JPH08246078A

JPH08246078A - 高純度チタンの精製方法

Info

Publication number: JPH08246078A
Application number: JP7810895A
Authority: JP
Inventors: Yasutoku Yoshimura; 泰徳吉村
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-24
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3177816B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ヨード法によ高純度チタンの精製について、
基体に析出するチタンの重みにより基体が落下するのを
防ぐ。【構成】析出基体２を反応容器１内に吊り下げ支持す
る支持部材６と析出基体２との接続部近傍７を析出温度
に加熱する。接続部近傍７に析出するチタン９′により
この部分が補強される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヨード法による高純度
チタンの精製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩの急激な高集積化に伴い、ゲー
ト電極材料やバリア材料として、高融点低抵抗の金属で
あるチタンが有望視されている。このような電子材料と
してのチタンは、主にスパッタリングにより基板上に成
膜される。そして、スパッタリング用のターゲットに使
用される高純度チタンを得る精製法の一つとしては、ヨ
ード法が知られている。

【０００３】従来一般のヨード法によるチタン精製を図
１により説明する。反応容器１内にチタンフィラメント
からなるＵ字状の析出基体２を収容すると共に、析出基
体２を取り囲んで純度の低い粗チタン３を収容する。反
応容器１を外側から加熱炉４により加熱しながら、反応
容器１内にヨウ素を供給し、２００〜４００℃でヨウ化
反応（Ｔｉ＋２Ｉ₂→ＴｉＩ₄）を生起させる。合成さ
れた四ヨウ化チタンを１３００〜１５００℃に通電加熱
した析出基体２の表面で熱分解し、高純度のチタン９を
析出させる（ＴｉＩ₄→Ｔｉ＋２Ｉ₂）。ここで析出基
体２は、反応容器１の蓋を兼ねる取付部材５により反応
容器１内に吊り下げられ、取付部材５に設けられた通電
用の電極を兼ねる棒状の支持部材６，６とは溶接により
接続されている。

【０００４】この従来一般のヨード法とは別に、本出願
人は低級ヨウ化物を経由する高純度チタンの精製方法を
開発した。また、析出基体として管を用いる精製方法も
開発した。そして、低級ヨウ化物を経由し且つ管状の析
出基体を用いて高純度チタンを精製する方法は、例えば
特開平４−２４６１３６号公報に説明されている。

【０００５】低級ヨウ化物を経由するヨード法では、四
ヨウ化チタンを粗チタンとの反応により一旦二ヨウ化チ
タンに転化し、これを同一反応容器内で熱分解する。反
応式は以下の通りである。ヨウ化反応：Ｔｉ＋ＴｉＩ₄→２ＴｉＩ₂（〜９００
℃）Ｔｉ＋２Ｉ→ＴｉＩ₂ 析出反応：ＴｉＩ₂→Ｔｉ＋２Ｉ（〜１１００℃）

【０００６】この方法は、四ヨウ化チタンを直接熱分解
する代わりに低級ヨウ化物である二ヨウ化チタンを熱分
解することにより、熱分解温度を約２００℃下げ、反応
容器等からの汚染を低減して、精製効率の増大および長
時間の連続析出を可能にする。また、析出基体を表面積
が大きい管とすることにより、従来の１００倍というよ
うな生産性の大幅向上を可能とし、合わせて管内のヒー
タによる間接加熱により、従来の通電加熱よりも析出基
体の温度調節を容易にする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなヨード法に
よる高純度チタンの精製では、取付部材５によって析出
基体２が奪熱されるため、析出基体２と支持部材６，６
との接続部近傍７，７が低温になってチタン９の析出が
阻害されるのみならずエッチングを生じ、析出重量に耐
えきれずに析出基体２が破断により落下するという事故
がしばしば発生する。この対策としてＭｏ，Ｗ等の蒸着
によりエッチングを防止する技術が特開昭６２−４７４
７９号公報に記載されているが、エッチングを防止でき
たとしても最大析出重量が若干増大する程度で、大幅な
生産性の向上は望めない。従来一般のヨード法による高
純度チタンの精製では、この析出重量上の制限のため１
バッチ当りの析出重量は１〜３ｋｇである。本出願人は
前述したように低級ヨウ化物の経由と管状の析出基体と
の併用により、１バッチ当りの生産量を２０〜２００ｋ
ｇに高めたが、析出基体２の破断落下はその大きな障害
になっている。

【０００８】本発明の目的は、析出重量に関係なく析出
基体の破断落下を確実に防止することができる高純度チ
タンの精製方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の高純度チタンの
精製方法は、ヨード法による高純度チタンの精製におい
て、反応容器の上部に装着されて析出基体を反応容器内
に吊り下げ支持する支持部材と前記析出基体との接続部
近傍を析出温度に加熱するものである。

【００１０】

【作用】析出基体と支持部材との接続部近傍を析出温度
に加熱することにより、析出部近傍にもその下の部分と
同じように高純度チタンが析出し、その析出チタンによ
り接続部近傍が補強される。接続部近傍に析出するチタ
ンは、析出重量が増大するにつれて厚くなり、その強度
が増すので、析出重量に関係なく析出基体の破断落下を
確実に防止することができる。

【００１１】析出基体としては管が望ましい。管の場
合、その内部のヒータによる間接加熱により、長手方向
において加熱量を任意に調節することができる。そのた
め、奪熱量の大きい接続部近傍も析出温度に容易に加熱
することができる。

【００１２】析出基体の周囲に設置される粗チタンにつ
いては、その上端を接続部より高くするのが望ましい。
そうすることにより、接続部近傍におけるチタン析出が
促進され、接続部近傍をより効果的に補強することがで
きる。

【００１３】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１４】本実施例は、管状の析出基体を用い、且つ
低級ヨウ化物を経由して高純度チタンを精製する方法に
本願発明を適用したものである。

【００１５】これに使用する精製装置は、図２に示すよ
うに、上面が開口した円筒状の反応容器１を具備する。
反応容器１は加熱炉４内に収容され、内部が真空排気さ
れる。反応容器１の内部には析出基体２および粗チタン
３が収容される。析出基体２はＵ字状をした高純度のチ
タン管からなり、反応容器１の蓋を兼ねる取付部材５に
より容器内に吊り下げ支持される。取付部材５は、析出
基体２を接続保持するために、高純度のチタン管からな
る一対の支持部材６，６を有する。支持部材６，６は析
出基体２より厚肉とされ、析出基体２とは溶接により接
続されている。取付部材５の内部は、支持部材６，６内
を介して析出基体２の内部に連通し、反応容器１の内部
とは別に真空排気される。析出基体２の内部には支持部
材６，６内を介して電気ヒータ８が挿入されている。電
気ヒータ８は析出基体２のみならず析出基体２と支持部
材６，６との接続部より上方部分も内側から加熱し、且
つ長手方向において多段に温度制御されることにより、
接続部近傍７，７の加熱温度を任意に調節し得る。

【００１６】高純度チタンの精製を行なうには、反応容
器１内に粗チタン３をセットする。このとき、粗チタン
３の上端を接続部より高くして、析出基体２のみならず
接続部近傍７，７も粗チタン４にて完全に包囲する。支
持部材６，６により反応容器１内を密封したあと、真空
容器１内を１０^-1〜１０^-3Torrに真空排気し、加熱炉４
により７００〜９００℃に加熱する。また、取付部材５
を介して析出基体３の内部を１０^-1〜１０^-5Torrに真空
排気し、通電ヒータ８により析出基体２からその上方に
かけての部分を析出温度に加熱する。すなわち、接続部
近傍７，７をその下の部分より強力に加熱し、接続近傍
も析出温度に保持する。この状態で反応容器１の内部に
四ヨウ化チタンの蒸気を供給する一方、反応容器１の内
部が１０^-1〜１０^-3Torrに維持されるようにその内部の
真空排気を続ける。

【００１７】反応容器１の内部に供給された四ヨウ化チ
タンは、粗チタン３と反応して二ヨウ化チタンを生成す
る。生成された二ヨウ化チタンは、析出基体２の表面で
熱分解して高純度のチタン９を析出する。このとき、接
続部近傍７，７が析出に必要な温度に加熱されているの
で、接続部近傍７，７の表面にも高純度チタン９′が析
出する。そのため、接続部近傍７，７が析出チタン９′
により補強される。しかも、接続部近傍７，７に析出す
るチタン９′は、反応時間が延び析出基体２に析出する
チタン９の重量が増大するに連れて厚くなるので、その
重量増大の影響を受けることなく確実に破断による析出
基体３の落下を防ぐことができる。

【００１８】これに加えて本実施例では、粗チタン３に
より接続部近傍７，７を完全に包囲しているので、これ
によるヨウ化物濃度の上昇と保温効果とにより、接続部
近傍７，７におけるチタン９′の析出が促進される。ま
た、析出基体２より支持部材６，６を厚くしたことによ
り、支持部材６，６の強度が増大する。従って、破断に
よる析出基体２の落下がより効果的に防止される。

【００１９】接続部近傍７，７を析出温度に加熱する場
合、接続部の上方１０〜２００ｍｍまでの範囲をこの温
度に加熱するのが望ましい。１０ｍｍ未満では、析出基
体２に析出するチタン９と接続部近傍７，７に析出する
チタン９′との間に厚みの差が生じ、２００ｍｍを超え
る場合は製品歩留りが低下する。析出温度としては、低
級ヨウ化チタンを経由する方法の場合は１１００℃未満
ではエッチング現象が発生し、１３００℃を超えると機
械強度が低下するので、１１００〜１３００℃が望まし
い。

【００２０】粗チタン３の上端レベルとしては、接続部
の上方１０ｍｍ以上の範囲を粗チタンで包囲できるよう
にするのが望ましい。

【００２１】支持部材６，６の厚さＴとしては、析出後
の基体厚さをｔとして、ｔ≦Ｔ≦２ｔが望ましい。ｔ＞
Ｔの場合は支持部材６，６の非析出部分での機械強度が
析出基体２の析出後の機械強度より劣ることになり、支
持部材６，６の非析出部分で破断が生じることがある。
Ｔ＜２Ｔの場合は支持部材６，６での放熱が大きくな
り、接続部近傍７，７の均一加熱が困難になる。

【００２２】内径４００ｍｍ×高さ８００ｍｍの反応容
器と、外径６０ｍｍ×内径５６ｍｍ×長さ１５００ｍｍ
の析出基体とを用い、粗チタン８０ｋｇ、その加熱温度
９００℃、析出基体の加熱温度１２００℃、四ヨウ化チ
タンの供給量１５０ｇ／ｈ、反応容器内の圧力１０^-2To
rrの条件で高純度チタンを精製する場合に、接続部の上
方２０ｍｍまでを１２００℃に加熱し、且つ同じレベル
までを粗チタンで包囲した。また、支持部材６，６の厚
みを析出後の基体厚さに一致する２７ｍｍとした。その
結果、２００時間の反応で約３２ｋｇのチタンが得られ
た。このときの基体厚さは初期厚（２ｍｍ）を含め２７
ｍｍであった。また、接続部近傍７，７にも最終基体厚
さとほぼ同じ２５ｍｍ厚さのチタンが析出した。

【００２３】比較のために、ヒータによる加熱上限位置
を接続部に一致させ、粗チタンの上端位置も同様にし
た。また、取付部の肉厚も１０ｍｍとした。同様の条件
で反応を行なったところ、１００時間の反応（析出量約
１５ｋｇ）で接続部が破断し、反応が中断した。接続部
にはチタンが殆ど析出しておらず、接続部の機械強度が
不足したものと判断された。

【００２４】上記実施例は低級ヨウ化チタンを経由し、
且つ管状の析出基体を用いるものであるが、従来一般の
ヨード法やフィラメントタイプの析出基体を用いる方法
にも適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の高純度チ
タンの精製方法は、析出基体のみならずその支持部材と
の接続部近傍も析出温度に加熱し、この部分にチタンを
析出させて析出重量に応じた補強を行なうことにより、
反応時間が長い場合も破断による析出基体の落下を確実
に防ぐことができる。従って、破断による反応時間の制
限を取り除き、１バッチ当りの析出量を大幅に増大させ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来一般のヨード法による高純度チタンの精製
に使用される精製装置の模式図である。

【図２】本発明の実施例に使用される精製装置の模式図
である。

【符号の説明】

１反応容器２析出基体３粗チタン４加熱炉５取付部材６支持部材７接続部近傍８通電ヒータ９，９′ 析出チタン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨード法による高純度チタンの精製にお
いて、反応容器の上部に装着されて析出基体を反応容器
内に吊り下げ支持する支持部材と前記析出基体との接続
部近傍を析出温度に加熱することを特徴とする高純度チ
タンの精製方法。
【請求項２】析出基体を管とし、支持部材から管の内
部にかけて配設された間接加熱手段により、接続部近傍
をその下の部分より強力に加熱することを特徴とする請
求項１に記載の精製方法。
【請求項３】析出基体の周囲に粗チタンを、その上端
が析出基体と支持部材との接続部より上方となる高さに
設置することを特徴とする請求項１または２に記載の精
製方法。