JPH08225976A - 複合電極及びそれを用いる三フッ化窒素ガスの製造方法 - Google Patents

複合電極及びそれを用いる三フッ化窒素ガスの製造方法

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JPH08225976A
JPH08225976A JP7032330A JP3233095A JPH08225976A JP H08225976 A JPH08225976 A JP H08225976A JP 7032330 A JP7032330 A JP 7032330A JP 3233095 A JP3233095 A JP 3233095A JP H08225976 A JPH08225976 A JP H08225976A
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明政 田坂
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Tokuyuki Iwanaga
徳幸 岩永
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敦久 三本
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ニッケル系酸化物と分散ニッケルメッキ
またはニッケル粉末とを燒結させることにより得られる
複合電極及び該複合電極を陽極として用い三フッ化窒素
ガスを製造する方法。 【効果】 電極の溶解が大幅に減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は三弗化窒素(NF)ガ
スの製造方法に関する。更に詳しくは、フッ化アンモニ
ウム(NHF)−フッ化水素(HF)系溶融塩の電解
によるNFガスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近のエレクトロニクス産業の飛躍的な
発展に伴い、半導体素子の高密度化、高性能化が進めら
れ、超大規模集積回路の生産が増加している。これに伴
い、該集積回路製造過程に使用されるドライエッチング
用のガスとして、また、CVD装置のクリーナー用のガ
スとして高純度のNFガスが要求されるようになっ
た。
【0003】NFガスの製造方法は大きく化学法と電
解法とに分けられる。化学法は、第一段階として電解に
よりフッ素(F)ガスを製造し、第二段階において得
られたFガスと窒素含有原料とを反応させることによ
りNFガスを製造するものである。一方、電解法は、
窒素分およびフッ素分を含有する非水溶液系溶融塩を電
解液とし、これを電解することによりNFガスを製造
するものである。
【0004】電解法は化学法と比較した場合、一段階
で、かつ高収率でNFガスを製造できる利点を有して
いる。
【0005】化学法では、四弗化炭素(CF)が多量
に含まれるFを原料とするため、必然的に多量のCF
がNFガス中へ混入する。ところが、このCF
NF と物性が極めて似ており、高純度のNFガスを
得るためには、工業的にコストの嵩む高度の精製技法を
適用せざるを得ない。これに対して、電解法では合成の
過程でCFが生成、あるいは混入することが殆ど無い
ため、容易に高純度のNFガスを得られる利点を有し
ている。
【0006】電解法NFガスの工業的合成の概要は次
の通りである。電解液は、アンモニアや酸性フッ化アン
モニウム(NHHF)と、無水フッ化水素(HF)
よりなるNHF−HF系溶融塩を使用する。これをニ
ッケル製の陽極で電解する。NFガスは陽極より発生
し、陽極側から不純物を含むNFガスが得られる。精
製操作後のNFガス純度は99.99容量%を超え
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】陽極に最適な金属材料
はニッケルである。他の金属では、不働態化して電流が
流れないか、あるいは激しく溶解するもののいずれかで
ある。しかしニッケルの場合も幾分かの溶解が起こり、
電極が消耗する。このため、工業的生産においては、頻
繁な電極交換を招くだけでなく、溶解で生成したニッケ
ル塩で汚染された電解液も頻繁に交換することが余儀な
くされる。この課題に対して種々の電極材料や電解液に
ついて、溶解抑制の効果が検討されているが、決定的な
対策は見出されていない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意この
溶解に関する問題解決に向けニッケルとその他の金属と
の溶解挙動の相違について検討した。その結果、ニッケ
ルの場合は安定な導電性オキシフルオライドが電極表面
を覆い、その膜を介して電極と電解液との間で電子の授
受が行われているため、他の金属に比べて低い溶解量
で、かつ不働態状態にならずに電解が行われることを見
いだした。更に電極表面の導電性オキシフルオライドの
生成を積極的に促進するため、特定の電極を用いること
により、更に溶解量を低減できるものと考え、本発明を
完成するに至ったものである。
【0009】即ち、本発明はニッケル系酸化物と分散ニ
ッケルメッキまたはニッケル粉末とを燒結させることに
より得られる三フッ化窒素ガス製造用の複合電極、また
はフッ化アンモニウム(NHF)−フッ化水素(H
F)系溶融塩であって、組成モル比(HF/NHF)
が1〜3である電解液を、100〜140℃に保持しな
がら、上記の複合電極を陽極として用い電解することを
特徴とする三フッ化窒素ガスの製造方法に関する。
【0010】次に、更に本発明について詳しく開示す
る。本発明に用いるニッケル系酸化物には、NiO
NiO、Ni、Ni 、NiO1+X、Li
NiO、NiO及びNiO+ニッケル酸化物が挙
げられる。また、焼結時に酸化物となる、例えばNi
(OH)なども用いることができる。
【0011】本発明に用いる電極は、ニッケル系酸化物
と分散ニッケルメッキまたはニッケル粉末と燒結によっ
てニッケルと共存させることで得られる。例えばニッケ
ル粉末とニッケル酸リチウムを混合成形後、不活性ガス
雰囲気中で高温で燒結せしめる方法では、主にニッケル
系酸化物が酸化ニッケルであるニッケルとの燒結電極を
得ることができる。
【0012】また、ニッケル酸リチウムをニッケルメッ
キ浴に分散粒子として分散させ、電解することにより、
ニッケル板上にニッケルマトリックス中にニッケル酸リ
チウムが取り込まれた複合電極を得ることができる。な
お、使用するニッケル板はニッケルを主体として含有す
るものであって、ニッケル含有量が概ね60%以上のも
のが好ましい。また、純ニッケル、モネル合金等が挙げ
られる。
【0013】電解槽の構成として、図1に例示する。本
体1と槽蓋2は、電解液8および発生したガスを系外と
隔離する構造となっている。本体1と槽蓋2の接続は気
密性を確保するためパッキンを介して固定密閉するのが
一般的である。尚、本体1および槽蓋2の内面はフッ素
樹脂等で被覆すると、その耐久性は一層向上する。
【0014】陽極3および陰極4は槽蓋2に設けられた
隔壁5により隔てる。陽極3から発生したNFと陰極
4から発生したHが混合すると容易に発火爆発するた
め、これを防ぐために隔壁5が設けられる。なお、隔壁
5の下方向への長さは、本体1底部に極端に接近しない
こと、および電解液面より下であることを条件に適宜選
択できる。なお、本体1を陰極または陽極とすることも
可能である。
【0015】生成したガスは、槽蓋2に設けられた陽極
ガス排出口6および陰極ガス排出口7より電解槽外部へ
導き出される。また、電解にあたっては、陽極3側及び
陰極4側にそれぞれ窒素ガス等の不活性ガスをキャリヤ
ーガスとして送入する場合もある。本体1、槽蓋2、隔
壁5の材質は通常金属であるが、必要に応じてフッ素樹
脂なども使用可能である。
【0016】例示した電解槽は基本的な構成用件を示し
ただけであり、無論、形状、電極や隔壁の配置など様々
である。特殊な電極を使用するが、そのために特殊な構
成の電解槽である必要はない。また、電解槽の構成によ
り、本発明の効果が影響を受けるものでもない。
【0017】電解液は、フッ化アンモニウム(NH
F)−フッ化水素(HF)系塩を使用する。調製方法
としては、例えば、アンモニアガスと無水フッ化水素よ
り調製、一水素二フッ化アンモニウムと無水フッ化水素
より調製、フッ化アンモニウムと無水フッ化水素より調
製する等の方法がある。
【0018】電解液の調製方法は、たとえば、次のよう
な方法で行うことができる。一水素二フッ化アンモニウ
ム(NHHF)または/およびフッ化アンモニウム
(NHF)と無水HFより調製する方法は、まず、容
器もしくは電解槽にNHHFまたは/およびNH
Fを所定量投入し、これに所定量の無水HFガスを吹き
込むものである。
【0019】もうひとつの方法は、容器もしくは電解槽
中で、所定量のNHガスとHFガスを直接反応させて
電解液を調製する方法である。なかでも、NHガスお
よびHFガスの反応においては、5〜70vol%程度
の乾燥不活性ガス、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム
等を同伴させて供給すると、ガス供給管に電解液が逆流
することもなく安定に調製できる。いずれも該電解液を
容易に調製することが可能である。
【0020】電解液の組成としては、HF/NHFの
モル比1〜3が好適である。該モル比が1未満での該電
解液は熱分解性を帯びるために好ましくない。また、モ
ル比が3を超えるとHFの蒸気圧が高くなり、HFの損
失が多く、この損失により電解液組成の変動が大きくな
るため好ましくない。該モル比が1〜3であるのが好適
であるが、より高い組成安定性を求めるならば、1.5
〜2.5の範囲が、更には1.8〜2.2の範囲が最適
である。
【0021】電解電流密度は好ましくは1〜30A・d
−2である。電流密度の下限界は、NFガスの生産
性に影響するものであり技術的な制約は殆ど無い。電極
近傍で発生する熱は電流密度にほぼ比例する。このた
め、電流密度が著しく高くなると、電解液の温度が局部
的に高くなる、組成が安定しない等の不都合が生じる。
本発明の効果に対して影響は無いものの、概ね電流密度
の範囲は1〜30A・dm−2、更に好ましくは5〜2
0A・dm−2の範囲が推奨される。
【0022】なお、電解に用いられる陰極としては、一
般にNFガスの電解製造に用いられている材料、たと
えば鉄、スチール、ニッケル、モネル等を使用すること
ができる。
【0023】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。 実施例1 乾燥した1110gの酸性フッ化アンモニウム(NH
HF)を良く混ぜた後、容量3Lのフッ素樹脂製細口
瓶に入れた。この細口瓶の底部までフッ素樹脂チューブ
を挿入し、細口瓶を計量しながら無水フッ化水素ガス3
90gを吹き込み、組成比HF/NHF=2の電解液
(NHF・2HF)を得た。次にニッケル酸リチウム
(LiNiO)粉末9.8gとニッケル粉末53gを
よく混ぜたのち、直径20mmのタブレットに成形し
た。これを900℃、2時間、アルゴン雰囲気中で燒結
することで複合電極を得た。次にさきの電解液を入れた
容量200ccのフッ素樹脂製電解槽に複合電極をセッ
トし、電解を行った。温度120℃、電流密度25mA
にて70時間の電解を行った後、陽極の重量を測定した
ところ、溶解により0.11gの減少が見られた。
【0024】比較例1 ニッケル粉末だけで実施例1と同様に燒結して得た電極
を用い、実施例1と同様の実験を行った。その結果、陽
極の重量は0.27g減少した。
【0025】実施例2 ワット浴(NiSO・6HO=280g/L、Ni
Cl・6HO=45g/L、ほう酸=40g/L)
150mlに、LiNiO(粒径10μm以下)を1
0g添加し、よく分散させた。次に実効面積4cm
ニッケル板をワット浴に浸漬し、40℃、電流密度20
mA/cm〔2A/dm〕にて電解メッキを行っ
た。この電極を実施例1と同様の方法にて、NHF・
2HF電解液中で電解実験を行った。その結果、陽極の
重量は0.22g減少していた。
【0026】比較例2 実施例2において、ワット浴にLiNiOを添加して
いない他は実施例2と同様の実験を行った。その結果、
陽極の重量は0.32g減少していた。
【0027】
【発明の効果】電解法は高純度の三フッ化窒素ガスを容
易に得られる優れた方法であるが、これまで陽極の溶解
量が多いことが工業的な課題であった。本発明の方法に
よれば、これまでの電解プロセスに全く手を付けること
なく、ニッケルの溶解量を大幅に抑えることができる画
期的発明である。このことは、電極や電解液の交換頻度
を半分以下に抑えることができるだけでなく、コスト低
減も成しうる。工業的生産における効果は極めて大きい
ものといえる。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】 電解槽の一例
【符号の説明】
1 本体 2 槽蓋 3 陽極 4 陰極 5 隔壁 6 陽極ガス排出口 7 陰極ガス排出口 8 電解液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三本 敦久 東京都千代田区霞が関三丁目2番5号 三 井東圧化学株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル系酸化物と分散ニッケルメッ
    キまたはニッケル粉末とを燒結させることにより得られ
    る三フッ化窒素ガス製造用の複合電極。
  2. 【請求項2】 フッ化アンモニウム(NHF)−フ
    ッ化水素(HF)系溶融塩であって、組成モル比(HF
    /NHF)が1〜3である電解液を、100〜140
    ℃に保持しながら、請求項1の複合電極を陽極として用
    い電解することを特徴とする三フッ化窒素ガスの製造方
    法。
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