特許 7101682 高融点金属を切断する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】高融点金属を切断する方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 27/06 20060101AFI20220708BHJP

   B23D 59/04 20060101ALI20220708BHJP

   H05H 7/20 20060101ALN20220708BHJP

【ＦＩ】

B24B27/06 D

B23D59/04 Z

H05H7/20

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019537274

(86)(22)【出願日】2017-11-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-03-12

(86)【国際出願番号】 EP2017079770

(87)【国際公開番号】W WO2018130327

(87)【国際公開日】2018-07-19

【審査請求日】2019-08-30

(31)【優先権主張番号】17150817.9

(32)【優先日】2017-01-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】315003088

【氏名又は名称】ヘレーウス ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓｓｔｒａｓｓｅ １２－１４，Ｄ－６３４５０ Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】フリートホルト シェルツ

(72)【発明者】

【氏名】エグベアト シュティードル

(72)【発明者】

【氏名】ベアント シュパニオール

(72)【発明者】

【氏名】ノアベアト トレーガー

(72)【発明者】

【氏名】ヴェアナー フォイリング

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０４０４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７５２７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１２９１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１８５３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５１７６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４４３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３５１１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／７８

Ｂ２３Ｄ ５９／０４

Ｈ０５Ｈ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高融点金属を切断するための方法であって、高融点金属から構成される固体（１）を、切断装置（４、７）で機械的にかつ切削によって切断し、ここで、切断のための前記切断装置（４、７）を、少なくとも５０質量％の水を有する流体（６）で湿潤させ、ここで、切断中の前記切断装置（４、７）を、前記固体（１）に対して正の電位に導く、方法。

【請求項2】

前記固体（１）の切断面を、前記固体（１）に対する前記切断装置（４、７）の正の電位および前記流体（６）によって表面的に酸化させ、これによって、切断時に、酸化物層が前記切断面に形成されることを特徴とする、請求項１記載の方法。

【請求項3】

非晶質酸化物層が前記切断面に形成されることを特徴とする、請求項２記載の方法。

【請求項4】

切断時に形成された前記酸化物層によって、前記酸化物層を通る前記固体（１）の内部への水素および酸素の吸収は、減少または防止されることを特徴とする、請求項２または３記載の方法。

【請求項5】

窒素および／または炭素および／または他のガスの前記酸化物層を通る前記固体（１）の内部への吸収も減少または防止されることを特徴とする、請求項４記載の方法。

【請求項6】

前記切断装置（４、７）として、鋸装置の刃を使用し、ワイヤソーのワイヤ、スレッドソーのスレッド、バンドソーのバンド、弓鋸の鋸板、丸鋸の刃、またはカッティングディスクを使用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記切断装置（４、７）として、ワイヤソーのワイヤまたはスレッドソーのスレッドを使用し、前記流体（６）として水性のスラリーを使用し、前記スラリー中に研磨粒子が分配されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記研磨粒子が、石英粒子、炭化タングステン粒子およびダイヤモンド粒子またはそれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項７記載の方法。

【請求項9】

前記固体（１）が、結晶性、粗結晶性または単結晶性であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

【請求項10】

前記固体（１）と前記切断装置（４、７）との間で切断時に、少なくとも１Ｖの電圧を印加することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。

【請求項11】

前記固体（１）と前記切断装置（４、７）との間で、５Ｖ～２００Ｖの電圧を印加することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

【請求項12】

前記切断装置（４、７）を接地に対して電気的に正の電位にすることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。

【請求項13】

前記固体（１）を接地電位にすることを特徴とする、請求項１２記載の方法。

【請求項14】

前記固体（１）が化学主族ＩＶｂ、ＶｂもしくはＶｌｂの高融点金属からなるか、または前記固体（１）がチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、モリブデンもしくはタングステンからなることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項15】

前記固体（１）を切断時に前記流体（６）の浴中に置き、前記切断装置（４、７）を切断時に少なくとも部分的に前記浴に通すことを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項16】

切り離されたディスクの表面上の前記酸化物層を、切断後酸洗いによって除去することを特徴とする、請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高融点金属から構成される固体を、切断装置を用いて機械的にかつ切削によって切断する、高融点金属の切断方法に関する。

【0002】

高純度の高融点金属から構成されたディスクは、異なる用途のために必要である。したがって、超伝導キャビティを製造するために、ニオブから構成された薄板またはディスクが必要であり、ここで、これらのディスクは酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）または他のガスから構成される不純物をできるだけ少なく含むべきである、というのも、これらは、超伝導特性、とりわけ残留抵抗比にマイナスの影響を与えるからである。

【0003】

米国特許出願公開第２０１１／０１３０２９４号明細書（ＵＳ２０１１／０１３０２９４Ａ１）から、ニオブ固体から構成されるニオブ（Ｎｂ）からディスクを製造する方法が公知である。その際、固体からディスクを切断するために、研磨作用をする砥粒が噴霧されるいくつかの振動ワイヤを使用し、これによって固体を切断する。

【0004】

ここでの不利な点は、切断時に、酸素、窒素および水素、ならびに他の不純物がディスクに導入されることである。続いて、これらを再度除去しなければならない。すなわち、高融点金属は、水性加工と油性加工の両方の場合に、新しく生成された反応性金属表面上のＯ、Ｎ、およびＨを、水または油の分解によって吸収する傾向がある。そうすると、これらの間質的に溶解したガスは、高融点金属を脆化させる。Ｈを、単純な真空熱処理によって除去することができる。しかしながら、ＯおよびＮは結合したままであり、さらに強力なゲッターおよび拡散アニーリングの適用、かつ続いて行われるゲッター層の除去によってのみＯおよびＮを再び金属から除去することができる。このために、先ずゲッターを、例えばスパッタリングまたは蒸着によって、表面に施与しなければならない。複合体を真空中で熱処理しなければならず、これによって溶解したガスはゲッター内に拡散する。続いて、ゲッター層を除去しなければならない。このために、酸洗いを使用することができる。記載されたプロセスでは、時間およびコストが非常にかかる。これらの手段は、例えば、超伝導キャビティを製造するためのニオブディスクの製造を非常に高価にする。

【0005】

したがって、本発明の課題は、従来技術の欠点を克服することである。とりわけ、固体から高融点金属を切断するための方法であって、容易に、迅速に、かつ安価に実施することのできる方法を提供するべきである。したがって、その課題は、Ｏ、ＨおよびＮの吸収を回避することによって、そのような高価な後処理を回避することである。この方法は、安価で実施することができるべきであり、かつその際、後続の洗浄および後処理に必要な付加的な工程段階を可能な限り少なくするべきである。作成されたディスクは、後続の処理のために可能な限り十分完成されているべきである。その際、実際の切断は、費用がかかりすぎてはいけない。その際、可能な限り不純物、とりわけ酸素、窒素および／または水素が、作成されたディスク、または切り離された本体の内部へ侵入するのを防止するべきである。作成されたディスクまたは高融点金属の本体は、可能な限り高い純度を有するべきであり、かつその際、常圧下および室温下でガス状の元素も含むべきではない。

【0006】

本発明の課題は、高融点金属を切断するための方法であって、高融点金属から構成される固体を切断装置で機械的にかつ切削によって切断し、切断のための切断装置を、少なくとも５０質量％の水を有する流体で湿潤させ、切断中の切断装置を、固体に対して正の電位に導く方法によって解決される。

【0007】

水性流体は、有利には、７０質量％を超える水および粒子状研磨剤を含み、ここで、研磨剤の粒子は、水でスラリーを形成する。そのような水性流体は、スラリーとも呼ばれる。電圧は、有利には流体またはスラリーを介して切断装置に伝達することができる。

【0008】

固体の切断面を、固体に対する切断装置の正の電位および水性流体によって表面的に酸化させ、これによって、切断時に、酸化物層が切断面に形成され、ここで、好ましくは、非晶質酸化物層が切断面に形成されることが提案され得る。

【0009】

これにより、保護層が、窒素、水素、酸素および／または他のガスの高融点金属への侵入に対する保護酸化物層の形態で、かつ高融点金属表面上の水分子の分解を防止するために形成され、ここで、保護酸化物層によって、すでに切断中であっても、金属表面上への水分子の侵入、および高融点金属中への妨害ガスの侵入を、防止または少なくとも減少させることができる。したがって、高融点金属から構成された切断体の純度を得ることができるか、または高水準に維持することができる。

【0010】

その際、切断時に形成された酸化物層によって、酸化物層を通る固体の内部への水素および酸素の吸収は、減少または防止され、ここで、有利には、窒素および／または炭素および／または他のガスの酸化物層を通る固体の内部への吸収も減少または防止されることも提案され得る。

【0011】

これにより、保護酸化物層は、新たに形成された固体の表面を不動態化し、かつ挙げられた不純物を通さないか、または広範囲に及んで通さず、これにより、高融点金属の切断部分は、特に高い純度を内部において（バルクにおいて）有するか、または少なくともこれらのガスのわずかな不純物、とりわけわずかな酸素と水素とで生成されるということが判明した。発生した高融点金属酸化物層によって、新たに切断された高融点金属表面上の水分子の分解を防止する。これにより、固体の表面上に存在するフリーラジカルの数、すなわち原子状水素および酸素の数は劇的に減少し、それらの固体中への吸収を防止する。

【0012】

本発明によれば、切断時に形成される高融点金属酸化物層によって、切断された固体の表面上の水分子の分解を減少または防止することが提案され得る。

【0013】

これによって、切断された高融点金属の表面の領域において、固体の内部へ容易に浸入することができ、かつそれらの高い反応性に基づいて化学的に高融点金属と反応する遊離原子の水素原子および酸素原子が存在することを回避する。

【0014】

切断装置として、鋸装置の刃を使用し、有利には、ワイヤソーのワイヤ、スレッドソーのスレッド、バンドソーのバンド、弓鋸の鋸板、丸鋸の刃、またはカッティングディスクを使用し、ここで、特に好ましくは、ワイヤソーまたはスレッドソーを使用することも提案され得る。

【0015】

これらの切断装置、とりわけワイヤソーのワイヤおよびスレッドソーのスレッドは、室温で加工するのが容易ではない高融点金属の切断物を非常に安価に製造するために使用することができる。同時に、これらの切断装置の場合、簡単な方法で切断装置と切断されるべき固体との間に電圧を印加することができ、これによりこの方法を、安全かつ安価に実施および導くことができる。

【0016】

本発明による方法の発展形態によれば、切断装置としてワイヤソーのワイヤまたはスレッドソーのスレッドを使用し、流体として水性のスラリー（いわゆるスラリー）を使用し、このスラリー中に研磨粒子が分配されており、ここで、有利には、研磨粒子が、石英粒子、炭化タングステン粒子およびダイヤモンド粒子またはそれらの混合物から選択されることが提案され得る。

【0017】

研磨粒子は、１μｍ～１００μｍの粒子サイズを有するのが好ましい。

【0018】

これらの方法もまた、特に安価に実施することができ、高融点金属中へ酸素および水素が多く侵入することなしに電圧の印加によってのみ実施することができ、これにより、これらの方法は、本発明による方法を実施するのに特に適している。

【0019】

有利には、固体が、結晶性、好ましくは、粗結晶性または単結晶性であることも提案され得る。

【0020】

この方法の高純度の結晶質固体への適用は、特に有利である、というのも、そこでの少量の不純物もまた、すでに悪影響を及ぼすからである。

【0021】

その際、固体は、断面において１００個以下の単結晶領域、好ましくは２０個以下の単結晶領域、特に好ましくは１０個以下の単結晶領域を有することが提案され得る。

【0022】

その際、粗粒および高純度ニオブの物理的および機械的性質は、加速装置構造用の共振器セルの深絞りのための用途に特に有利である。８５～９５％の伸びが達成される。材料が高純度であるため偏析はほとんどなく、これにより引張実験時に粒界は収縮しない。非常に粗い粒子にもかかわらず、非常に高い伸び値に基づいて、優れた深絞り能力が与えられている。各粒界および各不純物は、微粒子（電子／陽電子）を加速するために印加される磁場（最大４０ＭｅＶの加速電圧）を妨げ、ひいてはキャビティが機能しなくなることがある。粒子構造が粗ければ粗いほど、粒界の数が少なくなり、磁場の乱れの危険性が低くなる。

【0023】

さらに、固体と切断装置との間で切断時に、少なくとも１Ｖの電圧、好ましくは５Ｖ～２００Ｖの電圧を印加することが提案され得る。

【0024】

５Ｖ～５０Ｖの電圧が印加されるのが、極めて特に好ましい。少なくとも１Ｖまたは少なくとも５Ｖのこれらの電圧では、保護酸化物層の強度、それに付随する水分子の分解に対する保護効果、および意図せずに侵入するガスに関するプラスの効果を奏することができる。同時に、２００Ｖ以下の電圧では、得られる電流によって新たな切断面が加熱されることを防止することができ、これにより切断面または固体の切断されるべきまたは切り取られた部分全体の構造の変化を防止することができる。

【0025】

本発明の好ましい発展形態によれば、切断装置を接地に対して電気的に正の電位にし、ここで、有利には、固体を接地電位にすることが提案され得る。

【0026】

これにより、保護酸化物層を可能な限り迅速に切断面上に形成するために、切断面の領域における酸素イオンの堆積を強化することができる。

【0027】

好ましくは、固体が化学主族ＩＶｂ、ＶｂまたはＶｌｂの高融点金属からなることもまた提案され得る。

【0028】

本発明による方法をこれらの高融点金属に適用する場合、前記方法は特に有利な結果をもたらす、というのも、これらを他の方法では容易に切断することができず、酸素による不純物の除去は、より多大なコストをかける場合にのみ達成することができるからである。

【0029】

固体がチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、モリブデンまたはタングステンからなり、ここで、チタン、タンタル、ニオブおよびジルコニウムが特に好ましく、ニオブが非常に特に好ましいことがさらに提案され得る。

【0030】

これらの高融点金属の場合、特に大きなコスト上の利点がある、というのも、本発明による方法では、費用のかかる後処理なしに高い純度が可能であるからである。

【0031】

本発明による方法の好ましい実施形態によれば、ディスクが固体から切り離されることが提案され得る。

【0032】

ディスクは、特に容易に切り離すことのできる形状であり、この形状は、後続の、さらなる加工への多くの適用にも適している。

【0033】

さらに、固体が高純度の高融点金属からなり、ここで、高融点金属の純度が、少なくとも３Ｎ、有利には少なくとも４Ｎであることが提案され得る。

【0034】

これらの純度では、本発明による方法は特に有利な結果をもたらす。

【0035】

さらなる発展形態では、固体を切断時に水性流体の浴中に置き、切断装置を切断時に少なくとも部分的に浴に通すことが提案される。

【0036】

これにより、保護酸化物層を迅速に形成するために十分な量の水、または十分な密度の水分子を切断面上で利用できることが判明した。これにより、新しく生成された表面を、切断中に侵入してくる不純物からすでに保護することができる。さらに、水性媒体中での処理を、特に容易かつ安価に実施することができる。

【0037】

後続の使用を準備するために、切り離されたディスクの表面上の酸化物層を、切断後酸洗いによって除去することが提案され得る。

【0038】

これにより、切り離されたディスクの表面は保護酸化物層から解放され、これにより、後続の処理のために安価な方法で製造される高融点金属の高純度のディスクが提供される。

【0039】

本発明の基礎となる課題は、本発明による方法で製造される高融点金属から構成されたディスクによっても解決される。

【0040】

さらに、本発明の基礎となる課題は、酸化物層を除去することなく本発明による方法で製造される高融点金属から構成されたディスクによっても解決され、ここで、前記ディスクは、切断面上に２ｎｍ～１０００ｎｍ、有利には１０ｎｍ～５００ｎｍの厚さの酸化物層を有する。

【0041】

これにより、切断中さらなる不純物を防止するために十分に安定な酸化物層を保証し、酸化物層で金属表面を不動態化し、これにより金属表面上の水分子の分解を少なくとも減少し、望ましくない不純物は容易には侵入できない。

【0042】

ディスクは、切断面上に非晶質酸化物層を有することが提案され得る。

【0043】

この非晶質酸化物層は、高融点金属表面の不動態化、およびさらなる不純物の防止に特によく適しており、かつ高融点金属の表面上にも良好に保持される。

【0044】

好ましくは、ディスクの内部が、２０μｇ／ｇ未満、有利には１０μｇ／ｇ未満の酸素含有量を有することも提案され得る。

【0045】

最後に、ディスクの内部が１０μｇ／ｇ未満、好ましくは３μｇ／ｇ未満の水素含有量を有することが提案され得る。

【0046】

これにより、さらなる処理に特によく適している高融点金属の高純度のディスクを提供する。

【0047】

本発明は、水性流体を使用して切断装置に正の電位を印加することによって、切断された高融点金属の新たに生成された表面上に保護酸化物層を生成し、これによって、高融点金属表面上の水分子の分解、および後続の原子状水素および酸素の吸収を防止するために、高融点金属表面への水分子の侵入を防ぐことができ、かつすでに切断中不純物のさらなる吸収を防止することができるという驚くべき発見に基づく。切断されるべき固体に対する切断装置の正帯電によって、新たに切断された表面への付加的な酸素の堆積が引き起こされ、これによって固体、または新しく切断されたディスクの内部への酸素の堆積が増大するという予想とは対照的に、本発明の範囲内で、これにより短期間で、酸素、水素、窒素および他の妨害ガスのさらなる堆積を防止する酸化物層が生成されるということが見出された。解離した酸素（Ｏ^－）の負の電位に基づいて、保護されるべき物体に印加される負の電位がＯ^－イオンに反発作用を及ぼし、ひいてはＯの吸収が妨げられるということが、実際に仮定されるだろう。

【0048】

驚くべきことに、正の電位は、新しい安定的な高融点金属酸化物層の迅速な形成によってＯの拡散が防止されるか、または少なくとも大幅に低減されるという点で有効であると判明した。同時に、他の妨害不純物、例えばＮおよびＨの拡散もまた酸化物層によって防止されるか、または少なくとも大幅に低減される。

【0049】

ディスクをインゴットから、すなわち固体から切断しなければならない。弓鋸またはバンドソーで切ることは、厚さ２．８ｍｍおよび直径２６５ｍｍの場合、要求される厚さ許容差が＋／－０．１ｍｍであるために不利である。ワイヤの放電加工は、Ｎｂおよび他の高融点金属の場合に除去速度が低いために高価すぎる。

【0050】

本発明による方法をニオブディスクの製造のためのＮｂへ適用する場合、７２時間の水性研磨後にＯの吸収を確認することができなかった（測定感度＋／－１μｇ／ｇ）。

【0051】

以下に、本発明の実施例を、概略的に示される図面およびグラフを参照して説明するが、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】本発明による方法を実施するための装置の概略図。

【図2】ニオブのＲＲＲ値を、ＯおよびＮの含有量ならびにＯおよびＮの合計に関連付けて示したグラフ。

【0053】

図１に、本発明による方法を実施するための装置の概略図を示す。この装置で、高融点金属の円筒形の固体１をディスク状に切断する。例えば、固体１は、合計２０μｇ／ｇ未満のガス含有量（Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｃ）および３００を超える残留抵抗比ＲＲＲを有する高純度のＮｂからなる。このようなニオブは、超伝導状態において、キャビティ共振器において、いわゆるキャビティにおける低温の場合に、粒子を加速するために使用される。残留抵抗比ＲＲＲは、室温での電気抵抗と超伝導への転移温度の直上の電気抵抗との比である。ＲＲＲ値は、材料の極低温熱伝導率に対する比較尺度である。

【0054】

標準Ｎｂ（ガス含有量約２００μｇ／ｇ）の「精練」は、１０^－５ｍｂａｒより良好な真空条件下および約３０００℃の温度下で電子ビーム再溶融を繰り返すことによって行われる。一般的に、共振器セルは、深絞りされ、圧延された薄板から溶接されている。薄板への溶融ブロックの加工中の高純度のＮｂの汚染を最小限にするために、研磨過程および酸洗い過程にかなりのコストが必要である。

【0055】

ボルトメータ３で電圧を測定することができる電圧源２の電極は、高融点金属、特にＮｂから構成される固体１に接続されている。固体１を、ワイヤソーで切断する。ワイヤソーは、可動の偏向ローラ５を介して導かれる、銅メッキワイヤ４を含む。その際、銅メッキワイヤ４は、水性スラリー６の浴を通って案内される。スラリー６は、水と研磨剤の粒子とを含み、構成成分のスラリー化によって形成される。

【0056】

スラリー６で濡らされたワイヤ７は、固体１を研磨剤の粒子を用いてディスク状に切断する。そのために、スラリーで濡らされた銅メッキワイヤ７は、偏向ローラ５で固体１を通って適切に案内される。スラリー６、ひいてはワイヤ４、７もまた、電圧源２の他方の極に電気的に接続されていて、それにより、スラリーで濡らされたワイヤ７は、固体１に対して正の電位にある。しかし、この構成では、実験目的（下記参照）に逆極性を使用することもできる。このために、電圧を電圧源２で可変的に設定することができる。

【0057】

Ｎｂ固体１または高融点金属固体１の陽極スイッチングは、最初は矛盾しているように見える。しかしながら、閉じた非晶質ＮｂＯ層または高融点金属酸化物層の狙い通りの構成によって、驚くべきことに、Ｏならびに他の不純物、例えばＮおよびＨのさらなる拡散が防止される。高融点金属表面上の水分子の化学的分解を防止する不動態化酸化物層の発生は、これに大きく関与している。これにより、製造されたＮｂディスクまたは高融点金属ディスクを洗浄するために、後続の方法工程、例えばチタンゲッターアニーリングを回避することができる。

【0058】

ワイヤソーは、実際には脆性材料のためのものであり、例えばチップ産業のＳｉウエハーまたは石英ガラスに適している。切断パラメータの調整によって、０．０３ｍｍ～０．０７ｍｍの厚さ許容差でワイヤソー上で非常に柔らかいＮｂを切断することが可能である。このような鋸では、切断ワイヤ４によって運ばれる、水溶液中に存在する研磨剤によって分離が行われ、それによりワイヤ４、７は、ゆっくりと出発材料１を通って研磨される。

【0059】

以下では、測定値をもとにして、ワイヤソーおよび水性スラリーで本発明による方法によって固体から切断されたディスク中のＯおよびＨの含有量を決定する。

【0060】

Ｚｒ、Ｔａ、およびＮｂから構成される試料に、異なる電圧電位で研磨実験を行った。印加された電圧を－５０～＋５０ボルトから選択した。

【0061】

試料をそれぞれ１分間にわたって水性研磨した。

【0062】

試料の出発ガス含有量：
Ｚｒ：Ｏ含有量：６３０μｇ／ｇ Ｈ含有量：２μｇ／ｇ
Ｔａ：Ｏ含有量：９μｇ／ｇ Ｈ含有量：１μｇ／ｇ
Ｎｂ：Ｏ含有量：６μｇ／ｇ Ｈ含有量：１μｇ／ｇ

【0063】

表１：下記の表１に、研磨後、固体から切断された、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）から構成されたディスクに関するμｇ／ｇでの酸素含有量（Ｏ含有量）の測定値を示しており、ここで、切断を図１記載の例示的な構成および異なる印加直流電圧で実施した。その際、ボルトでの電圧として、固体１とワイヤソーのワイヤ４、７との間の電位差を記載している。

【0064】

【表1】

【0065】

表２：下記の表２に、研磨後、固体から切断された、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）から構成されたディスクに関するμｇ／ｇでの水素含有量（Ｈ含有量）の測定値を示しており、ここで、切断を図１記載の例示的な構成および異なる印加直流電圧で実施した。その際、ボルトでの電圧として、固体１とワイヤソーのワイヤ４、７との間の電位差を記載している。

【0066】

【表2】

【0067】

＋２０ボルトの印加電圧では、水性での研磨工程中にガスの吸収がないことが明らかに見て取れる。印加電圧なし（Ｕ＝０Ｖ）では、ＺｒおよびＴａでのガス吸収はどちらかと言えば少なく評価することができる。Ｎｂでは、Ｏ含有量とＨ含有量においてすでに劇的に増加している。

【0068】

図２は、ニオブ（Ｎｂ）のＲＲＲ値を、ＯおよびＮの含有量ならびにＯおよびＮの合計に関連付けて示したグラフである。

【0069】

真空下で合計８回の電子ビーム溶融によって、Ｎｂを特に低いガス含有量で製造することができる。このことは、可能な限り高い残留抵抗比ＲＲＲを設定するために、超伝導高周波キャビティ加速器で使用するために必要である。ＲＲＲ値は、材料の極低温熱伝導率の比較尺度である。ＲＲＲ値は、侵入型元素の割合（ガス含有量）によって大きく影響をうける。３００のＲＲＲを達成するために、全ガス含有量を２０μｇ／ｇより明らかに少なくしなければならない。

【0070】

図２に記載のグラフは、ニオブにおけるＲＲＲ値と侵入型不純物との関連性を示している。

【0071】

使用される粗い円筒状の固体は、３０５ｍｍの直径および１６００ｍｍの長さを有する。固体のガス含有量は、４～７μｇ／ｇのＮ、１～２μｇ／ｇのＯ、１～２μｇ／ｇのＣおよび１μｇ／ｇ未満のＨである。固体は、４００のＲＲＲ値を有する。

【0072】

第１の部分実験では、固体の一部（長さ３００ｍｍ）を、ワイヤソーを用いて電圧を印加せず（Ｕ＝０Ｖ）に、水性で、厚さ２．８ｍｍのディスクに鋸で切断した。構成を図１に示す。切断プロセスは、約７２時間かかる。

【0073】

切断後、以下のガス含有量およびそこから得られたＲＲＲ値が生じる：
Ｎ含有量： ４．．．μｇ／ｇ
Ｏ含有量： ３５μｇ／ｇ
Ｃ含有量： １．．．２μｇ／ｇ
Ｈ含有量： ４０μｇ／ｇ
ＲＲＲ： ２６０

【0074】

第２の部分実験では、同じ固体の別の部分（長さ３００ｍｍ）を、＋３０Ｖの印加電圧で同様に、厚さ２．８ｍｍのディスクに鋸で切断した。プロセス時間は、約７２時間であった。

【0075】

電圧保護切断後、以下のガス含有量およびそこから得られたＲＲＲ値が生じる：
Ｎ含有量： ５．．．７μｇ／ｇ
Ｏ含有量： ３．．．７μｇ／ｇ
Ｃ含有量： １．．．２μｇ／ｇ
Ｈ含有量： ２５μｇ／ｇ
ＲＲＲ： ３４０

【0076】

この第２の部分実験では、６００℃の真空アニーリング後に、１μｇ／ｇ未満のＨ含有量が達成され、その時のＲＲＲ値は、４８０に達した。

【0077】

第３の部分実験：以下の出発データ（ガス含有量）を有する、直径４８０ｍｍの他のＮｂ固体を、４．６ｍｍのディスクに切断した。
Ｎ含有量： １１．．．１３μｇ／ｇ
Ｏ含有量： ７．．．１８μｇ／ｇ
Ｃ含有量： １．．．２μｇ／ｇ
Ｈ含有量： １μｇ／ｇ
ＲＲＲ： ２８８．．．３３６

【0078】

同様にＵ＝＋３０Ｖの電圧を印加した。切断時間は、１００時間である。

【0079】

鋸での切断後の結果：
Ｎ含有量： １１．．．１４μｇ／ｇ
Ｏ含有量： １７．．．２５μｇ／ｇ
Ｃ含有量： １．．．２μｇ／ｇ
Ｈ含有量： ２０．．．２５μｇ／ｇ
ＲＲＲ： ２２０．．．２９０

【0080】

以下の表３に、結果をまとめており、ここで、平均値を、複数の測定値で計算した：

【表3】

【0081】

したがって、高融点金属の水性分離を行う場合、酸素吸収と水素吸収の両方を印加電圧によって防ぐことができる。

【0082】

プロセス時間が長い場合、電圧保護されていない切断は、３３．５μｇ／ｇの酸素吸収および３９μｇ／ｇの水素吸収をもたらす。

【0083】

印加電圧により、プロセス時間が非常に長い場合、酸素吸収も１０～３０％削減することができる。

【0084】

高融点金属をワイヤソー処理した場合、厚さに依存する長いプロセス時間（実施例において７２もしくは１００時間）によって、３～８．５μｇ／ｇの最小酸素吸収および２０～２５μｇ／ｇの顕著な水素吸収が生じる。

【0085】

吸収された酸素を、もはや構成成分から低減することはできない。水素を、Ｔ＞６００℃での真空アニーリングによって、完全に除去することができる。

【0086】

前述の説明、ならびに特許請求の範囲、図面、および実施例に開示した本発明の特徴は、個々にも任意の組み合わせでも、その様々な実施形態において本発明を実現するために不可欠であり得る。

【符号の説明】

【0087】

１ 固体／高融点金属
２ 電圧源
３ ボルトメータ
４ 銅メッキワイヤ
５ 偏向ローラ
６ スラリー
７ スラリー付き銅メッキワイヤ

【図1】

【図2】