高純度銅の溶製とその評価

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銅の帯溶融精製を中心に研究を行った。径8mm、長さ200mmの無酸素銅棒を高純度ボロンナイトライド(BN)のボ-ト上に置き、高周波誘導加熱により銅の一部(約20mm長)を融解し、この融解帯を30mm/hrの速度で一端から他端に移動させることにより不純物元素の移動除去を行った。この操作回数(パス回数)を1,3,5,7,10と変えることにより不純物の除去に対する効果を調べた。分析した元素はB,Al,Si,P,Cr,Fe,Ni,Zn,As,Se,Ag,Sn,Sb,Te,Pb,Bi,S,Oである。その結果、いずれの実験条件においても試料中央部で最も不純物の濃度が減少しており、ほとんどの元素は分析下限以下であった。しかしながらこの中でFe,Ni,Agの除去効果が悪く1mass ppmを下まわる値が得られなかった。FeとNiに関しては銅の固体と液体への分配係数が1に近く、除去効率が悪かったと考えられる。またAgに関しては出発試料である無酸素銅中に約10mass ppmも含まれていたため除去が難しかったものと考えられる。またこの方法で得られた高純度銅の残留抵抗比(RRR)を測定したところ1300程度の値であった。帯溶融精製によりさらに高純度の銅を得るためには金属銅の帯溶融精製を行う前に上記3元素を何らかの方法で除去しておく必要があることがわかった。本研究ではCuClの高い蒸気圧を利用し、まず塩化銅の蒸留精製によりFe,Ni,Agを除去し、この塩化銅を一たん酸化後、水素ガスにより金属銅まで還元し、得られた金属銅に前述の帯溶融処理を施すことにより高純度銅を製造する新しい方法を考案した。これまでに行った数回の実験でこの蒸留精製処理はFe,Ni,Agの低減には十分効果があることを見出した。現在さらに詳細なデ-タを蓄積中である。