JP2003147454A - Method for manufacturing low-oxygen titanium material - Google Patents

Method for manufacturing low-oxygen titanium material

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JP2003147454A
JP2003147454A JP2001344212A JP2001344212A JP2003147454A JP 2003147454 A JP2003147454 A JP 2003147454A JP 2001344212 A JP2001344212 A JP 2001344212A JP 2001344212 A JP2001344212 A JP 2001344212A JP 2003147454 A JP2003147454 A JP 2003147454A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a low-oxygen titanium material used for a target for semiconductor use by a Kroll method. SOLUTION: In the method for manufacturing the low-oxygen titanium material, sponge titanium after vacuum separation is cooled in a reactor vessel and a nitride film is formed on the surface of the sponge titanium in the reactor vessel and then the sponge titanium is taken out of the reactor vessel and cut or crushed. The nitride film forms desirably by changing low-oxygen nitrogen gas having a ratio of the partial pressure of nitrogen to the partial pressure of oxygen of >=20 into the reactor vessel and to change the nitrogen gas after the temperature in the central part of the sponge titanium reaches <=200 deg.C in the reactor vessel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、低酸素チタンの製
造方法に関し、詳しくは、半導体素子の表面に配線網を
形成する際に用いられる材料として有用な薄膜形成用高
純度チタン材の製造方法に関し、さらに詳しくは、前記
薄膜形成用高純度チタン材から作製されるスパッタリン
グ用ターゲットの材料として適する、酸素濃度が200ppm
以下と低酸素であるチタン材を製造する方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing low oxygen titanium, and more particularly to a method for producing a high-purity titanium material for forming a thin film, which is useful as a material used when forming a wiring network on the surface of a semiconductor element. With respect to, more specifically, suitable as a material for a sputtering target prepared from the high-purity titanium material for thin film formation, the oxygen concentration is 200ppm
The following relates to a method for producing a titanium material having low oxygen content.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、半導体用配線材料として、高純
度の高融点金属材料が使用されている。具体的に配線材
料として用いられる金属材料としては、モリブデン、タ
ングステン、ニオブ、チタンまたはそれらのシリサイド
があげられるが、中でもチタンは優れた比強度、加工性
および耐食性を有することから、広く使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, high-purity refractory metal materials have been used as wiring materials for semiconductors. Specific examples of the metal material used as the wiring material include molybdenum, tungsten, niobium, titanium, and their silicides. Among them, titanium is widely used because it has excellent specific strength, workability, and corrosion resistance. There is.

【0003】現在、工業的に採用されているチタン材の
製造方法としては、チタン酸化物を塩素化処理によって
チタン塩素化合物を作製し、これを中間原料として還元
し純チタン金属を製造する方法がある。具体的には、中
間原料として四塩化チタン(TiCl)を作製し、還元剤
としてマグネシウム(Mg)を用いるクロール(Kroll)
法と、還元剤としてナトリウム(Na)を用いるハンター
(Hunter)法とに大別できる。これらのチタン材の製造
方法を比較すると、生産性および省エネルギーの観点か
らは、クロール法が優れた製造方法とされている。
At present, as a method for producing a titanium material which has been industrially adopted, there is a method for producing a pure titanium metal by producing a titanium chlorine compound by chlorinating titanium oxide and reducing it as an intermediate raw material. is there. Specifically, Kroll that uses titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as an intermediate material and uses magnesium (Mg) as a reducing agent.
Method and a Hunter method using sodium (Na) as a reducing agent. Comparing the production methods of these titanium materials, the Kroll method is considered to be an excellent production method from the viewpoint of productivity and energy saving.

【0004】図1は、クロール法によってチタン材とし
て得られるスポンジチタンの製造工程を還元〜真空分離
〜破砕に沿って説明する図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the manufacturing process of titanium sponge obtained as a titanium material by the Kroll method, along with reduction, vacuum separation and crushing.

【0005】還元工程()では、還元炉1内のノズル
2からTiClを噴霧させて、溶融Mgと反応させる。この
とき還元炉1内の反応雰囲気中に酸素等の混入がある
と、スポンジチタンを汚染することになるので、反応は
密閉した鋼製の反応容器3内で行われる。
In the reduction step (), TiCl 4 is sprayed from the nozzle 2 in the reduction furnace 1 to react with molten Mg. At this time, if oxygen or the like is mixed in the reaction atmosphere in the reduction furnace 1, titanium sponge will be contaminated, so the reaction is carried out in the closed steel reaction container 3.

【0006】反応に必要なMgを反応容器3に装入して、
容器内を不活性ガスで置換したのち、加熱昇温してMgを
溶融させる。溶融Mgを収容した反応容器3内にノズル2
からTiClが供給され、Tiと副生物であるMgClが生成
される。副生物であるMgClは適宜反応容器3の外へ抜
き取られ、最終的には未反応Mgおよび残留MgClを含
むスポンジ状のチタンが反応容器3内で得られる。
The Mg required for the reaction is charged in the reaction vessel 3 and
After substituting the interior of the container with an inert gas, the temperature is raised by heating to melt the Mg. Nozzle 2 in reaction vessel 3 containing molten Mg
Is supplied with TiCl 4 , and Ti and a by-product MgCl 2 are produced. The by-product MgCl 2 is appropriately extracted to the outside of the reaction container 3, and finally spongy titanium containing unreacted Mg and residual MgCl 2 is obtained in the reaction container 3.

【0007】真空分離工程()では、反応容器3を真
空分離炉4内に収納して、反応容器3の内部を真空状態
とするとともに、さらに反応容器3の外部からその内部
を加熱して、反応容器3内のスポンジチタンに含まれる
未反応Mgおよび残留MgClを蒸発させる。蒸発した未反
応Mgや残留MgClは真空分離炉4外の凝縮器5によって
回収される。真空分離を終えたスポンジチタンは、反応
容器3から円筒状の塊として押し出される。破砕工程
()では、押し出されたスポンジチタンはその底部、
頂部および円周部を除去されてのち、切断プレス6で切
断される。その後、ジョークラッシャーで細粒(1/2 イ
ンチ以下)に破砕される。このように所定の粒径まで破
砕されたスポンジチタンは、さらに品質を均一に維持す
るため混合したのち、アルゴンガスを充填した密閉ドラ
ム缶に入れて保管される。その後、半導体用チタン材お
よび展伸用チタン材の溶解原料として使用される。
In the vacuum separation step (), the reaction container 3 is housed in a vacuum separation furnace 4 to bring the inside of the reaction container 3 into a vacuum state, and the inside of the reaction container 3 is further heated from the outside, Unreacted Mg and residual MgCl 2 contained in titanium sponge in the reaction container 3 are evaporated. The evaporated unreacted Mg and residual MgCl 2 are recovered by the condenser 5 outside the vacuum separation furnace 4. The titanium sponge that has been vacuum-separated is extruded from the reaction vessel 3 as a cylindrical mass. In the crushing process (), the extruded titanium sponge has its bottom,
After the top portion and the circumferential portion are removed, cutting is performed by the cutting press 6. Then, it is crushed into fine particles (less than 1/2 inch) with a jaw crusher. The titanium sponge thus crushed to a predetermined particle size is further mixed to maintain uniform quality, and then stored in a closed drum can filled with argon gas. After that, it is used as a raw material for melting the titanium material for semiconductors and the titanium material for wrought.

【0008】一方、最近のLSI素子の高密度化にとも
ない、さらに半導体用として使用されるチタンは高純度
であることが要求され、特に含有される酸素濃度に関し
一層の低減が要請されている。例えば、DRAMの主流
である64Mビットの配線材料に使用されるチタン材で
は、酸素濃度は250ppm以下が要求される。さらに、近
年、本格的な生産が検討され始めた128Mビット、ある
いは256Mビットという高い集積度の配線材料に使用さ
れるチタン材になると、含有される酸素濃度はさらに低
減させて、200ppm以下が要求されるに至っている。
On the other hand, with the recent increase in the density of LSI devices, titanium used for semiconductors is required to have high purity, and further, the oxygen concentration contained in the titanium is required to be further reduced. For example, a titanium material used as a 64 Mbit wiring material, which is the mainstream of DRAM, is required to have an oxygen concentration of 250 ppm or less. Furthermore, in recent years, full-scale production has begun to be considered, and when it comes to titanium materials used for highly integrated wiring materials of 128 Mbits or 256 Mbits, the oxygen concentration contained will be further reduced, and 200 ppm or less is required. Has been done.

【0009】このような要請に対応して、各種の低酸素
チタン材の製造方法が提案されている。例えば、特開平
10−259432号公報では、破砕工程における湿度条件、ま
たは温度条件を規定することによって、酸素含有量が25
0ppm以下、さらには200ppm以下の高品位を有し、スパッ
タリング用ターゲットに適用することができる低酸素チ
タン材の製造方法が提案されている。ここで提案された
方法では、スポンジケーキに残留するMgC1が大気中の
水分を吸収することによって、スポンジケーキに含有さ
れる酸素量が増加することに着目している。
In response to such demands, various methods for producing low oxygen titanium materials have been proposed. For example,
In the 10-259432 publication, the oxygen content is set to 25 by specifying the humidity condition or the temperature condition in the crushing process.
A method for producing a low-oxygen titanium material having a high quality of 0 ppm or less, further 200 ppm or less and applicable to a sputtering target has been proposed. In the method proposed here, MgCl 2 remaining in the sponge cake by absorbing moisture in the atmosphere, attention is paid to the amount of oxygen contained in the sponge cake increases.

【0010】具体的には、スポンジチタンの切断工程、
特に破砕工程での雰囲気中の湿度が高いと、スポンジチ
タン中の酸素含有量が増加し、逆に、破砕工程での雰囲
気中の湿度が低くなると、スポンジチタンに含有される
酸素が抑制されるとしている。このため、クロール法で
製造したスポンジチタンケーキを切断、選別したスポン
ジチタンを破砕する際に、絶対湿度が「10g-HO/m
下」の雰囲気下で、さらに望ましくは雰囲気温度も25℃
以下に保持して行うようにしている。
Specifically, the step of cutting titanium sponge,
In particular, when the humidity in the atmosphere in the crushing step is high, the oxygen content in titanium sponge increases, and conversely, when the humidity in the atmosphere in the crushing step is low, the oxygen contained in titanium sponge is suppressed. I am trying. Therefore, when the sponge titanium cake produced by the Kroll method is cut and the selected titanium sponge is crushed, the absolute humidity is “10 g-H 2 O / m 3 or less”, and more preferably the ambient temperature is 25 ℃
I will keep it below.

【0011】しかしながら、上記特開平10−259432号公
報で提案の方法を実施しようとすると、破砕工程におけ
る雰囲気湿度、さらに雰囲気温度を調整するための装置
が必要となり、それにともなう費用が高純度チタンの製
造コストを高騰させることになる。また、反応容器から
取り出されたスポンジチタンの吸湿による含有酸素を抑
制することができるが、スポンジチタンは大気雰囲気中
の酸素に対して活性であることから、酸化による酸素濃
度の上昇に対しては有効な手段とはならない。
However, if the method proposed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-259432 is to be carried out, an apparatus for adjusting the atmospheric humidity and the atmospheric temperature in the crushing step is required, and the cost associated with it is high. This will increase the manufacturing cost. Also, oxygen contained in the sponge titanium taken out of the reaction vessel due to moisture absorption can be suppressed, but since sponge titanium is active against oxygen in the air atmosphere, it is not possible to increase the oxygen concentration due to oxidation. It is not an effective means.

【0012】また、特開2000−309833号公報では、クロ
ール法によって製造されたスポンジチタンを、真空分離
後に中心部分の温度が実質的に100℃以下になるまで冷
却した後、スポンジチタンの中心部を切断して、酸素含
有量が200ppm以下である低酸素高純度チタン材の製造方
法が開示されている。この方法では、真空分離後のスポ
ンジチタンの表面は活性であるため大気雰囲気に曝され
ると、酸化膜が表面に形成され、その酸化膜の厚さはス
ポンジチタンの温度に依存し、温度が高くなるほど酸化
膜が厚くなり、それに伴ってスポンジチタンに含有され
る酸素濃度も上昇することに着目したものである。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-309833, sponge titanium produced by the Kroll method is cooled until the temperature of the central portion after vacuum separation is substantially 100 ° C. or lower, and then the central portion of titanium sponge is cooled. A method for producing a low-oxygen high-purity titanium material having an oxygen content of 200 ppm or less is disclosed. In this method, since the surface of titanium sponge after vacuum separation is active, an oxide film is formed on the surface when exposed to the atmosphere, and the thickness of the oxide film depends on the temperature of titanium sponge. It was noted that the higher the thickness, the thicker the oxide film and the higher the oxygen concentration contained in titanium sponge.

【0013】ところが、上記の中心温度を規定する方法
では、真空分離後、反応容器内で比較的長時間の冷却を
要することになる。したがって、低酸素チタン材の効率
生産の観点からは、冷却時間の短縮に改善の余地があ
る。
However, in the above method of defining the central temperature, it is necessary to cool the reaction vessel for a relatively long time after vacuum separation. Therefore, from the viewpoint of efficient production of low oxygen titanium materials, there is room for improvement in shortening the cooling time.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低酸素チタ
ン材、例えば、酸素濃度が200ppm以下のチタンを製造す
る際の問題を解決するためになされたものであり、スポ
ンジチタンを冷却する反応容器内でスポンジチタン表面
に窒化膜を形成させた後、スポンジチタンを取り出すこ
とによって、スパッタリング用ターゲットの作製に適す
る、低酸素チタン材を製造する方法を提供することを目
的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problem in producing a low oxygen titanium material, for example, titanium having an oxygen concentration of 200 ppm or less, and is a reaction for cooling titanium sponge. An object of the present invention is to provide a method for producing a low-oxygen titanium material suitable for producing a sputtering target by forming a nitride film on the titanium sponge surface in a container and then taking out the titanium sponge.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題
を達成するため、前記特開2000−309833号公報で開示さ
れた方法を用いて、種々の検討を行った。反応容器内で
スポンジチタンを実質的に100℃以下になるまで冷却す
ると、反応容器から取り出したスポンジチタンの中心部
分の切断、採取の際に、その表面に膜厚の薄い酸化皮膜
が形成されるようになる。そして、採取されたスポンジ
チタンの表面に酸化皮膜が形成されると、その内部への
酸素供給が困難になるため、その後の酸素含有量の上昇
を抑制することができる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has conducted various studies using the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-309833. When the titanium sponge is cooled to below 100 ° C in the reaction vessel, a thin oxide film is formed on the surface of the titanium sponge taken out from the reaction vessel at the time of cutting and sampling. Like Then, when an oxide film is formed on the surface of the collected titanium sponge, it becomes difficult to supply oxygen to the inside, so that it is possible to suppress the subsequent increase in oxygen content.

【0016】次に、反応容器内の冷却時間を短縮して、
中心温度が150℃程度でスポンジチタンを取り出すと、
大気中の酸素と反応して、その表面に酸化皮膜が形成さ
れる。酸化皮膜の形成にともなう反応熱の影響から、局
所的に表面温度が上昇しさらに酸化が進行することにな
り、スポンジチタンの表面には比較的厚い皮膜が形成さ
れる。さらに、切断、破砕を行う際には、加工にともな
って新たな切断面、破砕面が現れることから、加工にと
もなう加工熱と、切断面または破砕面の反応熱とが相ま
って、さらにスポンジチタン表面の皮膜形成が促進され
て、酸素含有量が上昇することになる。
Next, the cooling time in the reaction vessel is shortened,
When the sponge titanium is taken out at the center temperature of about 150 ° C,
By reacting with oxygen in the atmosphere, an oxide film is formed on the surface. Due to the influence of reaction heat associated with the formation of the oxide film, the surface temperature locally rises and the oxidation further proceeds, so that a relatively thick film is formed on the surface of titanium sponge. Furthermore, when cutting or crushing, a new cutting surface or crushing surface appears with processing, so the processing heat associated with processing and the reaction heat of the cutting surface or crushing surface combine, and the sponge titanium surface The film formation is promoted and the oxygen content is increased.

【0017】反応容器内での冷却時間を短縮しても、ス
ポンジチタン表面に形成される酸化皮膜を抑制するた
め、窒素ガスを反応容器に導入してスポンジチタン表面
に窒化膜を形成させた後、スポンジチタンを大気中に取
り出すこととした。スポンジチタンの塊性状はポーラス
であるため、窒素ガスが反応容器内のスポンジチタンの
中心部まで浸透するため、窒化膜の形成はほぼ全面で行
われる。
In order to suppress the oxide film formed on the titanium sponge surface even if the cooling time in the reaction container is shortened, after introducing nitrogen gas into the reaction container to form a nitride film on the titanium sponge surface. , Decided to take out the titanium sponge into the atmosphere. Since the bulk property of titanium sponge is porous, nitrogen gas permeates to the central portion of titanium sponge in the reaction vessel, so that the nitride film is formed almost entirely.

【0018】窒化膜が形成されたスポンジチタンを大気
中に曝しても、その後の酸化反応による酸化皮膜の形成
は著しく抑制される。例えば、本発明者の調査によれ
ば、上記特開2000−309833号公報で開示された方法によ
るスポンジチタン表面の酸化皮膜の厚さは100〜150Åで
あるのに対し、窒化膜が形成されたスポンジチタン表面
の酸化皮膜の厚さは100Å以下に留まっている。
Even when the titanium sponge having the nitride film formed thereon is exposed to the atmosphere, the formation of an oxide film due to the subsequent oxidation reaction is significantly suppressed. For example, according to a study by the present inventor, the thickness of the oxide film on the titanium sponge surface by the method disclosed in JP 2000-309833 A is 100 to 150 Å, whereas a nitride film is formed. The thickness of the oxide film on the titanium sponge surface remains below 100Å.

【0019】さらに、切断、破砕を行う際には、加工に
ともなって新たな切断面、破砕面が現れ、温度上昇が生
じたとしても、窒化膜が形成されたスポンジチタン表面
における酸化皮膜の形成は抑制されることになる。
Further, when cutting and crushing, a new cutting surface and a crushing surface appear due to processing, and even if the temperature rises, an oxide film is formed on the titanium sponge surface on which the nitride film is formed. Will be suppressed.

【0020】本発明は、上記知見に基づいて完成された
ものであり、下記(1)および(2)の低酸素チタン材の製造
方法を要旨としている。(1)クロール法によって得られ
たスポンジチタンから低酸素チタン材を製造する方法で
あって、真空分離後のスポンジチタンを反応容器内で冷
却し、次いで反応容器内のスポンジチタン表面に窒化膜
を形成させた後、スポンジチタンを反応容器から取り出
して切断または/および破砕することを特徴とする低酸
素チタン材の製造方法である。(2)上記(1)の製造方法に
おいては、窒化膜の形成を窒素分圧/酸素分圧の比が20
以上である低酸素含有窒素ガスを反応容器内に導入して
行い、さらに、反応容器内でスポンジチタン中心部の温
度が200℃以下になった後、窒素ガスを導入するのが望
ましい。
The present invention has been completed based on the above findings, and has as its gist the following methods (1) and (2) for producing a low oxygen titanium material. (1) A method for producing a low-oxygen titanium material from titanium sponge obtained by the Kroll method, in which titanium sponge after vacuum separation is cooled in a reaction vessel, and then a nitride film is formed on the titanium sponge surface in the reaction vessel. After the formation, titanium sponge is taken out from the reaction vessel and cut and / or crushed, which is a method for producing a low oxygen titanium material. (2) In the manufacturing method of (1) above, the formation of the nitride film is performed at a nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure ratio of 20.
It is desirable to introduce the low oxygen-containing nitrogen gas as described above into the reaction vessel, and then introduce the nitrogen gas after the temperature of the titanium sponge central portion becomes 200 ° C. or lower in the reaction vessel.

【0021】上記(1)および(2)の製造方法を採用すれ
ば、酸素濃度が200ppm以下の低酸素であり、かつ高純度
のチタン材を製造することができる。本発明では、高純
度チタン材とは不純物としてFe、Ni、Cr、AlおよびSiの
含有量が10ppm以下であり、NaおよびKの含有量が0.1pp
m以下であることを意図している。
By adopting the production methods (1) and (2), it is possible to produce a titanium material having a low oxygen concentration of 200 ppm or less and high purity. In the present invention, the high-purity titanium material means that the content of Fe, Ni, Cr, Al and Si as impurities is 10 ppm or less and the content of Na and K is 0.1 pp.
intended to be less than or equal to m.

【0022】現状のクロール法の製造技術においては、
スポンジチタンの塊重量は、使用される反応容器の容量
の応じて6〜10tonが多用されている。本発明者の検討
によれば、本発明の製造方法は6〜10ton重量のスポン
ジチタンに限定されるものではなく、それ以外、例え
ば、1Ton〜5Tonのスポンジチタン塊であっても、適用
することができる。
In the current production method of the Kroll method,
The lump weight of titanium sponge is often 6 to 10 tons depending on the capacity of the reaction vessel used. According to the study by the present inventor, the production method of the present invention is not limited to 6 to 10 ton weight sponge titanium, and other than that, for example, 1 ton to 5 ton sponge titanium lumps should be applied. You can

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、真空分離
後のスポンジチタンを反応容器内で冷却し、次いで反応
容器内のスポンジチタン表面に窒化膜を形成させた後、
スポンジチタンを反応容器から取り出して切断または破
砕することを特徴としている。以下、本発明にかかる低
酸素チタン製造における窒化膜の形成条件、冷却時間お
よび切断、破砕の内容について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the production method of the present invention, titanium sponge after vacuum separation is cooled in a reaction vessel, and then a nitride film is formed on the titanium sponge surface in the reaction vessel.
The feature is that the sponge titanium is taken out from the reaction vessel and cut or crushed. Hereinafter, the conditions for forming a nitride film, the cooling time, and the contents of cutting and crushing in the production of low oxygen titanium according to the present invention will be described.

【0024】通常、前記特開2000−309833号公報で開示
された方法を用いて、反応容器内でスポンジチタンを実
質的に100℃以下になるまで冷却する場合には、冷却時
間は70〜80時間となる。これに対し、本発明の冷却時間
は50〜70時間(後述する実施例参照)であれば良いか
ら、冷却時間の大幅な削減が可能になる。
Usually, when the titanium sponge is cooled to substantially 100 ° C. or lower in the reaction vessel by using the method disclosed in the above-mentioned JP-A-2000-309833, the cooling time is 70-80. It's time. On the other hand, the cooling time of the present invention may be 50 to 70 hours (see Examples described later), and therefore the cooling time can be significantly reduced.

【0025】窒化膜の形成は、窒素ガスを反応容器に導
入して行われるが、その導入タイミングは、反応容器か
らスポンジチタンを取り出す直前であればよい。例え
ば、冷却完了時間、すなわち、反応容器の蓋を解放する
15〜20分前に、反応容器内を真空引きした後窒素ガスを
封入する。このとき、真空引きにより容器内のアルゴン
ガスが排出されるが、これはスポンジチタンの冷却速度
を速めるため、および反応容器内への大気のリークを防
止するため、冷却開始時から注入されているものであ
る。
The formation of the nitride film is carried out by introducing nitrogen gas into the reaction vessel, but the introduction timing may be any timing immediately before taking out the sponge titanium from the reaction vessel. For example, the time to complete cooling, that is, to open the lid of the reaction vessel
15 to 20 minutes before, the inside of the reaction vessel is evacuated and then filled with nitrogen gas. At this time, argon gas in the container is discharged by evacuation, but this is injected from the start of cooling in order to speed up the cooling rate of titanium sponge and to prevent leakage of air into the reaction container. It is a thing.

【0026】窒素ガス導入時にアルゴンガスが反応容器
内に残留していても、反応容器内の窒素が質量比率(ma
ss%)で10%以上であれば、窒素ガスによる窒化膜の形
成が適正に行われる。
Even if the argon gas remains in the reaction vessel when the nitrogen gas is introduced, the nitrogen in the reaction vessel has a mass ratio (ma
If the ss%) is 10% or more, the nitride film is properly formed by the nitrogen gas.

【0027】本発明で窒化層の形成に用いられる窒素ガ
スは、窒素分圧/酸素分圧の比が20以上である低酸素含
有窒素ガスを用いるのが望ましい。これは窒素ガス中に
酸素ガスを含有する場合であっても、酸素を低分圧、す
なわち、低濃度に制御することによって、酸化膜の形成
より窒化膜の形成を優先させるためである。
The nitrogen gas used for forming the nitride layer in the present invention is preferably a low oxygen-containing nitrogen gas having a nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure ratio of 20 or more. This is because even if nitrogen gas contains oxygen gas, the formation of the nitride film has priority over the formation of the oxide film by controlling the oxygen partial pressure, that is, the low concentration.

【0028】したがって、窒素分圧/酸素分圧の比が20
未満の窒素ガスを用いる場合には、酸化膜の形成が主と
なり、本来必要な窒素膜の形成が充分になされないおそ
れが生じる。一方、使用する窒化用ガスは純窒素ガスで
もよいことから、窒素分圧/酸素分圧の比の上限は特に
定める必要はない。
Therefore, the ratio of nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure is 20.
When the nitrogen gas is used in an amount less than the above, the oxide film is mainly formed, and the originally necessary nitrogen film may not be sufficiently formed. On the other hand, since the nitriding gas to be used may be pure nitrogen gas, the upper limit of the ratio of nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure does not need to be specified.

【0029】本発明では、反応容器内で冷却されたスポ
ンジチタン中心部の温度が200℃以下になった後、上記
低酸素含有窒素ガスを導入するのが望ましい。さらに望
ましくは、その中心部の温度が150℃以下になった後に
導入することである。中心部の温度が200℃以上の状態
で窒素ガスを導入すると、形成される窒化皮膜の厚さが
急速に厚くなり、含有される窒素濃度が上昇し、高純度
チタンに影響を及ぼすことが懸念される。
In the present invention, it is desirable to introduce the low oxygen-containing nitrogen gas after the temperature of the titanium sponge center portion cooled in the reaction vessel reaches 200 ° C. or lower. More preferably, it is introduced after the temperature of the central portion has reached 150 ° C. or lower. If nitrogen gas is introduced when the temperature of the central part is 200 ° C or higher, the thickness of the nitride film that is formed will increase rapidly, and the concentration of nitrogen contained will increase, affecting high-purity titanium. To be done.

【0030】通常、中心部分の温度コントロールは、真
空分離終了後の冷却時間によって管理される。そのた
め、反応を終了したスポンジチタンを冷却し、上部から
ドリルで穿孔して中心部分に熱電対を挿入したのち、真
空分離を行う温度まで昇温する。そして、真空分離を行
った後冷却し、冷却開始からの時間と中心部分の温度と
の関係が実測される。この実測結果に基づいて、真空分
離後の冷却時間が管理される。
Usually, the temperature control of the central portion is controlled by the cooling time after the completion of vacuum separation. For this reason, the titanium sponge that has undergone the reaction is cooled, drilled from the top and a thermocouple is inserted into the central portion, and then the temperature is raised to the temperature at which vacuum separation is performed. Then, after performing vacuum separation, cooling is performed, and the relationship between the time from the start of cooling and the temperature of the central portion is measured. Based on this measurement result, the cooling time after vacuum separation is managed.

【0031】さらに、本発明の製造方法では、反応容器
から取り出してのち、上記スポンジチタンを切断し、測
定された酸素濃度が要求濃度を満たす切断塊を選んで切
断、破砕するのが望ましい。製造されるチタンの濃度管
理、品質管理を厳密に行うためである。
Furthermore, in the production method of the present invention, it is desirable that after the titanium sponge is taken out from the reaction vessel, the cut sponge having the measured oxygen concentration satisfying the required concentration is selected and cut and crushed. This is to strictly control the concentration and quality of manufactured titanium.

【0032】現状において、高純度チタン材の用途であ
るスパッタリングターゲットで要求される不純物の含有
量は、窒素濃度については30ppm以下であり、酸素濃度
については250ppm以下である。最近において、要求され
る窒素濃度は問題とならないが、酸素濃度が厳しい条件
に移行しつつあり、酸素濃度が高純度チタン材の歩留ま
りに影響を及ぼしている。したがって、ここで基準とす
る酸素濃度は180ppmである。
At present, the content of impurities required for a sputtering target which is an application of a high-purity titanium material is 30 ppm or less for nitrogen concentration and 250 ppm or less for oxygen concentration. Recently, the required nitrogen concentration is not a problem, but the oxygen concentration is shifting to severe conditions, and the oxygen concentration affects the yield of high-purity titanium materials. Therefore, the standard oxygen concentration here is 180 ppm.

【0033】実際の操業においては、スポンジチタンの
全ての切断塊を測定対象とするのではなく、周辺部の除
いた中心部の切断塊を測定対象としている。例えば、中
心部としては、スポンジチタン塊の底部から厚さが塊高
さの15%以上の部分と頂部から厚さが塊高さの5%以上
の部分とを切断除去し、かつ円筒状塊の円周部から厚さ
が塊直径の10%以上の円周部分を切断除去した部分が該
当する。
In an actual operation, not all cut lumps of titanium sponge are measured, but the cut lumps in the central portion excluding the peripheral portion are measured. For example, as a central portion, a portion having a thickness of 15% or more of the lump height from the bottom of the titanium sponge lump and a portion having a thickness of 5% or more of the lump height from the top are cut and removed, and The portion corresponding to the peripheral portion of which the thickness is 10% or more of the lump diameter is cut and removed.

【0034】本発明方法は、低酸素チタン材の製造にお
いて、真空分離後のスポンジチタンの表面に薄い窒化皮
膜を形成して、その後、大気中に暴露させた場合に、酸
化皮膜の形成を抑制させることは、新たな設備、装置を
特に必要とすることもなく、有効な製造方法である。ま
た、この方法は、高純度チタン材用として有効であるば
かりでなく、展伸材用、粉末製造用および精密鋳造用の
チタン材の製造用としても適用できるものである。
According to the method of the present invention, in the production of a low oxygen titanium material, a thin nitride film is formed on the surface of titanium sponge after vacuum separation, and thereafter, when the film is exposed to the atmosphere, the formation of an oxide film is suppressed. This is an effective manufacturing method without requiring any new equipment or device. Further, this method is not only effective for high-purity titanium materials, but also applicable for wrought materials, powder production, and precision casting titanium material production.

【0035】[0035]

【実施例】本発明の製造方法による効果を、具体的な実
施例に基づいて詳細に説明する。クロール法によって真
空分離後の重量が約6Tである円筒状スポンジチタンを
製造した。
EXAMPLES The effects of the manufacturing method of the present invention will be described in detail based on specific examples. A cylindrical sponge titanium having a weight of about 6T after vacuum separation was manufactured by the Kroll method.

【0036】発明例では、真空分離終了後からの冷却時
間を50〜76時間で管理し、反応容器を開放する15分前か
ら5分前の10分間にわたって、反応容器内を概ね真空引
きした。その後、反応容器を開放する5分前から開放ま
での5分間に、容器蓋部から窒素分圧/酸素分圧の比が
100以上の窒素ガスを導入し、蓋部を開放して反応容器
内のスポンジチタン塊を大気中に取り出した。取り出さ
れたスポンジチタンは、切断および破砕により粒径10〜
30mmに整粒して均一に混合した後、塊中心部の酸素濃度
および窒素濃度を測定した。
In the invention examples, the cooling time after the completion of the vacuum separation was controlled to 50 to 76 hours, and the inside of the reaction vessel was generally evacuated for 10 minutes from 15 minutes before the reaction vessel was opened to 5 minutes before. Then, within 5 minutes from 5 minutes before opening the reaction vessel to 5 minutes before opening, the ratio of the nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure from the vessel lid is
100 or more nitrogen gas was introduced, the lid was opened, and the titanium sponge mass in the reaction vessel was taken out into the atmosphere. The titanium sponge taken out has a particle size of 10 ~
After the particles were sized to 30 mm and uniformly mixed, the oxygen concentration and nitrogen concentration in the center of the lump were measured.

【0037】比較例では、真空分離終了後からの冷却時
間を50〜76時間として、窒素ガスを導入することなく、
反応容器から取り出されたスポンジチタンは切断および
破砕により粒径10〜30mmに整粒して均一に混合した後、
塊中心部の酸素濃度および窒素濃度を測定した。
In the comparative example, the cooling time after completion of vacuum separation was set to 50 to 76 hours, without introducing nitrogen gas,
The titanium sponge taken out from the reaction vessel was sized by cutting and crushing to a particle size of 10 to 30 mm and uniformly mixed,
The oxygen concentration and nitrogen concentration in the center of the lump were measured.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】表1の結果から明らかなように、発明例1
では大幅な冷却時間の短縮を図ったことになるが、結果
は酸素濃度は200ppm以下を満足するものであり、高純度
チタン用として採用できる低酸素チタンが得られた。一
方、発明例3では、従来と同様の冷却時間を確保すれ
ば、従来得られなかった低酸素チタン材の製造が可能に
なる。
As is clear from the results shown in Table 1, Invention Example 1
Although the cooling time was significantly shortened, the result was that the oxygen concentration was less than 200 ppm, and low-oxygen titanium that could be used for high-purity titanium was obtained. On the other hand, in Invention Example 3, if the same cooling time as the conventional one is secured, it becomes possible to manufacture a low oxygen titanium material which has not been obtained conventionally.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明の低酸素チタン材の製造方法によ
れば、反応容器内に窒素ガスを導入して、円筒状のスポ
ンジチタンの中心部分まで窒化膜を形成することによっ
て、スパッタリング用ターゲットの作製に適する、酸素
濃度が200ppm以下の低酸素チタン材を製造することがで
きる。
According to the method for producing a low oxygen titanium material of the present invention, nitrogen gas is introduced into the reaction vessel to form a nitride film up to the central portion of the cylindrical titanium sponge, thereby producing a sputtering target. It is possible to produce a low oxygen titanium material having an oxygen concentration of 200 ppm or less, which is suitable for the production of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】クロール法によるスポンジチタンの製造工程を
還元〜真空分離〜破砕に沿って説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a production process of titanium sponge by the Kroll method along with reduction, vacuum separation, and crushing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…還元炉、 2…ノズル、 3…反応容器 4…真空分離炉、 5…凝縮器 6…切断プレス 1 ... Reduction furnace, 2 ... Nozzle, 3 ... Reaction vessel 4 ... Vacuum separation furnace, 5 ... condenser 6 ... Cutting press

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】クロール法によって得られたスポンジチタ
ンから低酸素チタン材を製造する方法であって、真空分
離後のスポンジチタンを反応容器内で冷却し、次いで反
応容器内のスポンジチタン表面に窒化膜を形成させた
後、スポンジチタンを反応容器から取り出して切断また
は/および破砕することを特徴とする低酸素チタン材の
製造方法。
1. A method for producing a low-oxygen titanium material from titanium sponge obtained by the Kroll method, wherein titanium sponge after vacuum separation is cooled in a reaction vessel, and then titanium sponge surface in the reaction vessel is nitrided. After forming the film, the sponge titanium is taken out from the reaction vessel and cut and / or crushed, which is a method for producing a low oxygen titanium material.
【請求項2】上記窒化膜の形成を窒素分圧/酸素分圧の
比が20以上である低酸素含有窒素ガスを反応容器内に導
入することにより行うことを特徴とする請求項1記載の
低酸素チタン材の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the formation of the nitride film is performed by introducing a low oxygen-containing nitrogen gas having a nitrogen partial pressure / oxygen partial pressure ratio of 20 or more into a reaction vessel. Manufacturing method of low oxygen titanium material.
【請求項3】反応容器内でスポンジチタン中心部の温度
が200℃以下になった後、上記低酸素含有窒素ガスを導
入することを特徴とする請求項1または2に記載の低酸
素チタン材の製造方法。
3. The low oxygen titanium material according to claim 1, wherein the low oxygen content nitrogen gas is introduced after the temperature of the titanium sponge central portion becomes 200 ° C. or lower in the reaction vessel. Manufacturing method.
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