.2 or more. The tungsten crucible is preferably used as a raw material melt for producing a sapphire single crystal.
The first method for producing a tungsten crucible according to the present invention is a method for producing the tungsten crucible according to the present invention , wherein a tungsten powder having a purity of 99.9% or more is applied at a pressure of 100 MPa or more and 200 MPa or less. A forming step for CIP into a crucible shape, a first sintering step for sintering at 1300 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere, and a second sintering for sintering at 2000 ° C. or higher in a reducing or inert atmosphere It has the process, It is characterized by the above-mentioned.
The second tungsten crucible manufacturing method of the present invention is a manufacturing method for manufacturing the tungsten crucible of the present invention , and a forming step of forming tungsten powder having a purity of 99.9% or more into a crucible shape. And a HIP process in which an HIP process is performed at a pressure of 100 MPa or more and 200 MPa or less and 1300 ° C. or more in an inert atmosphere.
The sapphire single crystal production method of the present invention is a sapphire single crystal production method for producing a sapphire single crystal by crystal growth from a raw material melt, and the tungsten of the present invention is used as a crucible for charging the raw material melt. A crucible made of metal is used.
Moreover, it is preferable that the heating temperature of a melt is 2000 degreeC or more.

本発明によれば、純度99.9%以上のタングステンからなり、底部と側壁部とが角部を介して連結された上部開放の有底筒状のタングステン製ルツボにおいて、上記タングステンの平均結晶粒径が50μm以下とすることで、高温強度、特に底部と側壁部とを連結する角部の高温強度に優れるタングステン製ルツボとすることができる。   According to the present invention, in a tungsten crucible having a bottomed cylindrical shape made of tungsten having a purity of 99.9% or more and having a bottom portion and a side wall portion connected via a corner portion, the average grain size of the tungsten By setting the diameter to 50 μm or less, a tungsten crucible excellent in high-temperature strength, particularly high-temperature strength in the corner portion connecting the bottom portion and the side wall portion can be obtained.

また、本発明によれば、底部と側壁部とが角部を介して連結された上部開放の有底筒状のタングステン製ルツボを製造するタングステン製ルツボの製造方法において、第一焼結工程と第二焼結工程を使った第一の製造方法、またはHIP焼結を使った第二の製造方法を用いることで、高温強度、特に底部と側壁部とを繋ぐ角部の高温強度に優れるタングステン製ルツボを容易に製造することができる。   Further, according to the present invention, in the method of manufacturing a tungsten crucible for manufacturing a bottomed cylindrical tungsten crucible having an open top where the bottom and the side wall are connected via a corner, the first sintering step, By using the first manufacturing method using the second sintering step or the second manufacturing method using HIP sintering, tungsten has excellent high temperature strength, particularly high temperature strength at the corner portion connecting the bottom portion and the side wall portion. The crucible made can be easily manufactured.

さらに、本発明によれば、原料の融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法において、この原料の融液を入れるルツボとして本発明のタングステン製ルツボを用いることで、サファイア単結晶の製造に用いられる製造装置の稼働時間を長くすることができ、これによりサファイア単結晶の生産性を向上し、その生産コストを低減することができる。   Furthermore, according to the present invention, in the method for producing a sapphire single crystal for producing a sapphire single crystal by crystal growth from a melt of the raw material, by using the tungsten crucible of the present invention as a crucible for charging the melt of the raw material, The operating time of the manufacturing apparatus used for manufacturing the sapphire single crystal can be lengthened, thereby improving the productivity of the sapphire single crystal and reducing the production cost.

本発明のタングステン製ルツボの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the crucible made from tungsten of this invention. 本発明のタングステン製ルツボの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the crucible made from tungsten of this invention. 本発明のタングステン製ルツボの他の変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other modification of the tungsten crucible of this invention. 本発明のタングステン製ルツボのさらに他の変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other modification of the tungsten crucible of this invention.

以下、本発明について図面を参照して具体的に説明する。
図1は、本発明のタングステン製ルツボの一例を示す断面図である。本発明のタングステン製ルツボ1は純度99.9%以上のタングステンからなるものであって、略板状の底部2と、この底部2の外周部を囲むように所定の高さに設けられる側壁部3と、これら底部2と側壁部3とを連結する角部4とを有し、これらが上部の開放された有底筒状となるように一体に形成されたものである。角部4は、例えば底部2や側壁部3と略同様な厚さとされると共に、弧状に湾曲するものとされており、側壁部3は、角部4から略垂直に立ち上がるものとされている。また、純度は99.99%以上と高純度である程よい。
つまり、タングステン以外の不純物成分は0.1質量%以下、さらには0.01質量%以下と少ないほどよい。代表的な不純物成分は、鉄が0.01wt%(100wtppm)以下、それ以外の金属成分は合計で0.04wt%(400wtppm)以下、酸素は0.01wt%(100wtppm)以下、窒素は0.01wt%(100wtppm)以下が好ましい。不純物成分は少ないほど良いことは言うまでもない。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a tungsten crucible of the present invention. The tungsten crucible 1 of the present invention is made of tungsten having a purity of 99.9% or more, and has a substantially plate-like bottom 2 and a side wall provided at a predetermined height so as to surround the outer periphery of the bottom 2. 3 and a corner portion 4 connecting the bottom portion 2 and the side wall portion 3, and these are integrally formed so as to form an open bottomed cylindrical shape. The corner portion 4 has a thickness substantially the same as, for example, the bottom portion 2 and the side wall portion 3 and is curved in an arc shape. The side wall portion 3 rises from the corner portion 4 substantially vertically. . Further, the purity should be as high as 99.99% or higher.
That is, it is better that the impurity components other than tungsten are as small as 0.1% by mass or less, and further 0.01% by mass or less. Typical impurity components are 0.01 wt% (100 wtppm) or less of iron, 0.04 wt% (400 wtppm) or less in total of other metal components, 0.01 wt% (100 wtppm) or less of oxygen, and 0. 01 wt% (100 wtppm) or less is preferable. It goes without saying that the smaller the impurity component, the better.

なお、本発明のタングステン製ルツボ1としては、少なくともルツボとしての機能を有するものであれば特にその形状は制限されるものではなく、例えば図2に示すように角部4が底部2や側壁部3よりも厚くされていてもよいし、また例えば図3に示すように角部4が略直角に折れ曲がるものとされていてもよいし、さらに例えば図4に示すように側壁部3が底部2から開口部側に向かって徐々に拡径するものとされていてもよい。   The shape of the tungsten crucible 1 of the present invention is not particularly limited as long as it has at least a function as a crucible. For example, as shown in FIG. 3, the corner 4 may be bent at a substantially right angle as shown in FIG. 3, for example, and the side wall 3 may be the bottom 2 as shown in FIG. The diameter may be gradually increased from the opening toward the opening.

本発明のタングステン製ルツボは、平均結晶粒径が50μm以下である。平均粒径を小さくすることにより、異常粒成長したタングステン結晶粒をなくし、高温強度を高めることができる。平均結晶粒径が50μmを超えると、粒成長した大きいタングステン結晶粒があると組織に歪が生じ、高温強度を低下させる要因となる。
また、平均結晶粒径が50μm以下であったとしても、あまり大きなタングステン結晶粒があることは好ましくない。そのため結晶粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合が粒子数の割合で90%以上であることが好ましい。すなわち、タングステン結晶粒の全粒径の粒子数に対する粒径が10μm以上80μm以下の粒子数の割合((粒径が10μm以上80μm以下の粒子数)/(全粒径の粒子数)×100[%])が90%以上となるものである。
The tungsten crucible of the present invention has an average crystal grain size of 50 μm or less. By reducing the average particle size, tungsten grains that have grown abnormally can be eliminated, and the high-temperature strength can be increased. When the average crystal grain size exceeds 50 μm, if there are large tungsten crystal grains with grain growth, the structure is distorted, which causes a decrease in high-temperature strength.
Moreover, even if the average crystal grain size is 50 μm or less, it is not preferable that there are too large tungsten crystal grains. Therefore, the proportion of tungsten crystal grains having a crystal grain size of 10 μm or more and 80 μm or less is preferably 90% or more in terms of the number of particles. That is, the ratio of the number of particles having a particle diameter of 10 μm or more and 80 μm or less to the number of particles of the total particle diameter of tungsten crystal grains ((number of particles having a particle diameter of 10 μm or more and 80 μm or less) / (number of particles of all particle diameters) × 100 [ %]) Is 90% or more.

このように粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合を90%以上とすることで、言い換えれば粒径が10μm未満といった微小なタングステン結晶粒や、粒径が80μmを超えるような過大なタングステン結晶粒を少なくし、全体としての粒径の大幅なバラツキを抑えることで、高温強度、特に底部2と側壁部3とを連結する角部の高温強度に優れるものとすることができる。   Thus, by setting the ratio of tungsten crystal grains having a grain size of 10 μm or more and 80 μm or less to 90% or more, in other words, a fine tungsten crystal grain having a grain size of less than 10 μm or an excessively large grain size exceeding 80 μm. By reducing the number of tungsten crystal grains and suppressing a large variation in grain size as a whole, the high temperature strength, in particular, the high temperature strength of the corner portion connecting the bottom portion 2 and the side wall portion 3 can be improved.

なお、90%以上含まれる粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒は、必ずしも粒径が10μm以上80μm以下の中から選ばれる単一の粒径から構成されている必要はなく、粒径が10μm以上80μm以下の範囲内であれば異なる粒径のタングステン結晶粒から構成されることができる。   In addition, the tungsten crystal grains having a particle size of 10 μm or more and 80 μm or less included in 90% or more do not necessarily have to be composed of a single particle size selected from 10 μm or more and 80 μm or less. If it is in the range of 10 μm or more and 80 μm or less, it can be composed of tungsten crystal grains having different particle sizes.

また、粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合は、具体的には従来例である鍛造加工により製造した場合に粒径の大きなタングステン結晶粒が発生しやすい角部4における任意の2箇所と、そうでない側壁部3における任意の2箇所との計4箇所の測定箇所について求められる粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合を平均して求められるものである。   Further, the ratio of the tungsten crystal grains having a grain size of 10 μm or more and 80 μm or less is specifically 2 in the corner portion 4 where a tungsten crystal grain having a large grain size is likely to be generated when manufactured by forging as a conventional example. This is obtained by averaging the proportion of tungsten crystal grains having a particle size of 10 μm or more and 80 μm or less, which is calculated for a total of four measurement locations, that is, a location and any two locations in the side wall portion 3 that are not.

平均結晶粒径、10μm以上80μm以下結晶粒の割合の測定は線インターセプト法により行う。まず、タングステン製ルツボ1の個々の測定箇所となる断面について500μm×500μmの大きさの拡大写真を撮り、この写真上において任意に直線を引き、この直線が横切るタングステン結晶粒の粒子数を測定すると共に、この直線が横切る個々のタングステン結晶粒の粒径(直線が横切る部分における粒径、すなわちタングステン結晶粒を横切る直線の長さ)を測定する。   The average crystal grain size and the ratio of crystal grains of 10 μm or more and 80 μm or less are measured by a line intercept method. First, an enlarged photograph having a size of 500 μm × 500 μm is taken with respect to a cross section as an individual measurement location of the tungsten crucible 1, an arbitrary straight line is drawn on the photograph, and the number of tungsten crystal grains that the straight line crosses is measured. At the same time, the grain size of each tungsten crystal grain traversed by this straight line (the grain diameter at the part traversed by the straight line, ie, the length of the straight line across the tungsten crystal grain) is measured.

そして、「500μm/直線500μm上のタングステン結晶粒の個数」により平均値を求める。この作業を任意の3か所以上について行った平均値を平均結晶粒径とする。なお、平均結晶粒径の求め方は、後述するように角部2か所、側壁部2か所の平均値を取ることが最も好ましい。
また、直線500μm以上に測定されたタングステン結晶粒の粒子数と、粒径が10μm以上80μm以下となるタングステン結晶粒の粒子数とから、上記式により個々の測定箇所における粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合を求めることができる。また、このようにして求められた個々の測定箇所(2箇所(角部4)+2箇所(側壁部3)、計4箇所)における粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合をさらに平均することで、最終的な平均値としての粒径が10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合を求めることができる。
And an average value is calculated | required by "the number of tungsten crystal grains on 500 micrometers / straight line 500 micrometers". An average value obtained by performing this operation at three or more arbitrary locations is defined as an average crystal grain size. The average crystal grain size is most preferably obtained by taking an average value at two corners and two side walls as described later.
Further, from the number of tungsten crystal grains measured in a straight line of 500 μm or more and the number of tungsten crystal grains having a grain size of 10 μm or more and 80 μm or less, the particle diameter at each measurement location is 10 μm or more and 80 μm or less by the above formula. The ratio of tungsten crystal grains can be obtained. Further, the average proportion of tungsten crystal grains having a grain size of 10 μm or more and 80 μm or less at each measurement location (2 locations (corner portion 4) +2 locations (side wall portion 3), 4 locations in total)) thus obtained is further averaged. By doing so, the proportion of tungsten crystal grains having a grain size as a final average value of 10 μm or more and 80 μm or less can be obtained.

このようなタングステン製ルツボ1は、高温強度、特に底部2と側壁部3とを連結する角部の高温強度に優れていることから、大型のもの、特に開口部の内径が100mm以上、さらには300mm以上となるようなものに好適に用いることができる。   Such a tungsten crucible 1 is excellent in high-temperature strength, particularly high-temperature strength at the corners connecting the bottom portion 2 and the side wall portion 3, so that a large-sized one, particularly the inner diameter of the opening portion is 100 mm or more, It can use suitably for what becomes 300 mm or more.

タングステン結晶粒の平均粒径は40μm以下であることが好ましい。このような平均粒径であれば、高温強度、特に底部2と側壁部3とを連結する角部の高温強度に優れるものとなりやすい。   The average grain size of the tungsten crystal grains is preferably 40 μm or less. Such an average particle diameter tends to be excellent in high temperature strength, in particular, high temperature strength of the corner portion connecting the bottom portion 2 and the side wall portion 3.

側壁部3と角部4との厚さは同じであってもよいし異なっていてもよいが、角部4の高温強度を確保する観点から側壁部3に対して角部4が厚くなっていることが好ましく、例えば側壁部3に対する角部4の厚さの比(角部4の厚さ/側壁部3の厚さ)が1.2以上となっていることが好ましい。厚さの比が上記した範囲よりも小さいと角部4の高温強度を向上させる効果が必ずしも十分でなく、また上記した範囲内であれば角部4の高温強度を十分なものとすることができ、これを超えて大きくなるとかえってタングステン製ルツボ1の重量が不必要に増加するおそれがあるために好ましくない。   Although the thickness of the side wall part 3 and the corner part 4 may be the same or different, the corner part 4 becomes thicker than the side wall part 3 from the viewpoint of securing the high temperature strength of the corner part 4. For example, the ratio of the thickness of the corner 4 to the side wall 3 (the thickness of the corner 4 / the thickness of the side wall 3) is preferably 1.2 or more. If the thickness ratio is smaller than the above range, the effect of improving the high temperature strength of the corner 4 is not necessarily sufficient, and if it is within the above range, the high temperature strength of the corner 4 may be sufficient. However, if it exceeds this range, the weight of the tungsten crucible 1 may increase unnecessarily, which is not preferable.

側壁部3、角部4における厚さを測定する部位は必ずしも限定されるものではないが、通常、側壁部3については、例えば図1の波線5で示すような側壁部3の高さ方向の略中間部であることが好ましく、また角部4については、例えば図1の波線6で示すように、角部4の湾曲部分における内面および外面のそれぞれの径方向の略中間部を結ぶ部分であることが好ましい。   Although the site | part which measures the thickness in the side wall part 3 and the corner | angular part 4 is not necessarily limited, Usually, about the side wall part 3, the height direction of the side wall part 3 as shown, for example by the wavy line 5 of FIG. The corner portion 4 is preferably a substantially intermediate portion, and the corner portion 4 is, for example, a portion connecting the substantially intermediate portions in the radial direction of the inner surface and the outer surface of the curved portion of the corner portion 4 as shown by a wavy line 6 in FIG. Preferably there is.

また、側壁部3に対する角部4のタングステン結晶粒の平均粒径の比(角部4のタングステン結晶粒の平均粒径/側壁部3のタングステン結晶粒の平均粒径)は0.8以上1.2以下であることが好ましい。平均粒径の比が上記した範囲外となる場合、いずれの場合についても側壁部3と角部4との間に平均粒径の大きなバラツキがあることとなり、高温強度に優れないものとなるおそれがある。   Further, the ratio of the average grain size of the tungsten crystal grains in the corner portion 4 to the side wall portion 3 (the average grain size of the tungsten crystal grains in the corner portion 4 / the average grain size of the tungsten crystal grains in the side wall portion 3) is 0.8 or more and 1 .2 or less is preferable. When the ratio of the average particle diameter is out of the above range, in any case, there is a large variation in the average particle diameter between the side wall part 3 and the corner part 4, and the high temperature strength may not be excellent. There is.

なお、側壁部3、角部4のタングステン結晶粒の平均粒径は、具体的にはそれぞれ任意の2箇所の測定箇所について求められるタングステン結晶粒の平均粒径をさらに平均して求められるものである。個々の測定箇所におけるタングステン結晶粒の平均粒径は、上記したような線インターセプト法によりタングステン結晶粒の粒子数と個々のタングステン結晶粒の粒径とを測定し、この個々のタングステン結晶粒の粒径の合計をタングステン結晶粒の粒子数で除すことにより求められるものである。   In addition, the average particle diameter of the tungsten crystal grains of the side wall part 3 and the corner part 4 is specifically obtained by further averaging the average particle diameters of the tungsten crystal grains obtained at two arbitrary measurement points. is there. The average grain size of tungsten crystal grains at each measurement location is determined by measuring the number of tungsten crystal grains and the grain diameter of each tungsten crystal grain by the line intercept method as described above. This is obtained by dividing the total diameter by the number of tungsten crystal grains.

側壁部3、角部4におけるタングステン結晶粒の平均粒径の測定箇所は必ずしも限定されるものではないが、例えば側壁部3については、例えば図1の波線5で示すような側壁部3の高さ方向の略中間部であることが好ましい。また、角部4については、例えば図1に示すように角部4が弧状に湾曲するものについては、この弧状に湾曲する部分の範囲内であることが好ましく、また例えば図3に示すように角部4が角状であるものについては、同図に示す底部2の内面の延長面2aと側壁部3の内面の延長面3aとで囲まれる範囲内であることが好ましい。   The measurement location of the average grain size of the tungsten crystal grains in the side wall portion 3 and the corner portion 4 is not necessarily limited. For example, the side wall portion 3 has a height of the side wall portion 3 as indicated by a broken line 5 in FIG. It is preferable that it is a substantially middle part in the vertical direction. As for the corner 4, for example, as shown in FIG. 1, when the corner 4 is curved in an arc shape, it is preferably within the range of the arc-curved portion, and for example, as shown in FIG. 3. When the corner 4 is square, it is preferably within a range surrounded by the extended surface 2a of the inner surface of the bottom 2 and the extended surface 3a of the inner surface of the side wall 3 shown in FIG.

また、タングステン製ルツボ1の密度は95%以上、さらには97%以上100%以下であることが好ましい。密度の求め方は、タングステンの比重19.3g/cmを理論密度とする。次に、アルキメデス法で実測値を求め、(実測値/理論密度)×100%により密度を求める。
密度95%以上の理論密度に近いものとすることで、例えばサファイア単結晶の製造に用いた場合、この原料の融液がタングステン製ルツボ1から染みだすことを抑制することができる。
The density of the tungsten crucible 1 is preferably 95% or more, more preferably 97% or more and 100% or less. The density is calculated by setting the specific gravity of tungsten to 19.3 g / cm 3 as the theoretical density. Next, an actual measurement value is obtained by the Archimedes method, and a density is obtained by (actual measurement value / theoretical density) × 100%.
By making the density close to the theoretical density of 95% or more, for example, when used for producing a sapphire single crystal, it is possible to prevent the melt of this raw material from oozing out from the tungsten crucible 1.

このようなタングステン製ルツボ1は、タングステン粉末を焼結またはHIP(熱間等方圧加圧加工)処理することにより製造されたものであることが好ましく、特に鍛造加工されていないことが好ましい。なお、本発明のタングステン製ルツボ1については、鍛造加工されていないことが好ましいが、例えば焼結またはHIP処理後に形状を整えるための切削加工等が行われていても構わない。   Such a tungsten crucible 1 is preferably manufactured by sintering or HIP (hot isostatic pressing) processing of tungsten powder, and particularly preferably not forged. The tungsten crucible 1 of the present invention is preferably not forged, but may be subjected to cutting for adjusting the shape after sintering or HIP treatment, for example.

また、焼結またはHIP処理によれば、厚さに関して従来の鍛造加工のような製造上の制限が少なく、側壁部3と角部4とで厚さが異なるものを容易に製造することができ、例えば側壁部3に対して角部4を厚くするようにすることで、角部4の高温強度に優れるものとすることができる。   Moreover, according to sintering or HIP processing, there are few restrictions on manufacturing like the conventional forging process regarding thickness, and what differs in thickness by the side wall part 3 and the corner | angular part 4 can be manufactured easily. For example, by making the corner 4 thicker than the side wall 3, the corner 4 can be excellent in high-temperature strength.

さらに、鍛造加工を行う場合、加工時の押圧による引き延ばしなどにより粒径が100μmを超えるような過大なタングステン結晶粒が発生しやすく、特に角部4のような加工量の大きい部分に過大なタングステン結晶粒が発生して高温強度が低下しやすくなるが、HIP処理後に鍛造加工を行わないものとすることで、このような過大なタングステン結晶粒の発生を抑制し、高温強度、特に角部4の高温強度に優れたものとすることができる。   Further, when forging is performed, excessive tungsten crystal grains having a grain size exceeding 100 μm are likely to be generated due to stretching due to pressing during processing, and in particular, excessive tungsten in a portion with a large processing amount such as the corner 4. Although crystal grains are generated and the high-temperature strength tends to decrease, the forging process is not performed after the HIP treatment, so that the generation of such excessive tungsten crystal grains is suppressed, and the high-temperature strength, particularly the corner portion 4 is suppressed. It can be made excellent in high temperature strength.

また、鍛造加工を行う場合、角部4に残留歪みが発生しやすく、これにより高温での使用時に再結晶化が加速されて高温強度が低下しやすくなるが、焼結またはHIP処理後に鍛造加工を行わないものとすることで角部4における残留歪みの発生を抑制し、これにより再結晶化を抑制して高温強度に優れたものとすることができる。   In addition, when forging is performed, residual distortion is likely to occur in the corners 4, thereby accelerating recrystallization during use at high temperatures and reducing high-temperature strength, but forging after sintering or HIP treatment Therefore, the occurrence of residual strain at the corners 4 can be suppressed, whereby recrystallization can be suppressed and excellent high-temperature strength can be achieved.

次に、本発明のタングステン製ルツボ1の製造方法について説明する。本発明のタングステン製ルツボの製造方法は特に限定されるものではないが、効率よく得るための製造方法として次の方法が挙げられる。
本発明の第一のタングステン製ルツボの製造方法は、底部と側壁部とが角部を介して連結された上部開放の有底筒状のタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、純度99.9%以上のタングステン粉末を圧力100MPa以上の圧力でルツボ形状にCIPする成形工程と、水素雰囲気中で1300℃以上で焼結する第一の焼結工程と、還元雰囲気中または不活性雰囲気中で2000℃以上で焼結する第二の焼結工程、を有することを特徴とするものである。
Next, a method for manufacturing the tungsten crucible 1 of the present invention will be described. Although the manufacturing method of the tungsten crucible of the present invention is not particularly limited, the following method can be mentioned as a manufacturing method for obtaining efficiently.
The first tungsten crucible manufacturing method of the present invention is a manufacturing method for manufacturing an open bottomed cylindrical tungsten crucible in which a bottom portion and a side wall portion are connected via a corner portion, A molding step of CIPing a tungsten powder having a purity of 99.9% or more into a crucible shape at a pressure of 100 MPa or more, a first sintering step of sintering at 1300 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere, and in a reducing atmosphere or inert It has the 2nd sintering process sintered at 2000 degreeC or more in atmosphere, It is characterized by the above-mentioned.

まず、タングステン粉末は純度99.9%以上、さらには99.95%以上の高純度粉末を用いることが好ましい。また、その酸素含有量は0.1wt%以下が好ましい。
CIP工程は、成形圧力100MPa以上でルツボ形状の成形体を作製するする。CIP成形(静水圧プレス)は、混合粉末をゴム袋などの柔軟な袋に詰めて、水や油などで圧力をかけて成形する方法である。成形圧力は100MPa以上である。成形圧力が100MPa未満であると成形体の密度が不十分となり、焼結体として密度95%以上のものが得難い。成形圧力の上限は特に限定されるものではないが200MPa以下が好ましい。
First, the tungsten powder is preferably a high-purity powder having a purity of 99.9% or more, more preferably 99.95% or more. Further, the oxygen content is preferably 0.1 wt% or less.
In the CIP process, a crucible-shaped molded body is produced at a molding pressure of 100 MPa or more. CIP molding (hydrostatic press) is a method in which a mixed powder is packed in a flexible bag such as a rubber bag and molded by applying pressure with water or oil. The molding pressure is 100 MPa or more. When the molding pressure is less than 100 MPa, the density of the molded body becomes insufficient, and it is difficult to obtain a sintered body having a density of 95% or more. The upper limit of the molding pressure is not particularly limited, but is preferably 200 MPa or less.

次に、成形体を水素雰囲気中1300℃以上の温度で焼結する第一の焼結工程を行う。焼結温度の上限は後述する第二の焼結工程の温度より低いことが好ましい。また、焼結時間は8時間以上が好ましい。内径が300mm以上と大型のものは焼結時間を1600℃以上×10時間以上が好ましい。
次に、還元雰囲気中または不活性雰囲気中2000℃以上の温度で焼結する第二の焼結工程を行う。還元雰囲気は、水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気などが挙げられる。また、不活性雰囲気はアルゴンが好ましい。また、焼結時間は5時間以上が好ましい。また、第二の焼結工程の焼結温度の上限は特に限定されるものではないが2300℃以下が好ましい。あまり、焼結温度が高いと焼結炉の負担が大きくなる。なお、あまり焼結時間が長いと平均結晶粒径が大きくなるので11時間以下が好ましい。
第一の焼結工程および、必要に応じ第二の焼結工程を水素雰囲気(または還元性雰囲気)で行うことにより、密度低下の原因となる焼結体中の酸素を除去できる。
焼結後は、必要に応じ形状を整えるための切削加工等を行うことも可能である。
Next, the 1st sintering process which sinters a molded object at the temperature of 1300 degreeC or more in hydrogen atmosphere is performed. The upper limit of the sintering temperature is preferably lower than the temperature of the second sintering step described later. The sintering time is preferably 8 hours or longer. A large-sized one having an inner diameter of 300 mm or more preferably has a sintering time of 1600 ° C. or more × 10 hours or more.
Next, a second sintering step is performed in which sintering is performed at a temperature of 2000 ° C. or higher in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. Examples of the reducing atmosphere include a hydrogen atmosphere and a carbon monoxide atmosphere. The inert atmosphere is preferably argon. The sintering time is preferably 5 hours or more. The upper limit of the sintering temperature in the second sintering step is not particularly limited, but is preferably 2300 ° C. or lower. If the sintering temperature is too high, the burden on the sintering furnace increases. It should be noted that if the sintering time is too long, the average crystal grain size becomes large, so 11 hours or less is preferable.
By performing the first sintering step and, if necessary, the second sintering step in a hydrogen atmosphere (or reducing atmosphere), oxygen in the sintered body that causes a decrease in density can be removed.
After the sintering, it is possible to perform a cutting process for adjusting the shape as necessary.

本発明の第二のタングステン製ルツボの製造方法は、底部と側壁部とが角部を介して連結された上部開放の有底筒状のタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、純度99.9%以上のタングステン粉末をルツボ形状に成形する成形工程と、不活性雰囲気中、圧力100MPa以上、1300℃以上でHIP処理するHIP工程、とを具備することを特徴とするものである。
成形方法は必ずしも限定されるものではなく、例えば一軸金型プレスを用いて行ってもよいし、また例えば一軸金型プレスを用いて予備成形した後、ゴム型を用いてCIP(冷間静水圧プレス)を行ってもよい。また、成形圧力は、例えば50MPa以上200MPa以下とすることが好ましい。成形圧力が上記した範囲よりも小さい場合、例えばHIP処理したとしても十分に緻密化させることができず、高温強度が十分でなく、また密度も十分なものとならないおそれがある。また、成形圧力が上記した範囲よりも大きい場合、例えば成形金型の耐久性が低下するおそれがあるため好ましくない。
A second tungsten crucible manufacturing method of the present invention is a manufacturing method for manufacturing a bottomed cylindrical tungsten crucible having an open top, in which a bottom portion and a side wall portion are connected via a corner portion, It comprises a forming step of forming tungsten powder with a purity of 99.9% or more into a crucible shape, and a HIP step of HIP treatment at a pressure of 100 MPa or more and 1300 ° C. or more in an inert atmosphere. .
The molding method is not necessarily limited, and may be performed using, for example, a uniaxial mold press, or after being preformed using, for example, a uniaxial mold press, CIP (cold isostatic pressure using a rubber mold) Press). Moreover, it is preferable that a shaping | molding pressure shall be 50 MPa or more and 200 MPa or less, for example. When the molding pressure is smaller than the above range, for example, even if the HIP treatment is performed, it cannot be sufficiently densified, the high-temperature strength is not sufficient, and the density may not be sufficient. Further, when the molding pressure is larger than the above range, for example, the durability of the molding die may be lowered, which is not preferable.

次に、不活性雰囲気中、圧力100MPa以上、1300℃以上でHIP処理するHIP工程を行う。不活性雰囲気は、アルゴン雰囲気が好ましい。また、圧力は100MPa以上である。100MPa未満では密度が低下するおそれがある。圧力の上限は200MPa以下である。
また、HIP温度は1300℃以上である。1300℃未満では密度が低下するおそれがある。HIP温度の上限は2000℃以下である。また、HIP処理時間は5時間以上が好ましい。
HIP処理後、必要に応じ、形状を整えるための切削加工等を行うことも可能である。
Next, an HIP process is performed in which an HIP process is performed at a pressure of 100 MPa or higher and 1300 ° C. or higher in an inert atmosphere. The inert atmosphere is preferably an argon atmosphere. The pressure is 100 MPa or more. If it is less than 100 MPa, the density may decrease. The upper limit of the pressure is 200 MPa or less.
Moreover, HIP temperature is 1300 degreeC or more. If it is less than 1300 degreeC, there exists a possibility that a density may fall. The upper limit of the HIP temperature is 2000 ° C. or less. The HIP processing time is preferably 5 hours or more.
After the HIP process, it is possible to perform cutting or the like for adjusting the shape as necessary.

このような製造方法によれば、上記したような高温強度に優れる本発明のタングステン製ルツボ1を容易に製造することができる。なお、本発明のタングステン製ルツボ1の製造方法については、鍛造加工以外のものについては必ずしも制限されるものではなく、例えばHIP処理後に形状を整えるための切削加工等を行うことも可能である。   According to such a manufacturing method, the above-described tungsten crucible 1 having excellent high-temperature strength can be easily manufactured. In addition, about the manufacturing method of the tungsten crucible 1 of this invention, things other than a forging process are not necessarily restrict | limited, For example, the cutting process for adjusting a shape after a HIP process, etc. can also be performed.

HIP処理は、タングステン粉末、またはその成形体を高温においても被覆可能な金属製あるいはガラス製容器等に封入脱気し、不活性雰囲気媒体を通じて等方的に加圧しながら加熱焼結する方法で、例えばホットプレスが一軸方向の加圧であるのに対し等方加圧であるためにより均質高密度の焼結体を低温焼結で得ることができる。
また、第一の製造方法において、第二の焼結工程をHIP処理とする方法も効果的であり、例えば成形体を予め理論密度よりも僅かに低い密度となるように予備焼結した後、この予備焼結体をHIP処理することによりタングステン製ルツボ1としてもよい。このように予め予備焼結を行った後、HIP処理することで、より均質高密度なタングステン製ルツボ1を得ることができる。
HIP treatment is a method in which tungsten powder or a molded body thereof is sealed and deaerated in a metal or glass container that can be coated even at high temperatures, and heated and sintered while isotropically pressurized through an inert atmosphere medium. For example, since the hot press is uniaxially pressed while being isotropic pressed, a more homogeneous and dense sintered body can be obtained by low-temperature sintering.
Further, in the first production method, a method in which the second sintering step is HIP-treated is also effective. For example, after pre-sintering the molded body to a density slightly lower than the theoretical density in advance, The pre-sintered body may be made into a tungsten crucible 1 by HIP treatment. Thus, after pre-sintering in advance, a more homogeneous and dense tungsten crucible 1 can be obtained by HIP treatment.

第一の製造方法または第二の製造方法においては最終的に得られるタングステン製ルツボ1における平均結晶粒径が50μm以下、10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の割合が90%以上となるように、好ましくは密度が95%以上、側壁部3に対する角部4の平均粒径の比が0.8以上1.2以下となるように、上記した温度、圧力、処理時間の範囲内において適宜、温度、圧力、処理時間を調整して行うことが好ましい。   In the first production method or the second production method, the average crystal grain size in the finally obtained tungsten crucible 1 is 50 μm or less, and the proportion of tungsten crystal grains of 10 μm or more and 80 μm or less is 90% or more. Preferably, the temperature is appropriately set within the above-described temperature, pressure, and processing time ranges so that the density is 95% or more and the ratio of the average particle diameter of the corners 4 to the side walls 3 is 0.8 or more and 1.2 or less. It is preferable to adjust the pressure and the processing time.

また、CIP処理を使う第一の製造方法、HIP処理を使う第二の製造方法であれば内径100mm以上、さらには内径300mm以上の大型のルツボを製造することができる。なお、内径の上限は特に限定されるものではないが600mm以下が好ましい。600mmを超えるとHIP処理時に均一な焼結体を調製する工程が煩雑になる。   Moreover, if it is the 1st manufacturing method using CIP processing and the 2nd manufacturing method using HIP processing, a large crucible with an internal diameter of 100 mm or more and also an internal diameter of 300 mm or more can be manufactured. The upper limit of the inner diameter is not particularly limited, but is preferably 600 mm or less. When it exceeds 600 mm, the process of preparing a uniform sintered body at the time of HIP processing becomes complicated.

このようにして得られるタングステン製ルツボ1は、金属蒸発容器、金属酸化物溶解容器、結晶製作用容器等の高温下で用いられる製造装置の一構成部品として好適に用いることができ、特に青色LED用のGaN成膜基板等の基板材料として好適に使用されるサファイア単結晶の製造に用いることができる。   The tungsten crucible 1 thus obtained can be suitably used as a component part of a production apparatus used at high temperatures, such as a metal evaporation vessel, a metal oxide dissolution vessel, a crystal production vessel, etc. It can be used for the production of a sapphire single crystal suitably used as a substrate material such as a GaN film-forming substrate.

サファイア単結晶の製造は、例えばルツボ内に原料を入れて溶融し、この融液にサファイア単結晶からなる種結晶を接触させ、これを回転させながら引き上げることで単結晶を成長させるものである。本発明のタングステン製ルツボ1は、このような原料の融液を入れるためのルツボとして好適に用いられる。   In the manufacture of a sapphire single crystal, for example, a raw material is put in a crucible and melted, a seed crystal made of a sapphire single crystal is brought into contact with this melt, and the single crystal is grown by pulling it up while rotating. The tungsten crucible 1 of the present invention is suitably used as a crucible for containing such a raw material melt.

具体的には、引き上げ装置として、例えば上部が開口する有底筒状の加熱炉と、この加熱炉の上方から挿入されるようにして配置される引き上げ棒とを有するものを用いる。引き上げ棒の下部先端側には種結晶が固定されている。また、タングステン製ルツボ1は、このような引き上げ装置における加熱炉の内側底部に配置される。   Specifically, for example, a lifting device having a bottomed cylindrical heating furnace having an open top and a lifting rod arranged so as to be inserted from above the heating furnace is used. A seed crystal is fixed to the lower tip side of the lifting rod. Further, the tungsten crucible 1 is disposed on the inner bottom portion of the heating furnace in such a pulling apparatus.

このような引き上げ装置においては、まずタングステン製ルツボ1内にサファイア単結晶の原料となる酸化アルミニウムを投入し、溶融させて融液を得る。その後、融液が入ったタングステン製ルツボ1に種結晶を固定した引き上げ棒を入れて種付けを行う。その後、引き上げ棒を回転させながら引き上げて、サファイア単結晶である略円柱状の単結晶インゴットを得る。タングステン製ルツボであれば、溶融温度を2000℃以上、さらには2200℃以上と高温にしたとしても優れた耐久性を示す。   In such a pulling apparatus, first, aluminum oxide as a raw material for a sapphire single crystal is put into a tungsten crucible 1 and melted to obtain a melt. Thereafter, seeding is performed by putting a pull-up rod with a seed crystal fixed in a tungsten crucible 1 containing a melt. Thereafter, the pulling rod is pulled up while rotating to obtain a substantially cylindrical single crystal ingot which is a sapphire single crystal. A tungsten crucible shows excellent durability even when the melting temperature is 2000 ° C. or higher, or even 2200 ° C. or higher.

以下、本発明について実施例を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例1〜3)
純度99.95%以上のタングステン粉末(平均粒径5μm、不純物酸素0.1wt%)を用いた。
実施例1はCIP処理(圧力110MPa)、第一の熱処理工程(水素雰囲気中、1350℃×8時間)、第二の熱処理工程(アルゴン雰囲気中2010℃×6時間)とした。
実施例2はCIP処理(圧力130MPa)、第一の熱処理工程(水素雰囲気中、1460℃×9時間)、第二の熱処理工程(アルゴン雰囲気中2050℃×7時間)とした。
実施例3はCIP処理(圧力160MPa)、第一の熱処理工程(水素雰囲気中、1660℃×10時間)、第二の熱処理工程(アルゴン雰囲気中2090℃×5時間)とした。
得られたルツボを表面研磨して実施例1〜3に係るタングステン製ルツボとした。
(比較例1)
純度99.90%のモリブデンからなる板材(モリブデン結晶粒の平均粒径10μm、不純物酸素量0.05wt%)に鍛造加工を行うことによりモリブデン製ルツボを製造した。なお、モリブデン製ルツボの全体形状、角部形状、厚さ(角部、側壁部)は表1に示す通りとした。
(比較例2)
純度99.95%以上のタングステン粉末(平均粒径10μm、不純物酸素0.1wt%)を用いて、CIP圧力100MPa、第一の熱処理工程を水素雰囲気中1800℃×20時間、第二の熱処理工程を2300℃×15時間で製造した。
(Examples 1-3)
A tungsten powder having a purity of 99.95% or more (average particle size 5 μm, impurity oxygen 0.1 wt%) was used.
Example 1 was CIP treatment (pressure 110 MPa), first heat treatment step (in hydrogen atmosphere, 1350 ° C. × 8 hours), and second heat treatment step (2010 ° C. × 6 hours in argon atmosphere).
Example 2 was CIP treatment (pressure 130 MPa), first heat treatment step (in hydrogen atmosphere, 1460 ° C. × 9 hours), and second heat treatment step (2050 ° C. × 7 hours in argon atmosphere).
Example 3 was CIP treatment (pressure 160 MPa), first heat treatment step (in hydrogen atmosphere, 1660 ° C. × 10 hours), and second heat treatment step (2090 ° C. × 5 hours in argon atmosphere).
The obtained crucible was surface-polished to obtain a tungsten crucible according to Examples 1 to 3.
(Comparative Example 1)
A crucible made of molybdenum was manufactured by forging a plate material made of molybdenum having a purity of 99.90% (average particle diameter of molybdenum crystal grains of 10 μm, impurity oxygen content of 0.05 wt%). The overall shape, corner shape, and thickness (corner portion, side wall portion) of the molybdenum crucible were as shown in Table 1.
(Comparative Example 2)
Using tungsten powder with a purity of 99.95% or more (average particle size 10 μm, impurity oxygen 0.1 wt%), CIP pressure 100 MPa, first heat treatment step in hydrogen atmosphere at 1800 ° C. × 20 hours, second heat treatment step Was manufactured at 2300 ° C. for 15 hours.

なお、各実施例で製造したタングステン製ルツボの全体形状、角部形状、厚さ(角部、側壁部)は表1に示す通りとした。すなわち、実施例1、3のタングステン製ルツボは、図1に示すように角部が側壁部とほぼ同様な厚さであって弧状に湾曲し、側壁部3が角部4から略垂直に立ち上がるものとした。また、実施例2のタングステン製ルツボは、図2に示すように角部が側壁部に比べて極端に厚いものとした。   The overall shape, corner shape, and thickness (corner portion, side wall portion) of the tungsten crucible manufactured in each example were as shown in Table 1. That is, the tungsten crucibles of Examples 1 and 3 have corners that are substantially the same thickness as the side walls and curved in an arc shape as shown in FIG. 1, and the side walls 3 rise from the corners 4 substantially vertically. It was supposed to be. In addition, the tungsten crucible of Example 2 has an extremely thick corner as compared with the side wall as shown in FIG.

さらに、各タングステン製ルツボ1の全体形状等の調整は、主として成形段階における成形体の全体形状等を調整することにより行った。   Furthermore, the overall shape and the like of each tungsten crucible 1 was adjusted mainly by adjusting the overall shape and the like of the molded body in the molding stage.

Figure 0005808076
Figure 0005808076

次に、得られたルツボの平均結晶粒径、10〜80μmの結晶粒の割合、側壁部と角部の結晶粒径比、不純物酸素量、密度を求めた。なお、各項目の測定は前述の方法を用いて測定した。その結果を表2に示す。   Next, the average crystal grain size of the obtained crucible, the ratio of crystal grains of 10 to 80 μm, the crystal grain size ratio between the side wall and the corner, the amount of impurity oxygen, and the density were determined. In addition, the measurement of each item was measured using the above-mentioned method. The results are shown in Table 2.

Figure 0005808076
Figure 0005808076

本実施例に係るルツボであれば平均結晶粒径が50μm以下、10〜80μmのタングステン結晶の割合が90%以上と粒径が揃っていた。また、焼結工程で水素雰囲気を用いていることから不純物酸素量は0.01wt%未満と小さくなった。
各実施例、比較例に係るルツボを用いて密度の評価を行った。密度の評価は、まずルツボにサファイア融液を入れた状態で2300℃で1000時間と2000時間の熱処理工程を行った後、粒成長の程度を測定した。具体的には、平均結晶粒径を測定した方法と同じことを行い平均結晶粒径を求めて、その変化率を求めた。その結果を表3に示す。
In the crucible according to the present example, the average crystal grain size was 50 μm or less, and the proportion of tungsten crystals having 10 to 80 μm was 90% or more. Further, since a hydrogen atmosphere was used in the sintering process, the amount of impurity oxygen was reduced to less than 0.01 wt%.
The density was evaluated using the crucibles according to the examples and comparative examples. For the evaluation of the density, first, after performing a heat treatment step at 2300 ° C. for 1000 hours and 2000 hours with a sapphire melt put in a crucible, the degree of grain growth was measured. Specifically, the same method as the method for measuring the average crystal grain size was performed to determine the average crystal grain size, and the rate of change was determined. The results are shown in Table 3.

Figure 0005808076
Figure 0005808076

実施例に係るルツボであれば優れた耐久性を示した。それに対し、Mo板材を鍛造して製造した比較例1は耐久性が不十分であった。これは鍛造により粒成長が伴うことや水素還元雰囲気により不純物酸素の低減が行われていないためである。また、比較例2のようにタングステンでできていても平均結晶粒径が大きなものは耐久性が低下した。これは粒成長が起きて内部歪が生じるためと考えられる。   The crucible according to the example showed excellent durability. In contrast, Comparative Example 1 produced by forging a Mo plate material was insufficient in durability. This is because grain growth is accompanied by forging and impurity oxygen is not reduced by a hydrogen reducing atmosphere. Moreover, even if it was made of tungsten as in Comparative Example 2, the one having a large average crystal grain size was deteriorated in durability. This is presumably because grain growth occurs and internal strain occurs.

(実施例4〜6)
タングステン粉末として平均粒径が3μm、不純物酸素0.1wt%のものを用いると共に、タングステン製ルツボの全体形状、厚さ(角部、側壁部)を表4に示すように変更した。
実施例4は、圧力120MPaによる一軸成形を行った後、HIP処理(アルゴン雰囲気中、120MPa、1400℃×7時間)を行ったもの。実施例5は、150MPaで一軸成形を行った後、HIP処理(アルゴン雰囲気中、180MPa、1600℃×8時間)を行ったもの。実施例6は、100MPaでCIP成形、水素雰囲気中1400℃×5時間の予備焼結(第一の焼結工程)後、HIP処理(アルゴン雰囲気中、1500℃×6時間)を行ったもの。なお、HIP処理はステンレス製カプセルに封入して行った。
実施例4〜7について実施例1と同様の測定を行った。その結果を表4〜6に示す。
(Examples 4 to 6)
A tungsten powder having an average particle diameter of 3 μm and an impurity oxygen content of 0.1 wt% was used, and the overall shape and thickness (corner portions and side wall portions) of the tungsten crucible were changed as shown in Table 4.
In Example 4, uniaxial molding was performed at a pressure of 120 MPa, and then HIP treatment (in an argon atmosphere, 120 MPa, 1400 ° C. × 7 hours) was performed. In Example 5, uniaxial molding was performed at 150 MPa, and then HIP treatment (in an argon atmosphere, 180 MPa, 1600 ° C. × 8 hours) was performed. In Example 6, CIP molding at 100 MPa, pre-sintering in a hydrogen atmosphere at 1400 ° C. for 5 hours (first sintering step), and HIP treatment (in an argon atmosphere at 1500 ° C. for 6 hours) were performed. The HIP treatment was performed by enclosing in a stainless capsule.
The same measurements as in Example 1 were performed for Examples 4-7. The results are shown in Tables 4-6.

Figure 0005808076
Figure 0005808076

Figure 0005808076
Figure 0005808076

Figure 0005808076
Figure 0005808076

実施例4〜6に係るルツボに関しても優れた耐久性を示すことが分かった。なお、HIP処理だとカプセルに封入して行うため、水素雰囲気中での還元が行われない実施例4、5は酸素量の低減が行われなかった。それに対し、実施例6は第一焼結工程で水素雰囲気中で焼結しているので酸素量の低減が行われた。
言い換えると、不純物酸素量を低減したい場合は、水素雰囲気中で焼結する工程を行った方がよいことになる。
It turned out that the durability which was excellent also about the crucible which concerns on Examples 4-6 is shown. In addition, since it performed by encapsulating in a capsule when it is HIP processing, Example 4 and 5 in which the reduction | restoration in hydrogen atmosphere is not performed did not perform reduction of the oxygen amount. On the other hand, since Example 6 was sintered in a hydrogen atmosphere in the first sintering step, the amount of oxygen was reduced.
In other words, when it is desired to reduce the amount of impurity oxygen, it is better to perform a sintering step in a hydrogen atmosphere.

1…タングステン製ルツボ
2…底部
3…側壁部
4…角部
1 ... Tungsten crucible 2 ... Bottom 3 ... Side wall 4 ... Corner

Claims (8)

純度99.9%以上のタングステンからなり、底部と側壁部とが角部を介して連結された開口部を有する有底筒状のタングステン製ルツボであって、
前記タングステンは、平均結晶粒径が20μm以上50μm以下、結晶粒径10μm以上80μm以下のタングステン結晶粒の粒子数での割合が90%以上、前記側壁部に対する前記角部のタングステン結晶粒の平均粒径の比が0.8以上1.2以下、相対密度が95%以上、かつ前記側壁部に対して前記角部が厚いことを特徴とするタングステン製ルツボ。
A bottomed cylindrical tungsten crucible having an opening in which a bottom portion and a side wall portion are connected via a corner portion, made of tungsten having a purity of 99.9% or more,
The tungsten has an average crystal grain size of 20 μm or more and 50 μm or less, and a ratio of the number of tungsten crystal grains having a crystal grain size of 10 μm or more and 80 μm or less of 90% or more. A tungsten crucible having a diameter ratio of 0.8 or more and 1.2 or less, a relative density of 95% or more, and a thick corner with respect to the side wall.
前記タングステン製ルツボは開口部の内径が100mm以上であることを特徴とする請求項1記載のタングステン製ルツボ。   2. The tungsten crucible according to claim 1, wherein the tungsten crucible has an inner diameter of 100 mm or more. 前記側壁部に対する前記角部の厚さの比が1.2以上であることを特徴とする請求項1または2記載のタングステン製ルツボ。   The tungsten crucible according to claim 1 or 2, wherein a ratio of a thickness of the corner portion to the side wall portion is 1.2 or more. 前記タングステン製ルツボはサファイア単結晶を製造するための原料の融液を入れるものとして用いられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のタングステン製ルツボ。   The tungsten crucible according to any one of claims 1 to 3, wherein the tungsten crucible is used as a raw material melt for producing a sapphire single crystal. 請求項1に記載されたタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、
純度99.9%以上のタングステン粉末を圧力100MPa以上200MPa以下の圧力でルツボ形状にCIPする成形工程と、
水素雰囲気中で1300℃以上で焼結する第一の焼結工程と、
還元雰囲気中または不活性雰囲気中で2000℃以上で焼結する第二の焼結工程、
を有することを特徴とするタングステン製ルツボの製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the tungsten crucible according to claim 1 ,
A molding step of CIPing a tungsten powder having a purity of 99.9% or more into a crucible shape at a pressure of 100 MPa or more and 200 MPa or less;
A first sintering step of sintering at 1300 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere;
A second sintering step of sintering at 2000 ° C. or higher in a reducing atmosphere or in an inert atmosphere;
A method for producing a tungsten crucible, comprising:
請求項1に記載されたタングステン製ルツボを製造するための製造方法であって、
純度99.9%以上のタングステン粉末をルツボ形状に成形する成形工程と、
不活性雰囲気中、圧力100MPa以上200MPa以下、1300℃以上でHIP処理するHIP工程、
とを具備することを特徴とするタングステン製ルツボの製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the tungsten crucible according to claim 1 ,
A molding step of molding a tungsten powder having a purity of 99.9% or more into a crucible shape;
A HIP process in which an HIP process is performed at a pressure of 100 MPa or more and 200 MPa or less and 1300 ° C. or more in an inert atmosphere;
And a method for producing a tungsten crucible.
原料の融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法であって、
前記原料の融液を入れるルツボとして請求項1乃至4のいずれか1項記載のタングステン製ルツボを用いることを特徴とするサファイア単結晶の製造方法。
A method for producing a sapphire single crystal comprising producing a sapphire single crystal by crystal growth from a raw material melt,
A method for producing a sapphire single crystal, wherein the crucible made of tungsten according to any one of claims 1 to 4 is used as a crucible for charging the raw material melt.
融液の加熱温度が2000℃以上であることを特徴とする請求項7記載のサファイア単結晶の製造方法。   The method for producing a sapphire single crystal according to claim 7, wherein the heating temperature of the melt is 2000 ° C. or higher.
JP2009286947A 2009-12-17 2009-12-17 Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal Active JP5808076B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009286947A JP5808076B2 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009286947A JP5808076B2 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011127839A JP2011127839A (en) 2011-06-30
JP5808076B2 true JP5808076B2 (en) 2015-11-10

Family

ID=44290607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009286947A Active JP5808076B2 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5808076B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5599290B2 (en) * 2010-11-15 2014-10-01 株式会社東芝 Crucible, sapphire single crystal manufacturing method using the same, and crucible manufacturing method
CN103374755A (en) * 2012-04-28 2013-10-30 洛阳高科钼钨材料有限公司 Non-integrated crucible
JP5650869B1 (en) * 2013-03-21 2015-01-07 株式会社アライドマテリアル Crucible for growing sapphire single crystal and method for growing sapphire single crystal
JP6363992B2 (en) * 2013-03-21 2018-07-25 株式会社アライドマテリアル Crucible for growing sapphire single crystal and method for growing sapphire single crystal
CN104001913B (en) * 2014-05-29 2016-04-20 金堆城钼业股份有限公司 Tabletting type sealing device and prepare the method for large-scale molybdenum crucible
CN104534878B (en) * 2014-12-19 2016-08-24 株洲硬质合金集团有限公司 A kind of high-temperature heater tungsten/molybdenum crucible and preparation method thereof
CN107190195A (en) * 2017-05-04 2017-09-22 鹤山市沃得钨钼实业有限公司 A kind of W-REO alloys crucible and its manufacture method

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03232790A (en) * 1990-02-09 1991-10-16 Nippon Steel Corp Quartz crucible for apparatus for pulling up silicon single crystal
JP2850153B2 (en) * 1990-05-15 1999-01-27 東芝セラミックス株式会社 Quartz glass crucible for pulling single crystal and method for producing same
JP3917208B2 (en) * 1996-01-19 2007-05-23 株式会社アライドマテリアル Tungsten-molybdenum alloy crucible and method for producing the same
WO2002014587A1 (en) * 2000-08-15 2002-02-21 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Quartz crucible and method for producing single crystal using the same
TW573086B (en) * 2001-09-21 2004-01-21 Crystal Is Inc Powder metallurgy tungsten crucible for aluminum nitride crystal growth
JP2005001934A (en) * 2003-06-11 2005-01-06 Daiichi Kiden:Kk Apparatus for pulling and growing sapphire single crystal
JP2005041723A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Toshiba Ceramics Co Ltd Large-sized quartz crucible for pulling silicon single crystal
WO2005073418A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-11 Nippon Tungsten Co., Ltd. Tungsten based sintered compact and method for production thereof
JP2006151745A (en) * 2004-11-29 2006-06-15 Kyocera Corp Method for producing single crystal and oxide single crystal obtained by using the same
JP2008007354A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Method for growing sapphire single crystal
JP2010052993A (en) * 2008-08-29 2010-03-11 Kyocera Corp Crucible for apparatus for growing single crystal, method for growing single crystal, and apparatus for growing single crystal
TWI519685B (en) * 2009-07-22 2016-02-01 國立大學法人信州大學 Method & equipment for producing sapphire single crystal
JP5689598B2 (en) * 2009-12-15 2015-03-25 株式会社東芝 Method for producing crucible made of tungsten molybdenum alloy

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011127839A (en) 2011-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5689598B2 (en) Method for producing crucible made of tungsten molybdenum alloy
JP5808076B2 (en) Tungsten crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal
JP5433300B2 (en) Molybdenum crucible and manufacturing method thereof, and manufacturing method of sapphire single crystal
JP5599290B2 (en) Crucible, sapphire single crystal manufacturing method using the same, and crucible manufacturing method
US9101982B2 (en) Multilevel parts from agglomerated spherical metal powder
JP2013060348A (en) Crucible, and method for manufacturing sapphire single crystal using the same
CN105478772B (en) A kind of manufacturing method of molybdenum planar targets
US8992828B2 (en) Titanium, titanium alloy and NiTi foams with high ductility
JP2010248615A (en) Molybdenum alloy and method for manufacturing the same
CN105441881B (en) The manufacturing method of chromium target and combinations thereof
JP3917208B2 (en) Tungsten-molybdenum alloy crucible and method for producing the same
US20130189145A1 (en) Method for producing molybdenum target
TWI491738B (en) Molybdenum alloy and method for producing the same
Chen et al. Viscous flow during spark plasma sintering of Ti-based metallic glassy powders
JP5917617B2 (en) Tungsten molybdenum sintered alloy crucible, method for producing the same, and method for producing sapphire single crystal
JP6654210B2 (en) How to make a mold for sintering
JP6827461B2 (en) Molybdenum crucible
JP5771323B1 (en) Crucible and method for producing single crystal sapphire using the same
JP6654169B2 (en) How to make a mold for sintering
CN110218934A (en) A kind of Fe-Ga-Ce-B alloy bar material and preparation method thereof and a kind of cooling copper mould
WO2003062482A2 (en) Stabilized grain size refractory metal powder metallurgy mill products
JP6258040B2 (en) Crucible for growing sapphire single crystal, method for growing sapphire single crystal, and method for producing crucible for growing sapphire single crystal
CN108396174B (en) Ti-22Al-25Nb/Al2O3The preparation method of composite material
JP6888294B2 (en) Manufacturing method of Cu-Ga alloy sputtering target and Cu-Ga alloy sputtering target
TW201700758A (en) Method for producing cylindrical sputtering target

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111128

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111206

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121010

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20121010

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140107

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140310

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140520

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150303

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150423

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150811

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150908

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Ref document number: 5808076

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150