JP2019099877A - 高融点金属体の製造方法、真空加熱装置及び多孔質台座 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素還元によって、より高純度の高融点金属体を製造する。【解決手段】高融点金属体の製造方法は、真空容器内に設けられたステージ上に、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体を支持可能な多孔質台座を載置することを含む。上記成形体は、上記多孔質台座に支持される。上記成形体は、上記真空容器内を排気機構により排気される。さらに、上記成形体は、上記真空容器内を排気機構により排気しつつ加熱機構によって加熱される。上記成形体に含まれる上記高融点金属酸化物を炭素還元して、高融点金属体が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、高融点金属体の製造方法、真空加熱装置及び多孔質台座に関する。

タンタル等の高融点金属を含む金属酸化物から、高融点金属を抽出する方法として、炭素還元法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、タンタル酸化物及び黒鉛を含む成形体をプラズマアーク炉に入れ、この成形体に数千度以上のプラズマトーチに晒し、成形体から高融点金属体を得る手法である。しかしながら、プラズマアーク法は、プラズマトーチに晒される成形体の面積が限られることから量産性には優れない。

これに対して、成形体を数千度以上に加熱処理する別の手法として、真空加熱処理がある（例えば、特許文献１参照）。真空加熱処理は、比較的大きな成形体を真空容器内に設置できることから、一度に炭素還元できる成形体の量が増し、量産性に優れる。そして、このような真空加熱処理では、成形体の炭素還元をいかにして効率よく促進させ、高純度の高融点金属体を得るかが重要になる。

特許第４０２３７７４号公報

日本鉱業会誌／９６ １１０５ （'８０−３） １６５＜４５＞−１７０＜５４＞

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、炭素還元によって、より高純度の高融点金属体を製造する高融点金属体の製造方法、真空加熱装置及び多孔質台座を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る高融点金属体の製造方法は、真空容器内に設けられたステージ上に、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体を支持可能な多孔質台座を載置することを含む。上記成形体は、上記多孔質台座に支持される。上記成形体は、上記真空容器内を排気機構により排気しつつ加熱機構によって加熱される。上記成形体に含まれる上記高融点金属酸化物は、炭素還元される。
このような方法であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の高融点金属体の製造方法においては、上記多孔質台座は、上高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含んでもよい。
このような方法であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の高融点金属体の製造方法においては、上記多孔質台座として、タングステン酸化物を含む上記成形体には、密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体を用いてもよい。また、モリブデン酸化物を含む上記成形体には、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体を用いてもよい。また、タンタル酸化物を含む上記成形体には、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体を用いてもよい。また、ニオブ酸化物を含む上記成形体には、密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体を用いてもよい。
これらの方法であれば、成形体は、高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられ、且つ多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空加熱装置は、真空容器と、排気機構と、ステージと、多孔質台座と、加熱機構とを具備する。上記排気機構は、上記真空容器内のガスを排気する。上記ステージは、上記真空容器内に設けられる。上記多孔質台座は、上記ステージに載置される。上記多孔質台座は、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体を支持可能である。上記加熱機構は、上記成形体を加熱する。
このような真空加熱装置であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の真空加熱装置においては、上記多孔質台座は、上記ステージに載置される第１面と、上記成形体を支持可能な第２面とを含む台座本体を有してもよい。上記台座本体は、上記高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含んでもよい。
このような真空加熱装置であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持される。これにより、多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の真空加熱装置においては、上記台座本体は、密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体、及び密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体のいずれかであってもよい。
このような真空加熱装置であれば、成形体は、高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられ、且つ多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る多孔質台座は、真空容器内に設けられたステージに載置される第１面と、高融点金属酸化物及び炭素を含み、上記高融点金属酸化物が炭素還元されると高融点金属体に変化する成形体を支持可能な第２面とを有する台座本体を具備する。
このような多孔質台座であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の多孔質台座においては、上記台座本体は、上記高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含んでもよい。
このような多孔質台座であれば、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体が高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持される。これにより、多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

上記の多孔質台座においては、上記台座本体が密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体、及び密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体のいずれかであってもよい。
このような多孔質台座であれば、成形体は、高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む多孔質台座によって支持され、加熱機構によって成形体が加熱される。これにより、成形体からステージへの熱拡散が抑えられ、且つ多孔質台座から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。この結果、高純度の高融点金属が形成される。

以上述べたように、本発明によれば、炭素還元によって、より高純度の高融点金属体が製造される。

本実施形態に係る真空加熱装置の概略断面図である。 図（ａ）は、台座の概略上面図である。図（ｂ）は、図（ａ）における破線部の概略断面図である。図（ｃ）は、図（ａ）の概略拡大図である。 本実施形態に係る真空加熱装置の動作の一例を示す概略グラフ図である。 図（ａ）は、実施例１に係る真空加熱処理で形成されたタンタル金属体のＸ線回折結果である。図（ｂ）は、比較例に係る真空加熱処理で形成されたタンタル金属体のＸ線回折結果である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

図１は、本実施形態に係る真空加熱装置の概略断面図である。図１に示される真空加熱装置１は、一例であり、この例に限らない。

真空加熱装置１は、真空容器１０と、脚部１１と、基体１２と、排気機構２０と、ステージ３０と、台座４０と、加熱機構５０と、断熱部材６０と、ガス供給機構８０とを具備する。図１の例では、台座４０上に成形体１００が載置された状態が示されている。この状態では、成形体１００は、加熱される前の状態にある。

真空容器１０は、基体１２、ステージ３０、台座４０、加熱機構５０、断熱部材６０、及び成形体１００を囲む。真空容器１０は、例えば、円筒状の真空容器で、Ｘ軸方向に延在する。真空加熱装置１においては、図１の手前と奥にも真空容器１０の一部である扉部（不図示）が配置され、真空容器１０内のガスが排気機構２０によって排気される。これにより、真空容器１０内は、減圧状態に維持される。排気機構２０は、例えば、ロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ等の真空ポンプを有する。真空容器１０は、脚部１１により支持されている。基体１２は、真空容器１０内に固定され、断熱部材６０下に配置されている。なお、基体１２も断熱材として機能する。

真空容器１０内には、断熱部材６０が設けられている。断熱部材６０は、固定冶具６５により真空容器１０の内壁１０ｗに固定されている。断熱部材６０は、ステージ３０の一部、台座４０、加熱機構５０の一部、及び成形体１００を囲む。断熱部材６０の内側は、断熱部材６０の外側から密閉されてなく、真空容器１０内では、断熱部材６０の内側と外側とでガスの行き来が可能である。

断熱部材６０は、下部断熱部材６１と、側部断熱部材６２ａ、６２ｂと、上部断熱部材６３とを有する。下部断熱部材６１は、Ｘ−Ｙ平面（水平面）に対して平行に配置されている。下部断熱部材６１は、Ｚ軸方向において上部断熱部材６３に対向する。側部断熱部材６２ａと側部断熱部材６２ｂとは、Ｙ軸方向において互いに対向する。下部断熱部材６１、側部断熱部材６２ａ、６２ｂ、及び上部断熱部材６３のそれぞれは、Ｘ軸方向に延在する。真空容器１０内には、成形体１００の手前及び奥にも断熱部材が配置されてもよい。

ステージ３０の一部は、断熱部材６０内に設けられている。ステージ３０は、ステージ本体３１と、複数の支柱３３と、炭素板３２と、炭素シート３４とを有する。ステージ本体３１及び支柱３３は、例えば、炭素製材料で構成されている。炭素板３２と、炭素シート３４とは、ステージ３０から適宜取り除いてもよい。

複数の支柱３３のそれぞれは、例えば、下部断熱部材６１を貫通し、基体１２に対して垂直に立設されている。ステージ本体３１は、複数の支柱３３（例えば、４点支持）により支えられている。これにより、ステージ本体３１は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行に配置される。さらに、ステージ３０は、ステージ本体３１が下部断熱部材６１に直接接しない構成になる。

炭素板３２は、ステージ本体３１上に載置されている。ステージ本体３１及び炭素板３２は、断熱部材６０内においてＸ軸方向に延在する。例えば、Ｚ軸方向からステージ本体３１及び炭素板３２を見た場合、ステージ本体３１及び炭素板３２の平面形状は、例えば、長方形である。

ステージ本体３１の下に下部断熱部材６１が配置されていることにより、成形体１００が加熱機構５０によって加熱された場合、成形体１００に与えられた熱が真空容器１０に逃げにくい構成になる。また、炭素板３２は、線膨張係数が小さく、耐熱特性に優れる。このような炭素板３２をステージ本体３１上に配置することにより、ステージ本体３１は、は、成形体１００や台座４０から直接的な損傷を受けにくく、成形体１００及び台座４０を広い面積にわたり安定して支持することができる。

また、台座４０と炭素板３２との間に炭素シート３４を配置することにより、台座４０が数千度以上の高温になったとしても、台座４０と炭素板３２との直接的な反応が抑えられる。この場合、台座４０が炭素シート３４と反応しても、炭素シート３４を定期的に交換することにより、炭素板３２においては、金属反応による腐食が回避される。

ステージ３０上には、台座４０が載置されている。図１では、１つの台座４０の上面４０ｕに成形体１００が載置されている状態が示されている。例えば、成形体１００は、４個の台座４０によって、その４隅が支持されてもよい。台座４０の詳細については、後述する。

台座４０上には、成形体１００が載置される。成形体１００は、高融点金属酸化物及び炭素を含む。成形体１００は、高融点金属酸化物の粉末と、炭素の粉末とが混合されて、高圧プレスにより成形されたペレット体またはブロック体である。成形体１００は、例えば、平均粒径が２５μｍの高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１５μｍの炭素の粉末とが圧力４０ＭＰａで加圧成形されたものである。

成形体１００中の炭素のモル濃度（ｍｏｌ／ｍ^３）は、高融点金属酸化物のモル濃度の約５倍である。平均粒径は、例えば、レーザ散乱法により測定される。成形体１００の形状は、一例として、厚さ１０ｍｍ、径３０ｍｍのペレット体とする。成形体１００の形状は、ペレット体に限らず、例えば、一辺が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のブロック体であってもよい。

高融点金属は、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、チタン（Ｔｉ）等のいずれかである。成形体１００は、タングステン酸化物（ＷＯ_３）と炭素（Ｃ）とを含む成形体、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_３）と炭素（Ｃ）とを含む成形体、タンタル酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）と炭素（Ｃ）とを含む成形体、及びニオブ酸化物（Ｎｂ_２Ｏ_５）と炭素（Ｃ）とを含む成形体のいずれかである。

なお、図１には、１個の成形体１００が台座４０によって支持されているが、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に複数の台座４０を配置し、これらの台座４０上に成形体１００を載置してもよい。または、成形体１００上に別の台座４０を載置し、この別の台座４０上に別の成形体１００が載置されてもよい。または、台座４０上に複数の成形体１００が積層されてもよい。このような方法によれば、一度に炭素還元できる成形体１００の数が増し、高融点金属体の量産性が向上する。

加熱機構５０は、成形体１００を輻射熱によって加熱する。加熱機構５０は、第１加熱機構５１と、第２加熱機構５２とを有する。

第１加熱機構５１は、ヒータ板５１ａと、絶縁性の支持冶具５１ｂとを有する。支持冶具５１ｂは、真空容器１０の内壁１０ｗに固定され、上部断熱部材６３を貫通する。支持冶具５１ｂは、ヒータ板５１ａを支持するとともに、真空容器１０外からヒータ板５１ａに電力を供給する配線が設けられている。ヒータ板５１ａは、Ｘ軸方向に延在するとともに、上部断熱部材６３から下部断熱部材６１に向かう方向に延在する。ヒータ板５１ａは、側部断熱部材６２ａと接触せず、側部断熱部材６２ａと平行に配置されている。

第２加熱機構５２は、ヒータ板５２ａと、絶縁性の支持冶具５２ｂとを有する。支持冶具５２ｂは、真空容器１０の内壁１０ｗに固定され、上部断熱部材６３を貫通する。支持冶具５２ｂは、ヒータ板５２ａを支持するとともに、真空容器１０外からヒータ板５２ａに電力を供給する配線が設けられている。ヒータ板５２ａは、Ｘ軸方向に延在するとともに、上部断熱部材６３から下部断熱部材６１に向かう方向に延在する。ヒータ板５２ａは、側部断熱部材６２ｂと接触せず、側部断熱部材６２ｂと平行に配置されている。

互いに対向する一対のヒータ板５１ａ、５２ａは、炭素製ヒータである。ヒータ板５１ａ、５２ａのそれぞれの下端は、ステージ本体３１よりも下に位置する。これにより、成形体１００は、ヒータ板５１ａ、５２ａからの輻射熱によって左右から均等に加熱される。例えば、成形体１００は、１９００℃以上に加熱され得る。

ヒータ板は、成形体１００の上方に配置されてもよく、成形体１００の手前または奥にも配置されてもよい。これにより、横と上方から成形体１００により均一に熱を与えることができる。

一方、真空加熱装置１では、炭素還元を利用した高融点金属体の量産を想定していることから、成形体１００は１個とは限らず複数になり、ステージ３０上の成形体の重量が嵩む場合もある。このため、真空加熱装置１では、成形体１００を支持する頑丈なステージ３０が必須になる。

従って、成形体１００の下にはステージ３０が配置され、ヒータ板は、配置されない。ここで、ステージ本体３１の下にヒータ板を配置する手法もある。しかし、この構成では、ステージ本体３１によってヒータ板からの輻射熱が遮られてしまう。さらに、ステージ本体３１の下方にヒータ板を配置する場合、支柱３３を避けてヒータ板を配置する必要があり、ステージ本体３１下に配置するヒータ板の構造が複雑になってしまう。

成形体１００の温度は、例えば、ヒータ板５１ａ、５２ａに投入する電力と、成形体１００の温度との関係、ヒータ板５１ａ、５２ａの温度と、成形体１００の温度との関係等を予め求めることにより算出される。ヒータ板５１ａ、５２ａの温度は、熱電対によって測定してもよく、または、放射温度計によって、直接、成形体１００の温度を測定してもよい。また、成形体１００の温度を間接的に測定する温度測定用の試料を成形体１００の近傍に設置してもよい。

ガス供給機構８０は、真空容器１０内に、Ｎ_２、Ａｒ等のガスを供給することできる。例えば、成形体１００に対する加熱が終了し、成形体１００が所定の温度にまで冷却した後、ガス供給機構８０によって真空容器１０内にパージ用のガス（例えば、Ｎ_２）が供給される。

図２（ａ）は、台座の概略上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）における破線部の概略断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）の概略拡大図である。

台座４０は、一例として、直方体状に構成されている。台座４０は、下面４０ｄ（第１面）と、下面４０ｄとは反対側の上面４０ｕ（第２面）とを有する台座本体４０ｂを具備する。台座４０の厚みは、４ｍｍ以上である。また、台座４０は、Ｚ軸方向に複数に重ねてもよく、台座４０の下に台座４０の材料とは異なる別の台座を介設してもよい。この場合、別の台座は、台座４０よりも安価な材料で構成されたものとすることができる。

台座４０において、下面４０ｄは、ステージ３０に対向し、上面４０ｕは、成形体１００に対向する。例えば、上面４０ｕは、成形体１００を支持可能な面であり、下面４０ｄは、ステージ３０に載置される面である。

台座４０は、多孔質金属体である。台座４０には、内径が数μｍから数１０μｍの空孔４０ｈが多数設けられている。台座４０の気孔率（全体積に占める空間体積の割合（％））は、５０％以上７５％以下である。気孔率は、例えば、懸吊法（アルキメデス法）により求められる。台座４０の気孔率が５０％より小さくなると、台座４０の熱伝導率が高くなって、成形体１００を加熱機構５０で加熱しても、成形体１００から台座４０を介してステージ３０に熱が逃げるので好ましくない。一方、台座４０の気孔率が７５％より大きくなると、台座の機械的強度が落ち、好ましくない。

さらに、台座４０（台座本体４０ｂ）は、成形体１００に含まれる高融点金属酸化物の高融点金属と同じ金属を含む。例えば、台座４０は、成形体１００に含まれる高融点金属酸化物の高融点金属を９９．９ｗｔ％以上含む。

次に、台座４０を例に、本実施形態に係る高融点金属体の製造方法の一例を説明する。
図３は、本実施形態に係る真空加熱装置の動作の一例を示す概略グラフ図である。
図３の横軸は、時間であり、右縦軸は、真空容器１０内の圧力であり、左縦軸は、成形体１００の温度である。

本実施形態に係る真空加熱処理では、予め、真空容器１０内に設けられたステージ３０上に台座４０を載置する。続いて、成形体１００を台座４０上に支持させる。

ここで、台座４０（台座本体４０ｂ）としては以下の材料を用いる。例えば、タングステン酸化物を含む成形体１００に対しては、密度が２．４ｇ／ｃｍ^３以上９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体を用いる。モリブデン酸化物を含む成形体１００に対しては、密度が１．３ｇ／ｃｍ^３以上５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体を用いる。タンタル酸化物を含む成形体１００に対しては、密度が２．１ｇ／ｃｍ^３以上８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体を用いる。ニオブ酸化物を含む成形体１００に対しては、密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体を用いる。なお、密度は、常温（２５℃）における密度とする。

なお、常温における金属結晶では、タングステン金属の密度が１９．３ｇ／ｃｍ^３で、モリブデン金属の密度が１０．２ｇ／ｃｍ^３で、タンタル金属の密度が１６．７ｇ／ｃｍ^３で、ニオブ金属の密度が８．６ｇ／ｃｍ^３とする。

次に、真空容器１０内を排気機構２０によって、数Ｐａ（例えば、２Ｐａ）まで排気し、真空排気をしながら成形体１００を加熱機構５０により、例えば、１０℃／分の速度で加熱する。これにより、成形体１００の温度は、徐々に上昇する。

真空容器１０内の圧力は、成形体１００の温度が室温から６００℃になるまでは、真空容器１０の内壁１０ｗ、ステージ３０、断熱部材６０、成形体１００等に物理吸着していたガスの脱ガスが起きて、一旦、２Ｐａ以上にまで上昇する。脱ガスが緩和すると、真空容器１０内の圧力が再び減少する。

成形体１００への昇温加熱を続け、成形体１００の温度が１９３５℃になった後、昇温加熱を停止して６０分間、成形体１００の温度を１９３５℃のまま保持する。成形体１００では、約１８００℃以上になると、炭素還元が起こり、例えば、高融点金属酸化物（Ｍ_ｘＯ_ｙ）が炭素（Ｃ）によって還元されて、高融点金属（Ｍ）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成する。これにより、真空容器１０内の圧力が再び上昇する。炭素還元中、真空容器１０内の圧力は、例えば、２Ｐａ以上１０Ｐａ以下になる。一酸化炭素は、排気機構２０のよって真空容器１０外に排気される。

炭素還元によって成形体１００中の炭素が消費されると、成形体１００中の炭素の量が減少し、成形体１００からの一酸化炭素の放出が徐々に緩和する。これに応じて真空容器１０内の圧力は減少し、真空容器１０内の圧力減少が飽和したときに、成形体１００への加熱を停止する。

続いて、成形体１００の温度が２５℃以下になった後に、真空容器１０内を例えばＮ_２ガスで数回パージする。この後、真空容器１０を大気開放して、高融点金属酸化物が炭素還元された高融点金属体を真空容器１０から取り出す。取り出した高融点金属体は、例えば、別の真空容器に移されて、ＥＢ（Electron Beam）照射により溶解され、高融点金属インゴットが形成される。高融点金属インゴットは、例えば、高融点金属膜をスパッタリグ成膜する高融点金属ターゲットとして切り出される。

なお、台座４０は、成形体１００を炭素還元して高融点金属体を形成する手法と同じ手法で形成される。例えば、高融点金属酸化物の粉末と、炭素の粉末とが高圧プレスにより成形されたブロック体に炭素還元処理を施すと、成形体１００から炭素の粉末と、高融点金属酸化物の粉末中の酸素とが消滅する。この消滅した部分が空孔となって、多孔質の高融点金属体（すなわち、台座４０）が形成される。

このような多孔質体で構成された台座４０を用いれば、台座４０の上面４０ｕから下面４０ｄまでの熱伝導が抑えられ、加熱機構５０によって成形体１００に与えられた熱が台座４０を介してステージ３０に逃げにくくなる。これにより、成形体１００が加熱機構５０によって効率よく加熱される。

また、台座４０は、多孔質であるため、炭素還元によって成形体１００からガスが放出しても、ガスは、成形体１００と台座４０との間または台座４０中を通過して真空容器１０に拡散する。すなわち、ガスは、成形体１００の上部と側部のほか、下部からも効率よく放出される。これにより、成形体１００全体にわたり炭素還元反応が効率よく進み、高純度の高融点金属体が形成される。

また、台座４０は、成形体１００に含まれる高融点金属酸化物の高融点金属と同じ金属を含むため、台座４０が成形体１００に接触した状態で、成形体１００を炭素還元して高融点金属体を製造しても、台座４０から高融点金属以外の不純物が高融点金属体に入りにくくなる。これにより、高純度の高融点金属体が形成される。

特に、成形体１００から台座４０を製造することにより、成形体１００に含まれる不純物元素と、台座４０に含まれる不純物元素とが同じになり、台座４０から高融点金属体に成形体１００に含まれていない新たな不純物元素が混入することはない。

また、台座４０の上面４０ｕは、平坦であるため、真空排気時または大気開放時に成形体１００が台座４０から滑落しにくく、倒壊もしにくい。さらに、台座４０の上面４０ｕが平坦であることから、上面４０ｕに複数の成形体１００を載置でき、高融点金属体の量産性が向上する。

以下に、実施例により本実施形態をさらに具体的に説明する。本発明は、これらの実施例には限定されない。

（実施例１）

五酸化タンタル（高純度化学製：９９．９%）と、炭素（日本黒鉛製）とをモル濃度（ｍｏｌ／ｍ^３）で１：５の比で混合し、１００ＭＰａでプレス成型加工をし、成形体を作製した。厚みが１０ｍｍの多孔質タンタル台座（気孔率５８％、密度７．０ｇ／ｃｍ^３）上に成形体をセットした。

真空容器１０内の到達真空度は、５Ｐａ以下になった後に、加熱機構５０により成形体を１９００℃に加熱して、五酸化タンタルの炭素還元をした。これにより、タンタル金属体が得られた。

図４（ａ）は、実施例１に係る真空加熱処理で形成されたタンタル金属体のＸ線回折結果である。図４（ｂ）は、比較例に係る真空加熱処理で形成されたタンタル金属体のＸ線回折結果である。

Ｘ線回折は、θ−２θ法による。グラフの横軸は、２θ（°）であり、縦軸は、光強度（任意値）である。被測定体は、炭素還元が図られたタンタル金属体（厚さ１０ｍｍ、径３０ｍｍのペレット体）である。測定箇所は、タンタル金属体の下側中央部である。

Ｘ線回折結果において、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｃのピークは観測されず、Ｔａのピークのみが観測された。また、タンタル金属体の下側中央部以外の部分についても、同様にＴａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｃのピークが観測されず、Ｔａのピークのみが観測された。

（実施例２）

五酸化ニオブ（高純度化学製：９９．９％）と、炭素（日本黒鉛製）とをモル濃度で１：５の比で混合し、１００ＭＰａでプレス成型加工をし、成形体を作製した。厚みが１０ｍｍの多孔質ニオブ台座（気孔率６０％、密度３．４ｇ／ｃｍ^３）上に成形体をセットした。この後、実施例１と同様に成形体に炭素還元処理をした。実施例２においても、Ｘ線回折結果は、Ｎｂのピークのみが観測された。

（実施例３）

実施例１と同じ成形体を実施例１と同じ多孔質タンタル台座上に４段に積層して、実施例１と同様に４段の成形体に対して炭素還元処理をした。Ｘ線回折結果は、いずれの成形体からＴａのピークのみが観測された。また、４段の成形体の倒壊は、起きなかった。

（比較例）

多孔質タンタル台座を用いないで、実施例１と同じ成形体を炭素シート３４上に直接載置して、実施例１と同様に成形体に対して炭素還元処理をした。図４（ｂ）に示すように、比較例では、タンタル金属体の下側中央部Ｐｂで、Ｔａのピークのほかに、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｃのピークが観測された。この理由として、以下のことが考えられる。

例えば、成形体を炭素シート３４上に直接載置すると、成形体に与えられた熱がステージ３０に逃げていく。これにより、比較例では、成形体の下部中央部の加熱が不充分になり、タンタル金属体の下側中央部における炭素還元が不充分になる、と推測される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

１…真空加熱装置
１０…真空容器
１０ｗ…内壁
１１…脚部
１２…基体
２０…排気機構
３０…ステージ
３１…ステージ本体
３２…炭素板
３３…支柱
３４…炭素シート
４０…台座
４０ｂ…台座本体
４０ｄ…下面
４０ｕ…上面
５０…加熱機構
５１…第１加熱機構
５２…第２加熱機構
５１ａ、５２ａ…ヒータ板
５１ｂ、５２ｂ…支持冶具
６０…断熱部材
６１…下部断熱部材
６２ａ、６２ｂ…側部断熱部材
６３…上部断熱部材
６５…固定冶具
８０…ガス供給機構
１００…成形体

Claims (12)

1. 真空容器内に設けられたステージ上に、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体を支持可能な多孔質台座を載置し、
   前記多孔質台座に前記成形体を支持させ、
   前記真空容器内を排気機構により排気しつつ前記成形体を加熱機構によって加熱し、
   前記成形体に含まれる前記高融点金属酸化物を炭素還元する
   高融点金属体の製造方法。
2. 請求項１に記載の高融点金属体の製造方法であって、
   前記多孔質台座は、前記高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む
   高融点金属体の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の高融点金属体の製造方法であって、
   前記多孔質台座として、タングステン酸化物を含む前記成形体には、密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体を用いる
   高融点金属体の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の高融点金属体の製造方法であって、
   前記多孔質台座として、モリブデン酸化物を含む前記成形体には、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体を用いる
   高融点金属体の製造方法。
5. 請求項１または２に記載の高融点金属体の製造方法であって、
   前記多孔質台座として、タンタル酸化物を含む前記成形体には、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体を用いる
   高融点金属体の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の高融点金属体の製造方法であって、
   前記多孔質台座として、ニオブ酸化物を含む前記成形体には、密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体を用いる
   高融点金属体の製造方法。
7. 真空容器と、
   前記真空容器内のガスを排気する排気機構と、
   前記真空容器内に設けられたステージと、
   前記ステージに載置され、高融点金属酸化物及び炭素を含む成形体を支持可能な多孔質台座と、
   前記成形体を加熱する加熱機構と
   を具備する真空加熱装置。
8. 請求項７に記載の真空加熱装置であって、
   前記多孔質台座は、前記ステージに載置される第１面と、前記成形体を支持可能な第２面とを含む台座本体を有し、
   前記台座本体は、前記高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む
   真空加熱装置。
9. 請求項８に記載の真空加熱装置であって、
   前記台座本体は、密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体、及び密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体のいずれかを含む
   真空加熱装置。
10. 真空容器内に設けられたステージに載置される第１面と、高融点金属酸化物及び炭素を含み、前記高融点金属酸化物が炭素還元されると高融点金属体に変化する成形体を支持可能な第２面とを有する台座本体を具備する
    多孔質台座。
11. 請求項１０に記載の多孔質台座であって、
    前記台座本体は、前記高融点金属酸化物に含まれる高融点金属と同じ金属を含む
    多孔質台座。
12. 請求項１１に記載の多孔質台座であって、
    前記台座本体は、密度９．６ｇ／ｃｍ^３以下のタングステン多孔質体、密度５．１ｇ／ｃｍ^３以下のモリブデン多孔質体、密度８．４ｇ／ｃｍ^３以下のタンタル多孔質体、及び密度４．３ｇ／ｃｍ^３以下のニオブ多孔質体のいずれかを含む
    多孔質台座。

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