JP3198914B2 - Graphite crucible for pulling single crystal and method for producing the same - Google Patents

Graphite crucible for pulling single crystal and method for producing the same

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JP3198914B2 JP10215996A JP10215996A JP3198914B2 JP 3198914 B2 JP3198914 B2 JP 3198914B2 JP 10215996 A JP10215996 A JP 10215996A JP 10215996 A JP10215996 A JP 10215996A JP 3198914 B2 JP3198914 B2 JP 3198914B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボ及びその製造方法に関し、より詳細にはチョク
ラルスキー法(以下、CZ法と記す)により単結晶を引
き上げる際、石英ルツボを支持するために用いられる単
結晶引き上げ用黒鉛ルツボ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a graphite crucible for pulling a single crystal and a method for producing the same, and more particularly, to supporting a quartz crucible when pulling a single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method). The present invention relates to a graphite crucible for pulling a single crystal and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】結晶成長法には種々の方法があるが、そ
の一つに、例えばCZ法に代表される回転引き上げ法が
ある。
2. Description of the Related Art There are various crystal growth methods, one of which is a rotation pulling method represented by, for example, a CZ method.

【0003】図5は、CZ法に用いられる従来の単結晶
引き上げ装置を模式的に示した断面図であり、図中、4
1はチャンバ58内に配置された単結晶引き上げ用ルツ
ボを示している。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a conventional single crystal pulling apparatus used in the CZ method.
Reference numeral 1 denotes a single crystal pulling crucible disposed in the chamber 58.

【0004】単結晶引き上げ用ルツボ41は、ルツボ受
け台43a上に設置された有底円筒形状の黒鉛ルツボ4
3とこの黒鉛ルツボ43の内側に嵌合された石英ルツボ
42とにより構成されており、ルツボ受け台43aは所
定の速度で回転する支持軸44に支持されている。単結
晶引き上げ用ルツボ41の外側には抵抗加熱式のヒータ
45が、さらにその外側には黒鉛製の保温筒46が同心
円状に配設されており、石英ルツボ42の内部には所定
量の結晶用原料をヒータ45により溶融させた溶融液4
7が充填されるようになっている。黒鉛ルツボ43の中
心軸上には、図中矢印方向に所定速度で回転する引き上
げ棒又はワイヤーからなる引き上げ軸48が吊設されて
おり、この引き上げ軸48の先端にシードチャック49
を介して種結晶50が取り付けられるようになってい
る。
The single crystal pulling crucible 41 is a graphite crucible 4 having a bottomed cylindrical shape and set on a crucible receiving base 43a.
3 and a quartz crucible 42 fitted inside the graphite crucible 43, and the crucible pedestal 43a is supported by a support shaft 44 that rotates at a predetermined speed. A heater 45 of a resistance heating type is provided outside the single crystal pulling crucible 41, and a heat insulating cylinder 46 made of graphite is provided concentrically outside the crucible 41. A predetermined amount of crystal is provided inside the quartz crucible 42. Melt 4 obtained by melting raw materials by heater 45
7 is filled. A lifting shaft 48 made of a lifting rod or a wire that rotates at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in the figure is suspended from the center axis of the graphite crucible 43.
The seed crystal 50 is attached via the.

【0005】単結晶51を引き上げる際には、引き上げ
軸48の先に取り付けられた種結晶50を溶融液47の
表面に接触させ、支持軸44と同一軸心で逆方向あるい
は同方向に所定の速度で回転させながら引き上げ軸48
を引き上げることにより、溶融液47を凝固させて単結
晶51を成長させてゆく。
When the single crystal 51 is pulled up, the seed crystal 50 attached to the tip of the pulling shaft 48 is brought into contact with the surface of the molten liquid 47, and a predetermined axis is set to the same axis as the supporting shaft 44 in the opposite direction or the same direction. Lifting shaft 48 while rotating at speed
By pulling up, the melt 47 is solidified and the single crystal 51 grows.

【0006】上記単結晶引き上げ装置において、黒鉛ル
ツボ43内に嵌合された石英ルツボ42は、単結晶51
の引き上げ途中において高温に加熱されるため軟化し、
黒鉛ルツボ43と密着する。黒鉛の熱膨張係数は石英の
熱膨張係数に対して約10倍大きいため、冷却時におけ
る半径方向への収縮は石英ルツボ42よりも黒鉛ルツボ
43の方が大きい。この両者の収縮量の差に起因し、冷
却時に黒鉛ルツボ43は収縮量の少ない石英ルツボ42
より内圧を受け、黒鉛ルツボ43に引っ張り応力が作用
する。
In the above single crystal pulling apparatus, the quartz crucible 42 fitted in the graphite crucible 43 is a single crystal 51
Is heated to a high temperature during the lifting process,
It adheres closely to the graphite crucible 43. Since the coefficient of thermal expansion of graphite is about 10 times larger than the coefficient of thermal expansion of quartz, contraction in the radial direction during cooling is larger in the graphite crucible 43 than in the quartz crucible 42. Due to the difference in the amount of shrinkage between the two, the graphite crucible 43 during cooling becomes a quartz crucible 42 with a small amount of shrinkage.
Further receiving the internal pressure, a tensile stress acts on the graphite crucible 43.

【0007】近年、高収率で単結晶51を得るために単
結晶51の直径は大きくなり、それに伴い石英ルツボ4
2や黒鉛ルツボ43の大型化が進んでいる。この黒鉛ル
ツボ43等の大型化により、単結晶51引き上げ後の冷
却時における石英ルツボ42と黒鉛ルツボ43との半径
方向の収縮量の差が大きくなり、黒鉛ルツボ43に作用
する引っ張り応力が増大し、変形、割れ又は欠損等(以
下、破損とも記す)が発生し易くなり、同一の黒鉛ルツ
ボ43を繰り返して使用し得る回数が減少してきてい
る。
In recent years, the diameter of the single crystal 51 has been increased in order to obtain the single crystal 51 with a high yield.
2, and the size of the graphite crucible 43 is increasing. Due to the enlargement of the graphite crucible 43 and the like, the difference in the amount of contraction in the radial direction between the quartz crucible 42 and the graphite crucible 43 during cooling after pulling the single crystal 51 increases, and the tensile stress acting on the graphite crucible 43 increases. , Deformation, cracking or breakage (hereinafter also referred to as breakage) are likely to occur, and the number of times that the same graphite crucible 43 can be used repeatedly is decreasing.

【0008】上記問題に対処するため、最近では縦割り
に2分割あるいはそれ以上に分割された黒鉛ルツボで種
々の形状を有するものが使用されている。
In order to cope with the above problem, recently, graphite crucibles having various shapes which are divided into two or more vertically are used.

【0009】また、上記問題に対処するための別の構成
のルツボとして、一部に炭素繊維強化炭素複合材が使用
された単結晶引き上げ用黒鉛ルツボが開示されている
(実公平3−43250号公報、登録実用新案公報第3
012299号)。図6は前記実公平3−43250号
公報に開示された単結晶引き上げ用黒鉛ルツボを模式的
に示した断面図である。
As another crucible for solving the above problem, there is disclosed a graphite crucible for pulling a single crystal in which a carbon fiber reinforced carbon composite material is partially used (Japanese Utility Model Publication No. 3-43250). Gazette, Registered Utility Model Gazette No. 3
012299). FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a graphite crucible for pulling a single crystal disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 3-43250.

【0010】この単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ52は、
直胴部53と直胴部53から連続するR部54とが一体
となった炭素繊維強化炭素複合材(以下、C/C材とも
記す)により形成されており、等方性黒鉛材からなる底
部55がR部54に嵌合されている。
The graphite crucible 52 for pulling a single crystal is
The straight body portion 53 and the R portion 54 continuing from the straight body portion 53 are formed of an integrated carbon fiber reinforced carbon composite material (hereinafter, also referred to as C / C material), and are made of isotropic graphite material. The bottom 55 is fitted to the R portion 54.

【0011】しかし、図6に示した単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボ52においては、繰り返し使用するうちにR部
54付近の石英ルツボ(図示せず)との嵌合面54aで
表面層に剥離が発生するという問題があった。この剥離
の発生は嵌合面54aでC/C材と石英とが反応してS
iOを発生し、このSiOにより内表面のC/C材がS
iC化することに起因する。すなわち、SiCの熱膨張
係数はC/C材の熱膨張係数の約10倍あるため、R部
54付近の嵌合面54aでSiC化が進行すると、単結
晶引き上げ後の冷却時にSiC転化層と該SiC転化層
の外側に位置するC/C材層との間に熱歪が発生する。
C/C材は繊維方向への強度は大きいが、繊維層間方向
すなわち単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ52の半径方向の
強度は小さく、熱歪が生じると繊維層間で剥離が発生し
てしまうのである。
However, in the graphite crucible 52 for pulling a single crystal shown in FIG. 6, peeling occurs on the surface layer at the fitting surface 54a with the quartz crucible (not shown) near the R portion 54 during repeated use. There was a problem of doing. This peeling occurs because the C / C material and the quartz react on the fitting surface 54a and S
iO is generated, and the C / C material on the inner surface becomes S
This is due to iC conversion. That is, since the thermal expansion coefficient of SiC is about 10 times the thermal expansion coefficient of the C / C material, if the formation of SiC proceeds at the fitting surface 54a near the R portion 54, the SiC conversion layer and the SiC conversion layer during cooling after the single crystal is pulled up. Thermal distortion occurs between the SiC conversion layer and the C / C material layer located outside the SiC conversion layer.
The C / C material has a large strength in the fiber direction, but a small strength in the fiber layer direction, that is, the radial direction of the single crystal pulling graphite crucible 52. If thermal strain occurs, separation occurs between the fiber layers.

【0012】また、この単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ5
2は嵌合部分を有するため、炭素材と石英ルツボとの反
応により発生したSiOが嵌合面55aに入り込んで底
部55の黒鉛と反応し、嵌合面55a付近において底部
55が局部的に減耗するという問題があった。
The single crystal pulling graphite crucible 5
2 has a fitting portion, so that SiO generated by the reaction between the carbon material and the quartz crucible enters the fitting surface 55a and reacts with the graphite on the bottom 55, and the bottom 55 is locally worn near the fitting surface 55a. There was a problem of doing.

【0013】また、単結晶引上げ後に石英ルツボの底部
に残留した溶融液47は、冷却時に固化して膨張し、そ
れに伴い石英ルツボも膨張するため、単結晶引き上げ用
黒鉛ルツボ52の底部55に大きな圧力が作用する。こ
のため、底部55が強度の小さい黒鉛で構成されている
と破損が発生し易くなる。
Further, the molten liquid 47 remaining at the bottom of the quartz crucible after pulling the single crystal is solidified and expanded at the time of cooling, and the quartz crucible is expanded accordingly. Pressure acts. Therefore, if the bottom portion 55 is made of graphite having a low strength, breakage is likely to occur.

【0014】以上のように、単結晶引き上げ用黒鉛ルツ
ボ52をC/C材と黒鉛とを組み合わせた構成とする
と、上記した種々の問題が生じる。これらの問題を解決
する方法として、単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの全体を
C/C材で構成することが考えられる。しかし、その場
合にも以下のような問題が生ずる。
As described above, when the graphite crucible 52 for pulling a single crystal is formed by combining a C / C material and graphite, the above-described various problems occur. As a method of solving these problems, it is conceivable that the entire graphite crucible for pulling a single crystal is made of a C / C material. However, in this case, the following problem occurs.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ルツボ全体をC/C材
で構成した単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方法とし
て、二つの方法が挙げられる。第1の方法は以下の通り
である。まず、連続炭素繊維を束ねたストランド(以
下、単に連続炭素繊維と記す)を熱硬化性樹脂に代表さ
れる樹脂を溶剤で溶かした低粘度の結合材に浸漬した
後、ルツボ形状のマンドレルに巻き付け、その後熱硬化
させる。次に、この硬化体に切削加工等を行ってルツボ
形状の成形体を作製する(フィラメントワインディング
法)。次に、この成形体を一度不活性ガス中、1000
℃程度で加熱して炭化し、さらに必要によりコールター
ルピッチ等を含浸させた後さらに2500℃程度の高温
で加熱して全体を炭化(黒鉛化)させる。次に、炭化し
たルツボに高純度化処理等を行うことにより単結晶引き
上げ用ルツボの製造を完了する。上記高温による炭化
(黒鉛化)処理は必要により複数回行う。
There are two methods for producing a graphite crucible for pulling a single crystal in which the whole crucible is made of a C / C material. The first method is as follows. First, a strand obtained by bundling continuous carbon fibers (hereinafter simply referred to as continuous carbon fibers) is immersed in a low-viscosity binder obtained by dissolving a resin represented by a thermosetting resin with a solvent, and then wound around a crucible-shaped mandrel. And then heat cured. Next, a cutting process or the like is performed on the cured product to produce a crucible-shaped molded product (filament winding method). Next, the molded body was once placed in an inert gas at 1000
C. for heating and carbonization, and if necessary, impregnation with coal tar pitch or the like, and then heating at a high temperature of about 2500.degree. C. to carbonize (graphitize) the whole. Next, the production of the single crystal pulling crucible is completed by subjecting the carbonized crucible to a purification treatment or the like. The carbonization (graphitization) treatment at a high temperature is performed a plurality of times as necessary.

【0016】また第2の方法は、樹脂等を含浸した炭素
繊維クロスをルツボ型に張り付けて成形体を作製し、そ
の後第1の方法と同様にしてルツボを製造する方法であ
る。
The second method is a method in which a carbon fiber cloth impregnated with a resin or the like is stuck to a crucible mold to produce a molded body, and then a crucible is manufactured in the same manner as in the first method.

【0017】しかし、上記第2の方法は、炭素繊維クロ
ス自体が高価であること、及び成形工程を自動化するこ
とが困難であること等の理由から、単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボのコストが非常に高くなるという問題があっ
た。
However, the cost of the graphite crucible for pulling a single crystal is extremely low in the second method because the carbon fiber cloth itself is expensive and it is difficult to automate the molding process. There was a problem of getting high.

【0018】上記第1の方法は、連続炭素繊維クロスと
比較して安価な連続炭素繊維を用い、かつ自動巻き付け
により成形体を作製することができるため、効率よく安
価なC/C材製の単結晶引き上げ用黒鉛ルツボを製造す
ることができる。
The first method uses an inexpensive continuous carbon fiber as compared with a continuous carbon fiber cloth and can produce a compact by automatic winding, so that an inexpensive C / C material can be efficiently produced. A graphite crucible for pulling a single crystal can be manufactured.

【0019】図7は、フィラメントワインディング法に
よりマンドレルに連続炭素繊維の巻き付けを行っている
状態を模式的に示した正面図であり、ルツボの水平方向
と連続炭素繊維フィラメントの巻き付け方向とのなす角
度(以下、単に巻き付け角度とも記す)をθとしてい
る。
FIG. 7 is a front view schematically showing a state in which continuous carbon fibers are wound around a mandrel by the filament winding method, and the angle between the horizontal direction of the crucible and the winding direction of the continuous carbon fiber filaments. (Hereinafter, also simply referred to as a winding angle) is represented by θ.

【0020】マンドレル60は中央部61が単結晶引き
上げルツボの直胴部の内壁と同様の形状となっており、
その右端部62及び左端部63は底部の内壁とほぼ同様
の形状となっている。また、左端部63の中央にマンド
レル60の回転を支持するための回転棒64が取り付け
られている。連続繊維を巻き付ける際には、この回転棒
64を回転チャックでつかみ、片持ちはりの形で回転さ
せて、結合材が付着した連続炭素繊維を巻き付ける。炭
素繊維クロスを巻き付ける場合には、マンドレルを回転
させる必要はない。
The central part 61 of the mandrel 60 has the same shape as the inner wall of the straight body of the single crystal pulling crucible.
The right end 62 and the left end 63 have substantially the same shape as the bottom inner wall. Further, a rotating rod 64 for supporting the rotation of the mandrel 60 is attached to the center of the left end 63. When winding the continuous fiber, the rotating rod 64 is gripped by a rotary chuck and rotated in the form of a cantilever to wind the continuous carbon fiber to which the binder is attached. When winding the carbon fiber cloth, it is not necessary to rotate the mandrel.

【0021】単結晶引き上げ用ルツボは、通常短い直胴
部と鏡板状の平坦な底部とにより構成されているため、
連続炭素繊維をルツボ形状のマンドレルの全体に巻き付
けるためには、図7に示したように巻き付け角度(θ)
が約90°になるように巻き付ける、いわゆるヘリカル
巻きを入れる必要がある。しかし、単純に前記ヘリカル
巻きのみにより成形体を作製したルツボでは、炭化工程
においてルツボが半径方向に収縮し、ルツボの直径が小
さくなってしまうという課題があった。これは炭化工程
において連続炭素繊維方向への収縮は殆ど発生しない
が、連続炭素繊維と垂直の方向(円周方向)には樹脂等
のマトリックスの収縮の影響を受けて収縮し、結果とし
てルツボが半径方向に大きく収縮するためである。上記
収縮により製造されたルツボの直径が設定した寸法より
小さくなると、石英ルツボを装入することができなくな
ってしまう。
Since the single crystal pulling crucible is usually composed of a short straight body and a flat bottom like a mirror plate,
In order to wind the continuous carbon fiber around the entire crucible-shaped mandrel, the winding angle (θ) as shown in FIG.
It is necessary to insert a so-called helical winding that is wound so as to be about 90 °. However, in a crucible in which a formed body is simply produced by only the helical winding, there is a problem that the crucible shrinks in the radial direction in the carbonization step, and the diameter of the crucible is reduced. This is because almost no shrinkage in the direction of the continuous carbon fiber occurs in the carbonization step, but shrinkage in the direction (circumferential direction) perpendicular to the continuous carbon fiber is caused by the shrinkage of the matrix such as resin. This is because the material shrinks largely in the radial direction. If the diameter of the crucible manufactured by the shrinkage becomes smaller than the set size, it becomes impossible to insert a quartz crucible.

【0022】上記収縮現象を防止するため、前記ヘリカ
ル巻のみでなく、巻き付け角度(θ)が90°より小さ
くなるような連続炭素繊維の巻き付けを採用した成形体
を使用する。また、巻き付け角度(θ)がほぼ0°なる
ように連続炭素繊維を巻き付ける、いわゆるパラレル巻
を併用した成形体を使用する場合もある。しかし、この
場合にも巻き付け角度(θ)により炭化工程における収
縮量が異なるため、繊維層間で剥離が発生し、強度が低
下するという課題があった。
In order to prevent the above-mentioned shrinkage phenomenon, not only the above-mentioned helical winding but also a formed body employing winding of continuous carbon fibers having a winding angle (θ) smaller than 90 ° is used. Further, there is a case where a formed body using a so-called parallel winding together, in which continuous carbon fibers are wound so that the winding angle (θ) becomes substantially 0 °, is also used. However, also in this case, since the amount of shrinkage in the carbonization step differs depending on the winding angle (θ), there is a problem that peeling occurs between fiber layers and strength is reduced.

【0023】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、フィラメントワインディング法を用いて製造され
た、安価で、寸法精度が高く、繊維層間で剥離等が発生
しない耐久性に優れた単結晶引き上げ用黒鉛ルツボとそ
の製造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and is an inexpensive, high-dimensional accuracy, durable single crystal pull-up which does not cause separation or the like between fiber layers, manufactured by using a filament winding method. It is an object of the present invention to provide a graphite crucible for use and a method for producing the same.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係る単結晶引き上げ用黒鉛ルツ
ボ(1)は、連続炭素繊維強化炭素材よりなる単結晶引
き上げ用黒鉛ルツボにおいて、少なくとも直胴部の内周
部に水平方向に対して−45〜+45°の角度を有する
連続炭素繊維が配され、その他の部分に水平方向に対し
て−45°以下、又は+45°以上の角度を有する連続
炭素繊維が配されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a graphite crucible for pulling a single crystal according to the present invention (1) is a graphite crucible for pulling a single crystal made of a continuous carbon fiber reinforced carbon material. At least the continuous carbon fiber having an angle of −45 ° to + 45 ° with respect to the horizontal direction is disposed on the inner peripheral portion of the straight body portion, and the other portion has an angle of −45 ° or less or + 45 ° or more with respect to the horizontal direction. Is characterized in that continuous carbon fibers having

【0025】図1は、フィラメントワインディング法に
より単結晶引き上げ用黒鉛ルツボを製造する際の炭化工
程における連続炭素繊維の巻き付け角度(θ)と、半径
方向への収縮量との関係を示したグラフである。図1に
示したグラフより明らかなように、連続炭素繊維の巻き
付け角度(θ)が−45〜+45°の範囲では殆ど収縮
しないが、連続炭素繊維の巻き付け角度(θ)が−45
°より小さくなるか、又は+45°より大きくなると半
径方向への収縮量が急激に増加する。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the winding angle (θ) of continuous carbon fibers and the amount of shrinkage in the radial direction in the carbonization step when producing a graphite crucible for pulling a single crystal by the filament winding method. is there. As is clear from the graph shown in FIG. 1, the winding angle (θ) of the continuous carbon fiber hardly shrinks in the range of −45 to + 45 °, but the winding angle (θ) of the continuous carbon fiber is −45.
When the angle is smaller than 0 ° or larger than + 45 °, the contraction amount in the radial direction sharply increases.

【0026】上記構成の単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
(1)によれば、少なくとも前記直胴部の内周部に巻き
付け角度(θ)が−45〜+45°の範囲になるように
連続炭素繊維が配されているので、殆ど収縮による変形
がない。また、前記直胴部の内周部以外の部分(以下、
外周部と記す)には、巻き付け角度(θ)が−45°以
下、又は+45°以上になるように連続炭素繊維が配さ
れているので、外周部の半径方向への収縮により繊維層
間が密着しており、剥離が存在しない。また、この単結
晶引き上げ用黒鉛ルツボは、一体に形成され、嵌合部分
が存在しないため、単結晶引き上げ時に、嵌合部分にお
いてSiC化等が発生することはなく、また繊維層間が
密着しているため、長期間使用しても表面層に剥離が生
ずることがない。
According to the graphite crucible (1) for pulling a single crystal having the above structure, continuous carbon fibers are formed so that the winding angle (θ) is at least in the range of −45 to + 45 ° around the inner periphery of the straight body. Almost no deformation due to shrinkage. In addition, a portion other than the inner peripheral portion of the straight body portion (hereinafter, referred to as an inner peripheral portion)
(Referred to as the outer peripheral portion), the continuous carbon fibers are arranged so that the winding angle (θ) is equal to or less than -45 ° or greater than + 45 °. And there is no peeling. Further, since the single crystal pulling graphite crucible is formed integrally and has no fitting portion, there is no occurrence of SiC or the like in the fitting portion when the single crystal is pulled, and the fiber layers adhere to each other. Therefore, no peeling occurs on the surface layer even after long-term use.

【0027】本発明に係る単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
(2)は、連続炭素繊維強化炭素材よりなる単結晶引き
上げ用黒鉛ルツボにおいて、少なくとも直胴部の内周部
に連続炭素繊維クロスが配され、その他の部分に水平方
向に対して−45°以下、又は+45°以上の角度を有
する連続炭素繊維が配されていることを特徴としてい
る。
A graphite crucible for pulling a single crystal according to the present invention (2) is a graphite crucible for pulling a single crystal made of a continuous carbon fiber reinforced carbon material, wherein a continuous carbon fiber cloth is arranged at least on an inner peripheral portion of a straight body portion. , Characterized in that continuous carbon fibers having an angle of -45 ° or less or + 45 ° or more with respect to the horizontal direction are arranged in other portions.

【0028】上記構成の単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
(2)によれば、少なくとも前記直胴部の内周部に連続
炭素繊維クロスが配されているので、収縮による変形が
ない。また外周部には、巻き付け角度(θ)が−45°
以下、又は+45°以上になるように連続炭素繊維が配
されているので、繊維層間が密着しており、剥離が存在
しない。また、この単結晶引き上げ用黒鉛ルツボは、一
体に成形され、嵌合部分が存在しないため、単結晶の引
き上げ時に、嵌合部分においてSiC化等が発生するこ
とはなく、また繊維層間が密着しているため、長期間使
用しても表面層に剥離が生ずることがない。
According to the graphite crucible (2) for pulling a single crystal having the above structure, since the continuous carbon fiber cloth is disposed at least on the inner peripheral portion of the straight body portion, there is no deformation due to shrinkage. The winding angle (θ) is -45 ° on the outer periphery.
Since the continuous carbon fibers are arranged so as to be equal to or lower than + 45 ° or more, the fiber layers are in close contact with each other and there is no peeling. In addition, since the single crystal pulling graphite crucible is formed integrally and does not have a fitting portion, there is no occurrence of SiC or the like in the fitting portion when the single crystal is pulled, and the fiber layers adhere to each other. Therefore, even when used for a long time, the surface layer does not peel off.

【0029】本発明に係る単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
の製造方法(1)は、連続炭素繊維を用いたフィラメン
トワインディング法により単結晶引き上げ用のルツボを
製造する単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方法におい
て、少なくともルツボ直胴部の内周部に相当する部分に
水平方向に対して−45〜+45°の角度に連続炭素繊
維を巻き付けた後、その他の部分に水平方向に対して−
45°以下、又は+45°以上の角度に連続炭素繊維を
巻き付けることを特徴としている。
The method (1) for producing a graphite crucible for pulling a single crystal according to the present invention is a method for producing a graphite crucible for pulling a single crystal by a filament winding method using continuous carbon fibers. After winding the continuous carbon fiber at an angle of -45 ° to + 45 ° with respect to the horizontal direction around at least a portion corresponding to the inner peripheral portion of the crucible straight body portion, −
It is characterized in that continuous carbon fibers are wound at an angle of 45 ° or less or + 45 ° or more.

【0030】上記単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方
法(1)によれば、少なくとも前記直胴部の内周部に巻
き付け角度(θ)が−45〜+45°の範囲になるよう
に連続炭素繊維を巻き付けるので、前記内周部は炭化工
程において半径方向への収縮量が極めて小さく、単結晶
引き上げ用黒鉛ルツボに殆ど変形が生じない。また、外
周部に、巻き付け角度(θ)が−45°以下、又は+4
5°以上になるように連続炭素繊維を巻き付けるので、
前記外周部は炭化工程において半径方向に収縮する。し
かし、この収縮により前記内周部を締めつけ、繊維層間
を密着させるので、剥離は生じない。また、前記方法に
より製造された単結晶引き上げ用黒鉛ルツボは、一体に
形成され、嵌合部分が存在しないため、単結晶の引き上
げ時に、嵌合部分においてSiC化等が発生することは
なく、また繊維層間が密着しているため、長期間使用し
ても表面層に剥離が生ずることはない。
According to the method (1) for producing a graphite crucible for pulling a single crystal, the continuous carbon fiber is formed so that the winding angle (θ) is at least in the range of -45 to + 45 ° around the inner periphery of the straight body. In the carbonization step, the amount of shrinkage of the inner peripheral portion in the radial direction is extremely small, and the single crystal pulling graphite crucible hardly deforms. Further, the winding angle (θ) is -45 ° or less or +4
As continuous carbon fiber is wound so as to be 5 ° or more,
The outer peripheral portion contracts in the radial direction during the carbonization process. However, the shrinkage tightens the inner peripheral portion to bring the fiber layers into close contact with each other, so that peeling does not occur. Further, the graphite crucible for pulling a single crystal manufactured by the above method is formed integrally and does not have a fitting portion. Therefore, when the single crystal is pulled, SiC conversion or the like does not occur in the fitting portion, and Since the fiber layers are in close contact with each other, the surface layer does not peel even after long-term use.

【0031】本発明に係る単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
の製造方法(2)は、連続炭素繊維を用い、型材上に連
続炭素繊維を巻き付けて単結晶引き上げ用のルツボを製
造する単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方法におい
て、少なくとも直胴部の内周部に相当する部分に連続炭
素繊維クロスを巻き付け、その他の部分に水平方向に対
して−45°以下、又は+45°以上の角度に連続炭素
繊維を巻き付けることを特徴としている。
The method (2) for producing a graphite crucible for pulling a single crystal according to the present invention is a method for producing a crucible for pulling a single crystal by using a continuous carbon fiber and winding the continuous carbon fiber around a mold. In the crucible manufacturing method, a continuous carbon fiber cloth is wound around at least a portion corresponding to an inner peripheral portion of a straight body portion, and continuous carbon fibers are wound around other portions at an angle of -45 ° or less or + 45 ° or more with respect to a horizontal direction. It is characterized by winding.

【0032】上記単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方
法(2)によれば、少なくとも前記直胴部の内周部に連
続炭素繊維クロスを巻き付けるので、前記内周部は炭化
工程において半径方向に収縮せず、単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボの変形が生じない。また外周部に、巻き付け角
度(θ)が−45°以下、又は+45°以上になるよう
に連続炭素繊維を巻き付けるので、前記外周部は炭化工
程において半径方向に収縮する。しかし、この収縮によ
り前記内周部を締めつけ、炭素繊維の層間を密着させる
ので、剥離は生じない。また、前記方法により製造され
た単結晶引き上げ用黒鉛ルツボは、一体に成形され、嵌
合部分が存在しないため、単結晶の引き上げ時に、嵌合
部分においてSiC化等が発生することはなく、また繊
維層間が密着しているため、長期間使用しても表面層に
剥離が生ずることはない。
According to the method (2) for producing a graphite crucible for pulling a single crystal, since a continuous carbon fiber cloth is wound around at least the inner periphery of the straight body, the inner periphery contracts in the radial direction in the carbonization step. No deformation of the graphite crucible for single crystal pulling occurs. In addition, since the continuous carbon fibers are wound around the outer peripheral portion so that the winding angle (θ) is −45 ° or less or + 45 ° or more, the outer peripheral portion contracts in the radial direction in the carbonization step. However, the shrinkage tightens the inner peripheral portion and makes the layers of the carbon fiber adhere to each other, so that no peeling occurs. Further, the graphite crucible for pulling a single crystal manufactured by the above method is integrally formed and has no fitting portion, so that when pulling the single crystal, SiC conversion or the like does not occur in the fitting portion, and Since the fiber layers are in close contact with each other, the surface layer does not peel even after long-term use.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ用黒鉛ルツボ及びその製造方法の実施の形態を図面に
基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a graphite crucible for pulling a single crystal and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0034】図2(a)は実施の形態に係る単結晶引き
上げ用黒鉛ルツボを模式的に示した平面図であり、
(b)は一部切欠き正面図であり、左側の部分が断面と
なっている。
FIG. 2A is a plan view schematically showing a graphite crucible for pulling a single crystal according to the embodiment.
(B) is a partially cutaway front view, in which the left part is a cross section.

【0035】この単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ10の直
胴部11の内周部11aには巻き付け角度(θ)が−4
5≦θ≦+45°になるように連続炭素繊維13が配さ
れている。また、直胴部11の外周部11b及び底部1
2には巻き付け角度(θ)がθ≦−45°、又はθ≧4
5°になるように連続炭素繊維13が配されている。た
だし、直胴部11の外周部11bの一部に、巻き付け角
度(θ)が−45≦θ≦+45°になるように連続炭素
繊維13が配されていてもよい。また、連続炭素繊維1
3以外の部分は、樹脂やコールタールピッチを充填した
後、加熱処理を行うことにより製造された黒鉛により構
成されている。
The winding angle (θ) of the inner peripheral part 11a of the straight body part 11 of the single crystal pulling graphite crucible 10 is -4.
The continuous carbon fibers 13 are arranged so that 5 ≦ θ ≦ + 45 °. Also, the outer peripheral portion 11b and the bottom portion 1 of the straight body 11
2 has a winding angle (θ) of θ ≦ −45 ° or θ ≧ 4
The continuous carbon fibers 13 are arranged at 5 °. However, the continuous carbon fibers 13 may be arranged on a part of the outer peripheral portion 11b of the straight body portion 11 such that the winding angle (θ) is −45 ≦ θ ≦ + 45 °. In addition, continuous carbon fiber 1
Portions other than 3 are made of graphite produced by performing a heat treatment after filling with resin or coal tar pitch.

【0036】上記構成の単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ1
0を製造する場合、まず、マンドレルに、結合材に浸漬
した連続炭素繊維13を巻き付けるが、最初に直胴部1
1の内周部11aに相当する部分に、巻き付け角度
(θ)が−45≦θ≦+45°になるように連続炭素繊
維13を巻き付ける。この巻き付けが終了した後、外周
部11bに相当する部分、及び底部12に相当する部分
に巻き付け角度(θ)がθ≦−45°、又はθ≧45°
になるように連続炭素繊維13を巻き付ける。巻き付け
角度(θ)が約−10°≦θ≦約+10°の場合には、
連続炭素繊維13が直胴部11と底部12との境界部分
ですべってしまうため、前記境界部分に多数のピンを立
て、連続炭素繊維13のすべりを防止し、成形体を作製
した後、ピン及びピンに巻き付いた炭素繊維を除去す
る。その後は「従来の技術」の項に記載した方法と同様
の方法により、単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ10を製造
する。
Graphite crucible 1 for pulling a single crystal having the above structure
In the case of manufacturing the carbon fiber 0, the continuous carbon fiber 13 immersed in the binder is wound around the mandrel.
The continuous carbon fibers 13 are wound around a portion corresponding to the inner peripheral portion 11a of the first so that the winding angle (θ) becomes −45 ≦ θ ≦ + 45 °. After this winding is completed, the winding angle (θ) is θ ≦ −45 ° or θ ≧ 45 ° around the portion corresponding to the outer peripheral portion 11b and the portion corresponding to the bottom portion 12.
The continuous carbon fiber 13 is wound so that When the winding angle (θ) is about −10 ° ≦ θ ≦ about + 10 °,
Since the continuous carbon fiber 13 slips at the boundary between the straight body portion 11 and the bottom portion 12, a large number of pins are set up at the boundary to prevent the continuous carbon fiber 13 from slipping, and after forming a molded body, And remove the carbon fibers wrapped around the pins. Thereafter, the graphite crucible 10 for pulling a single crystal is manufactured by a method similar to the method described in the section of "Prior Art".

【0037】内周部11aにおける連続炭素繊維13の
巻き付け角度(θ)は小さい程、炭化工程において変形
しにくく、外周部11bの収縮による変形を防止する効
果が高い。従って、連続炭素繊維13の巻き付け角度
(θ)は−45〜+45°の範囲が好ましく、−15〜
+15°の範囲がより好ましい。さらに、連続炭素繊維
13の巻き付け角度(θ)が0°、すなわち水平方向に
パラレルに連続炭素繊維13を巻き付けたものが、連続
炭素繊維13を巻き付ける容易さから最も好ましい。し
かし、底部12を巻き付け角度(θ)が0°又はそれに
近い角度で巻き付けようとしても、連続炭素繊維13が
すべってしまうため困難である。そこで、底部12に相
当する部分には、外周部11bに相当する部分に巻き付
ける場合と同様に、巻き付け角度(θ)がθ≦−45
°、又はθ≧45°になるように連続炭素繊維13を巻
き付ける。
The smaller the winding angle (θ) of the continuous carbon fiber 13 in the inner peripheral portion 11a, the less likely it is to deform in the carbonization step, and the higher the effect of preventing deformation of the outer peripheral portion 11b due to shrinkage. Therefore, the winding angle (θ) of the continuous carbon fiber 13 is preferably in the range of −45 ° to + 45 °, and −15 ° to + 45 °.
The range of + 15 ° is more preferable. Furthermore, it is most preferable that the winding angle (θ) of the continuous carbon fibers 13 is 0 °, that is, the continuous carbon fibers 13 are wound in parallel in the horizontal direction because of the ease of winding the continuous carbon fibers 13. However, it is difficult to wind the bottom portion 12 at a winding angle (θ) of 0 ° or an angle close thereto because the continuous carbon fibers 13 slip. Therefore, the winding angle (θ) of the portion corresponding to the bottom portion 12 is θ ≦ −45, similarly to the case of winding the portion corresponding to the outer peripheral portion 11b.
And the continuous carbon fiber 13 is wound so that θ or θ ≧ 45 °.

【0038】内周部11aの厚さは、直胴部11の厚さ
の1/6〜1/2程度が好ましい。内周部11aの厚さ
が直胴部11の厚さの1/6未満であると、単結晶引き
上げ用黒鉛ルツボ10の変形を抑える効果が小さくな
り、他方内周部11aの厚さが直胴部11の厚さの1/
2を超えると、炭化工程において外周部11bの収縮に
より内周部11aを締めつけ、繊維層間を密着させる効
果が小さくなる。ただし、内周部11aに相当する部分
に水平方向に連続炭素繊維13を巻き付けた場合には、
変形防止効果が大きいため、内周部11aは直胴部11
の厚さの1/10程度以上あればよい。なお、外周部1
1bについては、すべての連続炭素繊維13を巻き付け
角度がθ≦−45°、又はθ≧45°になるように巻き
付ける必要はなく、内周部11aの場合と同様の、巻き
付け角度(θ)が−45〜45°の範囲の連続炭素繊維
層あるいは連続炭素繊維クロス層を複数層、間に配して
もよい。ただし、この場合には外周部11bでの締め付
けを確保するため、間に配する炭素繊維層の厚さは、ル
ツボの厚さの1/10以下の薄い層にすることが好まし
い。
The thickness of the inner peripheral portion 11a is preferably about 1/6 to 1/2 of the thickness of the straight body portion 11. When the thickness of the inner peripheral portion 11a is less than 1/6 of the thickness of the straight body portion 11, the effect of suppressing the deformation of the single crystal pulling graphite crucible 10 becomes small, while the thickness of the inner peripheral portion 11a is reduced. 1 / th of the thickness of the torso 11
If it exceeds 2, the effect of tightening the inner peripheral portion 11a due to the contraction of the outer peripheral portion 11b in the carbonization step and bringing the fiber layers into close contact with each other is reduced. However, when the continuous carbon fiber 13 is wound around the portion corresponding to the inner peripheral portion 11a in the horizontal direction,
Since the deformation preventing effect is large, the inner peripheral portion 11a is
It is sufficient that the thickness is about 1/10 or more of the thickness. In addition, the outer peripheral portion 1
For 1b, it is not necessary to wind all the continuous carbon fibers 13 so that the winding angle becomes θ ≦ −45 ° or θ ≧ 45 °. A continuous carbon fiber layer or a continuous carbon fiber cloth layer in the range of -45 to 45 [deg.] May be arranged between a plurality of layers. However, in this case, in order to secure the tightening at the outer peripheral portion 11b, it is preferable that the thickness of the carbon fiber layer disposed therebetween is as thin as 1/10 or less of the thickness of the crucible.

【0039】連続炭素繊維13としては、PAN系及び
ピッチ系等種々の連続炭素繊維13が挙げられる。これ
ら連続炭素繊維13は、通常、連続炭素繊維13を数百
〜数千本束ねたストランドの形態で使用される。連続炭
素繊維13の結合材、すなわち連続炭素繊維13をマン
ドレルに巻き付ける前に浸漬する結合材や、連続炭素繊
維13が巻き付けられ、硬化処理や、低温における炭化
処理が行われた成形体を浸漬する結合材としては、例え
ばフェノール樹脂、フラン樹脂に代表される熱硬化性樹
脂、コールタールピッチ等が挙げられる。熱硬化性樹脂
は、溶剤に溶解し、液状にして使用される。
Examples of the continuous carbon fibers 13 include various types of continuous carbon fibers 13 such as a PAN type and a pitch type. These continuous carbon fibers 13 are usually used in the form of a strand in which hundreds to thousands of continuous carbon fibers 13 are bundled. A binder for the continuous carbon fibers 13, that is, a binder for dipping before the continuous carbon fibers 13 are wound around the mandrel, or a molded body around which the continuous carbon fibers 13 are wound and subjected to a hardening treatment or a low-temperature carbonization treatment is dipped. Examples of the binder include a thermosetting resin represented by a phenol resin and a furan resin, coal tar pitch, and the like. The thermosetting resin is dissolved in a solvent and used in a liquid state.

【0040】図3(a)は別の実施の形態に係る単結晶
引き上げ用黒鉛ルツボを模式的に示した平面図であり、
(b)は一部切欠き正面図であり、左側の部分が断面と
なっている。
FIG. 3A is a plan view schematically showing a single crystal pulling graphite crucible according to another embodiment.
(B) is a partially cutaway front view, in which the left part is a cross section.

【0041】本実施の形態においては、単結晶引き上げ
用黒鉛ルツボ20の直胴部21の内周部21aには巻き
付け角度(θ)が0°、すなわち水平になるように連続
炭素繊維13が配されており、直胴部21の外周部21
b及び底部22には巻き付け角度(θ)がθ≦−45
°、又はθ≧45°になるように連続炭素繊維13が配
されている。
In the present embodiment, continuous carbon fibers 13 are arranged on the inner peripheral portion 21a of the straight body 21 of the graphite crucible 20 for pulling a single crystal so that the winding angle (θ) is 0 °, that is, horizontal. And the outer peripheral portion 21 of the straight body portion 21
b and the bottom 22 have a winding angle (θ) of θ ≦ −45.
° or θ ≧ 45 ° is provided with the continuous carbon fibers 13.

【0042】単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ20を製造す
る場合、直胴部21の内周部21aに相当する部分に、
巻き付け角度(θ)が0°になるように連続炭素繊維1
3を巻き付ける他は、図2に示した単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボ10を製造する場合と同様である。上記単結晶
引き上げ用黒鉛ルツボ20の製造方法においては、内周
部21aに水平に連続炭素繊維13を巻き付けるので、
炭化工程において半径方向に収縮が生じない。また、図
2に示した単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの場合と同様
に、繊維層間が密着する。
When manufacturing the single crystal pulling graphite crucible 20, a portion corresponding to the inner peripheral portion 21a of the straight body portion 21 is
Continuous carbon fiber 1 so that the winding angle (θ) is 0 °
Except for winding 3, it is the same as the case of manufacturing the graphite crucible 10 for pulling a single crystal shown in FIG. 2. In the method of manufacturing the graphite crucible 20 for pulling a single crystal, since the continuous carbon fibers 13 are wound horizontally around the inner peripheral portion 21a,
No shrinkage occurs in the radial direction in the carbonization step. In addition, as in the case of the graphite crucible for pulling a single crystal shown in FIG. 2, the fiber layers adhere to each other.

【0043】図4(a)はさらに別の実施の形態に係る
単結晶引き上げ用黒鉛ルツボを模式的に示した平面図で
あり、(b)は一部切欠き正面図であり、左側の部分が
断面となっている。
FIG. 4A is a plan view schematically showing a graphite crucible for pulling a single crystal according to still another embodiment, and FIG. 4B is a partially cutaway front view showing a left part. Is a cross section.

【0044】本実施の形態においては、単結晶引き上げ
用黒鉛ルツボ30の直胴部31の内周部31aに連続炭
素繊維クロス15が配されており、直胴部31の外周部
31b及び底部32には巻き付け角度(θ)がθ≦−4
5°、又はθ≧45°になるように連続炭素繊維13が
配されている。この場合、内周部31aは炭化工程にお
いて半径方向への収縮が殆どないため、内周部31aの
厚さは直胴部31の厚さの1/10程度以上あればよ
い。
In this embodiment, the continuous carbon fiber cloth 15 is disposed on the inner peripheral portion 31a of the straight body portion 31 of the graphite crucible 30 for pulling a single crystal, and the outer peripheral portion 31b and the bottom portion 32 of the straight body portion 31 are provided. Has a winding angle (θ) of θ ≦ -4
The continuous carbon fibers 13 are arranged so as to satisfy 5 ° or θ ≧ 45 °. In this case, since the inner peripheral portion 31a hardly shrinks in the radial direction in the carbonization step, the thickness of the inner peripheral portion 31a may be about 1/10 or more of the thickness of the straight body portion 31.

【0045】単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ30を製造す
る場合、直胴部31の内周部31aに相当する部分に、
結合材に浸漬させた連続炭素繊維13クロスを所定の厚
さになるように巻き付ける他は、図2に示した単結晶引
き上げ用黒鉛ルツボ10を製造する場合と同様である。
使用する連続炭素繊維13クロスとしては、例えば種々
の織り方により作製された2−DクロスやUDクロスが
挙げられるが、これらの中では、連続炭素繊維13を直
交交差織りにした平織り2−Dクロスが異方性が少ない
ため好ましい。
When manufacturing the graphite crucible 30 for pulling a single crystal, a portion corresponding to the inner peripheral portion 31a of the straight body portion 31 is
Except for winding the continuous carbon fiber 13 cloth immersed in the binder into a predetermined thickness, it is the same as the case of manufacturing the graphite crucible 10 for pulling a single crystal shown in FIG.
Examples of the continuous carbon fiber 13 cloth to be used include 2-D cloth and UD cloth produced by various weaving methods. Among these, plain weave 2-D cloth in which the continuous carbon fiber 13 is orthogonally cross-woven. Cloth is preferred because it has little anisotropy.

【0046】[0046]

【実施例】以下、本発明に係る単結晶引き上げ用黒鉛ル
ツボ及びその製造方法の実施例を説明する。また、比較
例として、従来の単結晶引上げ用ルツボ及びその製造方
法を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a graphite crucible for pulling a single crystal and a method for producing the same according to the present invention will be described below. As a comparative example, a conventional crucible for pulling a single crystal and a manufacturing method thereof will be described.

【0047】(1) 製造する単結晶引き上げ用黒鉛ル
ツボ、及びその寸法 製造する単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ:下記の表1
に示す。 単結晶引上げ用ルツボの寸法 内径:309mm、高さ:220mm、 直胴部の厚さ:10mm、底部の厚さ:8〜15mm (2) 原料及び製造条件 連続炭素繊維13の種類 PAN系高強度連続炭素繊維のストランド(フィラメン
ト数6000本) 結合材:高純度フェノール樹脂を溶剤で溶解したも
の 樹脂の硬化条件 硬化温度:200℃ 炭化条件 炭化炉:コークス粉を詰めた焼成炉 雰囲気:窒素雰囲気 第1回目、及び第2回目の加熱温度:1000℃ 第3回目の加熱温度:2500℃ なお、第2回目と第3回目の加熱を行う前に、ルツボの
成形体をコールタールピッチ中で減圧した後、加圧含浸
した。 高純度化処理:高温のハロゲンガス (3) 耐久性試験 図5に示した単結晶引き上げ装置を用い、実施例1〜
6、及び比較例1〜3に係る単結晶引き上げ用黒鉛ルツ
ボを単結晶引き上げ装置内のルツボ受け台43aに設置
し、石英ルツボ42を嵌合させた後、結晶用原料を充填
した。次に、結晶用原料を高温に加熱して溶融液47と
した。なお、ルツボ受け台43aは、上面をルツボ底部
形状とした直径260mmのものを用いた。
(1) Graphite crucible for pulling a single crystal to be produced and its dimensions Graphite crucible for pulling a single crystal to be produced: Table 1 below
Shown in Dimensions of single crystal pulling crucible Inner diameter: 309 mm, height: 220 mm, thickness of straight body: 10 mm, thickness of bottom: 8 to 15 mm (2) Raw materials and manufacturing conditions Types of continuous carbon fibers 13 PAN-based high strength Strand of continuous carbon fiber (6000 filaments) Binder: A solution of high-purity phenol resin dissolved in a solvent Curing condition of resin Curing temperature: 200 ° C Carbonization condition Carbonization furnace: Firing furnace packed with coke powder Atmosphere: Nitrogen atmosphere First and second heating temperature: 1000 ° C. Third heating temperature: 2500 ° C. Before the second and third heating, the crucible compact was depressurized in a coal tar pitch. Thereafter, pressure impregnation was performed. Purification treatment: high temperature halogen gas (3) Durability test Examples 1 to 4 were performed using the single crystal pulling apparatus shown in FIG.
6 and the graphite crucibles for pulling single crystals according to Comparative Examples 1 to 3 were set on a crucible cradle 43a in the single crystal pulling apparatus, and fitted with a quartz crucible 42, and then filled with a crystal raw material. Next, the raw material for crystallization was heated to a high temperature to obtain a melt 47. The crucible support 43a used had a top surface of a crucible bottom and a diameter of 260 mm.

【0048】結晶用原料の量は溶融液47とした時、液
面が石英ルツボ42の深さの1/3となる量とした。そ
して、単結晶51の引き上げは行わず、単結晶引き上げ
に要する時間と同じ時間保持する試験を5回繰り返し
た。また、溶融液47の温度は、単結晶引き上げのとき
よりも約50℃高くし、単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ表
面のSiC化を加速することとした。
The amount of the raw material for crystallization was such that, when the molten liquid 47 was used, the liquid level was の of the depth of the quartz crucible 42. Then, the test for holding the single crystal 51 for the same time as the time required for pulling the single crystal without repeating the pulling of the single crystal 51 was repeated five times. Further, the temperature of the melt 47 is set to be about 50 ° C. higher than that at the time of single crystal pulling, and the surface of the single crystal pulling graphite crucible is made to be SiC.

【0049】(4) 製造する単結晶引上げ用ルツボ、
炭素繊維等の巻き付け条件、炭化後における収縮や層間
剥離、及び耐久性試験の結果を下記の表1に示す。
(4) A single crystal pulling crucible to be manufactured,
Table 1 below shows the winding conditions of carbon fibers and the like, the results of shrinkage and delamination after carbonization, and the durability test.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】上記表1に示した結果より明らかなように
実施例1〜6の場合には、単結晶引上げ用ルツボ上端の
内径の減少は1.5mm以下と非常に小さく、炭化工程
において繊維層間の剥離の発生もなく、初めに設定した
単結晶引き上げ用ルツボとほぼ同様の形状のルツボを製
造することができた。これに対して、比較例1の場合に
は、炭化工程において半径方向への内周部の収縮が大き
いために内径が大きく減少し、また内周部でルツボの変
形を抑えられなかった結果、ルツボ上端に繊維層間で剥
離が発生した。また比較例2の場合には、変形がより大
きくなり、炭化工程においてルツボ上端に微細な繊維層
間での剥離が発生した。
As is clear from the results shown in Table 1 above, in Examples 1 to 6, the decrease in the inner diameter of the upper end of the single crystal pulling crucible was as small as 1.5 mm or less. Crucibles having almost the same shape as the initially set single crystal pulling crucible could be produced without occurrence of peeling. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, the inner diameter was greatly reduced due to the large shrinkage of the inner peripheral portion in the radial direction in the carbonization step, and the crucible could not be suppressed in the inner peripheral portion. Peeling occurred between the fiber layers at the upper end of the crucible. In the case of Comparative Example 2, the deformation was larger, and peeling between fine fiber layers occurred at the upper end of the crucible in the carbonization step.

【0052】また、耐久性試験において、実施例1〜6
の場合には、繊維層間での剥離の発生、減耗等の問題は
発生していない。これに対して、比較例3の場合には、
嵌合部を有するため、嵌合部で剥離が発生し。また、石
英ルツボと接する内面に減耗が認められた。
In the durability test, Examples 1 to 6
In the case of (1), there is no problem such as occurrence of peeling between the fiber layers and depletion. On the other hand, in the case of Comparative Example 3,
Due to the fitting part, peeling occurred at the fitting part. Also, wear was observed on the inner surface in contact with the quartz crucible.

【0053】以上のように上記実施例に係る単結晶引上
げ用ルツボの製造方法においては、炭素繊維を巻き付け
るためのマンドレルを用い、ルツボ直胴部の内周部に相
当する部分に、水平方向に対して−45〜+45°の角
度に連続炭素繊維を巻き付けるか、連続炭素繊維クロス
を巻き付けた後、外周部及び底部に相当する部分に水平
方向に対して−45°以下、又は+45°以上の角度に
連続炭素繊維を巻き付け、その後炭化処理等を行うの
で、炭化工程において半径方向への収縮や繊維層間での
剥離の発生がない。また、耐久性試験を行っても繊維層
間での剥離の発生や減耗は認められず、耐久性に優れる
ことが実証された。
As described above, in the method of manufacturing a crucible for pulling a single crystal according to the above-described embodiment, a mandrel for winding carbon fibers is used, and a portion corresponding to the inner peripheral portion of the crucible straight body is provided in a horizontal direction. On the other hand, after winding the continuous carbon fiber at an angle of -45 to + 45 °, or winding the continuous carbon fiber cloth, the outer peripheral portion and the portion corresponding to the bottom are not more than -45 ° or more than + 45 ° with respect to the horizontal direction. Since the continuous carbon fiber is wound at an angle and then carbonized, the shrinkage in the radial direction and the separation between fiber layers do not occur in the carbonizing step. Further, even when a durability test was carried out, no occurrence or depletion of peeling between the fiber layers was observed, and it was proved that the durability was excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】フィラメントワインディング法により単結晶引
き上げ用黒鉛ルツボを製造する際の炭化工程における、
連続炭素繊維の巻き付け角度(θ)と半径方向への収縮
量との関係を示したグラフである。
FIG. 1 shows a carbonization process for producing a graphite crucible for pulling a single crystal by a filament winding method.
It is the graph which showed the relationship between the winding angle ((theta)) of continuous carbon fiber, and the shrinkage amount in the radial direction.

【図2】本発明の実施の形態に係る単結晶引き上げ用黒
鉛ルツボを模式的に示した平面図であり、(b)は一部
切欠き正面図である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing a single crystal pulling graphite crucible according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) is a partially cutaway front view.

【図3】別の実施の形態に係る単結晶引き上げ用黒鉛ル
ツボを模式的に示した平面図であり、(b)は一部切欠
き正面図である。
FIG. 3 is a plan view schematically showing a graphite crucible for pulling a single crystal according to another embodiment, and (b) is a partially cutaway front view.

【図4】さらに別の実施の形態に係る単結晶引き上げ用
黒鉛ルツボを模式的に示した平面図であり、(b)は一
部切欠き正面図である。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a graphite crucible for pulling a single crystal according to still another embodiment, and (b) is a partially cutaway front view.

【図5】CZ法に用いられる従来の単結晶引上げ装置を
模式的に示した断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a conventional single crystal pulling apparatus used for the CZ method.

【図6】従来の単結晶引き上げ用黒鉛ルツボを模式的に
示した断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional graphite crucible for pulling a single crystal.

【図7】フィラメントワインディング法によりマンドレ
ルに連続炭素繊維の巻き付けを行っている状態を模式的
に示した正面図である。
FIG. 7 is a front view schematically showing a state in which continuous carbon fibers are wound around a mandrel by a filament winding method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20、30 単結晶引上げ用黒鉛ルツボ 11、21、31 直胴部 11a、21a、31a 内周部 11b、21b、31b 外周部 12、22、32 底部 13 連続炭素繊維 15 連続炭素繊維クロス 10, 20, 30 Graphite crucible for pulling single crystal 11, 21, 31 Straight body 11a, 21a, 31a Inner circumference 11b, 21b, 31b Outer circumference 12, 22, 32 Bottom 13 Continuous carbon fiber 15 Continuous carbon fiber cloth

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−73292(JP,A) 特開 平2−116696(JP,A) 特開 平5−79598(JP,A) 特開 平9−263482(JP,A) 特開 昭63−7174(JP,A) 特開 平10−152391(JP,A) 特開 平10−101471(JP,A) 登録実用新案3012299(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 C04B 35/52 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-73292 (JP, A) JP-A-2-116696 (JP, A) JP-A-5-79598 (JP, A) JP-A-9-99 263482 (JP, A) JP-A-63-7174 (JP, A) JP-A-10-152391 (JP, A) JP-A-10-101471 (JP, A) Registered utility model 3012299 (JP, U) (58) ) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 C04B 35/52

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炭素繊維強化炭素材よりなる単結晶引き
上げ用黒鉛ルツボにおいて、少なくとも直胴部の内周部
に水平方向に対して−45〜+45°の角度を有する連
続炭素繊維が配され、その他の部分に水平方向に対して
−45°以下、又は+45°以上の角度を有する連続炭
素繊維が配されていることを特徴とする単結晶引き上げ
用黒鉛ルツボ。
1. A graphite crucible for pulling a single crystal comprising a carbon fiber reinforced carbon material, wherein continuous carbon fibers having an angle of −45 ° to + 45 ° with respect to a horizontal direction are arranged at least on an inner peripheral portion of a straight body portion, A graphite crucible for pulling a single crystal, wherein continuous carbon fibers having an angle of −45 ° or less or + 45 ° or more with respect to a horizontal direction are arranged in other portions.
【請求項2】 炭素繊維強化炭素材よりなる単結晶引き
上げ用黒鉛ルツボにおいて、少なくとも直胴部の内周部
に炭素繊維クロスが配され、その他の部分に水平方向に
対して−45°以下、又は+45°以上の角度を有する
連続炭素繊維が配されていることを特徴とする単結晶引
き上げ用黒鉛ルツボ。
2. A graphite crucible for pulling a single crystal comprising a carbon fiber reinforced carbon material, wherein a carbon fiber cloth is disposed at least on an inner peripheral portion of a straight body portion, and -45 ° or less with respect to a horizontal direction in other portions. Or a graphite crucible for pulling a single crystal, wherein continuous carbon fibers having an angle of + 45 ° or more are arranged.
【請求項3】 炭素繊維を用いたフィラメントワインデ
ィング法により単結晶引き上げ用のルツボを製造する単
結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方法において、少なく
ともルツボ直胴部の内周部に相当する部分に水平方向に
対して−45〜+45°の角度に連続炭素繊維を巻き付
けた後、その他の部分に水平方向に対して−45°以
下、又は+45°以上の角度に連続炭素繊維を巻き付け
ることを特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造
方法。
3. A method of manufacturing a graphite crucible for pulling a single crystal by a filament winding method using carbon fibers, wherein at least a portion corresponding to an inner peripheral portion of a straight body portion of the crucible is horizontally oriented. After winding the continuous carbon fiber at an angle of -45 ° to + 45 ° with respect to the horizontal direction, the continuous carbon fiber is wound at an angle of −45 ° or less or + 45 ° or more with respect to the horizontal direction. A method for producing a graphite crucible for pulling a single crystal.
【請求項4】 炭素繊維を用い、型材上に炭素繊維を巻
き付けて単結晶引き上げ用のルツボを製造する単結晶引
き上げ用黒鉛ルツボの製造方法において、少なくとも直
胴部の内周部に相当する部分に炭素繊維クロスを巻き付
け、その他の部分に水平方向に対して−45°以下、又
は+45°以上の角度に連続炭素繊維を巻き付けること
を特徴とする単結晶引き上げ用黒鉛ルツボの製造方法。
4. A method for manufacturing a graphite crucible for pulling a single crystal, comprising manufacturing a crucible for pulling a single crystal by winding the carbon fiber around a mold using carbon fiber, wherein at least a portion corresponding to an inner peripheral portion of a straight body portion. And a continuous carbon fiber wound around the other portion at an angle of -45 ° or less or + 45 ° or more with respect to the horizontal direction.
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