(57)【要約】      （修正有）【課題】高融点金属インゴットの生産性を向上させ、さらに高純度の高融点金属インゴットを製造し得る高融点金属体の製造方法及び該金属体の提供。【解決手段】高融点金属体の製造方法は、平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１０μｍ以下の炭素の粉末とを含む成形体１００を形成することを含む。上記成形体は、真空容器１０内に設置される。上記真空容器１０内を排気しつつ上記成形体１００が加熱されることにより、上記高融点金属酸化物が炭素還元されて、気孔率が２０％以下の高融点金属体が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１０μｍ以下の炭素の粉末とを含む成形体を形成し、
前記成形体を真空容器内に設置し、
前記真空容器内を排気しつつ前記成形体を加熱することにより前記高融点金属酸化物を炭素還元して、気孔率が２０％以下の高融点金属体を形成する
高融点金属体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高融点金属体の製造方法であって、
前記成形体の厚みを５ｍｍ以下に調整する
高融点金属体の製造方法。
【請求項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、
前記成形体に含まれる前記炭素のモル濃度を前記高融点金属酸化物のモル濃度の５倍以下に調製する
高融点金属体の製造方法。
【請求項４】
電子ビーム溶解によって形成される高融点金属インゴットの原料であって、２０％以下の気孔率を有する高融点金属体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高融点金属体の製造方法及び高融点金属体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、高融点金属酸化物と黒鉛とを混合させた成形体を千度以上に加熱して、高融点金属酸化物を炭素還元することにより、高融点金属体を得る手法である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、高融点金属体においては、塊状の高融点金属原料を電子ビーム照射により溶解して、溶解した高融点金属を鋳型内に収容して高融点金属体を高融点金属インゴットに再生できることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７７５２２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本鉱業会誌／９６ １１０５ （'８０−３） １６５＜４５＞−１７０＜５４＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の成形体から炭素還元によって形成した高融点金属体は、炭素が存在していた部分が空孔となって多孔質になる場合がある。このような高融点金属体に電子ビームを照射すると、高融点金属体の脱ガス処理に手間がかかったり、または、高融点金属体からスプラッシュが発生したりする場合がある。さらに、炭素還元での未反応物が成形体中に残存すると、高融点金属インゴットに未反応物が不純物として取り込まれる可能性がある。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電子ビーム照射時の高融点金属体の脱ガス処理及びスプラッシュを抑え、高融点金属インゴットの生産性を向上させ、さらに高純度の高融点金属インゴットを製造し得る高融点金属体の製造方法及び高融点金属体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１０μｍ以下の炭素の粉末とを含む成形体を形成することを含む。上記成形体は、真空容器内に設置される。上記真空容器内を排気しつつ上記成形体が加熱されることにより、上記高融点金属酸化物が炭素還元されて、気孔率が２０％以下の高融点金属体が形成される。
このような高融点金属体の製造方法によれば、電子ビーム照射時の高融点金属体の脱ガス処理及びスプラッシュが抑えられ、高融点金属インゴットの生産性が向上する。さらに、高純度の高融点金属インゴットが形成される。
【０００９】
上記に記載の高融点金属体の製造方法においては、上記成形体の厚みを５ｍｍ以下に調整してもよい。
このような高融点金属体の製造方法によれば、炭素還元において炭素が効率よく消費され、高純度の高融点金属インゴットが形成される。
【００１０】
上記の高融点金属体の製造方法においては、上記成形体に含まれる上記炭素のモル濃度を上記高融点金属酸化物のモル濃度の５倍以下に調製してもよい。
高融点金属体の製造方法。
このような高融点金属体の製造方法によれば、炭素還元において炭素が効率よく消費され、高純度の高融点金属インゴットが形成される。
【００１１】
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は、電子ビーム溶解によって形成される高融点金属インゴットの原料であって、２０％以下の気孔率を有する。
このような高融点金属体によれば、電子ビーム照射時の高融点金属体の脱ガス処理及びスプラッシュが抑えられ、高融点金属インゴットの生産性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によれば、高融点金属インゴットの生産性が向上し、さらに高純度の高融点金属インゴットが製造され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る高融点金属体を製造する真空加熱装置の概略断面図である。
【図２】本実施形態に係る高融点金属体の製造方法の一例を示す概略グラフ図である。
【図３】図（ａ）は、成形体が加熱される前における成形体を部分的に示す模式的図である。図（ｂ）は、成形体が加熱されて高融点金属体になった状態での高融点金属体を部分的に示す模式的図である。
【図４】図（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る多孔質の高融点金属体を部分的に示す模式的図である。図（ｃ）は、比較例に係る多孔質の高融点金属体の模式的断面図である。
【図５】高融点金属体が電子ビーム溶解によって高融点金属インゴットに再生される様子を示す概略図である。
【図６】図（ａ）は、実施例１の高融点金属体のＸ線回折結果であり、図（ｂ）は、比較例１の高融点金属体のＸ線回折結果である。図（ｃ）は、実施例２の高融点金属体のＸ線回折結果である。
【図７】図（ａ）及び図（ｂ）は、比較例３の高融点金属体のＸ線回折結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。まず、本実施形態に係る高融点金属体を製造する真空加熱装置を説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る高融点金属体を製造す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。
【００１６】
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。
【００１７】
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も段熱材として機能する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
ステージ３０上には、熱伝導率が低い台座４０が載置されている。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。例えば、成形体１００は、平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１０μｍの炭素の粉末とが圧力１００ＭＰａで加圧成形されたものである。平均粒径は、例えば、レーザ散乱法により測定される。
【００２６】
成形体１００の外形は、ペレット状またはブロック状である。例えば、成形体１００の形状は、加圧方向における厚さが５ｍｍ以下、径が３０ｍｍのペレット体、または、加圧方向における厚みが５ｍｍ以下の直方体であってもよい。
【００２７】
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（ＷＯ３）と炭素とを含む成形体、モリブデン酸化物（ＭｏＯ３）と炭素とを含む成形体、タンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５）と炭素とを含む成形体、ニオブ酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）と炭素とを含む成形体、及びチタン酸化物（ＴｉＯ２）と炭素とを含む成形体のいずれかである。
【００２８】
成形体１００において、炭素のモル濃度（ｍｏｌ／ｍ３）は、高融点金属酸化物のモル濃度の５倍以下に調製される。例えば、炭素のモル濃度が高融点金属酸化物のモル濃度の５倍のとき、タンタル金属酸化物は、効率よくタンタルに還元され、ニオブ金属酸化物は、効率よくニオブに還元される。例えば、炭素のモル濃度が高融点金属酸化物のモル濃度の３倍のとき、タングステン金属酸化物は、効率よくタングステンに還元され、モリブデン金属酸化物は、効率よくモリブデンに還元される。例えば、炭素のモル濃度が高融点金属酸化物のモル濃度の２倍のとき、チタン金属酸化物は、効率よくチタンに還元される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
ガス供給機構８０は、真空容器１０内に、Ｎ２、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、Ｎ２）が供給される。
【００３６】
次に、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２は、本実施形態に係る高融点金属体の製造方法の一例を示す概略グラフ図である。
図２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。図２には、一般的な炭素還元の反応式が示されている。ここで、「Ｍ」は、高融点金属を示す。
【００３７】
まず、平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末と、平均粒径が１０μｍ以下の炭素の粉末とを含む成形体１００が形成される。続いて、成形体１００を真空容器１０内に設けられた台座４０上に支持させる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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（ＭｘＯｙ）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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Ｎ２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。高融点金属体は、成形体１００から酸素及び炭素が抜けて、体積が成形体１００に比べて収縮する傾向にある。
【００４３】
成形体１００から多孔質の高融点金属体が形成される手順を模式図で説明する。
【００４４】
図３（ａ）は、成形体が加熱される前における成形体を部分的に示す模式的図である。図３（ｂ）は、成形体が加熱されて高融点金属体になった状態での高融点金属体を部分的に示す模式的図である。
【００４５】
図３（ａ）に示す成形体１００は、高融点金属酸化物の粉末１１０と、炭素の粉末１２０とを有する。図３（ａ）では、炭素の粉末１２０が模式的に粒状に表されている。図３（ａ）に示す成形体１００では、炭素の粉末１２０以外の部分に高融点金属酸化物の粉末１１０が存在しているとする。
【００４６】
成形体１００で炭素還元が起きると、例えば、高融点金属酸化物（ＭｘＯｙ）が炭素（Ｃ）によって炭素還元されて、高融点金属（Ｍ）と一酸化炭素（ＣＯ）とが生成する。ここで、一酸化炭素は成形体１００から放出される。すなわち、炭素還元によって成形体１００中の炭素が消費されると、炭素の粉末１２０の部分が空孔２２０となって、図３（ｂ）に示す多孔質の高融点金属体２００が形成される。空孔２２０の内径は、数μｍから数１０μｍの範囲にある。
【００４７】
高融点金属体２００の気孔率は、例えば、１％以上である。ここで、気孔率とは、高融点金属体２００の全体積に占める空孔２２０の体積の割合（％）で定義される。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。
【００４８】
なお、気孔率が１％以上の高融点金属体２００とは、例えば、密度が１５．４ｇ／ｃｍ３以上１９．３ｇ／ｃｍ３以下のタングステン金属体、密度が８．２ｇ／ｃｍ３以上１０．３ｇ／ｃｍ３以下のモリブデン金属体、密度が１３．４ｇ／ｃｍ３以上１６．７ｇ／ｃｍ３以下のタンタル金属体、密度が６．９ｇ／ｃｍ３以上８．６ｇ／ｃｍ３以下のニオブ金属体、及び密度が３．６ｇ／ｃｍ３以上４．５ｇ／ｃｍ３以下のチタン金属体のいずれかである。密度は、常温（２５℃）における密度とする。
【００４９】
本実施形態に係る高融点金属体２００の効果を説明する前に、比較例に係る高融点金属体を説明する。
【００５０】
図４（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る多孔質の高融点金属体を部分的に示す模式的図である。図４（ｃ）は、比較例に係る多孔質の高融点金属体の模式的断面図である。
【００５１】
図４（ａ）に示す高融点金属体２０１は、平均粒径が１０μｍよりも大きい炭素の粉末１２０を用いた成形体から形成されたものである。なお、高融点金属酸化物の粉末１１０の平均粒径は、５０μｍ以下である。
【００５２】
このような成形体では、炭素の粉末１２０の粒径が過大となり、炭素の粉末１２０が炭素還元により消費されて形成される空孔２２０の内径が大きくなってしまう。これにより、高融点金属体２０１の気孔率は、２０％よりも大きくなる場合がある。
【００５３】
高融点金属体の気孔率が２０％よりも大きくなると、高融点金属体内に残存するガス量が多くなり、高融点金属体に電子ビームが照射された場合、空孔２２０内に溜ったガスが長く放出され続ける。これにより、高融点金属体を電子ビーム溶解する際に、高融点金属体の脱ガス処理に手間がかかる場合がある。また、高融点金属体の気孔率が２０％よりも大きくなると、高融点金属体に電子ビームが照射された場合、高融点金属体からスプラッシュが多数発生する場合がある。さらに、高融点金属体の気孔率が２０％よりも大きくなると、高融点金属体の熱伝導率が低くなり、電子ビーム照射された高融点金属体のみが局所的に加熱される。これにより、高融点金属体の加熱効率が低くなる場合がある。
【００５４】
従って、成形体１００における炭素の粉末１２０の平均粒径は、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
また、図４（ｂ）に示す高融点金属体２０２は、平均粒径が５０μｍよりも大きい高融点金属酸化物の粉末１１０を用いた成形体から形成されたものである。なお、炭素の粉末１２０の平均粒径は、１０μｍ以下である。
【００５６】
このような成形体１００では、高融点金属酸化物の粉末１１０の粒径が過大となり、粉末１１０の中心部で炭素還元が終了する前に、外周部においてガス放出経路が閉塞され、ＣＯ等のガスが中心部に滞留してしまう。従って、粉末１１０の中心部においてＣＯ等のガスが溜りやすく、中心部では、炭素還元反応が充分に進行しにくくなる。
【００５７】
この結果、高融点金属体２０２では、高融点金属酸化物、高融点金属炭化物等の未反応物２５０が内部に残存する場合がある。未反応物２５０を含む高融点金属体２０２を原料として、高融点金属インゴットを形成すると、高融点金属インゴットに炭素、酸素等が不純物として取り込まれる可能性がある。
【００５８】
従って、成形体１００における高融点金属酸化物の粉末１１０の平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。
【００５９】
また、図４（ｃ）に示す高融点金属体２０３は、５ｍｍよりも厚い成形体から形成されたものである。なお、高融点金属酸化物の粉末１１０の平均粒径は、５０μｍ以下であり、炭素の粉末１２０の平均粒径は、１０μｍ以下である。
【００６０】
このような成形体１００では、成形体１００の厚みが過大となって、成形体１００の中心部で炭素還元が終了する前に、外周部においてガス放出経路が閉塞され、ＣＯ等のガスが中心部に滞留してしまう。従って、成形体１００の中心部においてＣＯ等のガスが溜りやすく、中心部では、炭素還元反応が充分に進行しにくくなる。これにより、高融点金属酸化物、高融点金属炭化物等の未反応物２５０が高融点金属体２０３内に残存する場合がある。
【００６１】
従って、成形体１００の厚みは、５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
これに対して、本実施形態に係る高融点金属体２００は、平均粒径が５０μｍ以下の高融点金属酸化物の粉末１１０と、平均粒径が１０μｍの炭素の粉末１２０とが混合され、さらに厚みが５ｍｍ以下の成形体１００から形成される。高融点金属体２００は、２０％以下の気孔率を有する。このような高融点金属体２００の効果を以下に説明する。
【００６３】
図５は、高融点金属体が電子ビーム溶解によって高融点金属インゴットに再生される様子を示す概略図である。
【００６４】
例えば、減圧雰囲気で、高融点金属インゴットの原料である高融点金属体２００は、フィーダ機構３００から坩堝３０１に供給される。坩堝３０１内の高融点金属体２００には、電子銃３１０から放出された電子ビーム３１１が照射される。坩堝３０１内の高融点金属体２００が電子ビーム照射により融点以上の温度になると、液状の高融点金属２００ｍが坩堝３０１内に滞留する。そして、高融点金属２００ｍの量が坩堝３０１の容量を超えると、高融点金属２００ｍが坩堝３０１から鋳型３２０に流れ落ちる。
【００６５】
鋳型３２０は、円筒状の側部３２１と円板状の底部３２２とを有する。鋳型３２０内に流入する液状の高融点金属２００ｍは、鋳型３２０内で冷却されて固化する。そして、固化した高融点金属が鋳型３２０の上端から突き出る前に底部３２２が下方に移動する。この動作が繰り返され、鋳型３２０内には、底部３２２が移動する方向を長手方向とする高融点金属インゴット２００ｉが形成される。鋳型３２０から取り出された高融点金属インゴット２００ｉ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。
【００６６】
本実施形態に係る高融点金属体２００を用いれば、高融点金属体２００の気孔率が２０％以下に抑えられているので、高融点金属体２００内にＣＯ等のガスが残存しにくくなる。これにより、高融点金属体２００に電子ビーム３１１が照射されても、空孔２２０内に溜ったガスが迅速に放出される。すなわち、高融点金属体２００を電子ビーム溶解する際の脱ガス処理が容易になる。
【００６７】
また、高融点金属体２００の気孔率が２０％以下に抑えられているので、高融点金属体２００に電子ビーム３１１が照射された場合、高融点金属体２００からスプラッシュが発生しにくくなる。これにより、高融点金属インゴット２００ｉの収量が増加する。
【００６８】
また、高融点金属体２００の気孔率が２０％以下に抑えられているので、高融点金属体２００の熱伝導率が高くなる。これにより、電子ビーム照射された高融点金属体２００のみが局所的に加熱される現象が抑えられる。この結果、高融点金属体２００の加熱効率が高くなる。
【００６９】
また、本実施形態においては、成形体１００における高融点金属酸化物の粉末１１０の平均粒径が５０μｍ以下に調製されている。また、成形体１００の厚みが５ｍｍ以下に調整されている。
【００７０】
これにより、高融点金属酸化物、高融点金属炭化物等の未反応物２５０が高融点金属体２００内に残存しにくくなり、高融点金属インゴット２００ｉに炭素、酸素等が入りにくくなる。
【００７１】
このように、本実施形態によれば、高融点金属インゴット２００ｉの生産性が向上する。さらに、高純度の高融点金属インゴット２００ｉが形成される。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例等により本実施形態をさらに具体的に説明する。本発明の範囲はこれらの実施例に限定されない。
【００７３】
図６（ａ）は、実施例１の高融点金属体のＸ線回折結果であり、図６（ｂ）は、比較例１の高融点金属体のＸ線回折結果である。図６（ｃ）は、実施例２の高融点金属体のＸ線回折結果である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、比較例３の高融点金属体のＸ線回折結果である。Ｘ線回折は、θ−２θ法で測定される。
【００７４】
（実施例１）
【００７５】
五酸化タンタル（MetalIndia製：平均粒径４３μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：平均粒径５μｍ）とを１：５のモル濃度で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板型の成型体を形成した。この成形体を真空容器内で到達真空度５Ｐａ以下になった後、１９００℃に加熱し、直径１７ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのタンタル金属体を得た。このタンタル金属体の気孔率は、１８％（密度１３．７ｇ／ｃｍ３）であった。図６（ａ）に示すように、Ｘ線回折結果においては、Ｔａのピークが観測された。
【００７６】
タンタル金属体を電子ビーム溶解装置にセットし、真空排気後、電子ビームの出力を低パワーにしてタンタル金属体の脱ガスを行ったところ、１分以下で到達圧力に戻った。タンタル金属体を溶解精製するために、電子ビームの投入パワーを増加しても、圧力変動が少なく、５分程度で溶解が完了した。
【００７７】
（実施例２）
【００７８】
五酸化ニオブ（スタルク製：平均粒径４３μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：平均粒径５μｍ）とを１：５のモル濃度で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板型の成型体を形成した。この成形体を真空容器内で到達真空度５Ｐａ以下になった後、１９００℃に加熱し、直径２１ｍｍ、厚さ２．７ｍｍのニオブ金属体を得た。このニオブ金属体の気孔率は、１８％（密度７．１ｇ／ｃｍ３）であった。図６（ｃ）のように、Ｘ線回折結果においては、Ｎｂのピークが観測された。
【００７９】
ニオブ金属体を電子ビーム溶解装置にセットし、真空排気後、電子ビームの出力を低パワーにしてニオブ金属体の脱ガスを行ったところ、１分以下で到達圧力に戻った。ニオブ金属体を溶解精製するために、電子ビームの投入パワーを増加しても、圧力変動が少なく、５分程度で溶解が完了した。
【００８０】
（実施例３）
【００８１】
五酸化タンタル（MetalIndia製：平均粒径２５μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：平均粒径５μｍ）とを１：５のモル濃度で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板型の成型体を形成した。この成形体を真空容器内で到達真空度５Ｐａ以下になった後、１９００℃に加熱し、直径１６ｍｍ、厚さ２．４ｍｍのタンタル金属体を得た。このタンタル金属体の気孔率は、１４％（密度１４．４ｇ／ｃｍ３）であった。Ｘ線回折結果においては、Ｔａのピークが観測された。
【００８２】
タンタル金属体を電子ビーム溶解装置にセットし、真空排気後、電子ビームの出力を低パワーにしてタンタル金属体の脱ガスを行ったところ、１分以下で到達圧力に戻った。タンタル金属体を溶解精製するために、電子ビームの投入パワーを増加しても、圧力変動が少なく、５分程度で溶解が完了した。
【００８３】
（比較例１）
【００８４】
五酸化タンタル（MetalIndia製：平均粒径６１μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：平均粒径５μｍ）とを１：５のモル濃度で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板型の成型体を形成した。この成形体を真空容器内で到達真空度５Ｐａ以下になった後、１９００℃に加熱し、直径２３ｍｍ、厚さ３．７ｍｍのタンタル金属体を得た。図６（ｂ）に示すように、Ｘ線回折結果においては、Ｔａのほか、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ２Ｃのピークが観測された。
【００８５】
（比較例２）
【００８６】
五酸化タンタル（MetalIndia製：２５μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：１５μｍ）とを１：５で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱状成型体を得た。到達真空５Ｐａ以下で１９００℃に加熱し、直径２１ｍｍ、厚さ３．２ｍｍのタンタル金属体を得た。Ｘ線回折結果においては、Ｔａピークしか観測されなかった。しかし、気孔率は、５８％であった（密度７．０ｇ／ｃｍ３）。
【００８７】
タンタル金属体を電子ビーム溶解装置にセットし、真空排気後、電子ビームの出力を低パワーにしてタンタル金属体の脱ガスを行ったところ、２分ほどで元の圧力に戻った。タンタル金属体を溶解精製するために、電子ビームの投入パワーを増加すると、圧力が再度上昇した。電子ビーム照射を停止して圧力が下がった後、電子ビームの再度の投入パワー増加を行うために、排気時間が１５分を要した。
【００８８】
（比較例３）
【００８９】
五酸化タンタル（MetalIndia製：２５μｍ）と、炭素（日本黒鉛製：５μｍ）とを１：５で混合し、圧力１００ＭＰａでプレス成型を行い、直径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状成型体を得た。到達真空５Ｐａ以下で１９００℃に加熱し、直径２１ｍｍ、厚さ６ｍｍのタンタル金属体を得た。
【００９０】
タンタル金属体の外観を観察すると、金属光沢が見られた。タンタル金属体の外周のＸ線回折結果は、図７（ａ）に示すように、Ｔａのピークが観測された。一方、タンタル金属体の断面を観察すると、内部中央は、黒色を呈していた。タンタル金属体の内部中央のＸ線回折結果は、図７（ｂ）に示すように、Ｔａのほかに、Ｔａ２Ｃ、Ｔａ２Ｏ５のピークが観測された。以上の結果を表１にまとめる。
【００９１】
【表１】
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【００９２】
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。
【符号の説明】
【００９３】
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
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
１１０、１２０…粉末
２００、２０１、２０２、２０３…高融点金属体
２００ｉ…高融点金属インゴット
２００ｍ…高融点金属
２２０…空孔
２５０…未反応物
３００…フィーダ機構
３０１…坩堝
３１０…電子銃
３１１…電子ビーム
３２０…鋳型
３２１…側部
３２２…底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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