내화 금속 포트

내화 금속 포트{REFRACTORY METAL POTS}

본 발명은 내화 금속 또는 내화 금속 합금으로 제조된 포트, 플레이트 그리고 상기 포트를 포함하거나 기반으로 하는 제품에 관한 것이다.

역사적으로, 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 금속 포트를 제조하는 기구(tooling)가 시행착오 끝에 개발되었다. 일반적으로, 이는 몇 번의 반복시행 및 실험을 거친다. 탄탈 등의 내화 금속과 같은 고가 재료의 경우에, 그러한 실험에서 소모되는 재료의 비용이 터무니 없이 높을 수 있다. 또한, 일반적인 방법에 의해서는 열악한 입자 구조를 가지는 포트가 생산된다. 통상적으로 제조되는 금속 포트는 표준 등급의 잉곳으로부터 얻어진 플레이트로 제조된다. 이러한 플레이트들은, 특히 탄탈 및 니오븀의 경우에, 조대하고 불균일한 입자, 그리고 불균일한 결정학적 텍스쳐(texture)를 가지는 것으로 알려져 있다. 불행하게도, 이러한 플레이트들은 스퍼터링 타겟의 구성요소로서 이용하기에는 적합하지 않다.

상기 이유로 인해, 스퍼터링 타겟으로서 사용하기에 적합한 특성을 가지는 포트를 제조하기 위한 방법으로서, 개발 및 제조시에 보다 비용-효과적인 바람직한 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 포트 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (a) 내화 금속 성분을 포함하는 잉곳을 제1 공작물로 절단하는 단계; (b) 상기 공작물을 업셋(upset) 단조하여 제2 공작물을 형성하는 단계; (c) 진공 또는 불활성 가스내에서 상기 제2 공작물의 적어도 부분적인 재결정을 유발하기에 충분히 높은 제1 온도까지 제2 공작물을 제1 어닐링 단계 처리하여 어닐링된 제2 공작물을 형성하는 단계; (d) 제2 공작물의 직경을 감소시킴으로써 어닐링된 제2 공작물을 축소 단조(forging-back)하여 제3 공작물을 형성하는 단계; (e) 상기 제3 공작물을 업셋 단조하여, 제4 공작물을 형성하는 단계; (f) 상기 제4 공작물의 직경을 감소시킴으로써 제4 공작물을 축소 단조하여, 제5 공작물을 형성하는 단계; (g) 상기 제5 공작물을 적어도 부분적으로 재결정시키기에 충분히 높은 온도까지 제5 공작물을 제2 어닐링 단계로 처리하는 단계; (h) 상기 제5 공작물을 업셋 단조하여, 제6 공작물을 형성하는 단계; (i) 상기 제6 공작물를 제3 어닐링 단계 처리하여, 어닐링된 제6 공작물을 형성하는 단계; (j) 상기 어닐링된 제6 공작물에 다수회의 압연 통과 처리하여 상기 어닐링된 제6 공작물을 플레이트로 압연하는 단계로서, 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 후에 두께가 감소되고 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 사이에서 회전되며, 그에 따라 플레이트를 형성하는 단계; 그리고 (k) 상기 플레이트를 포트로 딥 드로잉하여, 포트를 형성하는 단계를 포함하며; (1) 단계 (j)와 단계 (k) 사이에 또는 (2) 단계 (k) 후에 제4 어닐링 단계를 실시함으로써, 포트로 가공하기에 적합한 하나 이상의 공작물 또는 플레이트의 치수가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 미리 결정되어, 단계 (b)-(j)에서의 적어도 하나의 공작물 또는 단계 (k)에서의 플레이트가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 결정된 치수와 실질적으로 유사한 치수를 가진다.

일 실시예에서, 본 발명은 포트에 관한 것이다.

다른 실시예에서, 본 발명은 플레이트에 관한 것이다.

다른 실시예에서, 본 발명은 스퍼터링 타겟에 관한 것으로서, 상기 스퍼터링 타겟은 (a) 내화 금속 성분을 가지는 포트, 및 (b) 상기 포트에 부착된 칼라(collar)를 포함하며, 이때 상기 포트는 전술한 방법에 따라 제조된다.

다른 실시예에서, 본 발명은 효율적 및 비용-효과적인 방식으로 포트를 제조하는 데 사용되는 금속-성형 공정의 개발 방법에 관한 것이다.

이하의 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조하면, 본 발명의 상기 및 기타 특징, 태양 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도1은 형성된 포트내의 폴드(fold)와 같은 치명적인 결함을 유발할 수 있는 플레이트 공작물내의 흠결의 크기 및 유형을 도시한 도면을 나타낸다.

도2 내지 도9는 예상되는 이벤트 시퀀스를 도시한다.

도10은 다이가 본 발명에 따라 설계되지 않은 경우에, 형성된 포트의 측벽에서 일어나는 것을 도시한 컴퓨터 생성 이미지로서; 상기 측벽은 "트랩(trapped)"되지 않아서 그 내경이 정밀하게 제어되지 않는다.

작동 예 또는 달리 표시된 경우 이외에는, 상세한 설명 및 청구의 범위에서 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자나 표현들은 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로서 이해될 것이다. 여러 수치 범위가 본 특허 출원에 개시되어 있다. 이러한 범위들이 연속적이기 때문에, 그들 범위는 최소치와 최대치 사이의 모든 값들을 포함한다. 달리 명시적으로 표시되지 않는다면, 본 명세서에서 특정된 여러 수치 범위는 근사치(approximation)이다.

본 발명은 포트 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (a) 내화 금속 성분을 포함하는 잉곳을 제1 공작물로 절단하는 단계; (b) 상기 공작물을 업셋 단조하여 제2 공작물을 형성하는 단계; (c) 진공 또는 불활성 가스내에서 상기 제2 공작물의 적어도 부분적인 재결정을 유발하기에 충분히 높은 제1 온도까지 제2 공작물을 제1 어닐링 단계 처리하여 어닐링된 제2 공작물을 형성하는 단계; (d) 제2 공작물의 직경을 감소시킴으로써 어닐링된 제2 공작물을 축소 단조하여 제3 공작물을 형성하는 단계; (e) 상기 제3 공작물을 업셋 단조하여, 제4 공작물을 형성하는 단계; (f) 상기 제4 공작물의 직경을 감소시킴으로써 제4 공작물을 축소 단조하여, 제5 공작물을 형성하는 단계; (g) 상기 제5 공작물을 적어도 부분적으로 재결정시키기에 충분히 높은 온도까지 제5 공작물을 제2어닐링 단계로 처리하는 단계; (h) 상기 제5 공작물을 업셋 단조하여, 제6 공작물을 형성하는 단계; (i) 상기 제6 공작물를 제3 어닐링 단계 처리하여, 어닐링된 제6 공작물을 형성하는 단계; (j) 상기 어닐링된 제6 공작물에 다수회의 압연 통과 처리하여 상기 어닐링된 제6 공작물을 플레이트로 압연하는 단계로서, 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 후에 두께가 감소되고 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 사이에서 회전되며, 그에 따라 플레이트를 형성하는 단계; 그리고 (k) 상기 플레이트를 포트로 딥 드로잉하여, 포트를 형성하는 단계를 포함하며; (1) 단계 (j)와 단계 (k) 사이에 또는 (2) 단계 (k) 후에 제4 어닐링 단계를 실시함으로써, 포트로 가공하기에 적합한 하나 이상의 공작물 또는 플레이트의 치수가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 미리 결정되어, 단계 (b)-(j)에서의 적어도 하나의 공작물 또는 단계 (k)에서의 플레이트가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 결정된 치수와 실질적으로 유사한 치수를 가진다.

상기 방법은 적절한 방법에 의해 내화 금속 성분을 포함하는 잉곳을 제1 공작물로 절단하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 잉곳은 밴드 톱에 의해 절단될 수 있다.

잉곳의 형상 및 치수는 용도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 잉곳은 원통형상이고, 150mm 내지 400mm 범위의 직경을 가진다. 잉곳은 내화 금속 또는 내화 금속 합금으로 제조된다. 일반적으로, 내화 금속 성분은 (a) 니오븀, (b) 탄탈, (c) 니오븀 합금, (f) 탄탈 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

잉곳은 원하는 용도에 적합한 순도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 잉곳은 본 명세서에 전체적으로 참조되어 포함된 문헌[Clark et al. "Effect of Processing Variables on Texture and Texture Gradients in Tantalum" (Metallurgical Transactions A, September 1991)], 및 문헌[Kumar et al. "Corrosion Resistant Properties of Tantalum", Paper 253 Corrosion 95, NAC International Annual Conference and Corrosion Show (1995)]에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 잉곳은 본 명세서에 전체적으로 참조되어 포함된 미국 특허 출원 공보 제2002/0112789호 또는 USSN 09/906,208에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다. 그 경우, 잉곳의 순도가 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 잉곳은 침입형 불순물을 포함하지 않는 99.95% 이상, 바람직하게는 99.999% 이상의 순도를 가지는 탄탈 잉곳이다. 99.9999%의 순도가 또한 얻어질 수 있다. 순도는 침입형 불순물을 포함하지 않는다.

제1 공작물의 형상 및 치수는 용도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 공작물은 잉곳과 동일한 직경을 가지며, 길이-대-직경 비율이 약 1.5:1 내지 약 3:1의 범위이다. 제1 공작물은 업셋 단조되고 제2 공작물이 형성된다. 제2 공작물의 형상 및 치수는 용도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 제2 공작물은 최초 길이의 약 50% 내지 약 70%의 범위의 길이를 가진다.

이어서, 제2 공작물은 진공 또는 불활성 가스내에서 적어도 약 1000℃(또는 1200℃ 또는 1300℃)의 제1 온도로 제1 어닐링 처리되어, 적어도 부분적으로 재결정된 제2 공작물을 형성한다.

어닐링된 제2 공작물은 그 제2 공작물의 직경을 감소시킴으로써 축소 단조되고, 그에 따라 제3 공작물을 성형한다. 이는 편평한 또는 성형된 다이를 이용한 가압 단조에서 이루어진다.

일 실시예에서, 제3 공작물은 제1 공작물 직경의 약 60% 내지 약 120%의 범 위의 직경을 가진다.

제3 공작물의 형상 및 치수는 용도에 따라 달라질 수 있다. 제3 공작물은 업셋 단조 처리되고 제4 공작물이 형성된다.

제4 공작물의 형상 및 치수는 용도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 제4 공작물은 제2 공작물 길이의 약 80% 내지 약 120%의 범위의 길이를 가진다.

제4 공작물은 제4 공작물의 직경을 감소시킴으로써 축소 단조되고, 그에 따라 제5 공작물이 형성된다. 이는 편평한 또는 성형된 다이를 이용한 가압 단조에서 이루어진다. 일 실시예에서, 제5 공작물은 제1 공작물 직경의 약 60% 내지 약 120%의 범위의 직경을 가진다.

제5 공작물은 그 제5 공작물을 완전히 재결정화하기에 충분히 높은 온도로 제2 어닐링 단계를 거친다. 일 실시예에서, 제2 어닐링된 단계는 약 1000℃ 내지 약 1300℃의 범위, 바람직하게는 약 1200℃의 온도에서 실시된다.

완전히 재결정된 제5 공작물을 업셋 단조하여 제6 공작물을 형성한다. 바닥에 놓고 편평-단조(flat-forging)하는 대신에 빌렛(billet; 제5 공작물)을 업셋팅하는 것이 바람직한데, 이는 (a) 공작물이 둥글게 유지되고, 그에 따라 공작물이 장방형이고 그러한 공작물로부터 디스크를 절단하는 경우에 발생될 수 있는 폐기물을 거의 줄일 수 있기 때문이고, 그리고 (b) 편평-단조 대신에 빌렛을 업셋하였을 때, 플레이트에서 발견되는 전체-두께(through-thickness) 텍스쳐 기울기가 상당히 약하기 때문이다.

일 실시예에서, 업셋 단조 단계는 편평한 다이들 사이에서의 가압에 의해 이 루어진다. 다른 실시예에서, 업셋 단조 단계가 제1 스테이지 및 제2 스테이지에서 실시되며, 상기 제1 스테이지는 편평한 다이들을 이용하여 실시되고, 상기 제2 스테이지는 다수의 블로우(blow)를 이용하여 실시되며, 시트바아 다이(sheetbar dies)를 이용하여, 각 블로우 사이에서 공작물을 적절한 각도, 예를 들어 90°만큼 회전시킨다. 시트바아 다이는 작업면에 대해 약간 볼록한 곡률을 가지는 다이들이다.

제6 공작물에 대해 제3 어닐링 단계를 실시하여, 어닐링된 제6 공작물을 형성한다. 일 실시예에서, 제3 어닐링 단계는 약 800℃ 내지 약 1200℃의 온도에서 실시된다. 바람직하게, 제3 어닐링 단계는 약 1065℃의 온도에서 실시되고, 바람직하게 완전한 재결정이 달성된다. 제6 공작물의 길이-대-직경 비율은 용도에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 길이-대-직경 비율은 최대 약 1:2이다. 일 실시예에서, 제6 공작물의 길이-대-직경 비율은 약 1:2 내지 약 1:5의 범위이다.

어닐링된 제6 공작물을 다수의 압연 통과 처리시킴으로써 어닐링된 제6 공작물을 압연처리하여 플레이트로 제조하며; 이때 상기 어닐링된 제6 공작물은 각각의 압연 통과 후에 두께가 감소되고 어닐링된 제6 공작물이 예를 들어 2회의 통과마다 회전되어 플레이트가 형성된다. 제6 공작물이 적절한 두께의 플레이트로 압연된다. 각각의 통과에 의해 두께가 감소되며, 그 두께의 감소는 통과중에 부여되는 변형(strain)이 전체 두께를 통해 실질적으로 균일하도록 충분히 크다. 두께의 감소(통과전 두께의 백분율로 측정된다)는 각각의 통과마다 실질적으로 동일하다. 일 실시예에서, 각각의 통과는 두께를 바람직하게 15% 감소시킨다. 일 실시예에 서, 공작물은 통과들 사이마다 90°만큼 회전되며, 예외적으로 스케쥴의 중간에 (단 한번) 45°회전된다. 마지막 몇 번의 통과에서, 마지막 몇 번의 통과 직전에 측정된 각 공작물의 정확한 치수에 따라, 회전 각도 및 두께 감소를 조정할 수 있을 것이다. 바람직하게, (a) 플레이트가 실질적으로 원형이 되도록, (b) '크라우닝(crowning)' 효과(플레이트가 중간보다 에지에서 더 두꺼운 효과)를 제어하여 중심에서의 두께-대-에지에서의 두께의 최적의 비율이 얻어지도록, (c) 둘레를 따라 지점-대-지점의 두께 편차가 최소화되도록, 압연 스케쥴이 선택된다.

플레이트의 치수는 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 플레이트는 약 500mm 내지 약 1m의 범위의 직경과 약 6mm 내지 약 15mm의 범위의 두께를 가진다.

바람직하게, 플레이트로부터 포트가 형성되도록 플레이트를 딥 드로잉한다. 기술자가 본 발명에 따라 포트를 형성할 수 있게 하는 모든 방식을 이용하여 플레이트를 포트로 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 스퍼터링 타겟의 제조에 이용되는 중공 음극 구성요소의 형상으로 플레이트가 딥-드로잉된다. 이는 펀치 및 다이와 적절한 단조 프레스(500톤 하중 용량이 적절함)를 이용하여 이루어질 수 있다. 형성에 있어서의 특별한 특징은 외측 형상이 공작물의 요구되는 내측 형상과 거의 유사한 펀치를 포함한다. 따라서, 내측 표면을 절삭하는 데 필요한 재료의 양이 최소화될 수 있다.

일반적으로, 다이는 플레이트가 위치되는 상부 부분으로서의 계단부, 및 중간 부분을 포함한다. 중간 부분은 상부 부분과 하부 부분을 연결하는 큰 반경을 갖는, 적절한 각도, 예를 들어 45°의 원뿔형 섹션을 가지는 원뿔형 섹션일 수 있 으며, 그에 따라 공작물이 하부 부분으로 매끄럽게 유동할 수 있게 하며, 상기 중간 부분은 포트의 벽의 높이에 걸쳐 공작물이 중간 부분과 펀치 사이에서 간극 없이 트랩될 수 있도록 치수가 결정된다. 바람직하게, 형성중에 공작물의 두께 변화를 고려하여 다이의 하부 부분의 치수를 결정한다.

바람직하게는 예비성형(pre-form) 펀치가 이용된다. 형성 방법의 초기 스테이지 중에 버클(buckle)이 형성되는 경우에, 그 부분을 45°원뿔 섹션에 대해 가압함으로써 다시 편평하게 할 수 있도록 상기 예비성형 펀치를 설계한다. 그 경우에, 치명적일 수 있는 폴드(fold; 접힘부)의 형성을 피할 수 있을 것이다. 다이와 공작물 사이에서 다이를 윤활시키는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우에 다이가 손상을 입을 수도 있다. 선택적으로, 추가적인 성형 작업을 공작물에 대해 실시할 수 있으며, 이때 최상부(top) 부분(예를 들어 최상부 2")이 업셋되어 보다 두꺼운 림(rim)을 형성할 수 있으며, 그러한 림은 플랜지를 형성할 수 있고, 또는 완전한 플랜지의 형성을 위해 링이 용접될 수 있는 부분적인 플랜지를 형성할 수 있다.

제4 어닐링 단계는 (1) 단계 (j) 와 단계 (k) 사이에, 또는 (2) 단계 (k) 후에 실시된다. 일 실시예에서, 제4 어닐링 단계는 약 800℃ 내지 약 1200℃의 온도에서 실시된다.

유리하게는, 포트는 전체 체적에 걸쳐 균일한 입자 크기(균일한 입자 구조)를 가진다. ASTM E112에 따라 정확하게 측정된 현미경 시계(field)에서의 평균 입자 크기가 바람직하게는 평균 입자 크기의 0.5 ASTM 포인트내에 있는 균일도를 가진다. 예를 들어, 플레이트의 에지로부터 절단한 샘플의 두께를 통해 4개의 현미 경 시계를 검사하는 경우에, ASTM 4.9, ASTM 4.7, ASTM 4.7 및 ASTM 5.2로 측정될 수 있을 것이다. 동일한 플레이트의 중심으로부터 절단한 샘플의 두께를 통해 4개의 현미경 시계를 검사하는 경우에, ASTM 5.2, ASTM 4.3, ASTM 4.9 및 ASTM 4.8로 측정될 수 있을 것이다. 따라서, 모든 시계가 ASTM 4.8의 평균의 0.5 이내에 있게 된다. 입자 크기는 플레이트 상에서 측정되는데, 이는 성형 공정 중에 입자가 변형되어 성형 후에 그 크기를 측정하기가 곤란하기 때문이다. 성형 작업 후에 최종 어닐링이 실시된다면, 입자 크기는 성형된 공작물에 대해 측정될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 입자 크기는 ASTM 표준 E112에 규정된 바와 같이 약 ASTM 4 내지 약 ASTM 6의 범위를 가진다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 포트는 여러 가지 텍스쳐 특징을 가진다. 바람직하게, 텍스쳐는 (a) 밴딩(banding)이 없으며, 즉 주변과 상당히 상이한 텍스쳐를 가지는 밴드가 없으며, (b) 혼합된 텍스쳐를 나타내며, 상기 혼합된 텍스쳐에서 플레이트 법선에 평행한 [100] 입자 및 플레이트 법선에 평행한 [111] 입자가 두개의 주요 성분을 이룬다. 일 실시예에서, 얻어지는 텍스쳐를 다음의 표 1과 같이 영역의 백분율로 표시할 수 있을 것이다.

포트의 치수는 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 포트는 약 150mm 내지 약 500mm의 범위의 높이 및 약 100mm 내지 약 500mm의 범위의 직경을 가진다.

방법에서 공작물은 유리한 진변형율(true strain)을 받게 된다. 일 실시예에서, 제1 공작물은 제1 어닐링 단계에 앞서서 약 0.25 내지 약 0.5 진변형율을 받게 된다. 다른 실시예에서, 공작물은 제2 어닐링 단계 이전에 약 1 초과 및 2 미만의 변형율을 받게 된다. 다른 실시예에서, 단계(d), (e), 및 (f)의 제2, 제3, 제4 공작물은 제2 어닐링 단계 이전에 약 1 초과 및 약 2 미만의 변형율을 각각 받게 된다. 그리고 다른 실시예에서, 플레이트 또는 포트는 제4 어닐링 단계 이전에 약 1 초과의 변형율을 받게 된다. 바람직하게는, 본 문단에 기재된 상기의 모든 단계들이 실시된다. 공작물이 상기와 같은 진변형율을 받게 하는 것이 유리한데, 이는 원하는 입자 구조 및 텍스쳐의 달성을 가능하게 하기 때문이다.

포트(또는 플레이트) 제조를 위한 프로세스는 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법을 이용하여 포트로 가공하기에 적합한 하나 이상의 공작물 또는 플레이트의 치수를 미리-결정하는 단계를 더 포함한다. 유한 요소 모델링 평가를 이용하여, 전술한 공작물의 트랩핑을 달성하기 위한 다이 설계를 돕는다. 유한 요소 모델링의 이용은 공작물이 허용할 수 없는 치수를 가지지 않도록 하는 공정 단계들을 개발하는 것을 돕는다. 유한 요소 모델링의 이용은 또한 재료 및 시간의 낭비를 줄일 수 있게 한다. 예를 들어, 유한 요소 모델링을 이용하여 성형 프로세스를 분석함으로써, 공정 중에 형성되는 공작물의 후판화(thickening)를 정확하게 평가할 수 있고, 그에 따라 원하는 포트를 생산하는 공작물들만이 이용될 수 있도록 다이를 재설계할 수 있다. 또한, 유한 요소 모델링의 이용은 공정 중에 이용될 수 있는 플레이트 또는 공작물내의 결함의 유형이나 크기를 규명하는 데 도움이 될 수 있으며, 상기 결함들은 형성된 포트내의 폴드와 같은 치명적인 결함을 초래할 수 있을 것이다. 유한 요소 모델링은 상업적으로 이용가능한 소프트웨어, 예를 들어, 오하이오주 콜롬버스에 소재하는 SFTC의 DEFORM 3D를 이용하여 실시될 수 있을 것이다.

도면들을 참조하면, 도1은 형성된 포트내의 폴드와 같은 치명적인 결함을 유발할 수 있는 플레이트 공작물내의 흠결의 유형 및 크기를 도시한다. 도2 내지 도9는 예상되는 이벤트 시퀀스를 도시한다. 특히, 일측면이 편평한 상태에서 벗어난 플레이트의 딥-드로잉과 관련하여, 도1(변형이 0.25" 깊이이다)을 모델링하였다. 예상되는 이벤트 시퀀스를 도2 내지 도9에 도시하였다. 펀치의 행정을 인치로 계산하기 위해, 단계 수를 50으로 나누었다. 유리하게는, 유한 요소 모델링을 이용하여 공작물의 트랩핑을 달성하기 위한 다이의 설계를 보조하였다. 도10은 다이가 본 발명에 따라 설계되지 않은 경우에 형성된 포트의 측벽에 발생할 수 있는 것을 도시한 컴퓨터 생성 이미지로서, 상기 측벽은 "트랩"되지 않으며 그에 따라 그 내경이 정밀하게 제어되지 않는다. 유한 요소 모델링을 이용하여 성형 방법을 분석함으로써, 성형 중에 공작물의 후판화를 정확하게 평가할 수 있으며, 그에 따라 공작물을 트랩하도록 그리고 성형 행정의 말기에서 전체 내측 표면이 펀치에 대해 완전하게 압착될 수 있도록 다이를 재설계할 수 있다.

일 실시예에서, 유한 요소 모델링이 이용될 때, 단계 (b)-(j)에서의 적어도 하나의 공작물 또는 단계 (k)에서의 플레이트가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 결정된 치수와 실질적으로 유사한 치수를 가진다. 대안적으로는, 다른 실시예에서, 본 방법은 단계 (b)-(j)에서의 하나 이상의 공작물 또는 단계(k)에서의 플레이트가 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법에 의해 결정되고 허용할 수 없는 제품으로 유도하는 하나 이상의 결함을 가지지 않도록, 포트로 가공하기에 적합하지 않은 하나 이상의 공작물 또는 플레이트의 결함의 유형 및 크기를 컴퓨터-실행 유한 요소 모델링 평가 방법을 이용하여 미리-결정하는 단계들을 추가로 포함한다.

본 발명에 따라 제조된 포트는 몇몇 용도에서 유용할 것이다. 예를 들어, 하나의 용도에서, 포트를 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조할 수 있다. 일반적으로, 스퍼터링 타겟은 칼라(플랜지)를 포트의 립(lip)에 부착함으로써 제조된다. 일반적으로, 그러한 스퍼터링 타겟은 (a) 내화 금속 성분을 가지는 포트, 및 (b) 상기 포트에 부착된 칼라를 포함하며, 상기 포트는 다음의 방법에 따라 제조되는데, 본 방법은 (a) 내화 금속 성분을 포함하는 잉곳을 제1 공작물로 절단하는 단계; (b) 상기 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제2 공작물을 형성하는 단계; (c) 진공 또는 불활성 가스내에서 약 1200℃ 이상인 온도까지 제2 공작물을 제1 어닐링 단계 처리하여 어닐링된 제2 공작물을 형성하는 단계; (d) 제2 공작물의 직경을 감소시킴으로써 어닐링된 제2 공작물을 축소 단조하여 제3 공작물을 형성하는 단계; (e) 상기 제3 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제4 공작물을 형성하는 단계; (f) 상기 제4 공작물의 직경을 감소시킴으로써 제4 공작물을 축소 단조하여, 제5 공작물을 형성하는 단계; (g) 상기 제5 공작물을 완전히 재결정시키기에 충분히 높은 온도까지 제5 공작물을 제2 어닐링 단계로 처리하는 단계; (h) 상기 제5 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제6 공작물을 형성하는 단계; (i) 상기 제6 공작물를 제3 어닐링 단계 처리하여, 어닐링된 제6 공작물을 형성하는 단계; (j) 상기 어닐링된 제6 공작물에 다수회의 압연 통과 처리하여 상기 어닐링된 제6 공작물을 플레이트로 압연하는 단계로서, 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 후에 두께가 감소되고 상기 어닐링된 제6 공작물이 예를 들어 매 2회 통과 사이에서 회전되며, 그에 따라 플레이트를 형성하는 단계; 그리고 (k) 상기 플레이트를 포트로 딥 드로잉하여, 포트를 형성하는 단계를 포함하며; 제4 어닐링 단계가 (1) 단계 (j)와 단계 (k) 사이에 또는 (2) 단계 (k) 후에 실시된다. 임의의 적절한 기술을 이용하여 칼라를 포트에 부착할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 칼라는 포트에 용접된다.

칼라는 어떠한 적절한 재료로도 제조될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 칼라는 포트 재료에 용접되어 균열이 없는 조인트를 제공할 수 있는 금속 또는 내화 금속 성분으로부터 제조된다. 일 실시예에서, 칼라는 (a) 니오븀, (b) 탄탈, (c) 니오븀 합금, (f) 탄탈 합금, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 내화 금속 성분으로 제조된다.

스퍼터링 타겟을 제조하기 위해, 칼라-포함 포트를 마무리 가공하며, 그러한 마무리 가공은 일반적으로 전체에 걸친 CNC 기계가공, 및 체결 및 밀봉 특징부를 칼라에 부가하는 것 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.

다른 실시예에서, 본 발명에 따라 제조된 포트를 이용하여 도가니를 제조할 수 있다. 또한, 포트의 용도는 고온에서 액체 재료에 대한 내성을 필요로 하는 용도, 습식 커패시터내에서 산(acid)을 포함하는 용기, 및 증발에 의한 물리 기상 증착에서의 금속 공급원을 포함한다.

본 발명은 전술한 포트를 제조하는 데 이용되는 플레이트 및 그러한 플레이트를 제조하는 데 이용되는 방법을 포함한다.

본 발명의 일 실시예는 플레이트 제조 방법을 포함하며, 상기 방법은 (a) 내화 금속 성분을 포함하는 잉곳을 제1 공작물로 절단하는 단계; (b) 상기 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제2 공작물을 형성하는 단계; (c) 진공 또는 불활성 가스내에서 약 1200℃ 이상인 온도까지 제2 공작물을 제1 어닐링 단계 처리하여 어닐링된 제2 공작물을 형성하는 단계; (d) 제2 공작물의 직경을 감소시킴으로써 어닐링된 제2 공작물을 축소 단조하여 제3 공작물을 형성하는 단계; (e) 상기 제3 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제4 공작물을 형성하는 단계; (f) 상기 제4 공작물의 직경을 감소시킴으로써 제4 공작물을 축소 단조하여, 제5 공작물을 형성하는 단계; (g) 상기 제5 공작물을 완전히 재결정시키기에 충분히 높은 온도까지 제5 공작물을 제2 어닐링 단계로 처리하는 단계; (h) 상기 제5 공작물이 업셋 단조 조건을 받게 하여 제6 공작물을 형성하는 단계; (i) 상기 제6 공작물를 제3 어닐링 단계 처리하여, 어닐링된 제6 공작물을 형성하는 단계; (j) 상기 어닐링된 제6 공작물에 다수회의 압연 통과 처리하여 상기 어닐링된 제6 공작물을 플레이트로 압연하는 단계로서, 상기 어닐링된 제6 공작물이 1회 이상의 통과 후에 두께가 감소되고 상기 어닐링된 제6 공작물이 예를 들어 매 2회 통과 사이에서 회전되는 단계; (i) 상기 플레이트를 제4 어닐링 단계 처리를 하여 플레이트를 형성하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같이, 플레이트를 제조하는 데 이용되는 제4 어닐링 단계가 약 950℃ 내지 약 1200℃의 온도에서 실시될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 문단에 기재된 방법에 따라 제조된 플레이트 및 상기 플레이트에 부착되는 백킹(backing) 플레이트를 포함하는 "평면형" 스퍼터링 타겟을 포함한다. 스퍼터링 타겟을 제조하기 위해, 플레이트 및 백킹 플레이트가 마무리 가공되며, 그러한 마무리 가공은 예를 들어 체결 및 밀봉 특징부의 CNC 기계가공을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.

본 발명은 종래에는 가질 수 없었던 이점을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 컴퓨터 모델링을 이용함으로써 금속을 성형하기 위한 기구를 개발하는 데 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 보다 저렴한 금속을 개발할 수 있다. 본 발명은 또한 유사한 성질의 플레이트를 이용함으로써 균일한 텍스쳐 및 입자 크기를 가지는 포트를 생산할 수 있게 한다. 이는, 본 발명에 의해 저렴한 개발 비용, 짧은 개발 사이클, 입자-크기가 보다 균일한 포트, 결정학적 텍스쳐가 보다 균일한 포트가 가능해 진다. 또한, 원하는 입자 크기 및 원하는 텍스쳐를 가지는 포트를 개발할 수 있다.

특정 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 다른 변형 실시예들도 가능할 것이다. 따라서, 청구의 범위의 범주 및 사상은 상세한 설명에 기재된 형태들의 설명으로 제한되어서는 안된다.