JPH04304394A - テルビウム合金の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテルビウム合金の製造法
、例えばテルビウム−鉄−コバルト系スパッタリング用
ターゲットの原料に適したテルビウム合金を効率的に製
造する方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、テルビウム合金の製造法として、
テルビウムと合金化し得る金属からなる陰極を用い、テ
ルビウムのフッ化物を原料とし、これを比較的高い電圧
下、溶融塩電解浴中において電解還元し、生成するテル
ビウムを陰極上に析出させると共に、この陰極を構成す
る金属との合金を生成させ、目的とするテルビウム合金
を製造することは知られている（特開昭６２−２２４６
９２号公報）。しかしながら、この方法ではテルビウム
の酸化物を一旦フッ素化する工程を必要とするため、工
業的に量産化する上で得策といえない。

【０００３】従って、テルビウム酸化物を原料とし、こ
れを溶融塩電解により、直接、テルビウム合金を得るこ
とができれば工業的に有利であり、望ましいわけである
。しかしながら、酸化テルビウムは、その化学式がＴｂ
４　Ｏ７　であるものが一般的であり、このものはテル
ビウムの価数としては４価及び３価の両者を有しており
、そのモル比率は２対１であり、本発明者等の検討によ
れば、かかるＴｂ４　Ｏ７　を原料として電解還元する
とき、高収率で目的とするテルビウム合金を得ることが
できない。よって本発明者等は、さきに原料酸化テルビ
ウムとして実質的に４価の酸化物を含まず、３価の酸化
物を主体とするテルビウム酸化物を用い、これを電解還
元することによってテルビウム合金の収率を著しく向上
することに成功した（特願平３−３９８２号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
る場合、予めＴｂ４Ｏ７　の酸化物を前処理して３価の
酸化物にするという煩雑な作業を必要とする。本発明は
かかる事情を背景にし、４価のテルビウム酸化物を用い
ても、同様な溶融塩電解法によって、テルビウム合金を
高収率で工業的有利に製造できる方法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融塩電解浴に
よれば、従来、電解浴は静置状態を保って、自然に発生
する熱対流だけで行なう方法が一般的であるが、浴系内
を積極的に撹拌することにより、目的とするテルビウム
合金の採取量を大幅に増加させることができた。即ち、
本発明の要旨は陰極としてテルビウムと合金化し得る金
属からなるものを用い、フッ化リチウム及びフッ化テル
ビウムを主体とする溶融塩電解浴により、塩化テルビウ
ムを電解還元してテルビウム合金を製造するにあたり、
電解浴を撹拌することを特徴とするテルビウム合金の製
造法に存する。

【０００６】本発明方法において、陰極としては、テル
ビウムと合金化し得る金属からなる固体の棒状や板状の
ものを用いる。陽極としては通常、棒状や板状の炭素成
形品を用いる。そして酸化テルビウムを溶融塩電解浴中
で電解還元し、生成するテルビウムを陰極上に析出させ
ると共に、この陰極を構成する金属との合金を生成させ
、目的とするテルビウム合金を得る。

【０００７】この際、溶融塩電解浴としては、フッ化リ
チウム及びフッ化テルビウムを主体とするものを使用す
る。この電解浴は、例えば、フッ化バリウムなどの他の
フッ化物を含んでいてもよい。好ましい電解浴の組成と
しては、通常、２０〜９５重量％のフッ化テルビウム、
５〜８０重量％のフッ化リチウム、４０重量％までのフ
ッ化バリウムよりなる混合物が挙げられる。本発明で原
料として用いられる酸化テルビウムとしては、３価又は
４価のテルビウム化合物、更に、これらの混合物のいず
れでもよいが、本発明方法においては、４価のテルビウ
ムの酸化物を多く含む原料を用いた場合に、その改善効
果が著しい。

【０００８】テルビウムと合金化し得る金属としては、
通常、鉄、コバルト、ニッケルなどが挙げられる。本発
明では、通常に従い、これら金属からなる陰極を使用し
、この上にテルビウム合金が液体状態で生成し、電解浴
との比重差により、滴状となって降下する。このテルビ
ウム合金を、陰極の下方の電解浴中に開口部を有する受
器内に液層として溜める。受器としては難融金属である
モリブデンやタングステンが用いられる。

【０００９】ここで陰極中の不純物は、上記のテルビウ
ム合金の液滴中に容易に混合するため、陰極としては、
例えば鉄であれば電解鉄のように不純物の少ないものを
用いる。また本発明方法によって製造されるテルビウム
合金中のテルビウム含有量は通常５０重量％以上である
。この合金の具体例としては、テルビウム８０〜８８重
量％、鉄２０〜１２重量％からなるものが挙げられる。

【００１０】電解温度としては、生成するテルビウム合
金の種類、合金の融点により適宜選択される。即ち理論
的には、特定組成の合金の融点で電解を行なえば、この
組成の合金を直接得ることができるが、通常はかかる温
度で電解を行なわなくとも、例えば、より低い温度での
電解で得られた合金に、更に必要な組成量の金属を追加
して溶融、合金化することにより、最終的な組成の合金
を得ることができる。一般的に、電解浴温度が高くなり
過ぎると、電解槽などから合金への不純物、介在物の混
入の可能性が生じる。また、余りにも低い電解浴温度で
は、析出する金属テルビウムと陰極の金属が充分に合金
化せず、固体の金属テルビウムの析出により陽極−陰極
間の短絡現像が生じ、電解の継続が困難となる恐れがで
てくる。この点を考慮し、実用的には、例えばテルビウ
ム−コバルト合金では７１０〜１０００℃、テルビウム
−鉄合金では８６０〜１０００℃の範囲で電解を行なえ
ば、通常の簡便な装置を用い、容易に合金を得ることが
でき、好都合である。

【００１１】陽極前表面にわたる電流密度は、例えば０
．０５〜４．０Ａ／ｃｍ２　の範囲内が望ましいが、電
流密度が低いと生産性が低下し、また電流密度が高くな
り過ぎると陽極表面での異常効果が発生し易くなるため
、好ましくは０．１〜３．０Ａ／ｃｍ２　の範囲から選
択するのがよい。一方陰極の前表面にわたる電流密度と
しては、通常０．５〜８０Ａ／ｃｍ２の範囲内の電流密
度が許容されるが、電解電圧の変動幅を狭め、操業を容
易にするためには、１．０〜３０Ａ／ｃｍ２　の範囲が
好ましい。

【００１２】本発明方法は、電解浴を撹拌することを特
徴とするものであるが、この撹拌により、浴底部に堆積
している酸化テルビウムの浴内への拡散に伴い、浴への
溶解が助長されるため、テルビウム合金の収量が向上す
るものと考えられる。撹拌手段としては、撹拌翼による
撹拌でも、又は不活性ガスの吹込みによる撹拌でもよい
。撹拌翼による場合、そのものの材質としては、目的と
する合金を構成する成分で高融点のもの、例えば鉄、特
に不純物の少ない電解鉄を用いるのが好ましい。撹拌翼
の回転数は、通常、３０〜６００ｒ．ｐ．ｍ．の範囲が
よい。

【００１３】不活性ガスの吹込みによる撹拌の場合、使
用するガスとしては、通常、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン等の不活性ガスが用いられる。この場合のガス流量は
、例えば電解浴１リットル当り、０．２〜３０リットル
／分、好ましくは０．５〜１０リットル／分の範囲内か
ら選ばれる。ガスの流通方法としては、通常、浴の底付
近から、単数又は複数のノズルにより、浴内が撹拌され
るように、ガスを導入するのが好ましい。

【００１４】以上のようにして、陰極を構成する金属と
テルビウムとの合金が得られるが、例えば、テルビウム
−鉄−コバルト系スパッタリング用ターゲットを得よう
とする場合には、陰極として鉄を用いてテルビウム−鉄
の合金を製造し、このものに所望組成となる割合のコバ
ルトを加えて加熱溶融し、目的とするテルビウム−鉄−
コバルトの合金とする。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を説明するが、本発明は
その要旨を逸脱しない限り、これら実施例に制限される
ものではない。 実施例１ 内径２００ｍｍ、深さ３００ｍｍの直立円筒状の黒鉛製
電解槽内にフッ化リチウム８０モル％及びフッ化テルビ
ウム２０モル％の混合物４４００ｇを投入し、この混合
物を、約１気圧のアルゴンガス雰囲気下、黒鉛ヒーター
で約９００℃に加熱し、溶融した。

【００１６】約９００℃に保持した電解浴中に、幅５０
ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚み１０ｍｍの黒鉛陽極板及び
幅５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚み３ｍｍの電解鉄陰極
板を上部から吊るし、電解浴内にそれぞれ５０ｍｍ漬か
るように挿入し、電解電流２０Ａで５時間電解を行った
。そして両極に通電する直前にステンレス管を通じて、
テルビウム酸化物（Ｔｂ４　Ｏ７　）１７６ｇを電解浴
に落し入れ、さらに電解鉄で構成された撹拌機、即ち直
径３ｍｍの棒の先端に縦１ｃｍ、横３ｃｍ、厚み２ｍｍ
の板状の撹拌翼を溶接したものを吊り下げ、浴内に７０
ｍｍ漬かるように挿入し、モーターでもって、１８０ｒ
．ｐ．ｍの速度で回転した。 このときの陽極及び陰極の電流密度はそれぞれ０．５Ａ
／ｃｍ２　であった。

【００１７】５時間の電解後、陰極の下方に設置したモ
リブデン製受器から採取したテルビウム−鉄合金の重量
は１５０ｇであり、その組成はテルビウム８５重量％、
鉄１５重量％であった。

【００１８】実施例２ 実施例１における撹拌翼撹拌の代りに、直径６ｍｍの電
解鉄製の管を用い、これを電解浴内に、６０ｍｍの深さ
まで挿入し、毎分７リットルのアルゴンガス（電解浴１
リットルあたり、約７リットル／分）を、管の先端から
放出した点を除いて、その他は実施例１と同条件で電解
還元を行なった。得られたテルビウム−鉄合金の収量は
１０ｇであり、合金組成は実施例におけるものと同等で
あった。

【００１９】比較例１ 実施例１における操作において、撹拌機を用いず、その
他は実施例１と同様に操作した。得られたテルビウム−
鉄合金の量は１０ｇであった。合金の組成は実施例１の
ものと同等であった。

【００２０】

【発明の効果】本発明方法によれば、テルビウム酸化物
を原料として用いる溶融塩電解法において、電解浴を撹
拌するという簡単な手段でもって、目的とするテルビウ
ム合金を高収率で製造することができる。そして３価の
テルビウム酸化物を用いた場合は勿論のこと、４価のテ
ルビウム酸化物を用いた場合でも、高収率で目的とする
テルビウム合金を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　陰極としてテルビウムと合金化し得る
   金属からなるものを用い、フッ化リチウム及びフッ化テ
   ルビウムを主体とする溶融塩電解浴により、塩化テルビ
   ウムを電解還元してテルビウム合金を製造するにあたり
   、電解浴を撹拌することを特徴とするテルビウム合金の
   製造法