インゴット

インゴットは、通常は金属である比較的純粋な材料を、さらなる処理に適した形に鋳造したものです。[1] 製鋼において、インゴットは半完成鋳造製品の最初のステップです。インゴットは通常、冷間/熱間加工、切断、またはフライス加工などの2番目の成形手順を必要とし、その後有用な^最終製品になります。バルクの形で準備された非金属および半導体材料も、特に鋳型ベースの方法で鋳造された場合、インゴットと呼ばれることがあります。^[2] 貴金属インゴットは、（他の形状に加工されてもされなくても）通貨として使用したり、金の延べ棒のように通貨準備として使用したりできます。

インゴットは一般に、純粋または合金の金属から作られ、融点を超えて加熱され、鋳型冷却法を使用して棒またはブロックに鋳造されます。

特殊なケースとしては、溶融溶融物から引き上げて作られる多結晶または単結晶のインゴットがあります。

材料の単結晶インゴット（ブールと呼ばれる）は、チョクラルスキー法やブリッジマン法などの方法を使用して成長します（結晶成長）。

ブールは半導体（例：電子チップウェーハ、太陽電池）または工業用および宝飾品用の非導電性無機化合物（例：合成ルビー、サファイア）のいずれかです。

金属の単結晶インゴットは、高純度半導体インゴットの製造に使用される方法と同様の方法、つまり真空誘導精錬によって製造されます^{。エンジニアリング金属の単結晶インゴットは、}粒界がないため強度が非常に高いため注目されています。製造方法は、単純な鋳造ではなく、単結晶デンドライトを介して行われます。タービンブレードなどの用途が考えられます。

アメリカでは、19世紀初頭に真鍮と青銅のインゴット製造業が始まりました。アメリカの真鍮産業は1850年代までに最大の生産者に成長しました。^{[4]植民地時代には、}イギリスが銅鉱石を全てイギリスに送って加工するよう要求したため、真鍮と青銅の産業はほとんど存在しませんでした。^[5]銅ベースの合金インゴットの重量は約20ポンド（9.1kg）でした。^{[6] [7]}

インゴットは、溶融液体（メルトと呼ばれる）を鋳型内で冷却することによって製造されます。インゴットの製造にはいくつかの目的があります。

まず、溶融物の冷却によって形成される構造が材料の物理的特性を制御するため、金型は完全に凝固して後の処理に必要な適切な粒子構造を形成するように設計されています。

第二に、鋳型の形状とサイズは、インゴットの取り扱いと下流処理を容易にするように設計されています。最後に、鋳型は、溶融物の無駄を最小限に抑え、インゴットの排出を容易にするように設計されています。溶融物またはインゴットのいずれかが失われると、完成品の製造コストが増加するためです。

鋳型にはさまざまなデザインがあり、溶融液の物理的特性と凝固プロセスに合わせて選択できます。鋳型は、上向き、水平、または下向きの注ぎ口で存在し、溝付きまたは平らな壁を持つ場合があります。溝付き設計は、接触面積が大きいため熱伝達が向上します。鋳型は、熱伝達要件に応じて、固体の「塊状」設計、砂型鋳造 (銑鉄用など)、または水冷シェルのいずれかになります。インゴット鋳型は、不均一な冷却による亀裂の形成を防ぐためにテーパーが付けられています。亀裂または空隙の形成は、一定質量の材料に対して液体から固体への遷移に伴う体積変化によって発生します。これらのインゴット欠陥の形成により、鋳造インゴットが使用できなくなり、再溶解、リサイクル、または廃棄が必要になる場合があります。

結晶質材料の物理的構造は、溶融金属の冷却と沈殿の方法によって大きく左右される。鋳込み工程では、インゴットの壁と接触している金属は急速に冷却され、冷却される液体と鋳型の冷却速度に応じて、柱状構造または等軸樹枝状結晶の「冷却帯」を形成する。 ^[8]

上から注入されたインゴットの場合、液体が鋳型内で冷却されると、体積差効果により液体の上部が後退し、鋳型上部に曲面が残ります。この曲面は、最終的にはインゴットから機械加工する必要が生じる可能性があります。鋳型の冷却効果により、前進する凝固前線が形成されます。この前線にはいくつかの関連ゾーンがあり、壁に近い部分には凝固する溶融物から熱を奪う固体ゾーンがあり、合金の場合は、合金の状態図の固体-液体平衡領域の結果である「どろどろ」ゾーンと液体領域が存在する場合があります。前線の前進速度によって、凝固領域でデンドライトまたは核が形成される時間が制御されます。合金のどろどろゾーンの幅は、鋳型の熱伝達特性を調整するか、液体溶融合金の組成を調整することで制御できます。

インゴット処理のための連続鋳造法も存在し、冷却された固体材料を連続的に取り出し、鋳造プロセスに溶融液体を追加することで凝固の静止前線が形成されます。^[9]

米国のアルミニウムインゴットの約70％は、割れを減らすダイレクトチル鋳造法を使用して鋳造されています。応力による割れやバットの変形のため、合計5％のインゴットが廃棄されなければなりません。 ^[10]

• 
  クレタ島ザクロスの古代の銅牛皮のインゴット。インゴットは動物の皮の形をしており、この時代の銅インゴットの典型的な形状です。
• 
  中国の 銀貨の鋳型。銀貨は帝国下で通貨として使用されていた銀と金のインゴットの一種です。
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  ウェルズ・アンド・メンディップ博物館に展示されているローマ時代のブリテン島からの鉛のインゴット。
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  スウェーデン、ダーラナ州ノーリッタン産の銑鉄インゴット。

平凸インゴットは広く分布している考古学的遺物であり、冶金学の歴史に関する情報を提供するために研究されています。

• 金塊
• 金の延べ棒
• 牛皮のインゴット
• 銀貨、伝統的な中国のインゴット
• 錫インゴット
• バーストック
• ウェーハエッチング

• チャーマーズ、ブルース (1977)。凝固の原理。ハンティントン、ニューヨーク：ロバート E. クリーガー出版社。ISBN 0-88275-446-7。
• ブラジリアン州シュレンカー (1974 年)。材料の紹介。ジャカランダプレス。

• ウィキメディア・コモンズのインゴット関連メディア