JP2000007313A - 炭素材料の高純度化処理方法、及び高純度化処理装置 - Google Patents
炭素材料の高純度化処理方法、及び高純度化処理装置Info
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- JP2000007313A JP2000007313A JP10180262A JP18026298A JP2000007313A JP 2000007313 A JP2000007313 A JP 2000007313A JP 10180262 A JP10180262 A JP 10180262A JP 18026298 A JP18026298 A JP 18026298A JP 2000007313 A JP2000007313 A JP 2000007313A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 四フッ化炭素ガスを用いることにより、処理
時間の短縮、製造コストを低減させ、且つ高純度装置の
寿命の延命効果をはたす炭素材の高純度処理方法及び処
理装置を提供する。 【解決手段】 フッ素発生装置、四フッ化炭素ガス生成
装置、加熱炉が連設構成されれてなる高純度処理装置を
用い、このフッ素発生装置にて生成される比較的安価な
フッ素を使用することにより、高純度処理時に全面的に
四フッ化炭素ガスが使用でき、これにより処理時間の大
幅な短縮が可能となる。
時間の短縮、製造コストを低減させ、且つ高純度装置の
寿命の延命効果をはたす炭素材の高純度処理方法及び処
理装置を提供する。 【解決手段】 フッ素発生装置、四フッ化炭素ガス生成
装置、加熱炉が連設構成されれてなる高純度処理装置を
用い、このフッ素発生装置にて生成される比較的安価な
フッ素を使用することにより、高純度処理時に全面的に
四フッ化炭素ガスが使用でき、これにより処理時間の大
幅な短縮が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や原子力等
への使用を目的とした高純度が要求される炭素材料を製
造するための、高純度化処理方法および高純度化処理装
置に関する。
への使用を目的とした高純度が要求される炭素材料を製
造するための、高純度化処理方法および高純度化処理装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素材料の高純度化処理は、ハロゲンを
含むガス雰囲気中で加熱し、炭素材の気孔を介して炭素
材内部に浸透させ、炭素材中の不純物を蒸気圧の高い物
質に変化せしめて母材から揮散させて行われている。
含むガス雰囲気中で加熱し、炭素材の気孔を介して炭素
材内部に浸透させ、炭素材中の不純物を蒸気圧の高い物
質に変化せしめて母材から揮散させて行われている。
【０００３】ハロゲン化合物ガスとしては、これまでフ
レオンガスが使用されていたが、オゾン層を破壊すると
いう問題から、世界的に２０２０年には使用できなくな
る。そのため、フレオンガスに代わるハロゲンガスとし
て塩素（Ｃｌ2 ）ガスが使用されるようになった。しか
しながら、Ｃｌ2 ガスの場合、ホウ素（Ｂ）など除去さ
れにくい元素があった。このＢは半導体特性に悪影響を
及ぼすために、半導体製造用の炭素材にはＢを除去する
必要がある。そのため、別途四フッ化炭素（ＣＦ4 ）ガ
スによって除去がされている。
レオンガスが使用されていたが、オゾン層を破壊すると
いう問題から、世界的に２０２０年には使用できなくな
る。そのため、フレオンガスに代わるハロゲンガスとし
て塩素（Ｃｌ2 ）ガスが使用されるようになった。しか
しながら、Ｃｌ2 ガスの場合、ホウ素（Ｂ）など除去さ
れにくい元素があった。このＢは半導体特性に悪影響を
及ぼすために、半導体製造用の炭素材にはＢを除去する
必要がある。そのため、別途四フッ化炭素（ＣＦ4 ）ガ
スによって除去がされている。
【０００４】さらに、Ｃｌ2 ガスを使用した場合、次の
ような問題点もある。即ち、（１）炭素材料中の不純物
との反応生成物が比較的大きく、また、Ｃｌ2 ガスの拡
散速度も遅く、そのため高純度化効率が悪い、（２）高
純度化処理後に排出される余剰なＣｌ2 ガスを苛性ソー
ダスクラバーで処理する場合、化学的に不安定で毒性の
ある次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）が発生、（３）Ｃ
ｌ2 ガスによる配管や装置自体の腐食消耗、等である。
ような問題点もある。即ち、（１）炭素材料中の不純物
との反応生成物が比較的大きく、また、Ｃｌ2 ガスの拡
散速度も遅く、そのため高純度化効率が悪い、（２）高
純度化処理後に排出される余剰なＣｌ2 ガスを苛性ソー
ダスクラバーで処理する場合、化学的に不安定で毒性の
ある次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）が発生、（３）Ｃ
ｌ2 ガスによる配管や装置自体の腐食消耗、等である。
【０００５】ＣＦ4 ガスを用いると前記Ｃｌ2 ガスを使
用した場合の問題を回避できる。一般的に、ＣＦ4 はＦ
2 ガスで炭素材をフッ化させて生成される。しかしなが
ら、市販されているＦ2 ガスや、ＣＦ4 ガスは、非常に
高価であり、炭素材の高純度化処理の全面にＣＦ4 ガス
を使用することは工業的に製造コスト等の問題から実用
化は難しいとされていた。
用した場合の問題を回避できる。一般的に、ＣＦ4 はＦ
2 ガスで炭素材をフッ化させて生成される。しかしなが
ら、市販されているＦ2 ガスや、ＣＦ4 ガスは、非常に
高価であり、炭素材の高純度化処理の全面にＣＦ4 ガス
を使用することは工業的に製造コスト等の問題から実用
化は難しいとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、従来の方法で
は製造コストの面などから実用化が難しいとされてい
た、ＣＦ4 を全面的に用いた炭素材料の高純度化処理方
法、及び処理装置を提供する。
点を解決するためになされたものであり、従来の方法で
は製造コストの面などから実用化が難しいとされてい
た、ＣＦ4 を全面的に用いた炭素材料の高純度化処理方
法、及び処理装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
は、フッ素化合物の電気分解によりＦ2 ガスを発生さ
せ、該Ｆ2 ガスと炭素粉を反応させてＣＦ4 ガスを発生
させ、このＣＦ4 ガスを高温下の加熱炉に導入して高純
度化処理することを特徴とする炭素材料の高純度化処理
方法である。また、通常はこれら一連の処理を連続的に
行っている。
は、フッ素化合物の電気分解によりＦ2 ガスを発生さ
せ、該Ｆ2 ガスと炭素粉を反応させてＣＦ4 ガスを発生
させ、このＣＦ4 ガスを高温下の加熱炉に導入して高純
度化処理することを特徴とする炭素材料の高純度化処理
方法である。また、通常はこれら一連の処理を連続的に
行っている。
【０００８】ＣＦ4 ガスを高純度化処理の全面に使用す
ることにより、高純度化効率が向上するとともに、装置
の配管の腐食損耗の抑制、スクラバー内で発生する毒性
の強い次亜塩素酸ソーダの発生の抑制ができ、装置の延
命効果がある。また、ＣＦ4ガスはＣｌ2 ガスに比較
し、炭素材内部への拡散性が良いため、高純度化処理対
象となる炭素材に特に制限がなく、黒鉛、炭素繊維、炭
素繊維強化複合炭素材料、ガラス状炭素、シート状黒鉛
等の炭素材全般の高純度化処理が可能であり、さらに、
従来よりも短い処理時間で高純度化処理が行える。ここ
で、Ｆ2 ガスと反応させる炭素粉は、天然黒鉛、コーク
ス等炭素を含んだ粉末であればＣＦ4 を生成できる。た
だし、ＣＦ4 ガスを高純度化処理に使用する場合は、予
め高純度化処理した粉末を使用することが望ましい。
ることにより、高純度化効率が向上するとともに、装置
の配管の腐食損耗の抑制、スクラバー内で発生する毒性
の強い次亜塩素酸ソーダの発生の抑制ができ、装置の延
命効果がある。また、ＣＦ4ガスはＣｌ2 ガスに比較
し、炭素材内部への拡散性が良いため、高純度化処理対
象となる炭素材に特に制限がなく、黒鉛、炭素繊維、炭
素繊維強化複合炭素材料、ガラス状炭素、シート状黒鉛
等の炭素材全般の高純度化処理が可能であり、さらに、
従来よりも短い処理時間で高純度化処理が行える。ここ
で、Ｆ2 ガスと反応させる炭素粉は、天然黒鉛、コーク
ス等炭素を含んだ粉末であればＣＦ4 を生成できる。た
だし、ＣＦ4 ガスを高純度化処理に使用する場合は、予
め高純度化処理した粉末を使用することが望ましい。
【０００９】請求項２の発明は、炭素粉とフッ素化合物
からなる混合物と、前記Ｆ2 ガスを反応させてＣＦ4 ガ
スを発生させることを特徴とする請求項１記載の炭素材
料の高純度化処理方法である。
からなる混合物と、前記Ｆ2 ガスを反応させてＣＦ4 ガ
スを発生させることを特徴とする請求項１記載の炭素材
料の高純度化処理方法である。
【００１０】ＣＦ4 ガス原料である炭素粉単体にＦ2 ガ
スを接触させた場合、ＣＦ4 ガス合成反応で発生する熱
が大きく、局所的な反応で止まってしまい、充填された
炭素粉を効率良くＣＦ4 ガスに転換させることが出来な
い。そこで、炭素粉にフッ化物を混合して熱拡散とガス
との反応性を高めたものを、Ｆ2 ガスと反応させてより
効率良くＣＦ4 ガスを発生させる。使用できるフッ化物
には、フッ化カルシウム等が挙げられる。
スを接触させた場合、ＣＦ4 ガス合成反応で発生する熱
が大きく、局所的な反応で止まってしまい、充填された
炭素粉を効率良くＣＦ4 ガスに転換させることが出来な
い。そこで、炭素粉にフッ化物を混合して熱拡散とガス
との反応性を高めたものを、Ｆ2 ガスと反応させてより
効率良くＣＦ4 ガスを発生させる。使用できるフッ化物
には、フッ化カルシウム等が挙げられる。
【００１１】請求項３の発明は、炭素粉と、前記Ｆ2 ガ
スとＣＦ4 ガスの混合ガスを反応させてＣＦ4 ガスを発
生させることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素材
料の高純度化処理方法である。
スとＣＦ4 ガスの混合ガスを反応させてＣＦ4 ガスを発
生させることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素材
料の高純度化処理方法である。
【００１２】Ｆ2 ガスとＣＦ4 ガスの混合ガスと、炭素
粉を反応させることにより、Ｆ2 ガス単体で炭素粉と反
応させる場合よりも効率的にＣＦ4 ガスが得られる。
粉を反応させることにより、Ｆ2 ガス単体で炭素粉と反
応させる場合よりも効率的にＣＦ4 ガスが得られる。
【００１３】請求項４の発明は、生成されたＣＦ4 ガス
を該ＣＦ4 ガス生成装置内を循環させることにより、そ
の濃度を高めることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か記載の炭素材料の高純度化処理方法である。
を該ＣＦ4 ガス生成装置内を循環させることにより、そ
の濃度を高めることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か記載の炭素材料の高純度化処理方法である。
【００１４】ＣＦ4 ガスの濃度を高めるとともに、ＣＦ
4 ガスの生成に使用されずに残ったＦ2 ガスを効率良
く、ＣＦ4 ガスに転換することが可能となる。
4 ガスの生成に使用されずに残ったＦ2 ガスを効率良
く、ＣＦ4 ガスに転換することが可能となる。
【００１５】請求項５の発明は、前記ＣＦ4 ガスの加熱
炉への導入温度が１９００℃以上であることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか記載の炭素材料の高純度化処
理方法である。
炉への導入温度が１９００℃以上であることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか記載の炭素材料の高純度化処
理方法である。
【００１６】１９００℃以下でＣＦ4 ガスを導入する
と、炭素材料がフッ化され、損耗してしまう恐れがある
ため１９００℃以上でＣＦ4 ガスを導入する。
と、炭素材料がフッ化され、損耗してしまう恐れがある
ため１９００℃以上でＣＦ4 ガスを導入する。
【００１７】請求項６の発明は、フッ素化合物の電気分
解によりＦ2 ガスを発生させるフッ素発生装置と、該フ
ッ素ガスと炭素粉を反応させＣＦ4 ガスを生成するフッ
化装置と、生成されたＣＦ4 ガスの貯蔵可能なバッファ
タンクと、からなるＣＦ4 ガス生成装置と、高温下でＣ
Ｆ4 ガスにより高純度化処理を行える加熱炉と、を連設
してなる炭素材料の高純度化処理装置である。
解によりＦ2 ガスを発生させるフッ素発生装置と、該フ
ッ素ガスと炭素粉を反応させＣＦ4 ガスを生成するフッ
化装置と、生成されたＣＦ4 ガスの貯蔵可能なバッファ
タンクと、からなるＣＦ4 ガス生成装置と、高温下でＣ
Ｆ4 ガスにより高純度化処理を行える加熱炉と、を連設
してなる炭素材料の高純度化処理装置である。
【００１８】市販品に比較して安価にＦ2 ガスが生成で
きるＦ2 ガス発生装置を用いることにより、ＣＦ4 ガス
を安価に、そして安定的に生成することが可能となる。
また、Ｆ2 発生装置とＣＦ4 ガスを生成するフッ化装置
とが連接していることから、これらガスの生成が同一工
程内で連続的に行なえる。さらに、このＣＦ4 ガス生成
装置と高純度化処理に用いる加熱炉が連接されており、
この両者のあいだにはバッファタンクが備えられ、必要
時に安定して一定の濃度のＣＦ4 ガスを高純度化処理加
熱炉に導入することが可能となる。さらに、本発明はＣ
Ｆ4 ガス生成装置と加熱炉が連設していることが特徴の
一つであることから、この加熱炉には特に制限がない。
例えば、一般的に黒鉛化処理に用いられているアチェソ
ン型炉に本発明のＣＦ4 ガス生成装置を連設すれば、黒
鉛化処理と同時にＣＦ4 ガスによる高純度化処理を行な
うことも可能となる。
きるＦ2 ガス発生装置を用いることにより、ＣＦ4 ガス
を安価に、そして安定的に生成することが可能となる。
また、Ｆ2 発生装置とＣＦ4 ガスを生成するフッ化装置
とが連接していることから、これらガスの生成が同一工
程内で連続的に行なえる。さらに、このＣＦ4 ガス生成
装置と高純度化処理に用いる加熱炉が連接されており、
この両者のあいだにはバッファタンクが備えられ、必要
時に安定して一定の濃度のＣＦ4 ガスを高純度化処理加
熱炉に導入することが可能となる。さらに、本発明はＣ
Ｆ4 ガス生成装置と加熱炉が連設していることが特徴の
一つであることから、この加熱炉には特に制限がない。
例えば、一般的に黒鉛化処理に用いられているアチェソ
ン型炉に本発明のＣＦ4 ガス生成装置を連設すれば、黒
鉛化処理と同時にＣＦ4 ガスによる高純度化処理を行な
うことも可能となる。
【００１９】
【本発明の実施の形態】図１に本発明の高純度化処理装
置の加熱炉に高周波誘導加熱炉を使用した場合の実施形
態の一例を示す。本発明は特にこの形態に限られるもの
ではない。
置の加熱炉に高周波誘導加熱炉を使用した場合の実施形
態の一例を示す。本発明は特にこの形態に限られるもの
ではない。
【００２０】本システムは、大きく分けて、ＣＦ4 合成
装置１１と加熱装置２１とが連設されており、ＣＦ4 合
成装置はＦ2 発生装置１９と、ガス混合器１８と、フッ
化物を含んだ炭素粉１３を収納した反応器１２と、ガス
循環用ポンプ１４と、除害装置１５と、ポンプ１６と、
バッファタンク１７と、から構成されている。加熱装置
２１は、炭素材料２４を収納したサセプター２３と、加
熱炉２２と、高周波加熱コイル２５と、スクラバー２８
と、から構成されている。以下順を追って説明する。
装置１１と加熱装置２１とが連設されており、ＣＦ4 合
成装置はＦ2 発生装置１９と、ガス混合器１８と、フッ
化物を含んだ炭素粉１３を収納した反応器１２と、ガス
循環用ポンプ１４と、除害装置１５と、ポンプ１６と、
バッファタンク１７と、から構成されている。加熱装置
２１は、炭素材料２４を収納したサセプター２３と、加
熱炉２２と、高周波加熱コイル２５と、スクラバー２８
と、から構成されている。以下順を追って説明する。
【００２１】まず、Ｆ2 発生装置１９によりＦ2 ガスが
生成される。周知のように、Ｆ2 ガスは電気分解によっ
て工業的に得られる。具体的には、フッ化水素（ＨＦ）
とフッ化カリウム（ＫＦ）の混合溶融塩（ＫＦ・２Ｈ
Ｆ）を電解浴として、約９０℃の電解浴を電気分解する
事でＦ2 ガスが得られる。かかるＦ2 発生装置１９に含
まれる電解槽の構成を、簡略化して図２に示す。電解槽
は、電解浴（ＫＦ・２ＨＦ）３１ａを内包する電解槽本
体３１とその蓋３７、陽極３２および陰極３３とこれら
から発生するＦ2 ガスとＨ2 ガスを仕切る隔壁３４から
なる。電解槽本体３１および蓋３７には鉄、陽極３２に
は炭素材、陰極３３には鉄またはニッケル、隔壁３４に
はモネルを使用する。なお図中の３５はブスバー、３６
は絶縁材、３８は陽極ガス出口、３９は陰極ガス出口で
ある。電気分解は通常、電流密度７〜１０Ａ／ｄｍ2 、
浴電圧６〜１５Ｖの条件下で、（１）式の総括反応式に
従って進行し、隔壁で仕切られた陽極側でＦ2 ガスが、
陰極側でＨ2 ガスが発生する。これにより、市販されて
いるボンベ詰めＦ2 ガスよりも安価で安定的にＦ2 ガス
が得られる。
生成される。周知のように、Ｆ2 ガスは電気分解によっ
て工業的に得られる。具体的には、フッ化水素（ＨＦ）
とフッ化カリウム（ＫＦ）の混合溶融塩（ＫＦ・２Ｈ
Ｆ）を電解浴として、約９０℃の電解浴を電気分解する
事でＦ2 ガスが得られる。かかるＦ2 発生装置１９に含
まれる電解槽の構成を、簡略化して図２に示す。電解槽
は、電解浴（ＫＦ・２ＨＦ）３１ａを内包する電解槽本
体３１とその蓋３７、陽極３２および陰極３３とこれら
から発生するＦ2 ガスとＨ2 ガスを仕切る隔壁３４から
なる。電解槽本体３１および蓋３７には鉄、陽極３２に
は炭素材、陰極３３には鉄またはニッケル、隔壁３４に
はモネルを使用する。なお図中の３５はブスバー、３６
は絶縁材、３８は陽極ガス出口、３９は陰極ガス出口で
ある。電気分解は通常、電流密度７〜１０Ａ／ｄｍ2 、
浴電圧６〜１５Ｖの条件下で、（１）式の総括反応式に
従って進行し、隔壁で仕切られた陽極側でＦ2 ガスが、
陰極側でＨ2 ガスが発生する。これにより、市販されて
いるボンベ詰めＦ2 ガスよりも安価で安定的にＦ2 ガス
が得られる。
【００２２】
【化１】
【００２３】次に、生成したＦ2 ガスとＣＦ4 ガスと
が、ＣＦ4 ガス合成装置１１のガス混合器１８におい
て、Ｆ2 ガス／ＣＦ4 ガス＝１／０．１〜１／１０、好
ましくは１／１〜１／５の割合に混合される。混合され
たガスは反応器１２に送られる。このようにＣＦ4 ガス
を添加すると、Ｆ2 ガス単体でＣＦ4 ガスを発生させる
場合に比べて、効率良くＣＦ4 ガスを発生させることが
出来る。
が、ＣＦ4 ガス合成装置１１のガス混合器１８におい
て、Ｆ2 ガス／ＣＦ4 ガス＝１／０．１〜１／１０、好
ましくは１／１〜１／５の割合に混合される。混合され
たガスは反応器１２に送られる。このようにＣＦ4 ガス
を添加すると、Ｆ2 ガス単体でＣＦ4 ガスを発生させる
場合に比べて、効率良くＣＦ4 ガスを発生させることが
出来る。
【００２４】反応器１２には、予め適量の炭素粉１３を
充填しておく。この時、炭素粉だけでは前述の混合ガス
と反応させた場合、直接Ｆ2 ガスが接触した部分だけが
急激に温度が上昇し、炭素粉１３全体を均一に反応させ
てＣＦ4 ガスを発生させることは困難である。そこで、
反応を効率よく進行させるために炭素粉１３にフッ化物
を混合しておく。フッ化カルシウムのような熱伝導性の
良いフッ化物を入れておくことによって炭素粉１３とＦ
2 ガスの反応熱が全体に行き渡り、全体で均一に（２）
式の反応が起こる。これにより効率良くＣＦ4 ガスとＦ
2 ガスの混合ガスを生成させる。反応器１２から排出さ
れるＣＦ4 ガスは、ポンプ１４を使用して、繰り返し反
応器１２の中を循環させてＣＦ4 ガス生成時に残ったＦ
2 ガスを無駄なくＣＦ4 ガスに転換し、ＣＦ4 ガスの濃
度を上昇させる。
充填しておく。この時、炭素粉だけでは前述の混合ガス
と反応させた場合、直接Ｆ2 ガスが接触した部分だけが
急激に温度が上昇し、炭素粉１３全体を均一に反応させ
てＣＦ4 ガスを発生させることは困難である。そこで、
反応を効率よく進行させるために炭素粉１３にフッ化物
を混合しておく。フッ化カルシウムのような熱伝導性の
良いフッ化物を入れておくことによって炭素粉１３とＦ
2 ガスの反応熱が全体に行き渡り、全体で均一に（２）
式の反応が起こる。これにより効率良くＣＦ4 ガスとＦ
2 ガスの混合ガスを生成させる。反応器１２から排出さ
れるＣＦ4 ガスは、ポンプ１４を使用して、繰り返し反
応器１２の中を循環させてＣＦ4 ガス生成時に残ったＦ
2 ガスを無駄なくＣＦ4 ガスに転換し、ＣＦ4 ガスの濃
度を上昇させる。
【００２５】
【化２】
【００２６】反応器１２から取り出された混合ガス中に
含まれるＦ2 ガスは、除害装置１５を通して取り除き、
ＣＦ4 ガスのみ抽出する。除害装置１５としては、アル
カリスクラバーやアルミナセラミックを用いたフィルタ
ーが使用でき、これによってＦ2 ガスを除去してＣＦ4
ガスのみを抽出できる。除外装置としていずれの方法を
用いるかは、ガス流量で決定される。
含まれるＦ2 ガスは、除害装置１５を通して取り除き、
ＣＦ4 ガスのみ抽出する。除害装置１５としては、アル
カリスクラバーやアルミナセラミックを用いたフィルタ
ーが使用でき、これによってＦ2 ガスを除去してＣＦ4
ガスのみを抽出できる。除外装置としていずれの方法を
用いるかは、ガス流量で決定される。
【００２７】この後、ＣＦ4 ガスはポンプ１６で圧縮さ
れてバッファタンク１７に貯蔵される。必要時には、Ｃ
Ｆ4 ガスはバッファタンク９から取り出し、加熱炉２２
内に導入される。
れてバッファタンク１７に貯蔵される。必要時には、Ｃ
Ｆ4 ガスはバッファタンク９から取り出し、加熱炉２２
内に導入される。
【００２８】加熱炉２２に、被処理物である炭素材２４
を装填したサセプター２３を設置する。この時、ＣＦ4
ガスとの反応性を上げるためのフッ化黒鉛を一緒に入れ
ても良い。次に、ガス排出管２６より加熱炉２２の減圧
または真空引きを行う。その後、ガス導入管２７より窒
素ガスを導入して加熱炉２２内の雰囲気を置換して、続
けてガス排出管２６より加熱炉２２の減圧または真空引
きを行う。こうして非酸化性雰囲気にした後、加熱炉２
２内を加熱し、サセプター２３の輻射熱によって炭素材
料２４を加熱する。加熱炉２２内の温度が１９００℃以
上に到達した後、ガス導入管３０よりＣＦ4 ガスを加熱
炉２２内に導入し、炭素材料２４の高純度化処理を行
う。
を装填したサセプター２３を設置する。この時、ＣＦ4
ガスとの反応性を上げるためのフッ化黒鉛を一緒に入れ
ても良い。次に、ガス排出管２６より加熱炉２２の減圧
または真空引きを行う。その後、ガス導入管２７より窒
素ガスを導入して加熱炉２２内の雰囲気を置換して、続
けてガス排出管２６より加熱炉２２の減圧または真空引
きを行う。こうして非酸化性雰囲気にした後、加熱炉２
２内を加熱し、サセプター２３の輻射熱によって炭素材
料２４を加熱する。加熱炉２２内の温度が１９００℃以
上に到達した後、ガス導入管３０よりＣＦ4 ガスを加熱
炉２２内に導入し、炭素材料２４の高純度化処理を行
う。
【００２９】高純度化処理温度が１９００℃以下である
と、加熱炉２２内で（３）式のＣＦ 4 合成反応（左向き
の矢印）が起こり、構造材や断熱材、被処理品２４であ
る炭素材料の消耗が起こる。１９００℃より高い温度で
は、加熱炉２２内に導入されたＣＦ4 ガスの分解反応
（右向きの矢印）だけが起こる。
と、加熱炉２２内で（３）式のＣＦ 4 合成反応（左向き
の矢印）が起こり、構造材や断熱材、被処理品２４であ
る炭素材料の消耗が起こる。１９００℃より高い温度で
は、加熱炉２２内に導入されたＣＦ4 ガスの分解反応
（右向きの矢印）だけが起こる。
【００３０】
【化３】
【００３１】半導体製造時に悪影響を及ぼすＢは、ＣＦ
4 ガスを用いると約１９００℃以上で（４）式の右向き
に反応が進み、フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）を生成して炭素
材料内より揮散する。
4 ガスを用いると約１９００℃以上で（４）式の右向き
に反応が進み、フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）を生成して炭素
材料内より揮散する。
【００３２】
【化４】
【００３３】また、１９００〜２２００℃の温度範囲で
処理した場合、Ｔｉのフッ化物は蒸気圧が低く、炭素材
料内から除去できない。しかしながら、これまでに不純
物であるＴｉが各用途で悪影響を及ぼしたという報告は
ほとんどなく、仮に除去する必要になった場合でも、２
２００℃以上まで温度を上げてやると、蒸気圧の高いＴ
ｉのフッ化物を生成して容易に除去できる。
処理した場合、Ｔｉのフッ化物は蒸気圧が低く、炭素材
料内から除去できない。しかしながら、これまでに不純
物であるＴｉが各用途で悪影響を及ぼしたという報告は
ほとんどなく、仮に除去する必要になった場合でも、２
２００℃以上まで温度を上げてやると、蒸気圧の高いＴ
ｉのフッ化物を生成して容易に除去できる。
【００３４】高純度化処理後のＣＦ4 ガスは、ガス排出
管２６からポンプ２９とアルカリスクラバー２８を通っ
て大気中に排出される。従来使用しているＣｌ2 ガスの
場合は、スクラバー内の苛性ソーダと反応して化学的に
不安定で毒性の強い次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）が
発生したり、Ｃｌ2 ガスによる配管や装置等の腐食消耗
などの問題があったが、ＣＦ4 ガスを使用すれば、これ
らの問題も解決できる。また本装置は市販されているボ
ンベ詰めＦ2 ガスやＣＦ4 ガスに比べて安価に、これら
のガスを生成・導入できるため、全面的にＣＦ4 ガスを
用いた炭素材の高純度化処理が可能となる。
管２６からポンプ２９とアルカリスクラバー２８を通っ
て大気中に排出される。従来使用しているＣｌ2 ガスの
場合は、スクラバー内の苛性ソーダと反応して化学的に
不安定で毒性の強い次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）が
発生したり、Ｃｌ2 ガスによる配管や装置等の腐食消耗
などの問題があったが、ＣＦ4 ガスを使用すれば、これ
らの問題も解決できる。また本装置は市販されているボ
ンベ詰めＦ2 ガスやＣＦ4 ガスに比べて安価に、これら
のガスを生成・導入できるため、全面的にＣＦ4 ガスを
用いた炭素材の高純度化処理が可能となる。
【００３５】また本発明で用いるＣＦ4 ガスは、Ｃｌ2
ガスに比較して炭素材内部への拡散性が良い。そのた
め、高純度化処理の効率は、炭素材の嵩密度に依存しな
い。従って、高純度化処理対象となる炭素材に、特に制
限が無く、黒鉛材や炭素材、炭素繊維、炭素繊維強化炭
素複合材料、ガラス状炭素、シート状黒鉛等が例示でき
る。また、本発明はこれらに限定されるものではない。
ガスに比較して炭素材内部への拡散性が良い。そのた
め、高純度化処理の効率は、炭素材の嵩密度に依存しな
い。従って、高純度化処理対象となる炭素材に、特に制
限が無く、黒鉛材や炭素材、炭素繊維、炭素繊維強化炭
素複合材料、ガラス状炭素、シート状黒鉛等が例示でき
る。また、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明を具体的に説明
する。
する。
【００３７】（実施例１）Ｆ2 発生装置で生成されたＦ
2 ガスと、ＣＦ4 ガスとをガス混合器で１：１に混合し
たガスを、フッ化カルシウム（ＣａＦ2 ）と炭素粉を
１：１で混合した混合物を装填している反応器に導入し
た。ここで（２）式の反応によりＣＦ4 ガスとＦ2 ガス
の混合ガスが発生する。この混合ガスを除害装置に通し
てバッファタンクにＣＦ4 ガスのみを貯蔵した。
2 ガスと、ＣＦ4 ガスとをガス混合器で１：１に混合し
たガスを、フッ化カルシウム（ＣａＦ2 ）と炭素粉を
１：１で混合した混合物を装填している反応器に導入し
た。ここで（２）式の反応によりＣＦ4 ガスとＦ2 ガス
の混合ガスが発生する。この混合ガスを除害装置に通し
てバッファタンクにＣＦ4 ガスのみを貯蔵した。
【００３８】前記ＣＦ4 ガスの生成と平行して、炭素材
料をサセプターに装填し、加熱処理装置に設置した。こ
こで使用した炭素材料は等方性黒鉛ブロックで、寸法は
一辺が１００ｍｍの立方体である。ガス排出管を通して
加熱炉内の真空引き後、窒素ガスを導入し、炉内雰囲気
ガスの置換を行なった。さらにガス排出管より真空引き
した後、加熱を開始した。加熱炉内の温度が２０００℃
に到達後、ＣＦ4 ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で１５時間
導入し、炭素材料の高純度化を行った。
料をサセプターに装填し、加熱処理装置に設置した。こ
こで使用した炭素材料は等方性黒鉛ブロックで、寸法は
一辺が１００ｍｍの立方体である。ガス排出管を通して
加熱炉内の真空引き後、窒素ガスを導入し、炉内雰囲気
ガスの置換を行なった。さらにガス排出管より真空引き
した後、加熱を開始した。加熱炉内の温度が２０００℃
に到達後、ＣＦ4 ガスを５ｌ／ｍｉｎの流量で１５時間
導入し、炭素材料の高純度化を行った。
【００３９】（実施例２）ＣＦ4 ガスの処理炉への導入
温度を２２００℃にする以外、全て実施例１と同様な条
件で炭素材の高純度化処理を行なった。
温度を２２００℃にする以外、全て実施例１と同様な条
件で炭素材の高純度化処理を行なった。
【００４０】（実施例３）ＣＦ4 ガスの処理炉への導入
温度を２４００℃にする以外、全て実施例１と同様な条
件で炭素材の高純度化処理を行なった。
温度を２４００℃にする以外、全て実施例１と同様な条
件で炭素材の高純度化処理を行なった。
【００４１】（比較例１）処理炉への導入ガスをＣｌ2
ガスとし、実施例１と同様の一辺が１００ｍｍの立方体
の等方性黒鉛ブロックをサセプターに装填し、加熱炉に
設置した。炉内の温度が２０００℃に到達後、Ｃｌ2 ガ
スを５ｌ／ｍｉｎで１５時間導入し、高純度化処理を行
なった。
ガスとし、実施例１と同様の一辺が１００ｍｍの立方体
の等方性黒鉛ブロックをサセプターに装填し、加熱炉に
設置した。炉内の温度が２０００℃に到達後、Ｃｌ2 ガ
スを５ｌ／ｍｉｎで１５時間導入し、高純度化処理を行
なった。
【００４２】（比較例２）比較例１と同様にして、２０
００℃でＣｌ2 ガスを５ｌ／ｍｉｎで１５時間導入した
あと、続けてＢ除去のため、ＣＦ4 ガスを５ｌ／ｍｉｎ
で１０時間導入し、高純度化処理を行なった。
００℃でＣｌ2 ガスを５ｌ／ｍｉｎで１５時間導入した
あと、続けてＢ除去のため、ＣＦ4 ガスを５ｌ／ｍｉｎ
で１０時間導入し、高純度化処理を行なった。
【００４３】実施例１〜３及び比較例１と２の試料につ
いて、不純物含有量を発光分光分析法および原子吸光分
析法によって定量分析、灰分量の測定を行なった。ここ
で言う灰分とは、炭素材料の大気中での灼熱燃焼後に残
る無揮発性無機質残滓の原試料に対する重量比率であ
る。
いて、不純物含有量を発光分光分析法および原子吸光分
析法によって定量分析、灰分量の測定を行なった。ここ
で言う灰分とは、炭素材料の大気中での灼熱燃焼後に残
る無揮発性無機質残滓の原試料に対する重量比率であ
る。
【００４４】表１に各試料の定量分析結果、灰分測定結
果を示す。
果を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】表１からも明らかなように本発明によるＣ
Ｆ4 ガスを用いた高純度化処理された炭素材は、Ｃｌ2
ガスによる従来の高純度化処理による炭素材と比較し
て、同じ処理時間、処理温度であれば、灰分量は同等で
あり、Ｂも除去でき、Ｔｉ以外の不純物量も同等であ
る。また、このＴｉも処理温度を２４００℃にする事に
より除去ができる。
Ｆ4 ガスを用いた高純度化処理された炭素材は、Ｃｌ2
ガスによる従来の高純度化処理による炭素材と比較し
て、同じ処理時間、処理温度であれば、灰分量は同等で
あり、Ｂも除去でき、Ｔｉ以外の不純物量も同等であ
る。また、このＴｉも処理温度を２４００℃にする事に
より除去ができる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は高純度化
処理をＣＦ4 ガスのみで実施するため、炭素材料の嵩密
度に依存せず、従来よりも短い処理時間で、Ｃｌ2 ガス
で除去できないＢを除去し、灰分５ｍａｓｓ ｐｐｍ未
満、Ｂ濃度０．１ｍａｓｓ ｐｐｍ未満を達成できる。
また、従来Ｃｌ2 ガス処理とＣＦ4 ガス処理を分けて行
っていたのを、ＣＦ4 ガスだけを用いて高純度化処理出
来るため、製造コストの大幅な低減が可能となる。これ
は、本発明の高純度化装置は、Ｆ2 発生装置およびＣＦ
4 合成装置等を有する為、安価なＣＦ4 ガスを安定的に
導入できるからである。また、Ｃｌ2 ガスを用いないた
め、化学的に不安定で毒性のある次亜塩素酸ソーダの生
成も無く、従来法で問題だった配管や装置の腐食消耗も
ない。即ち、ＣＦ4 ガスのみを使用することで、安全に
高純度化処理作業を実施でき、装置も効率良く運転でき
る効果が得られる。
処理をＣＦ4 ガスのみで実施するため、炭素材料の嵩密
度に依存せず、従来よりも短い処理時間で、Ｃｌ2 ガス
で除去できないＢを除去し、灰分５ｍａｓｓ ｐｐｍ未
満、Ｂ濃度０．１ｍａｓｓ ｐｐｍ未満を達成できる。
また、従来Ｃｌ2 ガス処理とＣＦ4 ガス処理を分けて行
っていたのを、ＣＦ4 ガスだけを用いて高純度化処理出
来るため、製造コストの大幅な低減が可能となる。これ
は、本発明の高純度化装置は、Ｆ2 発生装置およびＣＦ
4 合成装置等を有する為、安価なＣＦ4 ガスを安定的に
導入できるからである。また、Ｃｌ2 ガスを用いないた
め、化学的に不安定で毒性のある次亜塩素酸ソーダの生
成も無く、従来法で問題だった配管や装置の腐食消耗も
ない。即ち、ＣＦ4 ガスのみを使用することで、安全に
高純度化処理作業を実施でき、装置も効率良く運転でき
る効果が得られる。
【図１】本発明に使用する製造装置の一例の概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の高純度処理装置に連設されているフッ
素発生装置の断面模式図の一例である。
素発生装置の断面模式図の一例である。
１１ ＣＦ4 合成装置 １２ 反応器 １５ 除外装置 １７ バッファタンク ２２ 加熱炉 ２５ 高周波加熱コイル ２８ スクラバー ３１ 電解槽本体 ３２ 陽極 ３３ 陰極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東城 哲朗 香川県三豊郡大野原町中姫2181−２ 東洋 炭素株式会社内 (72)発明者 伊藤 正之 香川県三豊郡詫間町松崎2791 東洋炭素株 式会社内 Ｆターム(参考） 4G032 AA04 BA02 GA01 4G046 AA09 CA00 CA01 CC02 CC10 4H006 AC30 BE53 BE90 EA02
Claims (6)
- 【請求項１】 フッ素化合物の電気分解によりフッ素ガ
スを発生させ、該フッ素ガスと炭素粉を反応させて四フ
ッ化炭素ガスを発生させ、この四フッ化炭素ガスを高温
下の加熱炉に導入して高純度化処理することを特徴とす
る炭素材料の高純度化処理方法。 - 【請求項２】 炭素粉とフッ素化合物からなる混合物
と、前記フッ素ガスを反応させて四フッ化炭素ガスを発
生させることを特徴とする請求項１記載の炭素材料の高
純度化処理方法。 - 【請求項３】 炭素粉と、前記フッ素ガスと四フッ化炭
素ガスの混合ガスを反応させて四フッ化炭素ガスを発生
させることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素材料
の高純度化処理方法。 - 【請求項４】 生成された四フッ化炭素ガスを該四フッ
化炭素ガス生成装置内を循環させることにより、その濃
度を高めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記
載の炭素材料の高純度化処理方法。 - 【請求項５】 前記四フッ化炭素ガスの前記加熱炉への
導入温度が１９００℃以上であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか記載の炭素材料の高純度化処理方
法。 - 【請求項６】 フッ素化合物の電気分解によりフッ素ガ
スを発生させるフッ素発生装置と、該フッ素ガスと炭素
粉を反応させ四フッ化炭素ガスを生成するフッ化装置
と、生成された四フッ化炭素ガスの貯蔵可能なバッファ
タンクと、からなる四フッ化炭素ガス生成装置と、高温
下で四フッ化炭素ガスにより高純度化処理を行える加熱
炉と、を連設してなる炭素材料の高純度化処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18026298A JP4170447B2 (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 炭素材料の高純度化処理方法、及び高純度化処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18026298A JP4170447B2 (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 炭素材料の高純度化処理方法、及び高純度化処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000007313A true JP2000007313A (ja) | 2000-01-11 |
| JP4170447B2 JP4170447B2 (ja) | 2008-10-22 |
Family
ID=16080185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18026298A Expired - Fee Related JP4170447B2 (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 炭素材料の高純度化処理方法、及び高純度化処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4170447B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120006487A1 (en) * | 2009-04-03 | 2012-01-12 | Central Glass Company, Limited | System for In-Situ Mixing and Diluting Fluorine Gas |
| US20140137799A1 (en) * | 2011-06-20 | 2014-05-22 | Lg Innotek Co., Ltd. | Deposition apparatus and method of forming thin film |
| CN112142468A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-29 | 中钢集团新型材料（浙江）有限公司 | 一种石墨印章制作方法 |
-
1998
- 1998-06-26 JP JP18026298A patent/JP4170447B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120006487A1 (en) * | 2009-04-03 | 2012-01-12 | Central Glass Company, Limited | System for In-Situ Mixing and Diluting Fluorine Gas |
| US20140137799A1 (en) * | 2011-06-20 | 2014-05-22 | Lg Innotek Co., Ltd. | Deposition apparatus and method of forming thin film |
| CN112142468A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-29 | 中钢集团新型材料（浙江）有限公司 | 一种石墨印章制作方法 |
| CN112142468B (zh) * | 2020-09-30 | 2022-05-10 | 中钢新型材料股份有限公司 | 一种石墨印章制作方法 |
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|---|---|
| JP4170447B2 (ja) | 2008-10-22 |
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