イリジウムの固体分の上昇、ロジウムの固体分の上昇ならびにイリジウム合金およびロジウム合金
【課題】イリジウムの時間的安定性を、高い温度で材料の延性および加工可能性を維持しながら、前記元素を使用することなく上昇させることにある。
【解決手段】カルシウムおよび硼素を数ｐｐｍの範囲内で添加することによって、こうしてドーピングされたイリジウムの時間的安定性を１８００℃の温度で、ドーピングされていないイリジウムと比較して２０〜３０％上昇させる。
【解決手段】カルシウムおよび硼素を数ｐｐｍの範囲内で添加することによって、こうしてドーピングされたイリジウムの時間的安定性を１８００℃の温度で、ドーピングされていないイリジウムと比較して２０〜３０％上昇させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い温度での高い時間的安定性を有する、イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景および課題の設定
白金族の金属の１つとしてのイリジウムは、例えば高溶融酸化物融液の単結晶、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザー結晶を成長させるための坩堝中、またはガラス工業のための構造部材中に使用される。この使用のためには、酸化物融液に対する耐蝕性と共に、高い温度でのイリジウムの高いクリープ安定性および時間的安定性が決定的に重要である。
【０００３】
イリジウム合金のクリープ安定性および時間的安定性を上昇させるための１つの方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２５９１号明細書Ａ１に記載されている。ドーピングは、モリブデン、ハフニウムおよび場合によってはレニウムで行なわれ、モリブデンとハフニウムとの総和は、０．００２〜１．２質量％である（それによって、耐用時間は、ドーピングされていないイリジウムと比較して１６．９ＭＰａの負荷で二倍以上に上昇させることができた。）。
【０００４】
ＷＯ ２００４／００７７８２Ａ１には、タングステンおよび／またはジルコニウムを含有するイリジウム合金が高温での用途のために記載されており、前記合金はさらにモリブデンおよびハフニウムのような別の元素０．０１〜０．５質量％を含有し、場合によりルテニウムを０．０１〜１０質量％含有する。
【０００５】
特開昭５６−８１６４６号公報には、白金を基礎とする装飾用合金が記載されており、この合金は、強度、なかんずく硬度の上昇のために硼化カドミウムまたは硼素を高温処理後、例えばロウ付け後に含有する。
【０００６】
若干の高純度のレーザー結晶を成長させる場合には、四価元素のＺｒおよびＨｆは、イリジウム坩堝中で望ましいものではない。それというのも、これらの元素は、結晶融液中で、後の使用でのレーザー特性を損なう不純物をまねきうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２５９１号明細書Ａ１
【特許文献２】ＷＯ ２００４／００７７８２Ａ１
【特許文献３】特開昭５６−８１６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の課題は、イリジウムの時間的安定性を、高い温度で材料の延性および加工可能性を維持しながら、前記元素を使用することなく上昇させることにある。相応して、当該材料は、チタン不含である場合にも有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
意外なことに、カルシウムおよび硼素を数ｐｐｍの範囲内で添加することによって、こうしてドーピングされたイリジウムの時間的安定性を１８００℃の温度で、ドーピングされていないイリジウムと比較して２０〜３０％上昇させることが見出された。これは、イリジウム合金のため、ならびにロジウムおよびロジウム合金のためにも達成されることから出発することができる。
【００１０】
次の実施例につき本発明を詳説する。「部」および「百分率」の記載は、別記しない限り、残りの明細書の記載と同様に質量に関連する。
【実施例】
【００１１】
比較例：
イリジウム８ｋｇをＺｒＯ2坩堝中で溶融し、水冷却された銅製鋳型中に流し込んだ。引続き、イリジウム延べ棒を１６００〜１７００℃で鍛造し、数工程で１ｍｍの最終厚さに圧延した。それぞれの圧延工程前および圧延工程中に前記延べ棒または薄板を１４００℃に加熱した。この薄板は、ＨＶ１０＝２７０の硬度を有していた。圧延した薄板から試験片を時間的安定性試験のために取り出した。
【００１２】
こうして製造されたイリジウムチャージのために、時間的安定性試験において１８００℃の温度で時間的安定性曲線を記録した。この場合、耐用時間は、６．７〜２５ＭＰａの印加された応力で算出され、引続きこの値は、曲線によって近似的に示された。測定結果は、第１表中に記載されている。
【００１３】
【表１】
【００１４】
耐用時間は、６．７ＭＰａで１４０３．７時間（約５８．５日間）ないし２５ＭＰａで０．７３時間の範囲内で変動し、応力が増加するとこの耐用時間は減少した。応力が増加すると延伸率は、増大し、破断時の伸びは、重大な傾向を示さない。
【００１５】
算出された時間的安定性曲線から、所定の耐用時間に対して時間的安定性に関する次の内挿した値がもたらされた。
【００１６】
【表２】
【００１７】
第１の実施例：
イリジウム８ｋｇをＺｒＯ2坩堝中で溶融し、水冷却された銅製鋳型中に流し込んだ。流し込みの直前に、カルシウム０．０８ｇ（１０ｐｐｍ）および硼素０．０８ｇ（１０ｐｐｍ）で充填された、Ｐｔシート（２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍ）からなるバッグを溶融液中に入れた。
【００１８】
引続き、イリジウム延べ棒を、比較例におけるドーピングされていないイリジウムチャージと同様に鍛造し、１ｍｍの最終厚さに圧延した。薄板の硬度は、ＨＶ１０＝２２６〜２４２であった。圧延した薄板から試験片を時間的安定性試験および分析のために取り出した。
【００１９】
こうして、全部で７つのイリジウムチャージを製造し、試験した。ＧＤＬ分析（Glow Discharge Lampグロー放電灯）を用いて、最初にカルシウムおよび硼素の含量を測定した。分析結果は、第３表中に記載されている。カルシウムおよび硼素の含量は、全てのチャージに関して殆んど同一である。
【００２０】
【表３】
【００２１】
ドーピングされていないイリジウムチャージの時間的安定性曲線から出発して、時間的安定性試験を１８００℃の温度および１６．９ＭＰａの印加された応力で実施した。１０時間のドーピングされていないイリジウムチャージの耐用時間（第２表）と比較して、ドーピングされたチャージに関しては、１７．９３時間ないし５６．５２時間までの明らかに高い耐用時間が達成された（第４表）。
【００２２】
更に、耐用時間の上昇と共に、ドーピングされていないイリジウムと比較して破断時の伸びの増加傾向が観察された。測定された破断時の伸びの最小値は、２３％であり、７３％の最大値が達成された。ドーピングされたイリジウムチャージの延伸率は、８．３・１０-7〜３．４・１０-6ｓ-1の間にあった。
【００２３】
【表４】
【００２４】
第２の実施例
実施例１からのチャージＦのために、１８００℃の温度で時間的安定性試験に加えて１６．９ＭＰａで時間断層線（Zeitbruchlinie）を記録した。この場合、印加された応力は、１４ＭＰａ〜２５ＭＰａの範囲内で変動した。分析結果は、第５表中に記載されている。
【００２５】
【表５】
【００２６】
時間断層線の算出後に、所定の耐用時間に関して次の内挿された時間的安定性の値がもたらされた：
【表６】
【００２７】
この安定性の値と、同じ耐用時間での純粋なイリジウムの時間的安定性とを比較した場合には、全ての耐用時間で少なくとも２３％の時間的安定性の上昇が達成される。内挿された値の延伸率は、特に僅かな応力の場合に明らかに純粋なイリジウムの延伸率未満にある。測定された破断時の伸びに関連して、純粋なイリジウムの場合よりも部分的に殆んど３倍高い値が達成される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い温度での高い時間的安定性を有する、イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景および課題の設定
白金族の金属の１つとしてのイリジウムは、例えば高溶融酸化物融液の単結晶、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザー結晶を成長させるための坩堝中、またはガラス工業のための構造部材中に使用される。この使用のためには、酸化物融液に対する耐蝕性と共に、高い温度でのイリジウムの高いクリープ安定性および時間的安定性が決定的に重要である。
【０００３】
イリジウム合金のクリープ安定性および時間的安定性を上昇させるための１つの方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２５９１号明細書Ａ１に記載されている。ドーピングは、モリブデン、ハフニウムおよび場合によってはレニウムで行なわれ、モリブデンとハフニウムとの総和は、０．００２〜１．２質量％である（それによって、耐用時間は、ドーピングされていないイリジウムと比較して１６．９ＭＰａの負荷で二倍以上に上昇させることができた。）。
【０００４】
ＷＯ ２００４／００７７８２Ａ１には、タングステンおよび／またはジルコニウムを含有するイリジウム合金が高温での用途のために記載されており、前記合金はさらにモリブデンおよびハフニウムのような別の元素０．０１〜０．５質量％を含有し、場合によりルテニウムを０．０１〜１０質量％含有する。
【０００５】
特開昭５６−８１６４６号公報には、白金を基礎とする装飾用合金が記載されており、この合金は、強度、なかんずく硬度の上昇のために硼化カドミウムまたは硼素を高温処理後、例えばロウ付け後に含有する。
【０００６】
若干の高純度のレーザー結晶を成長させる場合には、四価元素のＺｒおよびＨｆは、イリジウム坩堝中で望ましいものではない。それというのも、これらの元素は、結晶融液中で、後の使用でのレーザー特性を損なう不純物をまねきうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２５９１号明細書Ａ１
【特許文献２】ＷＯ ２００４／００７７８２Ａ１
【特許文献３】特開昭５６−８１６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の課題は、イリジウムの時間的安定性を、高い温度で材料の延性および加工可能性を維持しながら、前記元素を使用することなく上昇させることにある。相応して、当該材料は、チタン不含である場合にも有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
意外なことに、カルシウムおよび硼素を数ｐｐｍの範囲内で添加することによって、こうしてドーピングされたイリジウムの時間的安定性を１８００℃の温度で、ドーピングされていないイリジウムと比較して２０〜３０％上昇させることが見出された。これは、イリジウム合金のため、ならびにロジウムおよびロジウム合金のためにも達成されることから出発することができる。
【００１０】
次の実施例につき本発明を詳説する。「部」および「百分率」の記載は、別記しない限り、残りの明細書の記載と同様に質量に関連する。
【実施例】
【００１１】
比較例：
イリジウム８ｋｇをＺｒＯ2坩堝中で溶融し、水冷却された銅製鋳型中に流し込んだ。引続き、イリジウム延べ棒を１６００〜１７００℃で鍛造し、数工程で１ｍｍの最終厚さに圧延した。それぞれの圧延工程前および圧延工程中に前記延べ棒または薄板を１４００℃に加熱した。この薄板は、ＨＶ１０＝２７０の硬度を有していた。圧延した薄板から試験片を時間的安定性試験のために取り出した。
【００１２】
こうして製造されたイリジウムチャージのために、時間的安定性試験において１８００℃の温度で時間的安定性曲線を記録した。この場合、耐用時間は、６．７〜２５ＭＰａの印加された応力で算出され、引続きこの値は、曲線によって近似的に示された。測定結果は、第１表中に記載されている。
【００１３】
【表１】
【００１４】
耐用時間は、６．７ＭＰａで１４０３．７時間（約５８．５日間）ないし２５ＭＰａで０．７３時間の範囲内で変動し、応力が増加するとこの耐用時間は減少した。応力が増加すると延伸率は、増大し、破断時の伸びは、重大な傾向を示さない。
【００１５】
算出された時間的安定性曲線から、所定の耐用時間に対して時間的安定性に関する次の内挿した値がもたらされた。
【００１６】
【表２】
【００１７】
第１の実施例：
イリジウム８ｋｇをＺｒＯ2坩堝中で溶融し、水冷却された銅製鋳型中に流し込んだ。流し込みの直前に、カルシウム０．０８ｇ（１０ｐｐｍ）および硼素０．０８ｇ（１０ｐｐｍ）で充填された、Ｐｔシート（２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍ）からなるバッグを溶融液中に入れた。
【００１８】
引続き、イリジウム延べ棒を、比較例におけるドーピングされていないイリジウムチャージと同様に鍛造し、１ｍｍの最終厚さに圧延した。薄板の硬度は、ＨＶ１０＝２２６〜２４２であった。圧延した薄板から試験片を時間的安定性試験および分析のために取り出した。
【００１９】
こうして、全部で７つのイリジウムチャージを製造し、試験した。ＧＤＬ分析（Glow Discharge Lampグロー放電灯）を用いて、最初にカルシウムおよび硼素の含量を測定した。分析結果は、第３表中に記載されている。カルシウムおよび硼素の含量は、全てのチャージに関して殆んど同一である。
【００２０】
【表３】
【００２１】
ドーピングされていないイリジウムチャージの時間的安定性曲線から出発して、時間的安定性試験を１８００℃の温度および１６．９ＭＰａの印加された応力で実施した。１０時間のドーピングされていないイリジウムチャージの耐用時間（第２表）と比較して、ドーピングされたチャージに関しては、１７．９３時間ないし５６．５２時間までの明らかに高い耐用時間が達成された（第４表）。
【００２２】
更に、耐用時間の上昇と共に、ドーピングされていないイリジウムと比較して破断時の伸びの増加傾向が観察された。測定された破断時の伸びの最小値は、２３％であり、７３％の最大値が達成された。ドーピングされたイリジウムチャージの延伸率は、８．３・１０-7〜３．４・１０-6ｓ-1の間にあった。
【００２３】
【表４】
【００２４】
第２の実施例
実施例１からのチャージＦのために、１８００℃の温度で時間的安定性試験に加えて１６．９ＭＰａで時間断層線（Zeitbruchlinie）を記録した。この場合、印加された応力は、１４ＭＰａ〜２５ＭＰａの範囲内で変動した。分析結果は、第５表中に記載されている。
【００２５】
【表５】
【００２６】
時間断層線の算出後に、所定の耐用時間に関して次の内挿された時間的安定性の値がもたらされた：
【表６】
【００２７】
この安定性の値と、同じ耐用時間での純粋なイリジウムの時間的安定性とを比較した場合には、全ての耐用時間で少なくとも２３％の時間的安定性の上昇が達成される。内挿された値の延伸率は、特に僅かな応力の場合に明らかに純粋なイリジウムの延伸率未満にある。測定された破断時の伸びに関連して、純粋なイリジウムの場合よりも部分的に殆んど３倍高い値が達成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加的に硼素０．５〜３０ｐｐｍおよびカルシウム０．５〜２０ｐｐｍを含有する、イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金。
【請求項２】
イリジウムおよびその合金ならびにロジウムおよびその合金の時間的安定性を上昇させる方法において、前記金属またはそのＺｒ不含およびＨｆ不含の合金に硼素およびカドミウムを添加することを特徴とする、イリジウムおよびその合金ならびにロジウムおよびその合金の時間的安定性を上昇させる方法。
【請求項３】
イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金の時間的安定性を上昇させるためのカルシウムおよび硼素の使用。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法または使用において、硼素０．５〜３０ｐｐｍおよびカルシウム０．５〜２０ｐｐｍを添加することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法または使用。
【請求項１】
付加的に硼素０．５〜３０ｐｐｍおよびカルシウム０．５〜２０ｐｐｍを含有する、イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金。
【請求項２】
イリジウムおよびその合金ならびにロジウムおよびその合金の時間的安定性を上昇させる方法において、前記金属またはそのＺｒ不含およびＨｆ不含の合金に硼素およびカドミウムを添加することを特徴とする、イリジウムおよびその合金ならびにロジウムおよびその合金の時間的安定性を上昇させる方法。
【請求項３】
イリジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のイリジウム合金ならびにロジウム、およびＺｒ不含およびＨｆ不含のロジウム合金の時間的安定性を上昇させるためのカルシウムおよび硼素の使用。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法または使用において、硼素０．５〜３０ｐｐｍおよびカルシウム０．５〜２０ｐｐｍを添加することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法または使用。
【公開番号】特開２０１１−６７９１（Ｐ２０１１−６７９１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４７１８６（Ｐ２０１０−１４７１８６）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（３９００２３５６０）ヴェー ツェー ヘレーウス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (42)
【氏名又は名称原語表記】Ｗ．Ｃ．Ｈｅｒａｅｕｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓｓｔｒａｓｓｅ １２−１４， Ｄ−６３４５０ Ｈａｎａｕ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（３９００２３５６０）ヴェー ツェー ヘレーウス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (42)
【氏名又は名称原語表記】Ｗ．Ｃ．Ｈｅｒａｅｕｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓｓｔｒａｓｓｅ １２−１４， Ｄ−６３４５０ Ｈａｎａｕ， Ｇｅｒｍａｎｙ
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