酸化タンタルとは
酸化タンタルとは、化学式がTa2O5であらわされる無機化合物です。
白色からほぼ白色をした粉末ないしは塊の構造物です。酸化タンタルの分子量は441.89であり、水には難溶性です。溶解温度は1470℃と高温であり、1314-61-0 がCAS登録番号です。
国内法規上の適用は安全衛生法内で、「名称等を通知すべき危険物および有害物」および「名称等を表示すべき危険物および有害物」として規定されています。同法施行令第18条の2別表第9でNo. 338の指定があります。
酸化タンタルの使用用途
酸化タンタルは、優れた屈折率特性を有する為、光学系レンズの原料に用いられています。また光学素子の薄膜コーティングの原料としても使われています。応用事例は、パソコンの反射防止膜や自動車のガラスコーティング向けなどの需要があります。
さらに、酸化タンタルを、電解コンデンサの誘電体の箇所に用いた、タンタルコンデンサもエレクトロニクスの分野で広く用いられています。また酸化タンタルは、半導体デバイスの優れた絶縁層膜の物性材料としてもそのウエハプロセスにおいて、非常に重宝されています。
酸化タンタルの性質
酸化タンタルは、その材料物性上高い屈折率を有します。化学的不活性であるため吸収は低い特徴があります。溶媒には溶けませんが、強塩基やフッ化水素酸や強塩基ではダメージを受けて、腐食されます。例えば、HClやHBrなどに対しても不活性です。しかしながら、フッ化水素酸には溶けます。また酸化タンタルは、HFやフッ化水素カリウムとHFとは活性化し反応します。
酸化タンタルの構造
酸化タンタルの物質の材料は、アモルファスや多結晶状態の構造体です。酸化タンタル自体は五酸化タンタルや酸化タンタル (V)という名称で呼ばれています。
単結晶の成長は困難です。酸化タンタルに関する結晶構造データは、X線結晶学の粉末回折などに限定されています。結晶の密度情報としては、β-Ta2O5の密度は8.18g/cm3であり、α-Ta2O5の密度は8.37g/cm3です。
酸化タンタルは、エレクトロニクス分野で広く用いられています。具体的には、半導体ウエハや電子回路のコンデンサ、工学系のフィルタなどです。この用途の多くの場合には薄膜の形で使用されています。これらの用途では、揮発性のハロゲン化物とアルコキシドの加水分解を含む、有機金属気相成長法 (MOCVD) またはその関連技術によって合成可能です。
酸化タンタルのその他情報
1. 酸化タンタルの源泉
タンタルは、火成岩から生成する鉱物のタンタル石として生じます。これらの石が混ざったものは、コルタンという名称で呼ばれています。タンタル石はスウェーデンやフィンランドで発見されました。
メジャーな鉱石としては、マイクロ石には約70%、パイロクロアには10%のタンタルが含まれています。自然界の純粋な酸化タンタルは、鉱物タンタイトとして有名ですが、非常に希少です。
2. 酸化タンタルの精製
酸化タンタルは次のような手順を経て、精製されています。
1. 浸出段階
まずは浸出段階です。タンタルの鉱石には、大量のニオブが含まれていることも多いです。ニオブも有価金属であり、ともに抽出されて、両方の金属が販売されています。浸出の段階においては、鉱石がフッ化水素酸と硫酸で処理されます。この過程で、水溶性のフッ化水素であるへプタフルオロタンタル酸塩などが生成され、所望の金属物質を分離することができます。
2. 抽出段階
次に抽出段階です。タンタルやニオブのフッ化水素は、メチルイソブチルケトンやシクロヘキサンなどの有機溶媒を用いた液抽出によって、水溶液から取り除かれます。ここで水相にある、鉄やマンガンや鉄類などの金属不純物を、容易に取り除くことができます。
3. pH調整
その後はpH調整によって、タンタルとニオブを分離できます。酸性度合を下げて、酸性度が低い水に抽出することで、タンタルを選んで取り除くことが可能です。
4. 焼成段階
最後に焼成段階です。アンモニア水でフッ化水素タンタル溶液中和することにより。所望の水和タンタル酸化物が生成可能です。この水和タンタル酸化物を焼成して、酸化タンタルを取り出します。
参考文献
https://labchem-wako.fujifilm.com/sds/W01W0120-0934JGHEJP.pdf
https://www.nite.go.jp/chem/chrip/chrip_search/dt/html/GI_10_001/GI_10_001_1314-61-0.html