JPH10121164A - 金属スカンジウムの脱酸素方法 - Google Patents
金属スカンジウムの脱酸素方法Info
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- JPH10121164A JPH10121164A JP26979096A JP26979096A JPH10121164A JP H10121164 A JPH10121164 A JP H10121164A JP 26979096 A JP26979096 A JP 26979096A JP 26979096 A JP26979096 A JP 26979096A JP H10121164 A JPH10121164 A JP H10121164A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低酸素スカンジウム金属の製造方法の提
供 【解決手段】 金属スカンジウムを低融点合金化し、そ
の融液にハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲ
ン)を接触させてＳｃ中の酸素濃度を低減する。
供 【解決手段】 金属スカンジウムを低融点合金化し、そ
の融液にハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲ
ン)を接触させてＳｃ中の酸素濃度を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属スカンジウム
の脱酸素方法に関する。
の脱酸素方法に関する。
【０００２】
【従来技術と問題点】スカンジウム(Ｓｃ)は、触媒や蛍
光体あるいは熱伝導材料の原料として幅広い応用が期待
されている元素である。また、アルミニウム(Ａｌ)にＳ
ｃを０.０１〜１％程度含有させるとその強度が改善さ
れるため、最近ではＡｌ系ターゲット材に添加して半導
体のゲート電極や配線の材料としても利用されている。
光体あるいは熱伝導材料の原料として幅広い応用が期待
されている元素である。また、アルミニウム(Ａｌ)にＳ
ｃを０.０１〜１％程度含有させるとその強度が改善さ
れるため、最近ではＡｌ系ターゲット材に添加して半導
体のゲート電極や配線の材料としても利用されている。
【０００３】現在、スカンジウムの一般的な製造方法と
しては、スカンジウム鉱石から得られる酸化スカンジウ
ム(Ｓｃ2Ｏ3)をフッ酸で処理して難溶性のフッ化スカン
ジウム(ＳｃＦ3)を沈殿させ、これを濾過し乾燥後、カ
ルシウムで還元する方法が行なわれている。しかし、ス
カンジウムは酸素との親和力が強いため、上記の製造方
法で得られる金属スカンジウムは最低でも２０００ppm
程度の酸素を含有している。
しては、スカンジウム鉱石から得られる酸化スカンジウ
ム(Ｓｃ2Ｏ3)をフッ酸で処理して難溶性のフッ化スカン
ジウム(ＳｃＦ3)を沈殿させ、これを濾過し乾燥後、カ
ルシウムで還元する方法が行なわれている。しかし、ス
カンジウムは酸素との親和力が強いため、上記の製造方
法で得られる金属スカンジウムは最低でも２０００ppm
程度の酸素を含有している。
【０００４】しかし、スカンジウム中の酸素濃度が高い
とその性質に悪影響が出る場合が多い。例えば、配線材
料として用いる場合に、高酸素含有量は抵抗の増大を招
き、信号遅延や断線の原因となる。そこで、金属スカン
ジウム中の酸素濃度を低減する方法が求められている。
とその性質に悪影響が出る場合が多い。例えば、配線材
料として用いる場合に、高酸素含有量は抵抗の増大を招
き、信号遅延や断線の原因となる。そこで、金属スカン
ジウム中の酸素濃度を低減する方法が求められている。
【０００５】実験室的な方法としては、金属スカンジウ
ムをその融点(約1400℃)以上の１５００℃程度まで加熱
し、真空中で蒸留する方法がある（F.H.Spedding et a
l. "The resistivity of scandium sigle crystals",
J. Less-Common Metals, 23, 263-270 (1971)） 。しか
し、このような方法は設備コストの点でもエネルギーコ
ストの点でも不利であり工業的な脱酸素方法としては適
さない。
ムをその融点(約1400℃)以上の１５００℃程度まで加熱
し、真空中で蒸留する方法がある（F.H.Spedding et a
l. "The resistivity of scandium sigle crystals",
J. Less-Common Metals, 23, 263-270 (1971)） 。しか
し、このような方法は設備コストの点でもエネルギーコ
ストの点でも不利であり工業的な脱酸素方法としては適
さない。
【０００６】スカンジウム以外の希土類元素に対して
は、希土類金属に対して対応する希土類フッ化物および
アルカリ土類フッ化物を添加して不活性ガス中または真
空中で加熱溶融し脱酸素を図る方法が提案されている
（特公平5-83622号）。しかし、上記文献においてもス
カンジウムはその対象外とされている。また、この方法
では、１５００℃程度の高温でフッ化物を扱うため、た
とえ耐熱性の高いルツボ、例えば黒鉛ルツボやタンタル
ルツボを用いたとしても、ルツボの材料（例えば、Ｃや
Ｔａ）が侵されて希土類金属中に混入するという新たな
問題が生じる。
は、希土類金属に対して対応する希土類フッ化物および
アルカリ土類フッ化物を添加して不活性ガス中または真
空中で加熱溶融し脱酸素を図る方法が提案されている
（特公平5-83622号）。しかし、上記文献においてもス
カンジウムはその対象外とされている。また、この方法
では、１５００℃程度の高温でフッ化物を扱うため、た
とえ耐熱性の高いルツボ、例えば黒鉛ルツボやタンタル
ルツボを用いたとしても、ルツボの材料（例えば、Ｃや
Ｔａ）が侵されて希土類金属中に混入するという新たな
問題が生じる。
【０００７】
【発明の解決課題】本発明は、従来の金属スカンジウム
における上記問題を解決したものであり、効率的かつコ
スト的に有利な金属スカンジウムの脱酸素方法を提供す
るものである。
における上記問題を解決したものであり、効率的かつコ
スト的に有利な金属スカンジウムの脱酸素方法を提供す
るものである。
【０００８】すなわち、本発明によれば以下の構成から
なる金属スカンジウムの脱酸素方法が提供される。 （１）金属スカンジウム(Ｓｃ)を低融点合金化し、その
融液にハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲ
ン)を接触させて金属スカンジウム中の酸素濃度を低減
する方法。 （２）金属スカンジウムにＭｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｄから選択される少なくとも１種の
金属を添加して低融点スカンジウム合金を形成する上記
(1)に記載の方法。 （３）塩素ガスで処理して酸素を除いたハロゲン化スカ
ンジウムを用いる上記(1)または(2)に記載の方法。 （４）ハロゲン化スカンジウムに塩化カルシウムおよび
／またはフッ化カルシウムを添加し、その融液に塩素ガ
スを導入して酸素を除いたハロゲン化スカンジウムを用
いる上記(1)または(2)に記載の方法。 （５）金属スカンジウムにＭｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎまた
はＣｄから選択される少なくとも１種の金属を添加して
低融点スカンジウム合金を形成し、その融液にハロゲン
化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲン)を接触させて
金属スカンジウム中の酸素濃度を低減し、その後、上記
添加金属を真空分離する上記(1)に記載の方法。 （６） ハロゲン化スカンジウムがフッ化スカンジウム
(ＳｃＦ3)である上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方
法。
なる金属スカンジウムの脱酸素方法が提供される。 （１）金属スカンジウム(Ｓｃ)を低融点合金化し、その
融液にハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲ
ン)を接触させて金属スカンジウム中の酸素濃度を低減
する方法。 （２）金属スカンジウムにＭｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｄから選択される少なくとも１種の
金属を添加して低融点スカンジウム合金を形成する上記
(1)に記載の方法。 （３）塩素ガスで処理して酸素を除いたハロゲン化スカ
ンジウムを用いる上記(1)または(2)に記載の方法。 （４）ハロゲン化スカンジウムに塩化カルシウムおよび
／またはフッ化カルシウムを添加し、その融液に塩素ガ
スを導入して酸素を除いたハロゲン化スカンジウムを用
いる上記(1)または(2)に記載の方法。 （５）金属スカンジウムにＭｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎまた
はＣｄから選択される少なくとも１種の金属を添加して
低融点スカンジウム合金を形成し、その融液にハロゲン
化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲン)を接触させて
金属スカンジウム中の酸素濃度を低減し、その後、上記
添加金属を真空分離する上記(1)に記載の方法。 （６） ハロゲン化スカンジウムがフッ化スカンジウム
(ＳｃＦ3)である上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方
法。
【０００９】
【具体的な説明】(I)金属スカンジウム 本発明で処理する金属スカンジウム(金属Ｓｃと略記)は
どのような精練法により得られたものでもよい。上述し
た一般的製法、即ち、鉱石から得たＳｃ2Ｏ3をフッ酸で
処理して難溶性のＳｃＦ3を沈殿させ、これを濾過し乾
燥後、Ｃａ等で還元する方法により得たものでも良く、
Ｓｃ2Ｏ3をフッ素以外のハロゲン化物、例えば塩化物に
転化した後、これを溶融塩電解して得たものでも良い。
また、イオン交換樹脂等を用いて回収したものでも良
く、或いは、これら以外の方法によるものでも良い。更
に、本発明の方法により酸素濃度を低減させた精製金属
Ｓｃからさらに酸素を除くことも可能である。
どのような精練法により得られたものでもよい。上述し
た一般的製法、即ち、鉱石から得たＳｃ2Ｏ3をフッ酸で
処理して難溶性のＳｃＦ3を沈殿させ、これを濾過し乾
燥後、Ｃａ等で還元する方法により得たものでも良く、
Ｓｃ2Ｏ3をフッ素以外のハロゲン化物、例えば塩化物に
転化した後、これを溶融塩電解して得たものでも良い。
また、イオン交換樹脂等を用いて回収したものでも良
く、或いは、これら以外の方法によるものでも良い。更
に、本発明の方法により酸素濃度を低減させた精製金属
Ｓｃからさらに酸素を除くことも可能である。
【００１０】(II)合金形成元素 低融点スカンジウム合金を製造するために金属Ｓｃに添
加される合金形成元素(Ｙ)は、脱酸素処理後に容易に金
属Ｓｃから除去することができる元素、またはＳｃの使
用目的に鑑みて有害とならない金属元素である。前者の
例としては、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｄ等が挙げら
れる。例えば、Ｍｇ(沸点：約1102℃)は真空蒸留により
揮発除去することができる。Ｚｎ(沸点：約907℃)等も
同様である。また、後者の例としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ等が挙げられる。例えば、Ａｌに添加してターゲット
材に用いる場合には、Ａｌの混入は通常は許容される。
加される合金形成元素(Ｙ)は、脱酸素処理後に容易に金
属Ｓｃから除去することができる元素、またはＳｃの使
用目的に鑑みて有害とならない金属元素である。前者の
例としては、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｄ等が挙げら
れる。例えば、Ｍｇ(沸点：約1102℃)は真空蒸留により
揮発除去することができる。Ｚｎ(沸点：約907℃)等も
同様である。また、後者の例としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ等が挙げられる。例えば、Ａｌに添加してターゲット
材に用いる場合には、Ａｌの混入は通常は許容される。
【００１１】(III)脱酸素方法 本発明の脱酸素方法は、(イ)低融点Ｓｃ合金の形成によ
る溶融化工程、(ロ)ＳｃＸ3の予備処理工程、(ハ)脱酸素
工程、および必要に応じて行なわれる(ニ)脱合金化工程
を含む。(イ)合金形成による溶融化工程 金属Ｓｃに上記合金元素を添加することにより低融点Ｓ
ｃ合金を生成させる。Ｓｃに対する添加量は、添加金属
の種類、あるいはＳｃの使用目的などによって異なる
が、通常は、合金化した後の融点が９００〜１３００℃
程度まで低下するような量である。一般的には、重量で
５０〜９０％、好ましくは７０〜８０％の範囲である。
添加元素の量が少なすぎると融点が十分に低下しない。
過剰であると後工程での除去または脱酸素後の使用に問
題を生じる。
る溶融化工程、(ロ)ＳｃＸ3の予備処理工程、(ハ)脱酸素
工程、および必要に応じて行なわれる(ニ)脱合金化工程
を含む。(イ)合金形成による溶融化工程 金属Ｓｃに上記合金元素を添加することにより低融点Ｓ
ｃ合金を生成させる。Ｓｃに対する添加量は、添加金属
の種類、あるいはＳｃの使用目的などによって異なる
が、通常は、合金化した後の融点が９００〜１３００℃
程度まで低下するような量である。一般的には、重量で
５０〜９０％、好ましくは７０〜８０％の範囲である。
添加元素の量が少なすぎると融点が十分に低下しない。
過剰であると後工程での除去または脱酸素後の使用に問
題を生じる。
【００１２】これらの金属は、予め精練により得られた
金属Ｓｃに加えてその合金化を図ってもよいが、金属Ｓ
ｃの製造プロセスにおいて、金属Ｓｃを単離することな
く、これらの金属元素との合金を製造しても良い。図１
にこのような例を示す。
金属Ｓｃに加えてその合金化を図ってもよいが、金属Ｓ
ｃの製造プロセスにおいて、金属Ｓｃを単離することな
く、これらの金属元素との合金を製造しても良い。図１
にこのような例を示す。
【００１３】図１に示す例では、原料となるＳｃ2Ｏ3を
まず塩酸で溶解する。次いでこの溶液に１〜３Ｍ程度の
フッ酸を添加しＳｃＦ3を生成させる。易溶性のＳｃＣ
ｌ3と異なりＳｃＦ3は難溶性であるため沈殿するので、
これを濾別し乾燥する。しかる後、ＳｃＦ3に低融点Ｓ
ｃ合金を形成するためのＺｎ-Ｃａ合金をＣａＣｌ2と共
に添加し(図１の右上の工程)、溶融還元してＳｃ-Ｚｎ
合金の融液を得る。このＳｃ-Ｚｎ合金をそのまま脱酸
素工程(図１下の工程)に導くことにより、金属Ｓｃの製
造プロセス全体が簡略化できると共に溶融・凝固を繰返
す必要がないのでエネルギーコストの無駄が解消され
る。
まず塩酸で溶解する。次いでこの溶液に１〜３Ｍ程度の
フッ酸を添加しＳｃＦ3を生成させる。易溶性のＳｃＣ
ｌ3と異なりＳｃＦ3は難溶性であるため沈殿するので、
これを濾別し乾燥する。しかる後、ＳｃＦ3に低融点Ｓ
ｃ合金を形成するためのＺｎ-Ｃａ合金をＣａＣｌ2と共
に添加し(図１の右上の工程)、溶融還元してＳｃ-Ｚｎ
合金の融液を得る。このＳｃ-Ｚｎ合金をそのまま脱酸
素工程(図１下の工程)に導くことにより、金属Ｓｃの製
造プロセス全体が簡略化できると共に溶融・凝固を繰返
す必要がないのでエネルギーコストの無駄が解消され
る。
【００１４】なお、上記プロセスにおいて、ＣａＣｌ2
は主として原料のＳｃＦ3の融点を低下させるための添
加剤であり、通常はＳｃＦ3に対して５０〜９０重量％
添加すればよい。ＣａＣｌ2に代えて塩化マグネシウ
ム、フッ化カルシウムなどを用いてもよい。また、合金
形成材料として用いたＺｎ-Ｃａ合金は、低融点Ｓｃ合
金を形成する合金形成元素(Ｙ)と原料のＳｃＦ3に対し
て還元力を有する金属元素(Ｚ)との組合わせであれば良
く、合金化したものに限らず、これらの金属元素Ｙ、Ｚ
を個々に共存させて用いても良い。合金形成元素(Ｙ)は
先に述べたとおりであり、またＳｃＦ3に対して還元力
を有する金属元素(Ｚ)としてはＣａの他にマグネシウム
(Mg)やリチウム(Li)などが用いられる。還元性金属(Ｚ)
の添加量としては、原料のＳｃＦ3１当量に対して１.５
〜４当量程度が適当である。
は主として原料のＳｃＦ3の融点を低下させるための添
加剤であり、通常はＳｃＦ3に対して５０〜９０重量％
添加すればよい。ＣａＣｌ2に代えて塩化マグネシウ
ム、フッ化カルシウムなどを用いてもよい。また、合金
形成材料として用いたＺｎ-Ｃａ合金は、低融点Ｓｃ合
金を形成する合金形成元素(Ｙ)と原料のＳｃＦ3に対し
て還元力を有する金属元素(Ｚ)との組合わせであれば良
く、合金化したものに限らず、これらの金属元素Ｙ、Ｚ
を個々に共存させて用いても良い。合金形成元素(Ｙ)は
先に述べたとおりであり、またＳｃＦ3に対して還元力
を有する金属元素(Ｚ)としてはＣａの他にマグネシウム
(Mg)やリチウム(Li)などが用いられる。還元性金属(Ｚ)
の添加量としては、原料のＳｃＦ3１当量に対して１.５
〜４当量程度が適当である。
【００１５】(ロ)ＳｃＸ3の予備処理工程 上記低融点Ｓｃ合金の融液にＳｃＸ3を接触させること
により脱酸素が行なわれるが、これに先立ち、ＳｃＸ3
をハロゲンガスによって予備処理し、ＳｃＸ3中の酸素
を除去ないし低減しておくことが好ましい。一般に純粋
なＳｃＸ3の合成は難しく、次亜ハロゲン酸塩(ＳｃＯx)
等が混在してしまう。このようなＳｃＸ3を用いると、
金属Ｓｃ中の酸素量を１０００ppm程度以下に低減する
のは難しい。そこで、脱酸素剤であるＳｃＸ3に予めハ
ロゲンガス(塩素ガスあるいはフッ素ガス)を導入して次
亜ハロゲン酸塩等の酸素をガス化して離脱させる。
により脱酸素が行なわれるが、これに先立ち、ＳｃＸ3
をハロゲンガスによって予備処理し、ＳｃＸ3中の酸素
を除去ないし低減しておくことが好ましい。一般に純粋
なＳｃＸ3の合成は難しく、次亜ハロゲン酸塩(ＳｃＯx)
等が混在してしまう。このようなＳｃＸ3を用いると、
金属Ｓｃ中の酸素量を１０００ppm程度以下に低減する
のは難しい。そこで、脱酸素剤であるＳｃＸ3に予めハ
ロゲンガス(塩素ガスあるいはフッ素ガス)を導入して次
亜ハロゲン酸塩等の酸素をガス化して離脱させる。
【００１６】例えば、塩素ガスによる脱酸素は、乾燥し
た塩素ガス雰囲気下、８００〜９００℃程度に加熱し
た、ＳｃＸ3を３０〜６０分程度維持することにより行
なうことができる。好ましくは、ＳｃＸ3に対して７０
〜９０重量％のＣａＣｌ2および／またはＣａＦ2を添加
して加熱(900〜1000℃程度)溶融し、これに乾燥した塩
素ガスを導入する。この混合物は、ＳｃＸ3とＣａＣｌ2
ないしＣａＸ2の混合融液であるが、そのまま脱酸素工
程に用いることが可能である。これらのカルシウム塩
は、脱酸素終了後、ＳｃＸ3等を含むスラグ層を金属Ｓ
ｃ層から剥離し易くする。
た塩素ガス雰囲気下、８００〜９００℃程度に加熱し
た、ＳｃＸ3を３０〜６０分程度維持することにより行
なうことができる。好ましくは、ＳｃＸ3に対して７０
〜９０重量％のＣａＣｌ2および／またはＣａＦ2を添加
して加熱(900〜1000℃程度)溶融し、これに乾燥した塩
素ガスを導入する。この混合物は、ＳｃＸ3とＣａＣｌ2
ないしＣａＸ2の混合融液であるが、そのまま脱酸素工
程に用いることが可能である。これらのカルシウム塩
は、脱酸素終了後、ＳｃＸ3等を含むスラグ層を金属Ｓ
ｃ層から剥離し易くする。
【００１７】(ハ)脱酸素工程 Ｓｃ低融点合金の融液とＳｃＸ3とを接触させることに
より、Ｓｃ低融点合金中の酸素を除去する。該合金中の
酸素は、次式に示すように純粋なＳｃＸ3に吸収され、
ＳｃＯＸとなって除去される。 Ｏ＋ＳｃＸ3 → ＳｃＯＸ ＋ Ｘ2 Ｓｃ低融点合金融液とＳｃＸ3との接触は任意の方法に
より行なうことができる。例えば、固体の上記Ｓｃ低融
点合金とＳｃＸ3とを混合した上で加熱溶融してもよ
く、或いは該Ｓｃ低融点合金を加熱溶融後、ＳｃＸ3を
添加してもよい。エネルギーコストの点からは、上記
(イ)の工程において調製したＳｃ合金を溶融状態のまま
脱酸素工程に導き、これに(ロ)の工程において調製した
ＳｃＸ3（好ましくは、ScX3-CaCl2-CaF2）融液を加えて
ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下に混合・撹拌すること
が好ましい。
より、Ｓｃ低融点合金中の酸素を除去する。該合金中の
酸素は、次式に示すように純粋なＳｃＸ3に吸収され、
ＳｃＯＸとなって除去される。 Ｏ＋ＳｃＸ3 → ＳｃＯＸ ＋ Ｘ2 Ｓｃ低融点合金融液とＳｃＸ3との接触は任意の方法に
より行なうことができる。例えば、固体の上記Ｓｃ低融
点合金とＳｃＸ3とを混合した上で加熱溶融してもよ
く、或いは該Ｓｃ低融点合金を加熱溶融後、ＳｃＸ3を
添加してもよい。エネルギーコストの点からは、上記
(イ)の工程において調製したＳｃ合金を溶融状態のまま
脱酸素工程に導き、これに(ロ)の工程において調製した
ＳｃＸ3（好ましくは、ScX3-CaCl2-CaF2）融液を加えて
ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下に混合・撹拌すること
が好ましい。
【００１８】ＳｃＸ3とＳｃ低融点合金との混合比（Ｓ
ｃＸ3：Ｓｃ低融点合金）は、好ましくは２：３〜４：
１、より好ましくは１：１〜２：１程度である。なおＳ
ｃＸ3が上記カルシウム塩との混合物である場合には混
合物中のＳｃＸ3の対して上記範囲のＳｃ低融点合金が
適当である。この混合比が２：３未満では酸素除去効果
が十分に発揮されない。４：１を超えると効果が飽和
し、しかも反応容器等の設備のスケールに対して十分な
処理効果が発揮されない。
ｃＸ3：Ｓｃ低融点合金）は、好ましくは２：３〜４：
１、より好ましくは１：１〜２：１程度である。なおＳ
ｃＸ3が上記カルシウム塩との混合物である場合には混
合物中のＳｃＸ3の対して上記範囲のＳｃ低融点合金が
適当である。この混合比が２：３未満では酸素除去効果
が十分に発揮されない。４：１を超えると効果が飽和
し、しかも反応容器等の設備のスケールに対して十分な
処理効果が発揮されない。
【００１９】本発明の方法によれば、低融点Ｓｃ合金を
用いることにより、９００〜１３００℃程度の温度で脱
酸素処理を行なうことができる。この結果、黒鉛ルツボ
やＴａルツボのような通常のルツボを用いてもルツボ成
分による汚染が進行することがない。また、上述のよう
に酸素を実質的に完全に除いたＳｃＸ3を用いることに
より、金属Ｓｃ中の酸素濃度を５００ppm程度以下まで
低減することが可能である。吸湿性が少なく取扱いが容
易であることから、ＳｃＸ3としてはフッ化スカンジウ
ム(ScF3)が好ましい。
用いることにより、９００〜１３００℃程度の温度で脱
酸素処理を行なうことができる。この結果、黒鉛ルツボ
やＴａルツボのような通常のルツボを用いてもルツボ成
分による汚染が進行することがない。また、上述のよう
に酸素を実質的に完全に除いたＳｃＸ3を用いることに
より、金属Ｓｃ中の酸素濃度を５００ppm程度以下まで
低減することが可能である。吸湿性が少なく取扱いが容
易であることから、ＳｃＸ3としてはフッ化スカンジウ
ム(ScF3)が好ましい。
【００２０】(ニ)脱合金化工程 合金形成元素がＭｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＺｎまたはＣｄから
選択される少なくとも１種の金属である場合には、通
常、上記脱酸素工程で得られた低酸素Ｓｃ合金からこれ
らの金属元素を真空分離によって容易に除去することが
できる。真空分離は上記Ｓｃ合金を真空中で約１０００
〜１１００℃に加熱することにより行う。真空分離によ
り合金成分のうちＳｃを除く上記金属元素が揮発し、ス
ポンジ状の精製金属Ｓｃが得られる。
選択される少なくとも１種の金属である場合には、通
常、上記脱酸素工程で得られた低酸素Ｓｃ合金からこれ
らの金属元素を真空分離によって容易に除去することが
できる。真空分離は上記Ｓｃ合金を真空中で約１０００
〜１１００℃に加熱することにより行う。真空分離によ
り合金成分のうちＳｃを除く上記金属元素が揮発し、ス
ポンジ状の精製金属Ｓｃが得られる。
【００２１】
【実施例および比較例】実施例１ 酸化Ｓｃ粉末(純度：99.9％)３７.８ｇを特級試薬の塩
酸２５０mlに溶解した後、イオン交換水を添加して３０
０mlの塩化Ｓｃ水溶液とした。これに半導体級純度のフ
ッ化水素酸１００mlを添加し、フッ化Ｓｃ沈殿を生成さ
せ、これを濾過回収後、３００℃で乾燥してフッ化Ｓｃ
粉末５３ｇを得た。このフッ化Ｓｃ粉末４０ｇを用い、
金属カルシウム１６ｇ、亜鉛９４ｇ、塩化カルシウム８
８ｇと共に内容積５００mlのタンタルルツボに入れ、ア
ルゴンガス雰囲気下に９５０℃で１時間反応させた。反
応終了後、同雰囲気内にて室温まで放冷して内容物を取
り出し、スラグ層(フラックス層)と合金層(Sc-Zn合金)
とを分離した。一方、同様にして得られたフッ化Ｓｃ３
０ｇを塩化カルシウム８８ｇと共にグラッシーカーボン
ルツボに入れ、９００℃に加熱して溶融し、この融体に
塩素ガスを２００ml/minの割合で２時間吹き込み反応さ
せた。反応終了後、室温にてルツボを取り出し、フッ化
Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物を取り出した。さらに、上記Ｓｃ-
Ｚｎ合金とこのフッ化Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物とを内容積
５００mlのタンタルルツボに入れ、再びアルゴンガス雰
囲気の反応容器内にて９５０℃で１時間反応させた。反
応終了後、室温にてルツボを取り出し、スラグ層とＳｃ
-Ｚｎ合金層とを分離した。次いでアルゴン雰囲気のグ
ローブボックス中で上記合金９２ｇを１cm程度に粉砕
し、再度タンタルルツボに入れて真空容器内で１０００
℃で５時間加熱してＺｎを除去し、精製金属Ｓｃを得
た。原料Ｓｃと精製Ｓｃ中の酸素濃度を燃焼赤外吸収法
により測定したところ、原料中では２０００ppmであっ
た酸素濃度が本発明の処理により４５０ppmまで低減で
きたことが確認された。
酸２５０mlに溶解した後、イオン交換水を添加して３０
０mlの塩化Ｓｃ水溶液とした。これに半導体級純度のフ
ッ化水素酸１００mlを添加し、フッ化Ｓｃ沈殿を生成さ
せ、これを濾過回収後、３００℃で乾燥してフッ化Ｓｃ
粉末５３ｇを得た。このフッ化Ｓｃ粉末４０ｇを用い、
金属カルシウム１６ｇ、亜鉛９４ｇ、塩化カルシウム８
８ｇと共に内容積５００mlのタンタルルツボに入れ、ア
ルゴンガス雰囲気下に９５０℃で１時間反応させた。反
応終了後、同雰囲気内にて室温まで放冷して内容物を取
り出し、スラグ層(フラックス層)と合金層(Sc-Zn合金)
とを分離した。一方、同様にして得られたフッ化Ｓｃ３
０ｇを塩化カルシウム８８ｇと共にグラッシーカーボン
ルツボに入れ、９００℃に加熱して溶融し、この融体に
塩素ガスを２００ml/minの割合で２時間吹き込み反応さ
せた。反応終了後、室温にてルツボを取り出し、フッ化
Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物を取り出した。さらに、上記Ｓｃ-
Ｚｎ合金とこのフッ化Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物とを内容積
５００mlのタンタルルツボに入れ、再びアルゴンガス雰
囲気の反応容器内にて９５０℃で１時間反応させた。反
応終了後、室温にてルツボを取り出し、スラグ層とＳｃ
-Ｚｎ合金層とを分離した。次いでアルゴン雰囲気のグ
ローブボックス中で上記合金９２ｇを１cm程度に粉砕
し、再度タンタルルツボに入れて真空容器内で１０００
℃で５時間加熱してＺｎを除去し、精製金属Ｓｃを得
た。原料Ｓｃと精製Ｓｃ中の酸素濃度を燃焼赤外吸収法
により測定したところ、原料中では２０００ppmであっ
た酸素濃度が本発明の処理により４５０ppmまで低減で
きたことが確認された。
【００２２】実施例２ 実施例１と同様に調製したフッ化Ｓｃ粉末を４０ｇ、金
属カルシウム粒６ｇ、純度99.999％のアルミニウム１０
０ｇ、塩化カルシウム１２０ｇと共に内容積５００mlの
タンタルルツボに入れ、アルゴンガス雰囲気下に９５０
℃で１時間反応させた。反応終了後、同雰囲気内にて室
温まで放冷して内容物を取り出し、スラグ層(フラック
ス層)と合金層とを分離した。一方、同様にして得たフ
ッ化Ｓｃ３０ｇを塩化カルシウム８８ｇと共にグラッシ
ーカーボンルツボに入れ、９００℃にて塩素ガスを２０
０ml/minの割合で２時間融体に吹き込み反応させた。反
応終了後、室温にてルツボを取り出し、フッ化Ｓｃ-塩
化Ｃａ混合物を取り出した。さらに、前述した合金層と
フッ化Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物とを内容積５００mlのタン
タルルツボに入れ、再びアルゴンガス雰囲気の反応容器
内にて９５０℃で１時間反応させた。反応終了後、室温
にてルツボを取り出し、スラグ層と合金層とを分離し、
精製Ｓｃ-Ａｌ合金１１０ｇを得た。精製Ｓｃ-Ａｌ合金
中の酸素濃度を実施例１と同様にして測定したところ、
酸素濃度は７００ppmであった。
属カルシウム粒６ｇ、純度99.999％のアルミニウム１０
０ｇ、塩化カルシウム１２０ｇと共に内容積５００mlの
タンタルルツボに入れ、アルゴンガス雰囲気下に９５０
℃で１時間反応させた。反応終了後、同雰囲気内にて室
温まで放冷して内容物を取り出し、スラグ層(フラック
ス層)と合金層とを分離した。一方、同様にして得たフ
ッ化Ｓｃ３０ｇを塩化カルシウム８８ｇと共にグラッシ
ーカーボンルツボに入れ、９００℃にて塩素ガスを２０
０ml/minの割合で２時間融体に吹き込み反応させた。反
応終了後、室温にてルツボを取り出し、フッ化Ｓｃ-塩
化Ｃａ混合物を取り出した。さらに、前述した合金層と
フッ化Ｓｃ-塩化Ｃａ混合物とを内容積５００mlのタン
タルルツボに入れ、再びアルゴンガス雰囲気の反応容器
内にて９５０℃で１時間反応させた。反応終了後、室温
にてルツボを取り出し、スラグ層と合金層とを分離し、
精製Ｓｃ-Ａｌ合金１１０ｇを得た。精製Ｓｃ-Ａｌ合金
中の酸素濃度を実施例１と同様にして測定したところ、
酸素濃度は７００ppmであった。
【００２３】実施例３ 純度99.999％のアルミニウム３００ｇに実施例１で得た
精製金属Ｓｃ３.６ｇを添加し、真空中８００℃で溶融
し、鋳造した。得られた鋳塊を５２０℃で１０時間保持
した後、圧延率８０％の冷間圧延を施し、さらに４２０
℃で３０分間の熱処理を施した。得られた素材を用いて
直径１２０mmφ、厚さ２mmのスパッタリングターゲット
を作成した。このターゲットを用い、スパッタリング法
およびリソグラフィー法により配線パターンを形成し
た。配線パターン中の各配線の幅は２μm、長さ３mm、
厚さ１μmとし、各試料ターゲット毎に１０本づつの配
線を選定した。各配線に通電して加速信頼性試験を行な
った。試験条件は基板温度１５０℃、電流密度５×１０
6 A/cm2とした。各試料ターゲットから得られる配線の
それぞれについて、断線が発生した本数の全体本数に対
する比率を算定し、配線の信頼性を評価した。結果を表
１に示す。
精製金属Ｓｃ３.６ｇを添加し、真空中８００℃で溶融
し、鋳造した。得られた鋳塊を５２０℃で１０時間保持
した後、圧延率８０％の冷間圧延を施し、さらに４２０
℃で３０分間の熱処理を施した。得られた素材を用いて
直径１２０mmφ、厚さ２mmのスパッタリングターゲット
を作成した。このターゲットを用い、スパッタリング法
およびリソグラフィー法により配線パターンを形成し
た。配線パターン中の各配線の幅は２μm、長さ３mm、
厚さ１μmとし、各試料ターゲット毎に１０本づつの配
線を選定した。各配線に通電して加速信頼性試験を行な
った。試験条件は基板温度１５０℃、電流密度５×１０
6 A/cm2とした。各試料ターゲットから得られる配線の
それぞれについて、断線が発生した本数の全体本数に対
する比率を算定し、配線の信頼性を評価した。結果を表
１に示す。
【００２４】実施例４ 実施例２で得た精製Ｓｃ-Ａｌ合金１.５ｇと純度99.999
％のアルミニウム３００ｇとを真空中８００℃で溶融し
た後、実施例３と同様にして配線を製造し、その信頼性
を調べた。結果を表１に示す。
％のアルミニウム３００ｇとを真空中８００℃で溶融し
た後、実施例３と同様にして配線を製造し、その信頼性
を調べた。結果を表１に示す。
【００２５】比較例１ 市販の金属Ｓｃ(酸素濃度:2000ppm)を用いた他は実施例
３と同様の方法により配線の信頼性を試験した。結果を
表１に示す。
３と同様の方法により配線の信頼性を試験した。結果を
表１に示す。
【００２６】
【００２７】この結果から明らかなように、本発明の酸
素含有量の少ない金属Ｓｃを用いたＡｌ−Ｓｃ配線材料
は従来品に比べて断線発生率が半分以下であり、信頼性
に優れることがわかる。
素含有量の少ない金属Ｓｃを用いたＡｌ−Ｓｃ配線材料
は従来品に比べて断線発生率が半分以下であり、信頼性
に優れることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば従来法では達成できなか
った数百ppm 程度の低い酸素濃度を容易に実現できるの
で、金属Ｓｃの本来の特徴を損なうことなく幅広い応用
が可能となる。特にＡｌ−Ｓｃ配線材料として使用した
場合には従来品に比べて断線発生率や信号遅延が著しく
改善され、信頼性が高く電気特性に優れた製品が得られ
る。
った数百ppm 程度の低い酸素濃度を容易に実現できるの
で、金属Ｓｃの本来の特徴を損なうことなく幅広い応用
が可能となる。特にＡｌ−Ｓｃ配線材料として使用した
場合には従来品に比べて断線発生率や信号遅延が著しく
改善され、信頼性が高く電気特性に優れた製品が得られ
る。
【図１】本発明による低酸素Ｓｃの製造プロセスを模式
的に示した流れ図。
的に示した流れ図。
Claims (6)
- 【請求項１】 金属スカンジウム(Ｓｃ)を低融点合金化
し、その融液にハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘは
ハロゲン)を接触させて金属スカンジウム中の酸素濃度
を低減する方法。 - 【請求項２】 金属スカンジウムにＭｇ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｉｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｄから選択される少なくと
も１種の金属を添加して低融点スカンジウム合金を形成
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 塩素ガスで処理して酸素を除いたハロゲ
ン化スカンジウムを用いる請求項１または２に記載の方
法。 - 【請求項４】 ハロゲン化スカンジウムに塩化カルシウ
ムおよび／またはフッ化カルシウムを添加し、その融液
に塩素ガスを導入して酸素を除いたハロゲン化スカンジ
ウムを用いる請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項５】 金属スカンジウムにＭｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、
ＺｎまたはＣｄから選択される少なくとも１種の金属を
添加して低融点スカンジウム合金を形成し、その融液に
ハロゲン化スカンジウム(ＳｃＸ3：Ｘはハロゲン)を接
触させて金属スカンジウム中の酸素濃度を低減し、その
後、上記添加金属を真空分離する請求項１に記載の方
法。 - 【請求項６】 ハロゲン化スカンジウムがフッ化スカン
ジウム(ＳｃＦ3)である請求項１〜５のいずれかに記載
の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26979096A JP3292060B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 金属スカンジウムの脱酸素方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26979096A JP3292060B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 金属スカンジウムの脱酸素方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10121164A true JPH10121164A (ja) | 1998-05-12 |
| JP3292060B2 JP3292060B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=17477202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26979096A Expired - Fee Related JP3292060B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 金属スカンジウムの脱酸素方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3292060B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102220503A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-19 | 中国地质科学院矿产综合利用研究所 | 钙热还原法制备铝钪中间合金的方法 |
| CN102220502A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-19 | 中国地质科学院矿产综合利用研究所 | 一种铝钙合金热还原制备铝钪中间合金的方法 |
| US11142809B2 (en) | 2015-02-10 | 2021-10-12 | Scandium International Mining Corp. | Systems and processes for recovering scandium values from laterite ores |
-
1996
- 1996-10-11 JP JP26979096A patent/JP3292060B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN102220503A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-19 | 中国地质科学院矿产综合利用研究所 | 钙热还原法制备铝钪中间合金的方法 |
| CN102220502A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-19 | 中国地质科学院矿产综合利用研究所 | 一种铝钙合金热还原制备铝钪中间合金的方法 |
| US11142809B2 (en) | 2015-02-10 | 2021-10-12 | Scandium International Mining Corp. | Systems and processes for recovering scandium values from laterite ores |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3292060B2 (ja) | 2002-06-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
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