DE4202436A1 - Verfahren zu herstellung von hochreinem titan - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Titan.

Die rasche Zunahme beim Ausmaß der large-scale integra­ tion (LSI) in den letzten Jahren hat dazu geführt, daß bei den Elektrodenmaterialien zu solchen Materialien übergegangen wird, die eine höhere Reinheit und Festig­ keit aufweisen. So hat sich beispielsweise das Erforder­ nis ergeben, Signalverzögerungen, die durch dünnere Elektrodenverdrahtung verursacht werden, zu vermeiden. Damit sind metallische Materialien interessant geworden, welche niedrigeren Widerstand, höhere Reinheit und hö­ heren Schmelzpunkt im Vergleich zu dem häufig verwende­ ten Polysilicium aufweisen. Metallmaterialien mit den obigen Eigenschaften, die als Elektroden in LSI brauch­ bar sind, umfassen Molybdän, Wolfram, Titan und deren Silicide. Unter diesen ist Titan besonders vielverspre­ chend, da es eine ausgezeichnete spezifische Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Um als Elektrodenmaterial in Halbleitern verwendet wer­ den zu können, muß das Titanmetall hochrein sein. Eine typische Methode, um hochreines Titan zu erhalten, ist das Verfahren über die thermische Zersetzung des Jodids (auch als Jodverfahren bekannt). Ein herkömmliches Ver­ fahren der thermischen Jodidzersetzung wird in Verbin­ dung mit Fig. 3 erläutert.

Ein Substrat 23 für die Abscheidung wird im axialen Zen­ trum eines Reaktors 22 gehalten, der in einem elektri­ schen Ofen 21 eingebaut ist. Rohes Titan 24 wird inner­ halb des Reaktors 22 gehalten und umgibt das Abschei­ dungssubstrat 23. In diesem Zustand wird, nachdem der Reaktor 22 unter Verwendung einer Pumpe 28 evakuiert wurde, Jod, das sich in einem Jodbehälter 26 befindet, in den Reaktor 22 eingeführt. Titanabscheidung wird an­ schließend initiiert durch Erhitzen des Abscheidungs­ substrats 23, indem man einen elektrischen Strom von ei­ ner Stromquelle 25 hindurchleitet. Innerhalb des Reak­ tors 22 laufen die folgenden Reaktionen (1) und (2) ab.

Rohes Ti+2J₂→TiJ₄ (synthetische Reaktion) (1)

TiJ₄→hochreines Ti+2J₂ (thermische Zersetzungsreaktion) (2)

Die Reaktion des rohen Titans 24 mit Jod unter Bildung von TiJ₄ läuft am Perimeter des Reaktors 22 ab, wo das rohe Titan bei einer Temperatur von 200 bis 400°C ge­ halten wird. Die thermische Zersetzungsreaktion von Ti­ tantetrajodid läuft am Abscheidungssubstrat 23 am axialen Zentrum des Reaktors 22 ab, wobei hochreines Titan auf dem Abscheidungssubstrat 23 abgeschieden wird. Die Reaktionstemperatur der thermischen Zersetzungsreak­ tion beträgt 1300 bis 1500°C. Das durch die thermische Zersetzung von Titantetrajodid erzeugte Jod diffundiert zum Perimeter des Reaktors 22, so daß es für die Umset­ zung mit rohem Titan 24 recyclisiert wird.

Als Abscheidungssubstrat 23 wird normalerweise ein hoch­ reines Titanfilament mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2 mm verwendet. Man hat jedoch auch bereits einige Versu­ che gemacht, Abscheidungssubstrate mit Plattengestalt zu verwenden (JP-OS 62-2 94 175 und 2-73 925). Das rohe Titan 24 liegt typischerweise in Form eines Ti-Schwamms oder als Bearbeitungsspan in teilchenförmig agglomerier­ tem Zustand vor. Es befindet sich in einem Molybdännetz 27, damit es im Reaktor 22 gehalten werden kann. Der Re­ aktor 22 besteht typischerweise aus Quarz oder Metall und ist oft mit Molybdän ausgekleidet, um eine Gaskorro­ sion durch Jod oder Titanjodide bei hohen Temperaturen zu verhindern.

Die Reinigung von Titan durch das herkömmliche thermi­ sche Jodid-Zersetzungsverfahren ist mit den folgenden drei Problemen behaftet:
Das erste Problem ist die verringerte Produktivität als Folge der Verwendung eines Filaments als Abscheidungs­ substrat. Falls ein Filament mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2 mm OD als Abscheidungssubstrat verwendet wird, ist die Abscheidungsrate langsam wegen der geringen Ober­ fläche des Abscheidungssubstrats in anfänglichen Stadien der Umsetzung. Die Produktivität von hochreinem Titan ist daher langsam. Das Filament kann nur erhitzt werden, indem man für einen elektrischen Strom, der durch das Filament hindurchgeleitet wird, einen Widerstand erzeugt. Da sich der elektrische Widerstand mit ansteigendem Filamentdurchmesser während der Reaktion ändert, ist es schwierig, die Gesamttemperatursteuerung und Aufrecht­ erhaltung einer einförmigen Temperatur über den Abschei­ dungsbereich zu gewährleisten. Eine lokalisierte, niedri­ ge Filamenttemperatur kann eine Verätzung oder Draht­ unterbrechung verursachen, insbesondere dort, wo Filament und Elektrodenleitungen angeschlossen sind. Umgekehrt können die Teile, die lokal erhitzt werden, zu einer Drahtunterbrechung durch Schmelzen führen.

Falls plattenförmige Abscheidungssubstrate verwendet wer­ den, ist die Oberfläche des Abscheidungssubstrats von Anfang an höher, wodurch der Nachteil einer niedrigen Produktivität überwunden werden kann. Wie im Falle des Filamentabscheidungssubstrats, kann jedoch auch das plat­ tenförmige Abscheidungssubstrat nur elektrisch aufge­ heizt werden. Das liegt in erster Linie daran, daß es nicht möglich ist, durch eine Heizeinrichtung erzeugte Hitze auf das Abscheidungssubstrat zu transferieren, wenn das Abscheidungssubstrat im axialen Zentrum des Reaktors angeordnet ist. Wiederum bleibt das Problem un­ gelöst, eine adäquate Temperatursteuerung während des elektrischen Heizens aufrechtzuerhalten.

Das zweite Problem betrifft die Verwendung von rohem Ti­ tan als Rohmaterial bei dem Verfahren. Rohes Titan in der Form von Schwamm oder Bearbeitungsschnitzeln wird in seinem teilchenförmig agglomerierten Zustand verwen­ det. Das rohe Titan behält jedoch seine Form nicht bei, wenn es in den Reaktor eingefüllt ist. Es wird daher ge­ sichert unter Verwendung eines Netzes, das aus einem korrosionsfesten Metall, wie Molybdän, besteht. Dieses Netz ist jedoch typischerweise nur schwach gesichert und kann aufbrechen, was es schwierig macht, große Mengen an Titan in den Reaktor einzufüllen. Dadurch wird die Mög­ lichkeit limitiert, die Vorrichtung größer zu bauen.

Das dritte Problem betrifft den Reaktor. Quarz oder Me­ talle, wie Edelstahl, Inconel und Hastelloy, hat man bisher als Reaktormaterialien verwendet. Typischerweise wird eine Auskleidung aus Molybdän auf der inneren Ober­ fläche des Reaktors angewandt, um die Gaskorrosion durch Jod oder Titanjodide zu verhindern. Molybdän hat zwar eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit, ist jedoch nach dem Pulversintern zerbrechlich und neigt beim Ein­ bauen oder beim Ausbauen aus dem Reaktor zur Rißbildung. Dadurch wird seine wiederholte Verwendung eingeschränkt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zur Herstellung von hochreinem Titan zu schaffen, das eine hohe Produktivität erlaubt sowie eine einfache Temperatursteuerung der Zersetzungssubstrate mit hoher Steuergenauigkeit.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von hochreinem Titan, bei dem eine große Menge an rohem Titanrohmaterial ein­ gefüllt werden kann.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Titan zu schaffen, das eine wiederholte Verwendung des Reaktors gestattet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausfüh­ rungsform dieser Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung; und

Fig. 3 ein schematisches Diagramm des herkömmli­ chen Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Rohrs als Titanabscheidungssubstrat bei einem Verfahren zur Herstellung von hochreinem Titan durch ein thermisches Jodid-Zersetzungsverfahren. Das rohe Titan, das als Rohmaterial verwendet werden soll, sollte vorzugsweise gebildet werden, indem man teilchen­ förmiges Agglomerat-Titan zu kompaktem Titan komprimiert. Der Reaktor, zusammen mit dem Rohr, sollte beschichtet sein mit einem von Au, Pt oder Ta auf allen Oberflächen, die mit dem Reaktionsgas in Kontakt gelangen.

Unter Verwendung eines Rohrs als Substrat für die Ab­ scheidung werden unabhängige Räume gebildet, und zwar innerhalb des Rohrs und außerhalb des Rohrs. Einer der unabhängigen Räume wird als Reaktionsraum eingerichtet, während eine Heizeinrichtung zum indirekten Beheizen des Rohrs in dem anderen Raum angeordnet wird. Die indi­ rekte Heizeinrichtung kann in der Nähe des Rohrs über seine gesamte Länge placiert werden, jedoch isoliert von dem Reaktionsraum, so daß ein indirektes Heizen des Ab­ scheidungssubstrats möglich ist. Hochreines Titan wird auf der Rohroberfläche gegenüberliegend der Heizseite abgeschieden. Durch das indirekte Erhitzen mit einem Heizgerät erfolgt eine Erhitzung des Rohrs, die nicht durch die Rate der Abscheidung von Titan beeinflußt ist. Es wird eine einförmige Temperaturverteilung in der Axialrichtung des Rohrs geschaffen. Durch Evakuierung des Heizraums, in dem eine derartige indirekte Heizein­ richtung angeordnet ist, kann eine Kontaminierung des abgeschiedenen Titans durch Verunreinigungen vollständig verhindert werden.

Da bei einem Rohr der Durchmesser und die Länge frei ge­ wählt werden können, kann die Abscheidungsoberfläche drastisch gesteigert werden, verglichen mit der eines Filaments. Die Zunahme bei der Rohrwandstärke, die mit der Titanabscheidung einhergeht, ist graduell, relativ zu der Abscheidungszeit. Das erlaubt eine Durchführung der Jodreaktion unter stabilen Reaktionsbedingungen. Fer­ ner ist die Verwendung eines Rohrs als Abscheidungs­ substrat vorteilhaft im Vergleich mit den plattenförmi­ gen Abscheidungssubstraten. Falls ein plattenförmiges Substrat erhitzt wird, treten Temperaturunregelmäßig­ keiten auf und führen zu einer fleckenförmigen Abschei­ dung und einem Risiko der Ätzung. Darüber hinaus ist die Änderung beim elektrischen Widerstand mit fortschreiten­ der Abscheidung groß, was die Temperatursteuerung schwie­ rig macht. Rohre sind mit derartigen Schwierigkeiten nicht behaftet. Ferner kann man, falls das Rohr aus Ti­ tan mit einer Reinheit besteht, die nahezu so hoch ist wie die des abgeschiedenen Titans, das Rohr nach der Reak­ tion vollständig als Produkt verwenden.

Das kompakte Titan, das durch Kompression gebildet wur­ de, kann leicht gestapelt werden, so daß eine große Men­ ge in den Reaktor eingefüllt werden kann. Auf Oberflä­ chen, die in dem Reaktor mit dem Reaktionsgas in Kontakt gelangen, ist eine Beschichtung aus Au, Pt oder Ta von Vorteil, nicht nur im Hinblick auf die Korrosionsfestig­ keit gegenüber Jod und Titanjodiden bei hohen Temperatu­ ren, sondern auch im Hinblick auf die Expansionsfähig­ keit. Die Beschichtung ist daher frei von Rißbildung, ganz im Gegensatz zu der Beschichtung aus Molybdän.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer repräsen­ tativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der Reaktor 1 ist ein luftdichter, zylindrischer Behäl­ ter aus Edelstahl, Inconel, Hastelloy oder ähnlichem korrosionsfesten Material. Er ist in einen Heizofen 2 eingesetzt. Die innere Oberfläche des Reaktors 1 ist bis zu einer Dicke von 2 mm oder weniger mit Au, Pt oder Ta beschichtet. Über eine Falle 3 ist eine Vakuumpumpe an den Reaktor angeschlossen. Ein Titantetrajodid-Behäl­ ter 6, der in einem elektrischen Ofen angeordnet ist, ist über ein Ventil 12 angeschlossen.

Ein Rohr 7 aus hochreinem Titan wird als Abscheidungs­ substrat verwendet. Das Titanrohr ist U-förmig gebogen und in den Reaktor 1 eingesetzt. Das Innere des Reak­ tors 1 ist durch das Titanrohr 7 aufgeteilt in einen Reaktionsraum außerhalb des Rohrs und in einen Heizraum innerhalb des Rohrs. Das Innere des Titanrohrs 7 kommu­ niziert mit dem Inneren einer Abgaskammer 8, die an der Oberseite des Reaktors 1 angeschlossen ist. Das Innere der Kammer 8 wird durch eine Vakuumpumpe 9 gesondert von dem Inneren des Reaktors 1 evakuiert. Im Inneren des Titanrohrs 7 ist eine Heizvorrichtung 10, wie eine Koh­ lenheizvorrichtung, als indirekte Heizeinrichtung vorge­ sehen. Die Heizeinrichtung 10 wird durch die Kammer 8 getragen und die Temperatur wird gesteuert durch eine externe Energieversorgung 11. Die Heizeinrichtung 10 sollte für ein- oder mehrstufige Temperatursteuerung ent­ lang ihrer Longitudinalrichtung geeignet sein. Die Tem­ peratur des Titanrohrs kann indirekt gemessen werden oder direkt unter Verwendung eines Strahlungsthermome­ ters oder Thermoelements.

Bei der Reinigung von Titan wird rohes Titan 13 in den Reaktor 1 eingefüllt. Als rohes Titan 13 wird kompak­ tiertes Titan verwendet, gebildet durch Komprimieren von schwammförmigem Titan auf einer Presse, und zwar zu säulenförmigen, ringförmigen oder zylindrischen Körpern oder deren Teilstücken. Eine zweckentsprechende Anzahl der Stücke kompakten Titans wird entlang der inneren Umfangsoberfläche des Reaktors 1 aufgestapelt. Um eine sichere Halterung des rohen Titans zu gewährleisten, kann um das Titan eine Verstärkung vorgesehen werden.

Ein Freiraum von etwa 20 bis 200 mm wird immer zwischen dem rohen Titan 13 und dem Titanrohr 7 aufrechterhalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt man Titantetra­ jodid, wie bereits früher von den Erfindern vorgeschla­ gen (Patentanmeldung Nr. Hei 2-11 089), mit rohem Titan reagieren unter Bildung von niedervalenten Titanjodiden TiJ₂ und TiJ₃. Anschließend wird hochreines Titan gebil­ det durch thermische Zersetzung der niedervalenten Ti­ tanjodide.

Die niedervalenten Titanjodide erfordern höhere Synthese­ reaktionstemperaturen, jedoch niedrigere thermische Zer­ setzungsreaktionstemperaturen, verglichen mit Titan­ tetrajodid. Um die niedrigen Reaktionstemperaturen der niedervalenten Titanjodide effektiv nutzen zu können, werden die niedervalenten Titanjodide zu Beginn herge­ stellt, indem man Titantetrajodid mit rohem Titan um­ setzt und anschließend das hochreine Titan via diese niedervalenten Titanjodide erhält. Wenn auch der Mecha­ nismus für die Umsetzung von Titan mit niedervalenten Titanjodiden noch nicht endgültig aufgeklärt ist, so wird doch angenommen, daß die durch (3) und (4) darge­ stellten Reaktionen im Inneren des Reaktors ablaufen:

Rohes Ti+TiJ₄→TiJ₂ (Synthesereaktion) (3)

TiJ₂→hochreines Ti+TiJ₄ (thermische Zersetzungsreaktion). (4)

Die Reaktion des rohen Titans mit Titantetrajodid wird bei etwa 700 bis 900°C durchgeführt, was höher ist als die zur Herstellung von Titantetrajodid verwendete Tem­ peratur. Man erhält niedervalente Titanjodide in gas­ förmiger Form. Bei den niedrigeren Temperaturen dieser Reaktion wird Titantetrajodid in einem gasförmigen Zu­ stand gehalten, und zwar sowohl dasjenige, welches noch nicht reagiert hat, als auch dasjenige, welches durch thermische Zersetzung gebildet wurde. Folglich findet keine Beschichtung der Oberfläche des rohen Titans mit niedervalenten Titanjodiden und Titantetrajodiden statt. Die niedervalenten Titanjodide sind der thermischen Zer­ setzung leichter zugänglich als Titantetrajodid, wo­ durch die thermische Zersetzungstemperatur auf etwa 1100 bis 1300°C gesenkt werden kann. Die thermische Zer­ setzung von Metallverunreinigungen wird deshalb inhi­ biert, und es entfällt die Möglichkeit, daß Metallver­ unreinigungen in das abgeschiedene Titan eingemischt werden.

Falls man Titanjodide (Titantetrajodid und niedervalen­ te Titanjodide) kontinuierlich oder intermittierend aus dem Reaktor entfernt, während man kontinuierlich oder intermittierend während der Reaktion Titantetrajodid in den Reaktor einspeist, kann man die Metallverunreinigun­ gen oder Gasverunreinigungen, die vom rohen Titan in die Titanjodidgase freigesetzt werden, aus dem Reaktor entfernen. Auf diese Weise wird die Möglichkeit ausge­ schaltet, daß Metall- oder Gasverunreinigungen in den Ti­ tanjodidgasen innerhalb des Reaktors konzentriert werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Innere des Reaktors 1 auf 10^-1 bis 10^-3 Torr evakuiert, wozu eine Vakuumpumpe 4 verwendet wird. Dabei wird der Reaktor 1 mit dem Heizofen 2 auf etwa 700 bis 900°C erhitzt. Nachdem das Titanrohr 7 von innen indi­ rekt auf 1100 bis 1300°C erhitzt wurde, während man das Innere des Titanrohrs 7 auf 10^-4 bis 10^-5 Torr evakuiert, wird die Evakuierung des Inneren des Reaktors 1 fortge­ setzt, so daß das Innere des Reaktors 1 bei 10^-3 bis 10^-1 Torr gehalten wird. Gleichzeitig wird Titantetra­ jodiddampf aus dem Titantetrajodidbehälter 6 in das Innere des Reaktors 1 eingespeist.

Auf diese Weise erreicht man, daß das in den Reaktor 1 von unten eingeführte Titantetrajodid mit dem rohen Ti­ tan 13 reagiert, das am Perimeter des Reaktors 1 gehal­ ten wird. Es bilden sich niedervalente Titanjodide (TiJ₂, TiJ₃). Die niedervalenten Titanjodide erreichen den zentralen Teil des Reaktors 1 durch Gasdiffusion. Es scheidet sich hochreines Titan auf der Oberfläche des Titanrohrs 7 ab. Das durch diese thermische Zersetzung gebildete Jod und Titantetrajodid reagieren wiederum mit dem rohen Titan 13 unter Bildung von noch mehr nieder­ valenten Titanjodiden. Das Titantetrajodid und nieder­ valente Titanjodidgase wiederholen diese Umsetzungen auf ihrem Weg aufwärts innerhalb des Reaktors. Schließlich werden sie durch eine Falle 3, die auf eine Temperatur unter der Kondensationstemperatur von Titantetrajodid gekühlt ist, kondensiert und eingefangen. Auf dem Titan­ rohr 7 hat sich dabei hochreines Titan abgeschieden. Bei den eingefangenen Titanjodiden handelt es sich um ein Gemisch von Titantetrajodid und niedervalenten Titanjo­ diden (TiJ₂, TiJ₃). Durch Umsetzung mit Jod können die niedervalenten Titanjodide in Titantetrajodid für die Recyclisierung umgewandelt werden.

Ein Titanrohr 7 wird als das Abscheidungssubstrat verwen­ det. Da der Durchmesser und die Länge des Titanrohrs 7 frei gewählt werden können, ist es möglich, die Abschei­ dungsoberfläche sehr groß zu gestalten. Die Verdickung des Titanrohrs 7 als Folge der Titanabscheidung ist in Relation zu der Abscheidungszeit langsam, was es gestat­ tet, die Jodidreaktionen unter konstanten Reaktionsbe­ dingungen ablaufen zu lassen. Durch Verwendung eines Ti­ tanrohrs 7 mit einer Reinheit in der gleichen Größenord­ nung wie die des abgeschiedenen Titans kann das Titan­ rohr 7 im Anschluß an die Reaktion vollständig als das Produkt verwendet werden.

Das Titanrohr 7 wird indirekt erhitzt durch eine Heizeinrichtung 10. Dadurch wird eine einfache Temperatursteue­ rung des Abscheidungssubstrats möglich und die Abschei­ dungsfläche kann leicht einförmig gehalten werden durch eine vielstufige Temperaturkontrolle.

Das Innere des Titanrohrs 7 wird unter Hochvakuumbedin­ gungen gehalten, die unabhängig sind vom Inneren des Re­ aktors 1. Auf diesem Wege können Verunreinigungen, wie Metalle oder Sauerstoff, welche von der Heizeinrichtung 10 stammen können, und der Titandampf aus dem erhitzten Titanrohr 7 schnell nach außen gebracht werden, wodurch eine Verunreinigung des abgeschiedenen Titans vermieden wird. Die Temperatur des Titanrohrs 7 kann mit hoher Ge­ nauigkeit unter Verwendung eines Strahlungsthermometers oder Thermoelements gemessen werden.

Rohes Titan 13 ist kompaktiertes Titan, das durch Pressen gebildet wurde. Das rohe Titan ist daher nicht brüchig und gestattet eine einfache Beschickung des Reaktors 1. Da der Preßdruck verändert werden kann, ist eine Ein­ stellung der Haltekraft möglich, was es gestattet, kom­ paktiertes Titan mit verschiedenen Größen herzustellen.

Die Möglichkeit, eine große Menge Rohmaterial einzufül­ len, gestattet es, den Maßstab der Apparatur zu ver­ größern.

Der Reaktor 1 ist auf seinen inneren Oberflächen ausge­ kleidet, vorzugsweise mit Au, Pt oder Ta, mit einer Dicke von weniger als 2 mm, wodurch eine Hochtemperatur-Korro­ sionsfestigkeit erzielt wird. Die Verwendung von Au, Pt oder Ta gewährleistet Expansionsfähigkeit, vermeidet Rißbildung und ist somit für die Maßstabvergrößerung der Apparatur geeignet. Da sie sowohl gegenüber Titanjodiden als auch Jod in hohem Maße resistent sind, vermischen sich Au, Pt oder Ta nicht mit dem abgeschiedenen Titan. Die Abscheidungsdicke von Au, Pt oder Ta ist auf weniger als 2 mm limitiert. Falls die Dicke größer als 2 mm ist, kommt es zu einer großen Verzerrung aufgrund des Unter­ schieds beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Reaktorwand und der darauf aufgebrachten Beschich­ tung. Diese Beschichtung sollte mindestens auf diejeni­ gen Teile der inneren Oberfläche des Reaktors 1 aufge­ bracht werden, die mit den Reaktionsgasen in Kontakt ge­ langen.

Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Ein Titanrohr 7 ist zwischen einem Paar oberer und unterer aufgespaltener Reaktorsegmente 1, 1 gehalten, welche einen Teil des Reaktors bilden. Das rohe Titan 13 ist in dem Titanrohr 7 gehalten und die Temperatursteuerung erfolgt durch Luftkühlung. Eine Heizeinrichtung 10 zum Erhitzen des Titanrohrs 7 ist außerhalb des Titanrohrs 7 angeordnet. Die Heizeinrich­ tung 10 liegt als Reaktionsraumheizeinrichtung doppelt vor und ist innerhalb einer Kammer 8 angeordnet, zusam­ men mit dem Titanrohr 7. Bei dieser Ausführungsform schei­ det sich hochreines Titan auf der inneren Oberfläche des Titanrohrs 7 ab.

Es sei darauf hingewiesen, daß es möglich ist, Titan auf der inneren oder äußeren Oberfläche des Titanrohrs abzu­ scheiden, indem man das Titanrohr 7 durch elektrischen Widerstand erhitzt. Zusätzlich kann ein Quarzrohr, be­ schichtet mit einem Metall, wie Ta oder Mo, das mit Ti­ tan nicht reagiert, anstelle des Titanrohrs eingesetzt werden. Als Gestalt des Rohrs kommt eine U-Gestalt oder eine geradlinige Rohrgestalt in Frage, oder es können auch andere Formen gewählt werden, falls zweckentspre­ chend. Für die Abscheidungsreaktionen können die herkömm­ lichen Reaktionen, die auf der Verwendung von Jod basie­ ren, genutzt werden.

Die Verwendung eines Rohrs als Substrat für die Abschei­ dung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine ge­ steigerte Produktivität, da von Anfang an eine große Ti­ tanabscheidungsoberfläche vorliegt. Da die Veränderung bei der Oberfläche im Verlauf der Reaktion relativ gering ist, ist es einfach, die Abscheidungsbedingungen konstant zu halten. Da dieses Verfahren eine indirekte Heizung durch die Verwendung einer Heizeinrichtung gestattet, ist die Temperatursteuerung einfach, das Halten einer einför­ migen Temperatur ist möglich und eine häufige Drahtun­ terbrechung, die bei der elektrischen Widerstandsheizung von Filamenten unvermeidbar ist, wird vermieden. Der Heizraum, in dem die indirekte Heizeinrichtung angeord­ net ist, kann unabhängig von dem Reaktionsraum evakuiert werden. Auf diese Weise können Verunreinigungen, wie Me­ talle oder Sauerstoff, kontinuierlich entfernt werden, wodurch eine Kontaminierung des abgeschiedenen Titans vermieden wird.

Kompaktes Titan, das durch Komprimieren gebildet wurde, hat eine äußerst hohe Kohäsionsfestigkeit. Wenn es als rohes Titan verwendet wird, ist die Materialbeschickung des Behälters einfach. Es können somit große Mengen ein­ gefüllt werden, wodurch die Maßstabsvergrößerung der Vor­ richtung möglich wird. Die Beschichtung des Reaktors mit Au, Pt oder Ta vermeidet die Rißbildung der Beschichtung, die bei Mo beobachtet wird, und gestattet somit die wie­ derholte Verwendung des Reaktors. Ferner werden große Verbesserungen hinsichtlich der Einfachheit der Handha­ bung zum Zeitpunkt des Aufbaus und Abbaus des Reaktors erreicht, wodurch ebenfalls eine Maßstabsvergrößerung des Reaktors möglich wird. Darüber hinaus kommt es auf­ grund der ausgezeichneten Korrosionsfestigkeit gegen­ über Jod- und Titanjodidgasen bei hohen Temperaturen zu keiner Beeinträchtigung des abgeschiedenen Titans durch Verunreinigungen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Verfahrens erläutert. Titan wird unter Anwendung des vorliegenden Verfahrens gereinigt. Dabei wird ein Reaktor mit 400 mm Innendurchmesser und 800 mm Höhe ver­ wendet, ein Titanrohr mit 60 mm Außendurchmesser, 56 mm Innendurchmesser und 1500 mm Länge und es werden 80 kg rohes Titan eingesetzt, wobei das rohe Titan auf 900°C erhitzt wird. Das Titanrohr wird auf 1200°C erhitzt.

Die eingespeiste Menge an Titantetrajodid beträgt 100 g/h und der Druck innerhalb des Reaktors wird bei etwa 10 Torr gehalten. Nach 100stündiger Reaktionszeit werden 16 kg hochreines Titan erhalten. Als Vergleichs­ versuch wird eine ähnliche Reinigung durchgeführt, wo­ bei das Titanrohr durch ein Filament aus hochreinem Titan ersetzt wird. Nach 100 h werden lediglich 3,3 kg hochreines Titan erhalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Titan, dadurch gekennzeichnet, daß man unter Verwendung einer indirekten Heizeinrichtung ein rohes Titanmaterial in Gegenwart von Titantetrajodid in einem Reaktor erhitzt, um mindestens eines der niedervalenten Titanjodide TiJ₂ oder TiJ₃ zu bilden, bei einer Temperatur, die ausreicht, um das Titantetrajodid und jedes der erwähnten nieder­ valenten Titanjodide in einem gasförmigen Zustand zu halten; und ein hochreines Titan auf einem Abscheidungs­ substrat abscheidet, in dem man mindestens eines der erwähnten niedervalenten Titanjodide bei einer Tempera­ tur erhitzt, die ausreicht, um eine thermische Zerset­ zung der niedervalenten Titanjodide zu verursachen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Abscheidungssubstrat ein Rohr mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Abschei­ dungssubstrat ein Rohr aus hochreinem Titan umfaßt, wo­ bei das Rohr eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Rohr in­ direkt erhitzt wird, entweder von der inneren Ober­ fläche oder von der äußeren Oberfläche und wobei ein hochreines Titan auf der jeweils anderen Oberfläche ab­ geschieden wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das rohe Titan ein kompaktes Titan umfaßt, das durch Kompression gebildet wurde.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Reaktor eine innere Oberfläche aufweist, die mit einem Metall beschichtet ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gold, Platin oder Tantal.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rohr den Reaktor in einen Heizraum und einen Reaktionsraum aufteilt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Heizraum, in dem die indirekte Heizeinrichtung angeordnet ist, von dem Reaktionsraum isoliert ist und der erwähnte Heizraum und der erwähnte Reaktionsraum jeweils unab­ hängig voneinander evakuiert werden kann.