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JP2014189837A - Method for manufacturing high-purity neodymium, high-purity neodymium, sputtering target comprising high-purity neodymium, and rare earth magnet using high-purity neodymium as component - Google Patents

Method for manufacturing high-purity neodymium, high-purity neodymium, sputtering target comprising high-purity neodymium, and rare earth magnet using high-purity neodymium as component Download PDF

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JP2014189837A JP2013066337A JP2013066337A JP2014189837A JP 2014189837 A JP2014189837 A JP 2014189837A JP 2013066337 A JP2013066337 A JP 2013066337A JP 2013066337 A JP2013066337 A JP 2013066337A JP 2014189837 A JP2014189837 A JP 2014189837A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of providing, both efficiently and stably, a high-purity neodymium, a sputtering target comprising a high-purity neodymium, and a thin film for a rare earth magnet using a high-purity neodymium as a component.SOLUTION: In a method for manufacturing a high-purity neodymium having a gas component-excluded purity of 4N5 or higher, a neodymium batch having a purity of 4N or higher is prepared by reducing, with distilled calcium, a raw neodymium fluoride ingredient having a gas component-excluded purity of 4N or higher, and after the neodymium has been skull-melted and then cooled gradually so as to prepare a neodymium ingot, the obtained skull ingot is cut so as to remove therefrom a bottom portion in which a segregated oxide layer segment exists, and the remaining neodymium ingot is melted with electron beams so as to remove therefrom volatile substances. The method for manufacturing a high-purity neodymium stipulates a C content of 100 wt.ppm or less, an O content of 50 wt.ppm or less, Al and Fe contents of 10 wt.ppm or less each, and a Cu content of 1 wt.ppm or less.

Description

本発明は、高純度ネオジムの製造方法、高純度ネオジム並びに高純度ネオジムからなるスパッタリングターゲット及び高純度ネオジムを成分とする希土類磁石に関する。   The present invention relates to a method for producing high-purity neodymium, a high-purity neodymium, a sputtering target composed of high-purity neodymium, and a rare earth magnet containing high-purity neodymium as a component.

ネオジム(Nd)は希土類元素の中に含まれるものであるが、鉱物資源として混合複合酸化物として地殻に含有されている。希土類元素は比較的希(まれ)に存在する鉱物から分離されたので、このような名称がついたが、地殻全体からみると決して希少ではない。
ネオジムの原子番号は60、原子量144.2.9の銀白色の金属であり、常温で六方最密構造を備えている。融点は1020°C、沸点3100°C、密度6.80g/cmであり、空気中では表面が酸化され、水には徐々にとける。熱水、酸に可溶であり、延性、展性がある。抵抗率は64.0×10−6Ωcmである(理化学辞典参照)。
Neodymium (Nd) is contained in rare earth elements, but is contained in the earth's crust as a mixed complex oxide as a mineral resource. Since rare earth elements were separated from relatively rare (rare) minerals, they were named as such, but they are not rare when viewed from the entire crust.
Neodymium is a silver-white metal with an atomic number of 60 and an atomic weight of 144.2.9, and has a hexagonal close-packed structure at room temperature. The melting point is 1020 ° C., the boiling point is 3100 ° C., the density is 6.80 g / cm 3 , the surface is oxidized in air, and it is gradually dissolved in water. It is soluble in hot water and acid and has ductility and malleability. The resistivity is 64.0 × 10 −6 Ωcm (see Riken).

近年ネオジムを用いた希土類磁石の研究開発が活発に行われており(特許文献1〜3参照)、優れた磁気特性を有することから、自動車、家電、IT機器、産業機器、医療機器、エネルギー機器等幅広い分野への応用が期待されている。
ところで、次世代希土類磁石として、小型化、高性能化が要求されている。このような場合、ネオジム金属に含まれる不純物がその磁気特性に与える影響は小さくない。一般にネオジム金属は精製時に酸化し易いという問題があるため、高純度化が難しい材料であり、高純度製品は存在していなかった。また、ネオジム金属を空気中に放置した場合には短時間で酸化し変色するので、取り扱いが容易でないという問題があった。
In recent years, research and development of rare earth magnets using neodymium has been actively carried out (see Patent Documents 1 to 3), and since they have excellent magnetic properties, automobiles, home appliances, IT equipment, industrial equipment, medical equipment, energy equipment. Applications to a wide range of fields are expected.
By the way, miniaturization and high performance are demanded as next-generation rare earth magnets. In such a case, the influence of impurities contained in the neodymium metal on the magnetic properties is not small. In general, neodymium metal has a problem that it is easily oxidized during refining, so that it is difficult to achieve high purity, and high purity products have not existed. Further, when neodymium metal is left in the air, it is oxidized and discolored in a short time, so that there is a problem that handling is not easy.

希土類金属を精製する方法として、希土類金属のハロゲン化物をカルシウム又は水素化カルシウムにより還元するという技術が、20年ほど前に提案されている。この中に希土類の例示としてネオジムの記載があるが、スラグを分離する手段として、スラグ分離治具を使用するという程度の技術で、ネオジム金属元素の持つ問題点及び精製手段については殆ど開示がない(特許文献4参照)。 As a method for purifying rare earth metals, a technique of reducing a rare earth metal halide with calcium or calcium hydride has been proposed about 20 years ago. Among them, there is a description of neodymium as an example of rare earth, but as a means for separating slag, it is a technique to the extent that a slag separation jig is used, and there is little disclosure about problems and purification means possessed by neodymium metal elements. (See Patent Document 4).

このようにネオジム金属については、まだ研究の段階にあると言える。このようなネオジム金属の特性を調べる場合において、ネオジム金属自体がスパッタリングターゲット材として存在すれば、基板上にネオジムの薄膜を形成することが可能であり、また、希土類磁石(Nd−Fe−B系磁石)の薄膜を形成して、高保磁力の希土類磁石の特性を調べることが容易となり、また製品としての自由度が増すという大きな利点を持つものである。 Thus, it can be said that neodymium metal is still in the research stage. When examining the characteristics of such neodymium metal, if the neodymium metal itself is present as a sputtering target material, a neodymium thin film can be formed on the substrate, and a rare earth magnet (Nd—Fe—B system) can be formed. It is easy to study the characteristics of a high coercivity rare earth magnet and to increase the degree of freedom as a product.

しかしながら、ネオジムスパッタリングターゲットを作製しても、上記の通り、空気中で短時間に(10分程度で)酸化してしまう。ターゲットに酸化膜が形成されると、磁気特性を劣化させるおそれがあり、また、スパッタリングの不良を招く。さらに、空気中に長時間放置しておくと、空気中の水分と反応して水酸化物の白い粉で覆われるという状態に至り、正常なスパッタリングができないという問題すら起こる。
このためターゲット作製後、すぐ真空パックするか又は油脂で覆い酸化防止策を講ずる必要があるが、これは著しく煩雑な作業である。このような問題から、ネオジム元素のターゲット材は、実用化に至っていないのが現状である。
However, even if a neodymium sputtering target is produced, it is oxidized in the air in a short time (in about 10 minutes) as described above. If an oxide film is formed on the target, the magnetic characteristics may be deteriorated and a sputtering defect may be caused. Further, if left in the air for a long time, it reacts with moisture in the air and is covered with a white powder of hydroxide, and there is even a problem that normal sputtering cannot be performed.
For this reason, it is necessary to immediately vacuum-pack or prepare an anti-oxidation measure after covering the target with oil or fat, which is a very complicated operation. Due to such problems, the target material for neodymium elements has not yet been put into practical use.

また、ネオジムターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する場合に問題となるのは、ターゲット表面上の突起物(ノジュール)の発生である。この突起物は異常放電を誘発し、突起物(ノジュール)の破裂等によるパーティクルの発生が生ずる。
パーティクル発生は、希土類磁石の磁気特性を劣化させる原因となる。ネオジムに含まれる炭素(グラファイト)が固形物であることから、特に問題であり、この炭素(グラファイト)は、導電性を有するため、検知が難しく、低減化が求められている。
Further, when a film is formed by sputtering using a neodymium target, generation of protrusions (nodules) on the target surface is a problem. This protrusion induces abnormal discharge, and particles are generated due to the burst of the protrusion (nodule).
The generation of particles causes the magnetic properties of the rare earth magnet to deteriorate. Since carbon (graphite) contained in neodymium is a solid matter, it is a particular problem. Since this carbon (graphite) has conductivity, it is difficult to detect and is required to be reduced.

さらに、ネオジムは上記のように、高純度化するのが難しい材料であるが、上記炭素(グラファイト)以外にも、Al、Fe、Cuの含有も磁気特性を厳密に制御するためには低減化が好ましい。また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、遷移金属元素、高融点金属元素、放射性元素も磁気特性に影響を与えるおそれがあるので低減化が望まれる。このようなことからネオジムの純度が4N5以上であることが望まれる。 Furthermore, neodymium is a material that is difficult to purify as described above, but in addition to the above carbon (graphite), the content of Al, Fe, and Cu is also reduced in order to strictly control the magnetic properties. Is preferred. In addition, since alkali metals and alkaline earth metals, transition metal elements, refractory metal elements, and radioactive elements may also affect magnetic properties, reduction is desired. For these reasons, the purity of neodymium is desired to be 4N5 or higher.

しかし、ネオジム中に含有されるネオジム以外の希土類元素については除去するのが極めて難しいという問題がある。一般に、希土類元素については、その性質が類似していることから、多少の混入は問題とならないが、本発明においては、ネオジムを除く希土類元素も低減化できる方法を提供するものである。
また、ガス成分の多少の混入も大きな問題とならない。しかも、ガス成分は、一般に除去が難しいため、純度の表示には、このガス成分を除外するのが一般的である。
However, there is a problem that it is very difficult to remove rare earth elements other than neodymium contained in neodymium. In general, since rare earth elements have similar properties, some contamination is not a problem, but the present invention provides a method capable of reducing rare earth elements excluding neodymium.
Further, some mixing of gas components does not cause a big problem. In addition, since the gas component is generally difficult to remove, it is common to exclude this gas component in the purity display.

このように、ネオジムの特性、高純度ネオジムの製造、ネオジムターゲット中の不純物の挙動、等の問題は従来十分に知られていない。したがって、上記のような問題を早急に解決することが望まれている。 Thus, problems such as the characteristics of neodymium, the production of high-purity neodymium, the behavior of impurities in the neodymium target, and the like have not been sufficiently known. Therefore, it is desired to solve the above problems as soon as possible.

特開2000−331810号公報JP 2000-331810 A 特開平6−231921号公報JP-A-6-231921 特開2005−51002号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-50002 特開昭63−11628号公報JP 63-11628 A

本発明は、高純度ネオジムの製造方法、高純度ネオジム、この高純度ネオジムを用いて作製したスパッタリングターゲット及び該スパッタリングターゲットを使用して成膜した希土類磁石薄膜を安定して提供できる技術を提供することを課題とする。 The present invention provides a manufacturing method of high-purity neodymium, high-purity neodymium, a sputtering target prepared using this high-purity neodymium, and a technique capable of stably providing a rare-earth magnet thin film formed using the sputtering target. This is the issue.

本願発明は、ガス成分を除く純度が4N以上であるフッ化ネオジムの原料を、蒸留カルシウムにより還元して純度4N以上のネオジムを作製し、このネオジムを、水冷銅ルツボを用いた誘導溶解(スカル溶解)を行ない、その後、室温まで徐冷することで、インゴットの内部に発生しやすい酸化物の偏析物をインゴットの底部に凝集させて、酸化物の偏析層をインゴットの上部から直胴部にかけて残留しないようにし、次に、このスカル溶解して得られたインゴットを切断してインゴット底部に存在する酸化物の偏析層を除去し、次に、このネオジムを電子ビーム溶解して揮発性物質を除去することにより、ガス成分を除き4N5以上の純度を有する高純度ネオジムの製造方法を提供する。 In the present invention, a raw material of neodymium fluoride having a purity excluding gas components of 4N or more is reduced with distilled calcium to produce neodymium having a purity of 4N or more, and this neodymium is induced by dissolution using a water-cooled copper crucible (skull Melting), and then gradually cooling to room temperature to agglomerate the segregated oxide that tends to occur inside the ingot at the bottom of the ingot, and put the segregated layer of oxide over the ingot from the top of the ingot. Next, the ingot obtained by dissolving the skull is cut to remove the segregation layer of oxide existing at the bottom of the ingot, and then the neodymium is dissolved by an electron beam to remove volatile substances. By removing it, a method for producing high-purity neodymium having a purity of 4N5 or higher excluding gas components is provided.

これによって、ガス成分を除いた純度が4N5以上であり、ネオジム中のアルミニウム(Al)及び鉄(Fe)が、それぞれ10wtppm以下であり、銅(Cu)が1wtppm以下であり、ネオジム以外の希土類元素の合計が100wtppm以下である高純度ネオジムを得ることができる。さらに、Cが100wtppm以下、Oが50wtppm以下である高純度ネオジムを提供する。 Thereby, the purity excluding gas components is 4N5 or more, aluminum (Al) and iron (Fe) in neodymium are each 10 wtppm or less, copper (Cu) is 1 wtppm or less, and rare earth elements other than neodymium High-purity neodymium having a total of 100 wtppm or less can be obtained. Furthermore, high-purity neodymium having C of 100 wtppm or less and O of 50 wtppm or less is provided.

以上の高純度ネオジムは、新規な物質であり、本願発明はこれを包含するものである。希土類磁石として利用する場合、Nd−Fe−B系の膜とするが、このような膜を形成する場合には、膜形成の自由度を増すために純度の高いネオジム金属が必要となる。本願発明は、これに適合する材料を提供することができる。 The above high purity neodymium is a novel substance, and the present invention includes this. When used as a rare earth magnet, an Nd—Fe—B film is used. When such a film is formed, a neodymium metal with high purity is required to increase the degree of freedom in forming the film. The present invention can provide a material suitable for this.

ネオジムに含有される希土類元素には、ネオジム(Nd)以外に、Sc,Y,La,Ce,Pr,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luがあるが、特性が似ているために、Ndから分離精製することが難しい。特に、PrはNdと近似しているので、Prの低減化は容易ではない。
一般ある程度の希土類元素の含有は許容される。しかし、ネオジム元素の特性を活かすためには、ネオジム以外の希土類元素の含有量が100wtppm以下、さらには10wtppm以下であることが望ましいと言える。しかし、本願発明では、ガス成分を除いた純度を4N5以上とすることを中心的な課題とするものである。
In addition to neodymium (Nd), rare earth elements contained in neodymium include Sc, Y, La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. However, due to the similar characteristics, it is difficult to separate and purify from Nd. In particular, since Pr is approximated to Nd, it is not easy to reduce Pr.
In general , a certain amount of rare earth element is allowed. However, in order to make use of the characteristics of neodymium elements, it can be said that the content of rare earth elements other than neodymium is preferably 100 wtppm or less, more preferably 10 wtppm or less. However, the main subject of the present invention is to make the purity excluding gas components 4N5 or more.

本願発明のネオジムには、ガス成分として、C、N、O、S、Hが存在する。これらは単独の元素として存在する場合もあるが、化合物(CO、CO、SO等)又は構成元素との化合物の形態で存在することもある。これらのガス成分元素は原子量及び原子半径が小さいので、多量に含有されない限り、不純物として存在しても、材料の特性に大きく影響を与えることは少ない。したがって、純度表示をする場合には、ガス成分を除く純度とするのが普通である。この意味で、本願発明のネオジムの純度は、ガス成分を除くものとする。
しかし、多量のガス成分の存在は好ましくないので、後述するように、必要に応じて炭素、酸素、窒素、硫黄、水素等のガス成分の総量を500wtppm以下とする。
The neodymium of the present invention contains C, N, O, S, and H as gas components. These may exist as a single element, but may exist in the form of a compound (CO, CO 2 , SO 2 etc.) or a compound with a constituent element. Since these gas component elements have a small atomic weight and atomic radius, even if they are present as impurities, they do not significantly affect the properties of the material unless they are contained in large amounts. Therefore, when displaying the purity, it is usual to use the purity excluding the gas component. In this sense, the purity of neodymium according to the present invention excludes gas components.
However, since the presence of a large amount of gas components is not preferable, as will be described later, the total amount of gas components such as carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, and hydrogen is set to 500 wtppm or less as necessary.

さらに、W、Mo、Taの総量が10wtppm未満である高純度ネオジムを提供する。これらは、磁気特性を低下させる不純物となるので、できるだけ低減させることが望ましい元素である。本願発明の前提となるのは、4N5以上の高純度ネオジムを製造することである。 Furthermore, high-purity neodymium in which the total amount of W, Mo, and Ta is less than 10 wtppm is provided. Since these are impurities that lower the magnetic properties, they are desirable elements to be reduced as much as possible. The premise of the present invention is to produce 4N5 or higher purity neodymium.

本願発明は、上記の高純度ネオジムを用いて製造したスパッタリングターゲット、該スパッタリングターゲットを用いて成膜した希土類磁石を提供できる。
希土類磁石として利用する場合には、Nd、Fe、Bを必須成分とし、必要に応じて、Dy、Pr、Tb、Ho、Smなどの希土類元素や、Co、Cu、Cr、Niなどの遷移金属元素、Alなどの典型金属元素など、希土類磁石の成分組成として公知のものを添加することができる。本願発明は、これに適合する材料を提供することができ、本願発明の高純度ネオジムは、ターゲットの作製時において、他の物質との任意の組み合わせを包含するものである。
This invention can provide the rare earth magnet formed into a film using the sputtering target manufactured using said high purity neodymium, and this sputtering target.
When used as a rare earth magnet, Nd, Fe, and B are essential components. If necessary, rare earth elements such as Dy, Pr, Tb, Ho, and Sm, and transition metals such as Co, Cu, Cr, and Ni are used. Known elements of rare earth magnets such as elements and typical metal elements such as Al can be added. The present invention can provide a material suitable for this, and the high-purity neodymium of the present invention includes any combination with other substances during the production of the target.

上記により得た高純度ネオジムは、ガス成分を大きく低減することができ、炭素、酸素、窒素、硫黄、水素等のガス成分の総量を500wtppm以下とすることが可能である。さらに、このインゴットを、電子ビーム溶解することで、Ca還元の際に残留した数〜数十ppmのCaを除去することができる。
このようにして製造したインゴットは、さらに所定サイズに裁断し、研磨工程を経てスパッタリングターゲットにすることができる。これによって、ガス成分を除いた純度が4N5以上であり、残留不純物として、Cが100wtppm以下、Oが50wtppm以下、アルミニウム(Al)、及び鉄(Fe)がそれぞれ10wtppm以下であり、銅(Cu)が、1wtppm以下であり、ネオジム以外の希土類元素の合計が100wtppm以下である高純度ネオジムターゲットを製造することができる。
The high-purity neodymium obtained as described above can greatly reduce gas components, and the total amount of gas components such as carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, and hydrogen can be 500 wtppm or less. Furthermore, several to several tens of ppm of Ca remaining during Ca reduction can be removed by melting the ingot with an electron beam.
The ingot thus produced can be further cut into a predetermined size and made into a sputtering target through a polishing process. Thereby, the purity excluding gas components is 4N5 or more, and as residual impurities, C is 100 wtppm or less, O is 50 wtppm or less, aluminum (Al), and iron (Fe) are each 10 wtppm or less, and copper (Cu) However, it is 1 wtppm or less, and the high purity neodymium target whose total of rare earth elements other than neodymium is 100 wtppm or less can be manufactured.

さらに、上記のターゲットを使用して、スパッタリングすることにより、希土類磁石(Nd−Fe−B系磁石)の薄膜を得ることができる。これらのスパッタリングターゲット、及び希土類磁石、さらにこれらを用いた磁気デバイスは、いずれも新規な物質であり、本願発明はこれを包含するものである。 Furthermore, a thin film of a rare earth magnet (Nd—Fe—B magnet) can be obtained by sputtering using the above target. These sputtering targets, rare earth magnets, and magnetic devices using these are all novel materials, and the present invention includes them.

本発明は、高純度ネオジムの製造方法、高純度ネオジム、この高純度ネオジムを用いて作製したスパッタリングターゲット及び該スパッタリングターゲットを使用して成膜した希土類磁石膜並びに該希土類磁石膜を備える磁気デバイスを安定して提供できるという優れた効果を有する。 The present invention relates to a method for producing high-purity neodymium, high-purity neodymium, a sputtering target prepared using this high-purity neodymium, a rare-earth magnet film formed using the sputtering target, and a magnetic device including the rare-earth magnet film. It has an excellent effect that it can be provided stably.

本発明は、高純度化用のネオジム原料として、ガス成分を除く純度で、純度4N以上のフッ化ネオジムの原料を使用することができる。これらの原料は、主な不純物として、Na、Ca、Mg、Al、Si、Fe、Cr、Mn、La、Ce、Pr、Sm、ガス成分(N、O、C、H)等が含有されている。 In the present invention, a neodymium fluoride raw material having a purity excluding gas components and a purity of 4N or more can be used as a high-purity neodymium raw material. These raw materials contain Na, Ca, Mg, Al, Si, Fe, Cr, Mn, La, Ce, Pr, Sm, gas components (N, O, C, H) and the like as main impurities. Yes.

ネオジムに含まれるアルミニウム(Al)、鉄(Fe)及び銅(Cu)は、希土類磁石の成分として用いられることがあるため、これらの不純物を多く含有すると、磁気特性に影響する組成変動の原因となることもあり、所望の磁気特性が得られないことがある。また、ネオジムに含まれる鉄(Fe)は酸化しやすいためターゲットとして用いた場合のスパッタ不良の原因となる、さらに、ターゲット中で酸化していなくてもスパッタされた後に酸化すると、体積が膨張するため磁気特性劣化の原因となることがあるので、これを低減する必要がある。 Since aluminum (Al), iron (Fe), and copper (Cu) contained in neodymium are sometimes used as components of rare earth magnets, if these impurities are contained in a large amount, it may cause composition fluctuations that affect magnetic properties. In some cases, desired magnetic properties may not be obtained. In addition, iron (Fe) contained in neodymium tends to oxidize, which causes spatter failure when used as a target. Furthermore, if it is oxidized after being sputtered even if it is not oxidized in the target, the volume expands. Therefore, it may cause a deterioration of magnetic characteristics, and it is necessary to reduce this.

また、ネオジム原料として、フッ化ネオジムを用いてカルシウム還元するが、この還元材となるカルシウムに、Fe、Al、Cuが不純物として混入しているので、カルシウム還元材からの不純物が混入する可能性がある。このため、Cuが1ppm未満(なお、この量は、通常の検出下限である。)である蒸留カルシウムを使用して還元することが望ましい。表1に、市販Caと蒸留Caの分析値の対比を示す。ここで、蒸留Caとは、市販Caを真空雰囲気中で1回以上、蒸留精製したものを意味する。この表1の市販Caでは、Cuが95wtppmと高く、この市販Caを使用した場合には、Cuの混入のリスクが高くなる。 Moreover, calcium is reduced using neodymium fluoride as a neodymium raw material, but Fe, Al, and Cu are mixed as impurities in the calcium that is the reducing material, so that impurities from the calcium reducing material may be mixed in. There is. For this reason, it is desirable to reduce using distilled calcium whose Cu is less than 1 ppm (this amount is the usual lower limit of detection). Table 1 shows a comparison of analytical values of commercially available Ca and distilled Ca. Here, distilled Ca means a product obtained by distilling and purifying commercially available Ca at least once in a vacuum atmosphere. In the commercially available Ca in Table 1, Cu is as high as 95 wtppm, and when this commercially available Ca is used, the risk of Cu contamination increases.

(カルシウム還元)
還元の際に使用する溶解るつぼは、タンタル(Ta)製るつぼを使用する。このタンタル製るつぼ内に、粉状のNdFと塊状Caを混合して投入する。通常、還元材であるCaは、計算量よりも10%程度過剰に添加する。
還元装置内に配置したタンタル製るつぼ内の充填物を、ゆっくりと600°Cまで加熱し、この間還元装置内を真空に引き、充填物の脱ガスを行う。その後、精製したアルゴンガスを送入して0.5気圧とする。
(Calcium reduction)
A melting crucible used for the reduction is a tantalum (Ta) crucible. In this tantalum crucible, powdered NdF 3 and massive Ca are mixed and charged. Usually, Ca, which is a reducing material, is added in excess of about 10% from the calculated amount.
The filling in the tantalum crucible placed in the reducing device is slowly heated to 600 ° C., and during this time, the inside of the reducing device is evacuated to degas the filling. Thereafter, purified argon gas is fed in to 0.5 atm.

さらに加熱を行うが、充填物は900°C〜1100°Cに加熱すると、反応が開始される。反応式は、2NdF+3Ca→2Nd+3CaFである。この反応は発熱反応なので、迅速に完了する。この精製した金属NdとCaFを主成分とするスラグの分離を良くするためには、Nd金属の融点よりも50°C程度高い温度に数分間保持することで良い。
金属Ndの収率は97%程度に達する。主な不純物は、未反応の還元材とスラグである。なお、るつぼ材であるTaが不純物として混入する可能性があるので、還元反応はできるだけ低い温度で実施するのが望ましい。このようにして金属Ndを得る。
Further heating is performed, but the reaction starts when the packing is heated to 900 ° C. to 1100 ° C. The reaction formula is 2NdF 3 + 3Ca → 2Nd + 3CaF 2 . This reaction is exothermic and completes quickly. In order to improve separation of the refined metal Nd and slag containing CaF 2 as main components, it may be maintained at a temperature about 50 ° C. higher than the melting point of Nd metal for several minutes.
The yield of metal Nd reaches about 97%. The main impurities are unreacted reducing material and slag. In addition, since Ta which is a crucible material may be mixed as an impurity, it is desirable to carry out the reduction reaction at a temperature as low as possible. In this way, metal Nd is obtained.

(スカル溶解、徐冷、機械加工)
ところで、このように得られたネオジム金属は残留するCaの他、ガス成分である酸素含有量が高いという問題がある。酸素は、希土類磁石とした際に、磁気特性を低下させるだけでなく、スパッタリングの際においても、アーキング等のスパッタ異常を引き起こし、均一な膜の形成を阻害する要因となるため、極力低下することが望ましい。
本願発明は、特に、水冷銅ルツボを用いた誘導溶解(スカル溶解)において、これを徐冷するとネオジムの溶湯の中で浮遊する酸素のほとんどが酸化物として、次第に炉の底部に滞留するようになり、ネオジムインゴット内部の酸素濃度を著しく低下できるという点が重要である。
(Skull melting, slow cooling, machining)
By the way, the neodymium metal obtained in this way has the problem that oxygen content which is a gas component is high other than Ca which remains. Oxygen not only degrades magnetic properties when used as a rare earth magnet, but also causes spatter abnormalities such as arcing during sputtering, and as a factor impeding the formation of a uniform film, it should be reduced as much as possible. Is desirable.
In the present invention, in particular, in induction melting (skull melting) using a water-cooled copper crucible, when this is gradually cooled, most of the oxygen floating in the melt of neodymium is gradually oxidized and stays at the bottom of the furnace. Thus, it is important that the oxygen concentration inside the neodymium ingot can be significantly reduced.

スカル溶解は、使用する炉のサイズに合わせて0.5〜10kg毎に原料となる金属Ndを充填し、1Pa以下の真空雰囲気中の条件で行う。炉に取り付けられた覗き窓から原料が解け落ちたことを確認し、一定時間保持した後、徐々に出力を下げ、徐冷を行う。
徐冷の時間は、スカル溶解炉の容量によって異なるので一義的に決定することはできないが、実際に溶解した徐冷の時間とネオジムインゴットの酸素濃度を測定することで、その相関関係が分かるので、経験的に決定することができる。上述の通り、本願発明においては、徐冷という概念を導入し、これが酸素濃度の低下につながるという知見が特に重要である。徐冷は例えば出力を30分かけて、段階的に落す方法で行うことができる。
Skull melting is performed under conditions in a vacuum atmosphere of 1 Pa or less by filling metal Nd as a raw material every 0.5 to 10 kg according to the size of the furnace to be used. After confirming that the raw material has melted from the viewing window attached to the furnace, hold it for a certain period of time, and then gradually reduce the output and perform slow cooling.
The slow cooling time varies depending on the capacity of the skull melting furnace, so it cannot be determined uniquely, but the correlation between the actual melting slow cooling time and the oxygen concentration of the neodymium ingot can be understood. Can be determined empirically. As described above, in the present invention, the concept that slow cooling is introduced and this leads to a decrease in oxygen concentration is particularly important. The slow cooling can be performed, for example, by a method of gradually reducing the output over 30 minutes.

そして、スカル溶解して得られたインゴットにおいて、酸化物が偏析しているインゴットの底部(酸化物偏析層)を切断によって除去することで、インゴットに含有する酸素濃度を著しく低減することができる。このとき、酸化されやすいYやSc、また、酸化物の比重が大きいErなどのネオジム以外の希土類元素を除去することができる。
なお、酸化物偏析層は、スカル溶解インゴットを切断し、切断面を目視で観察することで容易に確認することができる。
And in the ingot obtained by skull dissolution, the oxygen concentration contained in an ingot can be remarkably reduced by removing the bottom portion (oxide segregation layer) of the ingot where the oxide is segregated by cutting. At this time, it is possible to remove rare earth elements other than neodymium such as Y and Sc, which are easily oxidized, and Er having a large specific gravity of oxide.
The oxide segregation layer can be easily confirmed by cutting a skull dissolution ingot and visually observing the cut surface.

(電子ビーム溶解)
上記に得られたネオジムの電子ビーム溶解に際しては、電子ビームを炉中のネオジム溶解原料に広範囲に照射することにより行う。この電子ビーム溶解は、数回(2〜4)繰り返すことができる。このように電子ビーム溶解を溶解原料に広範囲に繰り返し行うことにより、Ca、Mg,Mn,Pb等の高蒸気圧成分元素の除去性がより向上する。
(Electron beam melting)
The electron beam melting of the neodymium obtained above is carried out by irradiating the neodymium melting raw material in the furnace over a wide range. This electron beam melting can be repeated several times (2 to 4). As described above, the electron beam melting is repeatedly performed on the melting raw material over a wide range, thereby further improving the removability of high vapor pressure component elements such as Ca, Mg, Mn, and Pb.

出力を増加させると、残留酸素がCと反応し、ネオジムに混入するカーボンをCO又はCOガスとして除去がより向上する効果がある。また、W、Mo、Taは、磁気特性を低下させる原因となるので、磁気デバイスとして使用する場合には、これらの総量を10wtppm未満とする。 When the output is increased, there is an effect that the residual oxygen reacts with C, and the carbon mixed in neodymium is removed as CO or CO 2 gas. In addition, W, Mo, and Ta cause deterioration in magnetic characteristics. Therefore, when used as a magnetic device, the total amount thereof is set to less than 10 wtppm.

上記の通り、一般に高純度ネオジムの純度から希土類元素を除外する、すなわち高純度ネオジムに希土類元素の含有が許容されるのは、高純度ネオジムの製造の際に、他の希土類自体がネオジムと化学的特性が似ているために、除去することが技術的に非常に難しいということがあり、さらにこの特性の近似性から不純物として混入しても、特性の大きな変異が確認されていないという事実に基づくものである。
このような事情から、ある程度、他の希土類の混入は黙認されるが、ネオジム自体の特性を向上させようとする場合は、少ないことが望ましいことは、言うまでもない。本願発明では、ネオジム以外の希土類元素の合計を100wtppm以下とすることが出来る。これは、本願発明の著しい特徴の一つである。
また、ガス成分を除いた純度を4N5以上とするのは、ガス成分は除去が難しく、これをカウントすると、純度の向上の目安とならないからである。また、一般に他の不純物元素に比べ多少の存在は無害である場合が多いからである。
As described above, rare earth elements are generally excluded from the purity of high-purity neodymium, that is, high-purity neodymium is allowed to contain rare earth elements. It is technically difficult to remove due to the similar characteristics, and due to the closeness of this characteristic, even if it is mixed as an impurity, the fact that a large variation in characteristic has not been confirmed. Is based.
Under such circumstances, the contamination of other rare earths is tolerated to some extent, but it is needless to say that it is desirable to reduce the amount when neodymium itself is to improve its characteristics. In the present invention, the total of rare earth elements other than neodymium can be 100 wtppm or less. This is one of the remarkable features of the present invention.
Further, the reason why the purity excluding the gas component is 4N5 or more is that it is difficult to remove the gas component, and counting this does not serve as a measure for improving the purity. In general, the presence of some amount is harmless compared to other impurity elements.

希土類磁石の薄膜を形成する場合、スパッタリング法は、薄膜の形成手段として優れた方法である。したがって、上記のネオジムインゴットを用いて、高純度ネオジムスパッタリングターゲットを製造することは有効である。
ターゲットの製造は、鍛造・圧延・切削・仕上げ加工(研磨)等の通常の加工により製造することができる。特に、その製造工程に制限はなく、任意に選択することができる。
When forming a thin film of a rare earth magnet, the sputtering method is an excellent method for forming a thin film. Therefore, it is effective to produce a high purity neodymium sputtering target using the above neodymium ingot.
The target can be manufactured by normal processing such as forging, rolling, cutting, and finishing (polishing). In particular, the manufacturing process is not limited and can be arbitrarily selected.

以上から、ガス成分を除いた純度が4N5以上であり、Cが100wtppm以下、Oが50wtppm以下、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)がそれぞれ10wtppm以下であり、銅(Cu)が1wtppm以下であり、およびネオジム以外の希土類元素の合計が100wtppm以下、さらにW,Mo,Ta(ルツボ材)についても総量が10wtppmより少ない含有量である高純度ネオジムを得ることができる。
ターゲットの製作に際しては、上記高純度ネオジムインゴットを所定サイズに切断し、これを切削及び研磨して作製する。
From the above, the purity excluding gas components is 4N5 or more, C is 100 wtppm or less, O is 50 wtppm or less, aluminum (Al) and iron (Fe) are each 10 wtppm or less, and copper (Cu) is 1 wtppm or less. In addition, a high-purity neodymium having a total content of rare earth elements other than neodymium of 100 wtppm or less and a total content of W, Mo, Ta (crucible) of less than 10 wtppm can be obtained.
When manufacturing the target, the high-purity neodymium ingot is cut into a predetermined size, and this is cut and polished.

さらに、この高純度ターゲットを用いてスパッタリングすることにより高純度ネオジム
を基板上に成膜することができる。これによって、ガス成分を除いた純度が4N5以上であり、Cが100wtppm以下、Oが50wtppm以下、アルミニウム(Al)、及び鉄(Fe)がそれぞれ10wtppm以下であり、銅(Cu)が1wtppm以下であり、およびネオジム以外の希土類元素の合計を100wtppm以下である高純度ネオジムを成分とするネオジム薄膜を基板上に形成できる。基板上の膜はターゲットの組成が反映され、高純度のネオジム膜を形成できる。
Further, high-purity neodymium can be deposited on the substrate by sputtering using this high-purity target. Thus, the purity excluding gas components is 4N5 or more, C is 100 wtppm or less, O is 50 wtppm or less, aluminum (Al) and iron (Fe) are each 10 wtppm or less, and copper (Cu) is 1 wtppm or less. In addition, a neodymium thin film containing high-purity neodymium as a component in which the total of rare earth elements other than neodymium is 100 wtppm or less can be formed on the substrate. The film on the substrate reflects the composition of the target, and a high-purity neodymium film can be formed.

希土類磁石としての使用は、上記高純度ネオジムそのものとして使用することができるが、他の磁石材料との混合物又は合金若しくは化合物としても形成可能である。
この場合には、本発明によって製造されたネオジムターゲット材と他の磁石材料ターゲットとの同時スパッタ、又は、本発明のネオジムと他の磁石材料からなるモザイクターゲットを使用してスパッタすることにより達成できる。本願発明はこれらを包含するものである。不純物の含有量は、原材料に含まれる不純物量によって変動するが、上記の方法を採用することにより、それぞれの不純物を上記数値の範囲に調節が可能である。
本願発明は、上記によって得られた高純度ネオジム、高純度ネオジムからなるスパッタリングターゲット及び高純度ネオジムを主成分とする希土類磁石用薄膜を効率的かつ安定して提供できる技術を提供するものである。
The rare earth magnet can be used as the high-purity neodymium itself, but can also be formed as a mixture, alloy or compound with other magnet materials.
In this case, it can be achieved by simultaneous sputtering of the neodymium target material manufactured according to the present invention and another magnetic material target, or by sputtering using a mosaic target made of the neodymium and other magnetic material of the present invention. . The present invention includes these. The content of impurities varies depending on the amount of impurities contained in the raw material, but by adopting the above method, each impurity can be adjusted within the above numerical range.
This invention provides the technique which can provide the high purity neodymium obtained by the above, the sputtering target which consists of high purity neodymium, and the thin film for rare earth magnets which has high purity neodymium as a main component efficiently and stably.

次に、実施例について説明する。なお、この実施例は理解を容易にするためのものであり、本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内における、他の実施例及び変形は、本発明に含まれるものである。   Next, examples will be described. In addition, this Example is for understanding easily and does not restrict | limit this invention. That is, other embodiments and modifications within the scope of the technical idea of the present invention are included in the present invention.

(実施例1)
処理するネオジムの原料として、純度4Nのフッ化ネオジムの原料を用いた。金属ネオジムは、最近注目されている材料であるが、金属ネオジムの市販品は純度が低く、かつ品位が一定しないという問題がある。
一方、フッ化ネオジムについては、市販品でも高純度の材料を得ることが可能である。しかし、このフッ化ネオジムそのままでは使用できないので、この純度4Nのフッ化ネオジム原料を使用し、効率的にかつ安定して高純度の金属ネオジムを製造することが、必要かつ重要となる。
Example 1
As a raw material of neodymium to be processed, a raw material of neodymium fluoride having a purity of 4N was used. Metal neodymium is a material that has recently been attracting attention, but commercially available metal neodymium has a problem that its purity is low and its quality is not constant.
On the other hand, for neodymium fluoride, it is possible to obtain a high-purity material even with a commercial product. However, since this neodymium fluoride cannot be used as it is, it is necessary and important to use this neodymium fluoride raw material having a purity of 4N to produce high-purity metal neodymium efficiently and stably.

フッ化ネオジム原料の分析値を表2に示す。この中で、多く含まれる不純物としては、次の元素が挙げることができる。Na:2.2wtppm、Al:2.5wtppm、Si:7.5wtppm、Cl:100wtppm、Cu:<1wtppm、Zn:<0.5wtppm、C:160wtppm、N:440wtppm、O:9.1wt%、H:1.1wt%であり、多くのガス成分を含有する。
一方、希土類元素については、Ce:8.6wtppm、Pr:40wtppm、Sm:5.5wtppmなどであり、これらの不純物も比較的少ない。このように希土類元素が比較的低い原料を用いることが、希土類(但しネオジムを除く)を含めて、純度4N5とすることに有効である。
Table 2 shows analytical values of the neodymium fluoride raw material. Among these, the following elements can be mentioned as impurities contained abundantly. Na: 2.2 wtppm, Al: 2.5 wtppm, Si: 7.5 wtppm, Cl: 100 wtppm, Cu: <1 wtppm, Zn: <0.5 wtppm, C: 160 wtppm, N: 440 wtppm, O: 9.1 wt%, H : 1.1 wt%, containing many gas components.
On the other hand, about rare earth elements, they are Ce: 8.6 wtppm, Pr: 40 wtppm, Sm: 5.5 wtppm, etc., and these impurities are also comparatively few. The use of a raw material having a relatively low rare earth element in this way is effective for a purity of 4N5 including rare earths (excluding neodymium).

(原料のカルシウム還元)
還元の際に使用する溶解るつぼは、タンタル(Ta)製るつぼを使用した。このタンタル製るつぼ内に、粉状のNdF:14.0kgと塊状Ca:4.6kgを混合して投入した。還元材であるCaは、表1に示す分析値の蒸留Caを使用し、計算量よりも10%程度、過剰に添加した。
還元装置内に配置したタンタル製るつぼ内の充填物をゆっくりと600°Cまで加熱し、この間、還元装置内を真空に引きながら、充填物の脱ガスを行った。その後、精製したアルゴンガスを送入して0.5気圧とした。
(Calcium reduction of raw material)
The melting crucible used for the reduction was a tantalum (Ta) crucible. In this tantalum crucible, powdered NdF 3 : 14.0 kg and massive Ca: 4.6 kg were mixed and charged. Ca which is a reducing material was distilled Ca having an analytical value shown in Table 1 and was added in excess of about 10% from the calculated amount.
The filler in the tantalum crucible placed in the reducing apparatus was slowly heated to 600 ° C. During this time, the filling was degassed while evacuating the reducing apparatus. Thereafter, purified argon gas was introduced to a pressure of 0.5 atm.

さらに加熱温度を上昇させた。充填物は900℃〜1100℃に加熱すると、反応を開始した。反応式は、2NdF+3Ca→2Nd+3CaFである。この反応は発熱反応であり迅速に完了した。精製金属とスラグの分離を良くするためには、Nd金属の融点よりも50℃程度高い温度に保持した。なお、Ndの融点は1020℃なので、+50℃、すなわち1070℃になるように加熱温度を調節した。このようにして金属Ndを得る。 The heating temperature was further increased. When the charge was heated to 900-1100 ° C., the reaction started. The reaction formula is 2NdF 3 + 3Ca → 2Nd + 3CaF 2 . This reaction was exothermic and completed quickly. In order to improve separation of the refined metal and the slag, the temperature was maintained at a temperature about 50 ° C. higher than the melting point of the Nd metal. Since the melting point of Nd is 1020 ° C., the heating temperature was adjusted to + 50 ° C., ie 1070 ° C. In this way, metal Nd is obtained.

金属Ndの分析値を表3に示す。この表3に示すように、Al:2.7wtppm、Si:8.1wtppm、Ca:0.8wtppm、Fe:5.3wtppm、Cu:<0.05wtppm、Mo:<0.05wtppm、Ta:<5wtppm、W:<0.1wtppm、C:110wtppm、N:100wtppm、O:440wtppm、S:<10wtppm、H:10wtppmとなった。
Ca還元による結果ではあるが、Caが多く、また酸素(O)含有量も高かった。
Table 3 shows analytical values of metal Nd. As shown in Table 3, Al: 2.7 wtppm, Si: 8.1 wtppm, Ca: 0.8 wtppm, Fe: 5.3 wtppm, Cu: <0.05 wtppm, Mo: <0.05 wtppm, Ta: <5 wtppm , W: <0.1 wtppm, C: 110 wtppm, N: 100 wtppm, O: 440 wtppm, S: <10 wtppm, H: 10 wtppm.
Although it was a result by Ca reduction, there was much Ca and oxygen (O) content was also high.

(スカル溶解、徐冷、機械加工)
スカル溶解には、φ80mmの水冷銅製坩堝を使用した。そして、出力50kWで前述のカルシウム還元したネオジム金属を溶解した。次に、覗き窓からネオジムの全量が溶解したことを確認し、溶解後に30分保持した後、段階的に出力を落とし、最終的に出力をOFFとした。なお、この徐冷については、使用する装置の規模等によって、細かく調整することが可能である。これにより、インゴットの底部に酸化物を偏析させることができ、そして、この酸化物偏析層を機械加工(切断)により除去することにより、インゴットにおける酸素濃度を低減することができる。
(Skull melting, slow cooling, machining)
For skull dissolution, a φ80 mm water-cooled copper crucible was used. Then, the above-mentioned calcium-reduced neodymium metal was dissolved at an output of 50 kW. Next, it was confirmed that the entire amount of neodymium was dissolved from the viewing window, and was held for 30 minutes after dissolution, and then the output was reduced stepwise and finally the output was turned off. The slow cooling can be finely adjusted depending on the scale of the apparatus used. Thereby, an oxide can be segregated at the bottom of the ingot, and the oxygen concentration in the ingot can be reduced by removing the oxide segregation layer by machining (cutting).

(電子ビーム溶解)
次に、上記のスカル溶解した後のインゴット底部の酸化物偏析層を切断除去して得られたネオジムを電子ビーム溶解した。電子ビーム(EB)溶解は、低出力の電子ビームを炉中の該ネオジム原料に広範囲に照射することにより行う。EB溶解時間は、30分である。これによってEB溶解インゴットを作成した。EB溶解時に、揮発性の高い成分元素は揮散除去された。
(Electron beam melting)
Next, the neodymium obtained by cutting and removing the oxide segregation layer at the bottom of the ingot after the skull dissolution was subjected to electron beam melting. Electron beam (EB) melting is performed by irradiating the neodymium raw material in the furnace over a wide range with a low-power electron beam. The EB dissolution time is 30 minutes. This produced an EB melted ingot. At the time of EB dissolution, highly volatile component elements were volatilized and removed.

以上によって、高純度ネオジムを製造することができた。この電子ビーム溶解後の高純度ネオジムの分析値を表4に示す。この表4に示すように、Al:2.2wtppm、Si:6.5wtppm、Ca:<0.01wtppm、Fe:4.5wtppm、Cu<0.05wtppm、Zn<0.05wtppm、Mo<0.05wtppm、Ta<5wtppm、W:<0.1wtppm、C:80wtppm、N:100wtppm、O:40wtppm、S<10wtppm、H:<10wtppmであり、高純度フッ化ネオジムを使用することにより、さらにこの純度を向上させ、いずれも本願発明の条件を満たしていた。 By the above, high purity neodymium was able to be manufactured. Table 4 shows analytical values of the high purity neodymium after the electron beam melting. As shown in Table 4, Al: 2.2 wtppm, Si: 6.5 wtppm, Ca: <0.01 wtppm, Fe: 4.5 wtppm, Cu <0.05 wtppm, Zn <0.05 wtppm, Mo <0.05 wtppm Ta <5 wtppm, W: <0.1 wtppm, C: 80 wtppm, N: 100 wtppm, O: 40 wtppm, S <10 wtppm, H: <10 wtppm. All were satisfied and the conditions of the present invention were satisfied.

また、カルシウム還元した際に低減ができなかった残留したCaも、大きく低減が可能となった。本実施例においては、原料の選定において、ネオジム以外の希土類元素が100wtppm以下の高純度フッ化ネオジムを使用したので、電子ビーム溶解後のネオジムも、同様に100wtppm以下とすることが可能となった。 In addition, residual Ca that could not be reduced when calcium was reduced could be greatly reduced. In the present example, since high-purity neodymium fluoride having a rare earth element other than neodymium of 100 wtppm or less was used in the selection of raw materials, neodymium after electron beam melting could be similarly set to 100 wtppm or less. .

このようにして得たネオジムインゴットを必要に応じてホットプレスを行い、さらに機械加工(鍛造・圧延・切削)し、研磨してφ140mm×6mmtの円盤状ターゲットとした。このターゲットの重量は330gであった。これをさらにバッキングプレートに接合して、スパッタリング用ターゲットとする。これによって、上記成分組成の高純度ネオジムスパッタリング用ターゲットを得ることができた。なお、このターゲットは、酸化性が高いので、真空パックして保存又は運搬することが好ましいと言える。 The neodymium ingot thus obtained was hot-pressed as necessary, further machined (forged, rolled, cut) and polished to obtain a disk-shaped target of φ140 mm × 6 mmt. The weight of this target was 330 g. This is further bonded to a backing plate to obtain a sputtering target. As a result, a high-purity neodymium sputtering target having the above component composition could be obtained. In addition, since this target has high oxidizability, it can be said that it is preferable to store or transport it by vacuum packing.

(比較例1)
ネオジムの原料として、前記表5に示す純度が2N5〜3Nレベルの市販品を用いた。比較例1で使用した市販品のネオジムは、50mm角×30mmtの板状物からなる。1枚の重量は、500〜600gであり、これを3枚、合計で1.7kgの原料を使用した。
(Comparative Example 1)
As a raw material for neodymium, a commercial product having a purity of 2N5 to 3N shown in Table 5 was used. The commercially available neodymium used in Comparative Example 1 is a 50 mm square × 30 mmt plate. The weight of one sheet was 500 to 600 g, and three sheets of this material, 1.7 kg in total, were used.

この表5に示す主な不純物を挙げると、Li:51wtppm、Na:1.5wtppm、Mg:5.9wtppm、Al:63wtppm、Si:92wtppm、Ti:29wtppm、Cr:32wtppm、Mn:11wtppm、Fe:0.25wt%、Cu:11wtppm、Zn:0.65wtppm、C:390wtppm、N:<10wtppm、O:74wtppm、S:24wtppm、H:<10wtppmであった。   The main impurities shown in Table 5 are Li: 51 wtppm, Na: 1.5 wtppm, Mg: 5.9 wtppm, Al: 63 wtppm, Si: 92 wtppm, Ti: 29 wtppm, Cr: 32 wtppm, Mn: 11 wtppm, Fe: It was 0.25 wt%, Cu: 11 wtppm, Zn: 0.65 wtppm, C: 390 wtppm, N: <10 wtppm, O: 74 wtppm, S: 24 wtppm, H: <10 wtppm.

次に、実施例と同様な条件でEB溶解した。EB溶解時に、揮発性の高い成分元素は揮散除去された。
以上によって、高純度ネオジムインゴット1.7kgを製造することができた。このようにして得た高純度ネオジムの分析値を表6に示す。
Next, EB dissolution was performed under the same conditions as in the example. At the time of EB dissolution, highly volatile component elements were volatilized and removed.
As a result, 1.7 kg of high-purity neodymium ingot could be produced. Table 6 shows analytical values of the high-purity neodymium thus obtained.

表6に示すように、電子ビーム溶解後のネオジム中の不純物元素の主なものは、次の通りである。Li:<0.005wtppm、Na:<0.05wtppm、Mg:<0.05wtppm、Al:82wtppm、Si:77wtppm、Ti:33wtppm、Cr:25wtppm、Mn:0.45wtppm、Fe:0.28wt%、Cu:31wtppm、Zn:<0.05wtppm、C:440wtppm、N:120wtppm、O:130wtppm、S:33wtppm、H:20wtppmであった。
以上から明らかなように、Al、Feの低減化はできず、またガス成分の低減化も十分でなかった。全体的に、前記実施例に比べて不純物量は多く、本願発明の目的を達成することができなかった。
As shown in Table 6, the main impurity elements in neodymium after electron beam melting are as follows. Li: <0.005 wtppm, Na: <0.05 wtppm, Mg: <0.05 wtppm, Al: 82 wtppm, Si: 77 wtppm, Ti: 33 wtppm, Cr: 25 wtppm, Mn: 0.45 wtppm, Fe: 0.28 wt%, Cu: 31 wtppm, Zn: <0.05 wtppm, C: 440 wtppm, N: 120 wtppm, O: 130 wtppm, S: 33 wtppm, H: 20 wtppm.
As is clear from the above, Al and Fe could not be reduced, and the gas components were not sufficiently reduced. Overall, the amount of impurities was larger than in the above-described example, and the object of the present invention could not be achieved.

本発明によって得られる高純度ネオジム、高純度ネオジムから作製されたスパッタリングターゲット及び高純度ネオジムを成分とする希土類磁石用薄膜は、特に磁性デバイスとして良好な磁気特性を示し、希土類磁石用薄膜等の材料として有用である。 High-purity neodymium obtained by the present invention, sputtering target prepared from high-purity neodymium, and thin film for rare-earth magnets comprising high-purity neodymium as a component exhibit particularly good magnetic properties as a magnetic device, such as thin-film for rare-earth magnets Useful as.

Claims (12)

ガス成分を除く純度が4N以上であるフッ化ネオジムの原料を蒸留カルシウムにより還元して純度4N以上のネオジムを作製し、この還元したネオジムをスカル溶解した後、徐冷してインゴットを作製し、次にこの得られたスカルインゴットを切断してインゴットの底部に存在する酸化物の偏析層を除去し、次にこれを電子ビーム溶解して揮発性物質を除去することを特徴とする、ガス成分を除き4N5以上の純度を有する高純度ネオジムの製造方法。 A raw material of neodymium fluoride having a purity excluding gas components of 4N or more is reduced with distilled calcium to produce neodymium having a purity of 4N or more, and after this reduced neodymium is skull-dissolved, it is gradually cooled to produce an ingot. Next, the obtained skull ingot is cut to remove the segregation layer of oxide existing at the bottom of the ingot, and this is then dissolved by an electron beam to remove volatile substances. A method for producing high-purity neodymium having a purity of 4N5 or higher. 高純度ネオジムの製造方法であって、Cを200wtppm以下、Oが50wtppm以下、Al、Feをそれぞれ10wtppm以下、Cuを1wtppm以下とすることを特徴とする請求項1記載の高純度ネオジムの製造方法。 The method for producing high-purity neodymium according to claim 1, wherein C is 200 wtppm or less, O is 50 wtppm or less, Al and Fe are each 10 wtppm or less, and Cu is 1 wtppm or less. . 高純度ネオジムの製造方法であって、W、Mo、Taの総量を10wtppm未満とすることを特徴とする請求項1又は2記載の高純度ネオジムの製造方法。 The method for producing high-purity neodymium, wherein the total amount of W, Mo, and Ta is less than 10 wtppm. 高純度ネオジムの製造方法であって、ネオジム以外の希土類元素を、総量で100wtppm以下とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高純度ネオジムの製造方法。   The method for producing high-purity neodymium according to any one of claims 1 to 3, wherein the rare-earth elements other than neodymium are 100 wtppm or less in total. 高純度ネオジムの製造方法であって、ガス成分を、総量で500wtppm以下とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高純度ネオジムの製造方法。   It is a manufacturing method of high purity neodymium, Comprising: A gas component shall be 500 wtppm or less in total amount, The manufacturing method of high purity neodymium as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 高純度ネオジムであって、ガス成分を除いた純度が4N5以上であり、Cが100wtppm以下、Oが50wtppm以下、Al、Fe、Cuがそれぞれ10wtppm以下であることを特徴とする高純度ネオジム。 A high-purity neodymium having a purity of 4N5 or higher excluding gas components, C of 100 wtppm or less, O of 50 wtppm or less, and Al, Fe, and Cu each of 10 wtppm or less. 高純度ネオジムであって、W、Mo、Taの総量が10wtppm未満であることを特徴とする請求項6記載の高純度ネオジム。 The high-purity neodymium according to claim 6, wherein the total amount of W, Mo, and Ta is less than 10 wtppm. 高純度ネオジムであって、ネオジム以外の希土類元素を、総量で100wtppm以下とすることを特徴とする請求項6又は7に記載の高純度ネオジム。   The high purity neodymium according to claim 6 or 7, wherein the high purity neodymium is a total amount of rare earth elements other than neodymium being 100 wtppm or less. 高純度ネオジムであって、ガス成分が、総量で500wtppm以下であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の高純度ネオジム。   It is high purity neodymium, Comprising: A gas component is 500 wtppm or less in total amount, The high purity neodymium as described in any one of Claims 6-8 characterized by the above-mentioned. 請求項6〜9のいずれか一項に記載の高純度ネオジムを用いて作製したスパッタリングターゲット。 The sputtering target produced using the high purity neodymium as described in any one of Claims 6-9. 請求項10のスパッタリングターゲットを用いて成膜した希土類磁石薄膜。 A rare-earth magnet thin film formed using the sputtering target according to claim 10. 請求項11記載の希土類磁石薄膜を備えた磁気デバイス。   A magnetic device comprising the rare earth magnet thin film according to claim 11.
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