ベリリウム箔の製造技術と用途

ベリリウムは、低密度、高強度、高弾性率、高X線透過率、音の伝搬速度が速いなどの特徴を持ち、航空宇宙分析機器、大規模集積回路（LSI）、オーディオシステム部品などに使用されている。今回は、ベリリウム箔の 製造技術と用途について見て みよう。

ベリリウム箔の製造技術と用途

ベリリウム箔の製造方法

ベリリウム箔には3つの製造方法があります。

1.熱間圧延法

まず、真空溶解したベリリウムインゴットをスライス、粉砕、ふるい分けし、均一なベリリウム粉末とする。次に、このベリリウム粉末を真空熱間圧延してブランクを形成する。真空溶解インゴットの結晶粒は粗く、脆く、塑性加工が困難であるため、この粉末冶金法がベリリウム熱延ビレットの調製法として用いられる。

ベリリウムブランクを加熱する際、酸化、不純物の混入、ベリリウム表面のローラーによる冷えを防止するため、軟鉄で包み、800℃程度の温度で厚さ1～2mmのシート状に圧延する。その後、400～500℃で熱間圧延し、厚さ0.0075～0.500mmのベリリウム箔とする。

このようなベリリウム箔は、1μm程度の微細なベリリウム粉末でできているため、強度が高い。しかし、ベリリウムを粉末にする際に酸化するため、本稿で紹介する3つの方法で作製したベリリウム箔の中で最も純度が低い。

2.真空溶解-インゴット-直接圧延法

まず、インゴットを220×200×90mm程度の大きさに切断し、ステンレス鋼で包んだ後、790～980℃の温度範囲で圧延し、厚さ5mm程度のベリリウム板を製造する。

熱間圧延の際、温度が高すぎると結晶粒が成長し、低すぎるとベリリウムインゴットを溶かしたときに柱状の結晶組織が残る。したがって、異方性のない均一で微細な組織を得るためには、適切な温度を選択することが重要である。

上記5mm厚のベリリウム板を650℃から780℃の温度で圧延し、厚さ0.0075mmから0.254mmのベリリウム箔を作製する。この方法で作製したベリリウム箔は、結晶粒が大きく純度が低い。しかし、熱間圧延で作製したベリリウム箔よりも純度は高い。

3.真空蒸着法

基板とベリリウムインゴットを真空蒸着炉に入れ、基板を400～500℃に加熱した後、電子ビームでベリリウムインゴットを溶融させて基板上のベリリウムを気化させ、炉から取り出す。その後、基板とベリリウムを分離してベリリウム蒸着膜を得る。

このベリリウム蒸着膜は、スピーカーの振動板や複雑な部品として利用できる。基板を作製する部品の形状にすれば、部品の形状のベリリウム蒸着膜を得ることができ、加工することなく部品として使用することができる。

しかし、ベリリウム蒸着膜は柱状の結晶構造であるため、隙間から空気やヘリウムガスが漏れ出し、X線透過窓として使用することは難しい。

蒸着膜を熱処理することで、柱状結晶構造を破壊する目的を達成し、空気やヘリウムが漏れないベリリウム箔を製造することができる。

真空蒸着法には次のような利点がある：

1.ベリリウムインゴットから直接真空蒸着法によりベリリウム箔を製造するため、熱間圧延や真空溶解-インゴット-直接圧延法で製造したベリリウム箔よりも純度が高い。

2.簡単な工程で薄いベリリウム箔を製造できる。

3.微細な粒状に調製されたベリリウム蒸着膜を原料としているため、調製されたベリリウム箔は強度と伸びが良く、強靭な材料となる。

ベリリウム箔の用途

加速器用透過窓

ベリリウム箔は、X線リソグラフィー用のX線源や、放射光によるX線透過用の窓材として期待されている。

エネルギー分散型X線分析装置

エネルギー分散型X線分析装置は、電子顕微鏡を備えており、分岐が容易であるため、近年需要が増加している。 装置に使用されるX線透過窓材は、薄いほどX線透過率が高くなり、B、C、Nなど波長の長い蛍光X線光元素の分析感度が高くなる。そのため、X線透過窓には10μm程度のベリリウム箔が使用されている。

X線管とX線カメラ管

X線管もX線カメラ管も、透過窓の材料としてベリリウム箔が使われています。

スピーカの振動板

イリジウムの音速は他の金属よりも速い。音速が速いほどスピーカの共振周波数が高くなり、高音域で聞こえる音域が広くなる。そのため、スピーカーの振動板にはベリリウムが使われている。

おわりに

ベリリウム箔の製造技術や用途について、ご理解を深めていただければ幸いです。金属ベリリウムについてより詳しくお知りになりたい場合は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ （SAM）を訪問されることをお勧めします。

スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）は、ベリリウム製品の世界的なサプライヤーとして、ベリリウム金属の製造・販売において20年以上の経験を持ち、お客様の研究開発・生産ニーズに応える高品質のベリリウム箔を提供しています。そのため、SAMはお客様のお気に入りのベリリウム製品サプライヤー、ビジネスパートナーになると確信しております。