古くて新しい鉄、超純度化の話
最近は半導体の基板として、テン・ナイン（10N）のシリコンが使われています。これは九九、の次に九を八個続けて％をつけるという純度をもつもので、一般に作り出せる最高の「純金属」といえるものです。かって半導体がゲルマニウムからシリコンに変わった際、高純度のシリコンが得られなくなって困ったことがありました。原因は、シリコン・ウエハーを洗浄する水にありました。当時、洗浄水には、蒸留水が使われ、これが鋼製のタンクに蓄えられていました。問題はタンクから溶け出す微量の鋼。これが洗浄に際してシリコン・ウエハーの表面を「汚染」していたのでした。純粋な金属は、このくらい不純物に対して敏感となります。しかし、金属シリコンに限らず、純度を高めると、これまで常識とされていた金属の性質が大きく変わることもわかってきました。もろくて加工しにくい金属の代名詞として、超伝導材料として注目されるニオブがあります。このほかタンタル、バナジウム、モリブデンなども難加工材として知られています。ところが、これらの金属も純度をファイブ・ナイン（5N）、つまり九九・九九九％以上にあげてやると、加工性は著しく増大します。これからわかるように、従来教科書などに記されていた金属の性質は不純物を含むものについてであって、ここに新たに純金属という新しい分野が開かれようとしています。では最もポピュラーな構造材である鉄についてはどうでしょうか。鉄は腐食されやすい。しかし、鉄の純度をあげると腐食されにくくなることはわかっていました。また鉄は、水素をよく吸い込み、それによってもろくなるという問題が指摘されていました。しかし、純度の高い鉄にするほど水素は吸着されにくくなり、仮に水素を吸い込んでももろくならず、逆に柔らかくなります。鉄は現在、フォー・ナイン（4N）、九九・九九％のものが市販されています。これは電気分解法によって得られていますが、シリコンの精製で使われているゾーン・メルティング法を通用すると、三けた純度の高い鉄を作り出すこともできます。ゾーン・メルティング法は、不純物は液体のほうに移動しやすい性質を利用したもので、棒状の素材を、一方の端から帯状に熱して溶かしながら他端に至ると、他端部に不純物をかき集められます。不純物で注意しなければならないのは、一般には固体の不純物が対象で、気体として閉じ込められているものは除外されている点です。鉄などでは、水素が不純物として残っているケースは非常に多い。高真空中でゾーン・メルティングを行なうと、水素など気体の不純物も取り除くことができる利点があります。現在、鉄は鋼材としての利用が主流です。しかし、純金属の鉄は、新しい需要を創出する可能性を秘めています。セブン・ナイン（7N）といった鉄が、高付加価値製品として製鉄業を蘇えらせる可能性があります。 |
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