Mitä puhtausasteita niobia on saatavilla teolliseen käyttöön?

Kaupallisessa niobiumissa käytetyt vakiopuhtausasteet

Niobiumin puhtaus ei ole yksittäinen kiinteä luku. Tuottajat luokittelevat metallin sen mukaan, kuinka malmi jalostetaan, sulatetaan ja valetaan uudelleen, ja jokainen laatu sovitetaan ostajaluokkaan. Alla olevassa taulukossa esitetään niobiummetallivalmistajien yleisimmin mainitsemat tasot ja mihin ne yleensä pakataan.

Suurin osa päivittäisistä teollisista tilauksista on 99,9 prosenttia tai 99,99 prosenttia, koska nämä kaksi laatua täyttävät jo metalliseossulatuksen ja yleisen puolijohteiden valmistuksen vaatimukset. 5N-, 6N- ja 7N-tasot valmistetaan mittatilaustyönä ja vaativat lisäjalostusvaiheita, kuten elektronisuihkusulatuksen ja vyöhykkeen puhdistamisen, joten toimitusajat ja vähimmäistilausmäärät ovat yleensä pidempiä.

Kuinka puhtaustaso määrittää oikean sovelluksen

Puhtausluokan valinta on todellakin kysymys siitä, mitä epäpuhtauksia sovellus sietää. Teräslisäaine voi kuljettaa happea ja rautaa ilman suorituskykyä, kun taas suprajohtava radiotaajuinen onkalo ei. Seuraavat kohdat tiivistävät, kuinka puhtaus liittyy todellisiin käyttötapauksiin.

• 99,9 % sulatettua niobiumia soveltuu seosten sulatukseen, jossa niobiumia sekoitetaan korkean lämpötilan superseoksiin tai erikoisteräksiin ja laimennusvaikutukset tekevät pienet epäpuhtaudet merkityksettömiksi.
• 99,99 % niobiumiharkko kattaa yleiset puolijohdevalmistus- ja suprajohtavat materiaalityöt, joissa happi- ja hiilipitoisuutta on valvottava, mutta niitä ei tarvitse eliminoida.
• 5N ja enemmän tulee välttämättömäksi haihdutusmateriaaleille, sputterointikohteille ja suprajohtaville magneettilangoille, joissa pinnan vastus ja rakeiden tasaisuus vaikuttavat suoraan laitteen suorituskykyyn.
• 7N erittäin puhdasta on varattu tutkimussovelluksiin ja erikoisseosmateriaaleihin, joissa jopa miljardin osat epäpuhtaudet voivat muuttaa sähköistä tai magneettista käyttäytymistä.

Tuotevalikoima erittäin puhtaiden metallien valmistajalta

Niobiumin lisäksi valmistajat, jotka toimivat puolijohdelaatuisten metallien toimittajana, ylläpitävät tyypillisesti rinnakkaista titaani-, koboltti-, kupari- ja tantaalituotteiden linjaa vertailukelpoisilla puhtausalueilla, koska monet samoista asiakkaista ostavat useita metalleja yhtä valmistuslinjaa varten. Edustava tuoteperhe näyttää tältä:

Ultra High Purity Metal -tuotelinja

Valitut niobi- ja lisämetallimuodot, jotka on valmistettu 5N–7N-puhtausvalvonnassa, toimitetaan harkona, kidenä, maalina ja sulatettuna materiaalina puolijohteiden, suprajohtavien ja superseosten valmistukseen.

Niobiumin harkko

Puolijohdeluokka

Sulatettu niobium

Seoksen sulatus

Titaaninen ruiskutuskohde

Sputtering Target

Titaani kristalli

Puolijohde

Kobolttiharkko

Superseosmateriaalit

Valmistusprosessit 5N - 7N niobiumin takana

5N puhtauden saavuttaminen ja enemmänkin vaatii enemmän kuin yhden sulatteen. Tuottajat yhdistävät yleensä tyhjiöelektronisuihkusulatuksen vyöhykejalostukseen, toistaen prosessia useissa kierroksissa hapen, tantaalin ja välikaasujen poistamiseksi, joita alemman sulamispisteen metallit, kuten niobiumin, pyrkivät pidättelemään. Jokainen ylimääräinen yhdeksän puhtautta vaatii tyypillisesti erillisen uunisyklin, minkä vuoksi 7N-materiaali ilmoitetaan tilaustyönä sen sijaan, että sitä varastoittaisiin irtotavarana. Tasainen puhtaus erästä toiseen riippuu myös yrityksen sisäisestä testauksesta, koska spektrografinen ja kaasufuusioanalyysi vahvistavat, että väitetty 6N- tai 7N-sertifikaatti todellakin vastaa toimitettua harkkoa.

Puolijohdeluokan metallien toimittajan valinta

Kun hankitaan niobiumia vaativaan käyttöön, puhtaus paperilla on vain osa päätöstä. Muutamat käytännön tarkastukset auttavat varmistamaan, että toimittaja pystyy jatkuvasti toimittamaan ilmoitetun laadun:

• Pyydä analyysitodistus tietylle erälle, älä yleistä tuoteselostetta, koska puhtaus voi vaihdella tuotantoajojen välillä.
• Vahvista harkon maksimimitat ja paino prosessilaitteistoasi vasten, sillä puolijohdeluokan niobiumia toimitetaan usein jopa 400 mm:n kokoisina ja 2 tonnin erissä.
• Kysy pakkausstandardeista, koska erittäin puhdas metalli on herkkä hapettumiselle ja kosteudelle kuljetuksen aikana ja se on tavallisesti kääritty joustavaan kalvoon tai tyhjiösuljettu helmipuuvillalla tai PEF-pehmusteella puulaatikoiden sisällä.
• Tarkista, tuottaako toimittaja myös niihin liittyviä sputterointikohteita ja haihdutusmateriaaleja, mikä viittaa laajempaan prosessin hallintaan koko puhtausalueella.

Erittäin puhtaiden metallien pakkaus ja laadunvarmistus

Uunissa saavutettu puhtaus voi silti menettää kuljetuksen aikana, jos pakkaus on puutteellinen. 99,99 prosentin ja sitä suuremman niobiumin vakiokäytäntö sisältää venytyskalvokääreen, puiset vientilaatikot ja helmiäispuuvilla- tai vaahtomuoviosat pintakosketusvaurioiden estämiseksi. Seosten valmistukseen tarkoitetulle sulatetulle 99,9-prosenttiselle materiaalille riittää yleensä 50 kg:n tynnyreissä suljetut muovipussit, koska metalli sulatetaan uudelleen ennen käyttöä. Toimittajaa arvioivien ostajien tulee pyytää näkemään sekä pakkausmenetelmä että puhtaustestiraportti yhdessä, koska toinen ilman toista jättää aukon jäljitettävyyteen.

Käytännössä useimpien teollisten ostajien ei tarvitse oletusarvoisesti kurkottaa 7N-materiaalia. Laadun sovittaminen sovellukseen 99,9 prosentin sulatusmassasta erittäin puhtaisiin 5N, 6N ja 7N muotoihin pitää materiaalikustannukset suhteessa todellisiin suorituskykyvaatimuksiin, mutta täyttää silti puolijohteiden, suprajohtavien ja superseosten valmistuksen vaatimukset.