JP2000095567A - 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱分解炭素をCVI 、CVD を連続的に行いC/C
材に含浸、被覆し、優れた耐SiC 化を発揮できるC/C
材、及びそれにより形成された単結晶引き上げ装置用部
材を提供する。 【解決手段】 Ｃ／Ｃ基材内部に予め、ピッチ又は樹脂
を含浸し、緻密化した後、ＣＶＩ、ＣＶＤ処理を同一
炉、同一工程で連続的に行うことにより、熱分解炭素の
含浸層及び被覆層の密度差を制御し、両層を連続的に形
成することにより耐ＳｉＣ化を確実にする。
材に含浸、被覆し、優れた耐SiC 化を発揮できるC/C
材、及びそれにより形成された単結晶引き上げ装置用部
材を提供する。 【解決手段】 Ｃ／Ｃ基材内部に予め、ピッチ又は樹脂
を含浸し、緻密化した後、ＣＶＩ、ＣＶＤ処理を同一
炉、同一工程で連続的に行うことにより、熱分解炭素の
含浸層及び被覆層の密度差を制御し、両層を連続的に形
成することにより耐ＳｉＣ化を確実にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化炭素
複合材に関し、特に熱分解炭素が含浸、被覆されたもの
に関する。
複合材に関し、特に熱分解炭素が含浸、被覆されたもの
に関する。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法（以下、CZ法とい
う）に用いられる単結晶引き上げ装置は、単結晶の大口
径化に伴い、前記装置自身も大型化の傾向にある。前記
装置内の高温雰囲気下で使用される部材としては、従来
から機械的強度及び耐熱性に優れた等方性で高密度かつ
高純度の黒鉛が用いられてきた。そして、装置の大型化
に伴い、黒鉛部材も大型化し、そのために、黒鉛部材も
厚肉化せざるを得ず、黒鉛部材の重量増加ひいては炉内
有効寸法の減少によるハンドリング性能の低下につなが
るという問題がある。
う）に用いられる単結晶引き上げ装置は、単結晶の大口
径化に伴い、前記装置自身も大型化の傾向にある。前記
装置内の高温雰囲気下で使用される部材としては、従来
から機械的強度及び耐熱性に優れた等方性で高密度かつ
高純度の黒鉛が用いられてきた。そして、装置の大型化
に伴い、黒鉛部材も大型化し、そのために、黒鉛部材も
厚肉化せざるを得ず、黒鉛部材の重量増加ひいては炉内
有効寸法の減少によるハンドリング性能の低下につなが
るという問題がある。
【０００３】そこで、黒鉛部材よりも軽量でありながら
同等以上の機械的強度を有する炭素繊維強化炭素複合材
（以下、C/C 材という）が注目され、単結晶引き上げ装
置の黒鉛製高温部材の代替として要請されている。
同等以上の機械的強度を有する炭素繊維強化炭素複合材
（以下、C/C 材という）が注目され、単結晶引き上げ装
置の黒鉛製高温部材の代替として要請されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、C/C 材
は表面の比表面積が大きく、気孔も大きいため、装置内
に充満する溶融シリコンから発生するSiO ガスと反応し
易く、黒鉛に比較するとSiC 化する進展速度が早いとい
う問題がある。
は表面の比表面積が大きく、気孔も大きいため、装置内
に充満する溶融シリコンから発生するSiO ガスと反応し
易く、黒鉛に比較するとSiC 化する進展速度が早いとい
う問題がある。
【０００５】そのため、このSiO ガスとの反応を抑える
方法として、本出願人によりCZ装置用ルツボとしてC/C
材にCVI 法による熱分解炭素の含浸と被覆を行う方法(P
CT W097-49844)が提案されている。しかしながら、CVI
法のみにより熱分解炭素を含浸、被覆した場合、含浸層
は深くまで形成できるが、表面に形成されている被覆層
は薄く、表面の比表面積が大きく、気孔が皆無でないた
め、耐SiC 化が不十分であった。また、CVD 法のみによ
り熱分解炭素を被覆、含浸した場合は、前記CVI 法の場
合とは逆に、表面の被覆層は厚く形成でき、耐SiC 化も
向上する。しかしながら、表面の熱分解炭素被覆層が損
耗した場合、内部の含浸層が薄いため、C/C 材のSiC 化
が一気に進行するおそれがあり、安全性の面から単結晶
引き上げ装置用部材への適用には不安が残る。
方法として、本出願人によりCZ装置用ルツボとしてC/C
材にCVI 法による熱分解炭素の含浸と被覆を行う方法(P
CT W097-49844)が提案されている。しかしながら、CVI
法のみにより熱分解炭素を含浸、被覆した場合、含浸層
は深くまで形成できるが、表面に形成されている被覆層
は薄く、表面の比表面積が大きく、気孔が皆無でないた
め、耐SiC 化が不十分であった。また、CVD 法のみによ
り熱分解炭素を被覆、含浸した場合は、前記CVI 法の場
合とは逆に、表面の被覆層は厚く形成でき、耐SiC 化も
向上する。しかしながら、表面の熱分解炭素被覆層が損
耗した場合、内部の含浸層が薄いため、C/C 材のSiC 化
が一気に進行するおそれがあり、安全性の面から単結晶
引き上げ装置用部材への適用には不安が残る。
【０００６】そこで、本発明の目的は、熱分解炭素をCV
I 、CVD を連続的に行い、C/C 材に含浸、被覆し、優れ
た耐SiC 化を発揮できるC/C 材、及びそれにより形成さ
れた単結晶引き上げ装置用部材を提供することにある。
I 、CVD を連続的に行い、C/C 材に含浸、被覆し、優れ
た耐SiC 化を発揮できるC/C 材、及びそれにより形成さ
れた単結晶引き上げ装置用部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決する手段】前記問題を解決するために、本
発明者らはCVI 法、CVD 法の両者の利点を利用すること
により、すなわち、CVI 処理し、その後連続的にCVD 処
理を施し、熱分解炭素を含浸、被覆することにより、被
覆層の耐剥離性が向上することを見出し、本発明の完成
に至った。
発明者らはCVI 法、CVD 法の両者の利点を利用すること
により、すなわち、CVI 処理し、その後連続的にCVD 処
理を施し、熱分解炭素を含浸、被覆することにより、被
覆層の耐剥離性が向上することを見出し、本発明の完成
に至った。
【０００８】すなわち、本発明の請求項１の発明は、ピ
ッチ又は及び樹脂の含浸により緻密化した後、CVI によ
り熱分解炭素の含浸層を形成し、更に前記含浸層の上に
CVDにより熱分解炭素の被覆層を形成してなる炭素繊維
強化炭素複合材である。熱分解炭素をCVI 法により含浸
すると、表層部付近の気孔及び各繊維による段差が埋ま
り、表面に熱分解炭素をCVD 法で被覆した場合に滑らか
な面を形成することが可能となる。
ッチ又は及び樹脂の含浸により緻密化した後、CVI によ
り熱分解炭素の含浸層を形成し、更に前記含浸層の上に
CVDにより熱分解炭素の被覆層を形成してなる炭素繊維
強化炭素複合材である。熱分解炭素をCVI 法により含浸
すると、表層部付近の気孔及び各繊維による段差が埋ま
り、表面に熱分解炭素をCVD 法で被覆した場合に滑らか
な面を形成することが可能となる。
【０００９】請求項２の発明は、前記含浸層及び前記被
覆層の密度差が0.2g/cm3以下である請求項１記載の炭素
繊維強化炭素複合材である。含浸層及び被覆層の密度差
を0.2g/cm3以内、好ましくは0.1g/cm3以内とすること
で、含浸層と被覆層との明確な境界がなくなり、被覆層
の耐剥離性の向上に寄与する。
覆層の密度差が0.2g/cm3以下である請求項１記載の炭素
繊維強化炭素複合材である。含浸層及び被覆層の密度差
を0.2g/cm3以内、好ましくは0.1g/cm3以内とすること
で、含浸層と被覆層との明確な境界がなくなり、被覆層
の耐剥離性の向上に寄与する。
【００１０】請求項３の発明は、前記被覆層の平均面粗
さが5 μm 以下である請求項１又は２記載の炭素繊維強
化炭素複合材である。平均面粗さを5 μm 以下とするこ
とで、SiO ガスとの接触面積を小さくすることができ、
SiC 化を抑制することができる。
さが5 μm 以下である請求項１又は２記載の炭素繊維強
化炭素複合材である。平均面粗さを5 μm 以下とするこ
とで、SiO ガスとの接触面積を小さくすることができ、
SiC 化を抑制することができる。
【００１１】請求項４の発明は、前記含浸層及び前記被
覆層は、同一炉で連続的に形成された請求項１乃至３い
ずれか記載の炭素繊維強化炭素複合材である。同一炉で
連続的に含浸層、被覆層が形成されるため、含浸層表面
が外気に晒されることがないため、含浸層と被覆層の間
に不純物等の介在物が介在することなく、含浸層と被覆
層間の明確な境界の形成を抑制することができる。
覆層は、同一炉で連続的に形成された請求項１乃至３い
ずれか記載の炭素繊維強化炭素複合材である。同一炉で
連続的に含浸層、被覆層が形成されるため、含浸層表面
が外気に晒されることがないため、含浸層と被覆層の間
に不純物等の介在物が介在することなく、含浸層と被覆
層間の明確な境界の形成を抑制することができる。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
かの炭素繊維強化炭素複合材により形成された単結晶引
き上げ装置用部材である。
かの炭素繊維強化炭素複合材により形成された単結晶引
き上げ装置用部材である。
【００１３】本発明におけるC/C 材は、例えば、ピッチ
系又はPAN 系の炭素繊維を出発原料とするUD又は2-D
に、樹脂を含浸させプリプレグにして積層、硬化させる
か、前記炭素繊維をフィラメントワインディングで巻き
付けて加熱、硬化させるか、3-D 又はn-D 織物に樹脂を
含浸させて加熱、硬化させる等の方法によって成形体を
形成する。ここで、最内層の炭素繊維は、3Kクロスの１
枚貼りより、繊維密度が細かくて、SiO ガスの浸透によ
る酸化を少なくするために、1Kクロスの多層貼りが有利
である。この成形体を還元雰囲気で炭化を行う。次にピ
ッチ又は熱硬化性樹脂を含浸、焼成する処理を数回繰り
返し、緻密化を行う。そして、緻密化処理後、引き続き
高温で熱処理を行い黒鉛化処理を行う。ついで、高温
（約2000℃）でハロゲンガスと反応させて高純度化処理
を行う。なお、黒鉛化処理と高純度化処理は同一炉で同
時に行っても構わない。また、ピッチと熱硬化性樹脂を
併用して緻密化を行っても構わない。
系又はPAN 系の炭素繊維を出発原料とするUD又は2-D
に、樹脂を含浸させプリプレグにして積層、硬化させる
か、前記炭素繊維をフィラメントワインディングで巻き
付けて加熱、硬化させるか、3-D 又はn-D 織物に樹脂を
含浸させて加熱、硬化させる等の方法によって成形体を
形成する。ここで、最内層の炭素繊維は、3Kクロスの１
枚貼りより、繊維密度が細かくて、SiO ガスの浸透によ
る酸化を少なくするために、1Kクロスの多層貼りが有利
である。この成形体を還元雰囲気で炭化を行う。次にピ
ッチ又は熱硬化性樹脂を含浸、焼成する処理を数回繰り
返し、緻密化を行う。そして、緻密化処理後、引き続き
高温で熱処理を行い黒鉛化処理を行う。ついで、高温
（約2000℃）でハロゲンガスと反応させて高純度化処理
を行う。なお、黒鉛化処理と高純度化処理は同一炉で同
時に行っても構わない。また、ピッチと熱硬化性樹脂を
併用して緻密化を行っても構わない。
【００１４】ついで、SiO ガスとの反応を抑制すること
を目的に、CVI 法によって、熱分解炭素を含浸させる。
これによって、表層部内部に残存する気孔を埋めること
ができる。CVI 法による熱分解炭素の含浸は、通常800
〜1300℃、10〜100Torr の範囲下で、炭素数１〜８の炭
化水素ガスを流量10〜100l/minで供給し、所望の厚みに
形成させるよう保持時間を調節する。この含浸層は、被
覆層の剥離を防ぐ緩衝層としての役割を有しつつ、表面
の被覆層が浸食、損耗した場合のC/C 材のSiC化を防ぐ
為にも少なくとも5 〜20μm 、更には5 〜10μm である
ことが好ましい。これにより形成される含浸層の炭素組
織は、主に柱状の細かい炭素組織（RC組織）となってい
る。
を目的に、CVI 法によって、熱分解炭素を含浸させる。
これによって、表層部内部に残存する気孔を埋めること
ができる。CVI 法による熱分解炭素の含浸は、通常800
〜1300℃、10〜100Torr の範囲下で、炭素数１〜８の炭
化水素ガスを流量10〜100l/minで供給し、所望の厚みに
形成させるよう保持時間を調節する。この含浸層は、被
覆層の剥離を防ぐ緩衝層としての役割を有しつつ、表面
の被覆層が浸食、損耗した場合のC/C 材のSiC化を防ぐ
為にも少なくとも5 〜20μm 、更には5 〜10μm である
ことが好ましい。これにより形成される含浸層の炭素組
織は、主に柱状の細かい炭素組織（RC組織）となってい
る。
【００１５】表面の熱分解炭素の被覆層はSiO ガスとの
反応を抑制するとともに、SiO ガスの内部への浸透を防
ぐために、CVD 法により形成する。CVD 処理は析出速度
を大きく取るために、CVI 処理時の処理温度よりも高
温、低圧で行う。ここで、高温にするほど炭素の理想密
度に近づくことが知られているが、このような反応炉の
場合、高温で使用するほど、製造コストが高くなる。こ
れは本発明の目的の一つに反するため、本発明での処理
温度は工業的に実施可能な温度である1500〜2200℃と
し、処理圧力は1 〜10Torrの範囲下で、炭素数１〜８の
炭化水素ガスを流量5 〜50l/min で供給し、所望の厚み
に形成させるよう保持時間を調節する。この被覆層は厚
すぎると剥離する恐れがあり、また、SiO ガスの内部へ
の浸透を防ぐためにも薄すぎては良くなく、SiC 化する
反応を遅らせるためにも少なくとも厚さが10〜100 μ
ｍ、更には、20〜80μm であることが好ましい。
反応を抑制するとともに、SiO ガスの内部への浸透を防
ぐために、CVD 法により形成する。CVD 処理は析出速度
を大きく取るために、CVI 処理時の処理温度よりも高
温、低圧で行う。ここで、高温にするほど炭素の理想密
度に近づくことが知られているが、このような反応炉の
場合、高温で使用するほど、製造コストが高くなる。こ
れは本発明の目的の一つに反するため、本発明での処理
温度は工業的に実施可能な温度である1500〜2200℃と
し、処理圧力は1 〜10Torrの範囲下で、炭素数１〜８の
炭化水素ガスを流量5 〜50l/min で供給し、所望の厚み
に形成させるよう保持時間を調節する。この被覆層は厚
すぎると剥離する恐れがあり、また、SiO ガスの内部へ
の浸透を防ぐためにも薄すぎては良くなく、SiC 化する
反応を遅らせるためにも少なくとも厚さが10〜100 μ
ｍ、更には、20〜80μm であることが好ましい。
【００１６】また、表面の被覆層は、CVI 法によって、
熱分解炭素で内部の気孔が埋められ、更には、炭素繊維
によって形成されている表面の段差が埋められている。
そのため、CVD 処理されることによって、表面に被覆さ
れる熱分解炭素の表面粗さを5 μm 以下、更には4 μm
以下とすることが可能となる。このため、表面の比表面
積が小さくなり、SiC 化を抑制することが可能となる。
熱分解炭素で内部の気孔が埋められ、更には、炭素繊維
によって形成されている表面の段差が埋められている。
そのため、CVD 処理されることによって、表面に被覆さ
れる熱分解炭素の表面粗さを5 μm 以下、更には4 μm
以下とすることが可能となる。このため、表面の比表面
積が小さくなり、SiC 化を抑制することが可能となる。
【００１７】これら含浸層、被覆層を形成する熱分解炭
素は加熱方法、基材温度、ガス濃度、ガス種類、流速な
どの製造条件によって密度や形状が異なる。図1(Chemis
tryand Physics of Carbon, Vol.5, P.47) に例とし
て、密度と熱分解炭素生成温度の関係を示す。図に示さ
れているように、熱分解炭素の密度は低温域(800〜1300
℃) では約2.2g/cm3であるが、1300〜1700℃の温度域で
は密度が減少し、1700℃を越える温度域で密度は再び増
加しはじめ、炭素の理想密度に近い約2.2g/cm3となる。
これは、核析出速度と成長速度との相乗効果に因る。核
析出速度、成長速度ともに、温度が高くなるにしたがい
速くなる。従って、高温域では核の析出、基材への堆積
とともに、核の成長、配向が行われ、結晶子が大きく、
規則正しく配向し、高密度となる。一方、低温域では基
材温度が核成長に充分な温度でないため、核が殆ど成長
せず、気相中で析出した核が基材上に堆積し高密度とな
る。また、中温域では、基材上の核が充分に成長、配向
する前に新しい核が析出し、そのうえに堆積していくた
め、密度の低下、再増加という現象が生じる。すなわ
ち、熱分解炭素の生成機構において、低温域では、気相
で生成した核の基材上への積層が支配的であるが、高温
域では基材上に沈積している核の成長、配向が支配的と
なる。
素は加熱方法、基材温度、ガス濃度、ガス種類、流速な
どの製造条件によって密度や形状が異なる。図1(Chemis
tryand Physics of Carbon, Vol.5, P.47) に例とし
て、密度と熱分解炭素生成温度の関係を示す。図に示さ
れているように、熱分解炭素の密度は低温域(800〜1300
℃) では約2.2g/cm3であるが、1300〜1700℃の温度域で
は密度が減少し、1700℃を越える温度域で密度は再び増
加しはじめ、炭素の理想密度に近い約2.2g/cm3となる。
これは、核析出速度と成長速度との相乗効果に因る。核
析出速度、成長速度ともに、温度が高くなるにしたがい
速くなる。従って、高温域では核の析出、基材への堆積
とともに、核の成長、配向が行われ、結晶子が大きく、
規則正しく配向し、高密度となる。一方、低温域では基
材温度が核成長に充分な温度でないため、核が殆ど成長
せず、気相中で析出した核が基材上に堆積し高密度とな
る。また、中温域では、基材上の核が充分に成長、配向
する前に新しい核が析出し、そのうえに堆積していくた
め、密度の低下、再増加という現象が生じる。すなわ
ち、熱分解炭素の生成機構において、低温域では、気相
で生成した核の基材上への積層が支配的であるが、高温
域では基材上に沈積している核の成長、配向が支配的と
なる。
【００１８】本発明では、低温で生成する結晶子の細か
い高密度熱分解炭素を含浸し、その上に連続的に高温で
生成する結晶子の大きな高密度熱分解炭素を被覆する。
この際に両者の密度をほぼ同じにすることにより、被覆
層の耐剥離性を向上させる。ここで、密度をそろえるの
は被覆処理時の炉内のガス濃度を調節することにより行
う。すなわち、炉内温度、ガス流量、処理圧力等を調節
する。
い高密度熱分解炭素を含浸し、その上に連続的に高温で
生成する結晶子の大きな高密度熱分解炭素を被覆する。
この際に両者の密度をほぼ同じにすることにより、被覆
層の耐剥離性を向上させる。ここで、密度をそろえるの
は被覆処理時の炉内のガス濃度を調節することにより行
う。すなわち、炉内温度、ガス流量、処理圧力等を調節
する。
【００１９】またCVI 、CVD 処理を分けて行うと両者に
より生成された熱分解炭素層間の境界が明確に現れる場
合などがある。例えば、各処理時の条件を前記の熱分解
炭素の生成機構を考慮せずに行った場合や、炉から一旦
出し、外気に晒したあと、再度CVD 炉内に設置しCVD 処
理を行った場合等である。CVI 処理終了後、一旦炉外に
出してしまうと、外気中の不純物がその表面に吸着し、
CVD 処理時の加熱中に表面に残った不純物により、CVD
処理時に核が異常成長を起こし、規則正しく配向しない
等、核の成長が阻害される結果等が起こりうる。これら
が、形成される含浸層、被覆層の境界が明確に現れる原
因の一つと考えられる。このような境界が形成された場
合、表面にCVD 法により形成された被覆層は熱衝撃等に
より、容易に層の剥離や割れが起こる。そのため、含浸
層、被覆層の両者を形成してもその効果が半減される。
より生成された熱分解炭素層間の境界が明確に現れる場
合などがある。例えば、各処理時の条件を前記の熱分解
炭素の生成機構を考慮せずに行った場合や、炉から一旦
出し、外気に晒したあと、再度CVD 炉内に設置しCVD 処
理を行った場合等である。CVI 処理終了後、一旦炉外に
出してしまうと、外気中の不純物がその表面に吸着し、
CVD 処理時の加熱中に表面に残った不純物により、CVD
処理時に核が異常成長を起こし、規則正しく配向しない
等、核の成長が阻害される結果等が起こりうる。これら
が、形成される含浸層、被覆層の境界が明確に現れる原
因の一つと考えられる。このような境界が形成された場
合、表面にCVD 法により形成された被覆層は熱衝撃等に
より、容易に層の剥離や割れが起こる。そのため、含浸
層、被覆層の両者を形成してもその効果が半減される。
【００２０】従って、含浸層、被覆層の両層の組織を揃
え、密度差を0.2g/cm3以内とし、境界を明確にしないで
連続的な層を形成し、CVI 、CVD 法の両者の特徴を兼備
した特性を有するには、同一炉内で連続的に且つ処理条
件を調節し、含浸、被覆処理を行うことが好ましい。こ
れにより、CVI 法によって形成された含浸層の最外郭の
熱分解炭素が、不純物に阻害されることなく、CVD 処理
時の核となり、あらたに被覆層を形成していくことが可
能であると考えられる。
え、密度差を0.2g/cm3以内とし、境界を明確にしないで
連続的な層を形成し、CVI 、CVD 法の両者の特徴を兼備
した特性を有するには、同一炉内で連続的に且つ処理条
件を調節し、含浸、被覆処理を行うことが好ましい。こ
れにより、CVI 法によって形成された含浸層の最外郭の
熱分解炭素が、不純物に阻害されることなく、CVD 処理
時の核となり、あらたに被覆層を形成していくことが可
能であると考えられる。
【００２１】また、連続的にCVI 、CVD 処理を行うた
め、従来よりも、含浸層、被覆層の厚みを厚く取ること
が可能となる。剥離が発生しにくくなるからである。ま
た、C/C 材の表面粗さは、C/C 材を形成する繊維の種類
や、形成方法に依存するが、CVI 、CVD 処理によって、
その表面粗さを制御することができる。そして、表面粗
さを5 μm 以下とすることにより、表面の比表面積を小
さくすることとなり、即ち、表面の外気との接触面積が
小さくなり、耐SiC 化特性も改善できる。更に、連続的
にCVI 、CVD 処理を行うことにより、工程の簡略化、品
質の安定化を計ることができ、優れた耐SiC 化を有する
C/C 材で形成された単結晶引き上げ装置用高温部材を提
供することができる。
め、従来よりも、含浸層、被覆層の厚みを厚く取ること
が可能となる。剥離が発生しにくくなるからである。ま
た、C/C 材の表面粗さは、C/C 材を形成する繊維の種類
や、形成方法に依存するが、CVI 、CVD 処理によって、
その表面粗さを制御することができる。そして、表面粗
さを5 μm 以下とすることにより、表面の比表面積を小
さくすることとなり、即ち、表面の外気との接触面積が
小さくなり、耐SiC 化特性も改善できる。更に、連続的
にCVI 、CVD 処理を行うことにより、工程の簡略化、品
質の安定化を計ることができ、優れた耐SiC 化を有する
C/C 材で形成された単結晶引き上げ装置用高温部材を提
供することができる。
【００２２】以下に、実施例を挙げ、本発明を具体的に
説明する。 （実施例１）炭素繊維シート（東レ製、6K平織り）にフ
ェノール樹脂を含浸させ、前記炭素繊維シートを積層
し、つぎに、200 ℃のオーブン中で10時間熱処理し、樹
脂の硬化を行った。次に電気炉にて、窒素雰囲気中で10
00℃で焼成を行った。更に緻密化のためにピッチ含浸ー
焼成を３回繰り返した。その後2000℃の熱処理を行った
後、60×10×3 の形状に加工し、2000℃でハロゲンガス
と反応させることにより、高純度化処理を行った。つい
で、1100℃、10Torr下でCH4 ガスを流量10l/minで供給
し、100 時間保持するCVI 処理を施すことにより、熱分
解炭素の含浸を行った。CVI 処理後、更に引き続き、同
一炉内で連続的に2000℃まで加熱し、5Torr に減圧する
とともに、CH4 ガスを流量5l/minで供給し、３時間保持
するCVD 処理により平均面粗さ1.9 μm 、厚さ50μm の
熱分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
説明する。 （実施例１）炭素繊維シート（東レ製、6K平織り）にフ
ェノール樹脂を含浸させ、前記炭素繊維シートを積層
し、つぎに、200 ℃のオーブン中で10時間熱処理し、樹
脂の硬化を行った。次に電気炉にて、窒素雰囲気中で10
00℃で焼成を行った。更に緻密化のためにピッチ含浸ー
焼成を３回繰り返した。その後2000℃の熱処理を行った
後、60×10×3 の形状に加工し、2000℃でハロゲンガス
と反応させることにより、高純度化処理を行った。つい
で、1100℃、10Torr下でCH4 ガスを流量10l/minで供給
し、100 時間保持するCVI 処理を施すことにより、熱分
解炭素の含浸を行った。CVI 処理後、更に引き続き、同
一炉内で連続的に2000℃まで加熱し、5Torr に減圧する
とともに、CH4 ガスを流量5l/minで供給し、３時間保持
するCVD 処理により平均面粗さ1.9 μm 、厚さ50μm の
熱分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
【００２３】（実施例２）前記実施例１と同様にして作
製した同形状のC/C 材を、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、実施例１と同様にCV
I 処理後、連続的に同一炉で1800℃、5Torr 、CH4 ガス
流量5l/minの条件で3 時間保持するCVD 処理により平均
面粗さ2.0 μm 、厚さ約50μm の熱分解炭素層を形成さ
せ、試験用試料を得た。
製した同形状のC/C 材を、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、実施例１と同様にCV
I 処理後、連続的に同一炉で1800℃、5Torr 、CH4 ガス
流量5l/minの条件で3 時間保持するCVD 処理により平均
面粗さ2.0 μm 、厚さ約50μm の熱分解炭素層を形成さ
せ、試験用試料を得た。
【００２４】（実施例３）マンドレル表面にPAN 系炭素
繊維の平織りクロス（トレカT-300 6K 東レ（株）製）
にフェノール樹脂を含浸したものを1 層張りつけ、その
上にフィラメントワインディングを施した。フィラメン
トワインディングは、トレカT-300 12K （東レ（株）
製）フィラメント6 本にフェノール樹脂を含浸させなが
ら、レベル巻き、中心軸に対する巻き付け角が85°〜90
°のパラレル巻きを交互に5 層づつ巻き付けた。胴部は
パラレル巻きとレベル巻きの10層になるが、底部はレベ
ル巻きだけになる。これにより層厚み10mmの成形体が得
られた。つぎに、オーブン中にて100 ℃で揮発分調整を
行ったのち、真空バッグを被せて真空引きをしながら、
オーブンの温度を200 ℃まで上げて成形体を熱硬化させ
た。熱硬化後、マンドレルから取り外し、成形体を得
た。つぎに、胴部の真円度を保つために、黒鉛製の変形
防止用治具を取付け、電気炉で窒素注入しながら10℃/h
r の昇温速度で1000℃まで昇温し、C/C 材を得た。これ
を、ハロゲンガス雰囲気下で2000℃に加熱し、10時間保
持し、高純度化処理を行った。さらに、ピッチ含浸を行
い、電気炉で窒素注入しながら10℃/hr の昇温速度で10
00℃まで昇温し、焼成を行う。これを2 回繰り返し、再
度ハロゲンガス雰囲気の常圧下で2000℃に加熱し、黒鉛
化と共に高純度化処理を行った。その後、実施例１と同
一条件でCVI 処理を行い、CVI処理後、連続的に同一炉
で1800℃、5Torr 、CH4 ガス流量5l/minの条件で3 時間
保持するCVD 処理により平均面粗さ5.0 μm 、厚さ約50
μm の熱分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
繊維の平織りクロス（トレカT-300 6K 東レ（株）製）
にフェノール樹脂を含浸したものを1 層張りつけ、その
上にフィラメントワインディングを施した。フィラメン
トワインディングは、トレカT-300 12K （東レ（株）
製）フィラメント6 本にフェノール樹脂を含浸させなが
ら、レベル巻き、中心軸に対する巻き付け角が85°〜90
°のパラレル巻きを交互に5 層づつ巻き付けた。胴部は
パラレル巻きとレベル巻きの10層になるが、底部はレベ
ル巻きだけになる。これにより層厚み10mmの成形体が得
られた。つぎに、オーブン中にて100 ℃で揮発分調整を
行ったのち、真空バッグを被せて真空引きをしながら、
オーブンの温度を200 ℃まで上げて成形体を熱硬化させ
た。熱硬化後、マンドレルから取り外し、成形体を得
た。つぎに、胴部の真円度を保つために、黒鉛製の変形
防止用治具を取付け、電気炉で窒素注入しながら10℃/h
r の昇温速度で1000℃まで昇温し、C/C 材を得た。これ
を、ハロゲンガス雰囲気下で2000℃に加熱し、10時間保
持し、高純度化処理を行った。さらに、ピッチ含浸を行
い、電気炉で窒素注入しながら10℃/hr の昇温速度で10
00℃まで昇温し、焼成を行う。これを2 回繰り返し、再
度ハロゲンガス雰囲気の常圧下で2000℃に加熱し、黒鉛
化と共に高純度化処理を行った。その後、実施例１と同
一条件でCVI 処理を行い、CVI処理後、連続的に同一炉
で1800℃、5Torr 、CH4 ガス流量5l/minの条件で3 時間
保持するCVD 処理により平均面粗さ5.0 μm 、厚さ約50
μm の熱分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
【００２５】（比較例１）前記実施例１と同様にして作
製した同形状のC/C 材に、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、CVI 処理を行わない
以外、実施例１と同様に2000℃で、5Torr 下で、CH4 ガ
スを流量5l/minで供給し、３時間保持するCVD 処理のみ
を行うことにより平均面粗さ5.0 μm 、厚さ10μｍの熱
分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
製した同形状のC/C 材に、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、CVI 処理を行わない
以外、実施例１と同様に2000℃で、5Torr 下で、CH4 ガ
スを流量5l/minで供給し、３時間保持するCVD 処理のみ
を行うことにより平均面粗さ5.0 μm 、厚さ10μｍの熱
分解炭素層を形成させ、試験用試料を得た。
【００２６】（比較例２）前記実施例１と同様にして作
製した同形状のC/C 材に、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、実施例１と同様に11
00℃、10Torr下で、CH4 ガスを流量10l/min で供給し、
100 時間保持し、熱分解炭素のCVI 処理のみを行い、試
験用試料を得た。表面の平均面粗さは7.0 μm であっ
た。
製した同形状のC/C 材に、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行った。その後、実施例１と同様に11
00℃、10Torr下で、CH4 ガスを流量10l/min で供給し、
100 時間保持し、熱分解炭素のCVI 処理のみを行い、試
験用試料を得た。表面の平均面粗さは7.0 μm であっ
た。
【００２７】（比較例３）前記実施例１と同様にして作
製した同形状のC/C 材を、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行い、CVI 、CVD 処理を施さず、試験
用試料とした。
製した同形状のC/C 材を、実施例１と同一条件で高純度
処理、含浸処理を行い、CVI 、CVD 処理を施さず、試験
用試料とした。
【００２８】前記実施例１〜３と、比較例１〜３で得ら
れた試料を、金属シリコンと一緒に真空炉内に設置し、
1800℃、100Torr 、５時間の条件で反応性試験を行っ
た。試験後、各試料の重量変化を測定しSiC 化率すなわ
ち、SiO ガスとの反応率を調べた。
れた試料を、金属シリコンと一緒に真空炉内に設置し、
1800℃、100Torr 、５時間の条件で反応性試験を行っ
た。試験後、各試料の重量変化を測定しSiC 化率すなわ
ち、SiO ガスとの反応率を調べた。
【００２９】更に、前記実施例１〜３及び比較例１と２
で得られた試料について急熱急冷試験を行った。すなわ
ち５分間で1000℃に昇温急熱した試料を水中に投じて急
冷し熱分解炭素の剥離状況を調べた。試料数はそれぞれ
５個である。
で得られた試料について急熱急冷試験を行った。すなわ
ち５分間で1000℃に昇温急熱した試料を水中に投じて急
冷し熱分解炭素の剥離状況を調べた。試料数はそれぞれ
５個である。
【００３０】前記SiC 化率、急熱急冷試験結果、CVI 、
CVD 処理後の熱分解炭素の密度を表１にまとめる。ここ
で、熱分解炭素の密度はX 線回折分析による炭素の[00
2] 面の回折強度比より配向度を求め算出した。
CVD 処理後の熱分解炭素の密度を表１にまとめる。ここ
で、熱分解炭素の密度はX 線回折分析による炭素の[00
2] 面の回折強度比より配向度を求め算出した。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１からも分かるように、含浸層、被覆層
の密度差が0.2g/cm3以内である実施例１〜３の試料は、
耐剥離性、耐Si性ともに優れていることがわかる。ま
た、実施例３のようにフィラメントワインディング法に
より形成した試料は、表面の平均面粗さが実施例１及び
２に比較すると少し悪くなり、それに伴い耐SiC 化率も
少し悪くなっている。また、比較例１は、CVD でのみ表
面に熱分解炭素を被覆しただけであるため、急熱急冷試
験の結果、表面の被覆層が剥離した。比較例２の試料
は、CVI 処理により熱分解炭素を含浸しただけであるた
め、耐SiC 化率が悪くなっている。
の密度差が0.2g/cm3以内である実施例１〜３の試料は、
耐剥離性、耐Si性ともに優れていることがわかる。ま
た、実施例３のようにフィラメントワインディング法に
より形成した試料は、表面の平均面粗さが実施例１及び
２に比較すると少し悪くなり、それに伴い耐SiC 化率も
少し悪くなっている。また、比較例１は、CVD でのみ表
面に熱分解炭素を被覆しただけであるため、急熱急冷試
験の結果、表面の被覆層が剥離した。比較例２の試料
は、CVI 処理により熱分解炭素を含浸しただけであるた
め、耐SiC 化率が悪くなっている。
【００３３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明はCVD 層
による被覆層が従来よりも厚く、耐SiC 化に優れた特性
を有し、更に、CVI 法による含浸層の表面に被覆された
被覆層であるために耐剥離性を併せて有するという効果
を奏する。また、被覆層がSiOガスにより浸食損耗した
場合でも、含浸層によりSiC 化の進行を阻止する効果も
奏することができる。これに加えて、表面の面粗さを滑
らかにすることができるため、SiC 化の進行を確実に抑
制することができる。また、CVI 、CVD を連続的に行う
ことにより、含浸層と被覆層の境界が明確にならず、表
面の被覆層の耐剥離特性が向上するという効果が得られ
る。また、工程の簡略化、品質の安定化を計ることがで
きる。
による被覆層が従来よりも厚く、耐SiC 化に優れた特性
を有し、更に、CVI 法による含浸層の表面に被覆された
被覆層であるために耐剥離性を併せて有するという効果
を奏する。また、被覆層がSiOガスにより浸食損耗した
場合でも、含浸層によりSiC 化の進行を阻止する効果も
奏することができる。これに加えて、表面の面粗さを滑
らかにすることができるため、SiC 化の進行を確実に抑
制することができる。また、CVI 、CVD を連続的に行う
ことにより、含浸層と被覆層の境界が明確にならず、表
面の被覆層の耐剥離特性が向上するという効果が得られ
る。また、工程の簡略化、品質の安定化を計ることがで
きる。
【図１】熱分解炭素の生成温度と密度の関係図。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ３０Ｂ 15/10 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｅ (72)発明者 浅利 明 大阪府大阪市西淀川区竹島５−７−12 東 洋炭素株式会社内 (72)発明者 曽我部 敏明 香川県三豊郡大野原町中姫2181−２ 東洋 炭素株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 ピッチ又は及び樹脂の含浸により緻密化
した後、CVI により熱分解炭素の含浸層を形成し、更に
前記含浸層の上にCVD により熱分解炭素の被覆層を形成
してなる炭素繊維強化炭素複合材。 - 【請求項２】 前記含浸層及び前記被覆層の密度差が0.
2g/cm3以下である請求項１記載の炭素繊維強化炭素複合
材。 - 【請求項３】 前記被覆層の平均面粗さが5 μm 以下で
ある請求項１又は２記載の炭素繊維強化炭素複合材。 - 【請求項４】 前記含浸層及び前記被覆層は、同一炉で
連続的に形成された請求項１乃至３いずれか記載の炭素
繊維強化炭素複合材。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの炭素繊維強化
炭素複合材により形成された単結晶引き上げ装置用部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11154711A JP2000095567A (ja) | 1998-06-04 | 1999-06-02 | 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15564298 | 1998-06-04 | ||
| JP10-155642 | 1998-06-04 | ||
| JP11154711A JP2000095567A (ja) | 1998-06-04 | 1999-06-02 | 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材 |
| EP20000101771 EP1120484B1 (en) | 1998-06-04 | 2000-01-27 | Carbon fiber reinforced carbon composite and useful as components for pulling single crystal apparatus |
| US09/493,016 US6432538B1 (en) | 1998-06-04 | 2000-01-28 | Carbon fiber reinforced carbon composite and useful as components for pulling single crystal apparatus |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009097305A Division JP5231316B2 (ja) | 1998-06-04 | 2009-04-13 | 炭素繊維強化炭素複合材、単結晶引き上げ装置用部材、及び、炭素繊維強化炭素複合材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000095567A true JP2000095567A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=27439930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11154711A Pending JP2000095567A (ja) | 1998-06-04 | 1999-06-02 | 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000095567A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005320208A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Ibiden Co Ltd | 炭素複合部材 |
| KR100909881B1 (ko) | 2008-07-17 | 2009-07-30 | 제이씨텍(주) | 탄소발열체 및 그 제조 방법 |
| JP2010507556A (ja) * | 2006-10-26 | 2010-03-11 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 熱構造複合材料部品の製造方法 |
| CN104499044A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 湖南博云新材料股份有限公司 | 一种炭/炭坩埚及其生产方法 |
| JP2019059661A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | セラミックマトリックス複合材物品 |
| CN113233910A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-10 | 中南大学 | 一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法 |
| CN114920573A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-08-19 | 吉林联科特种石墨材料有限公司 | 一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法 |
-
1999
- 1999-06-02 JP JP11154711A patent/JP2000095567A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005320208A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-11-17 | Ibiden Co Ltd | 炭素複合部材 |
| JP4619036B2 (ja) * | 2004-05-10 | 2011-01-26 | イビデン株式会社 | 炭素複合部材 |
| JP2010507556A (ja) * | 2006-10-26 | 2010-03-11 | スネクマ・プロピュルシオン・ソリド | 熱構造複合材料部品の製造方法 |
| KR100909881B1 (ko) | 2008-07-17 | 2009-07-30 | 제이씨텍(주) | 탄소발열체 및 그 제조 방법 |
| CN104499044A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 湖南博云新材料股份有限公司 | 一种炭/炭坩埚及其生产方法 |
| JP2019059661A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | セラミックマトリックス複合材物品 |
| CN113233910A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-10 | 中南大学 | 一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法 |
| CN114920573A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-08-19 | 吉林联科特种石墨材料有限公司 | 一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法 |
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