JP4545872B2 - モリブデン被覆炭素繊維強化炭素材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【 技術分野 】
本発明は、高融点金属であるモリブデンを被覆した炭素繊維強化炭素材（以下ＣＣＭ）
の製造方法に関し、緻密でガス通気率が低く、対摩耗性、発ガス性、発塵性等を大幅に改
善することができるモリブデン被覆ＣＣＭの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＭは、一般のカ−ボン材料にない特性、特に引張り強度にすぐれたカ−ボン系材料として脚光を浴びている。
即ち、一般のカ−ボン材は、脆弱な材料で、特に引張り強度が低いため、高温炉の炉内部品としては多量に使用されても、構造部材として使用することが困難であった。
【０００３】
そこで、このカ−ボン材の脆弱という弱点を解消するために、カ−ボン材を引張り強度の優れる炭素繊維で補強したCCMは、比強度、比弾性率に優れた材料として高温炉用構造用部材として使用されてきている。
【０００４】
しかし上記のように優れた材料であるＣＣＭも、用途によってはガス通気率、対摩耗性、発ガス性、発塵性等の課題が生じる。
【０００５】
例えば、半導体デバイス製造ライン、カ−ボンとの接触が問題になる希土類元素を原料とする磁石製造用治具等は、ＣＣＭの優れた特性を生かせる用途と考えられるが、上記のような課題のために実用化がなされていない。
【０００６】
ＣＣＭの特性を改善し、より優れた材料にするために金属被覆を施すことが考えられる。
従来CCMに金属被覆を施すことは、種々の方法が行われている。
【０００７】
例えば、特開平１−１３６９６２号には、ＣＣＭ等の耐熱材料を前処理した後、高融点金属を被覆することにより耐昇華性、耐酸化性等が向上し、宇宙往還機、航空機等に利用可能な材料を提供する方法が記載されている。
【０００８】
特開平１−１３６９６２号の特許請求の範囲は、。
「 １．耐熱材料表面の前処理を行った後、、該耐熱材料の表面を、Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，ＴｉおよびＮｂから成る群から選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜で被覆することを特徴とする被覆方法。
２．耐熱材料表面の前処理を行った後、該耐熱材料の表面を、Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，ＴｉおよびＮｂから成る群から選ばれた高融点金属の単層膜または多層膜で被覆し、次いで、該被覆層の表面をＲｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，ＴｉおよびＮｂから成る群から選ばれた金属の酸化物もしくは炭化物で、またはＴｈの酸化物で被覆することを特徴とする被覆方法。」である。
【０００９】
また、特開平５−３２４７２号には、Ｃ／Ｃコンポジット等の炭素繊維複合材料基材に金属等の溶射皮膜の密着性を向上させるための溶射方法が記載されている。
【００１０】
特開平５−３２４７２号の特許請求の範囲は、
「 炭素繊維複合材料基材の表面に複数の窪みを設け、これらの窪みに溶射を施すことにより窪みを溶射材料で埋め込み、さらにこれら窪みと共に基材表面を溶射皮膜が覆うように溶射することを特徴とする炭素繊維複合材料への溶射方法。
」である。
【００１１】
これらの発明も金属をコ−テイングしたＣＣＭの改善に関する技術だが、主に宇宙航空用途を指向したものであり、前記のような半導体デバイス製造ライン、磁石製造用治具等の用途に供するためのものではない。
そこで、ＣＣＭの発ガス性、発塵性、ガス通気率、耐摩耗性等の課題を解決し、上記のような用途に好適なCCMを得る方法が望まれている。
【００１２】
【発明の課題】
上記のような問題点に鑑み、本発明者は、発ガス性、発塵性、ガス通気率、耐摩耗性等の課題を解決し、半導体デバイス製造ライン、磁石製造用治具等の用途に供することのできるＣＣＭを提供するものである。
【００１３】
【課題解決の手段】
上記のような課題を解決するために、本発明者が提案するのは、炭素繊維強化炭素材料にプラズマ溶射によりモリブデンを被覆した後、不活性ガス雰囲気または真空中で、２１２０℃以上で熱処理し、モリブデン被膜を緻密化することを特徴とするモリブデン被覆炭素繊維強化炭素材料の製造方法である。
【００１４】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明で基材として使用するＣＣＭには、平織および朱子織、クロス積層品、ストランドの一方向および直行積層品、短繊維のランダムマット積層品等が使用可能である。
【００１６】
上記のようなＣＣＭに金属を被覆するが、金属の種類としては、モリブデンが最も好適である。
【００１７】
モリブデンの被覆方法としては、プラズマ溶射による方法が安価で適当である。
【００１８】
プラズマ溶射によりモリブデンを被覆したＣＣＭに対して、本発明においては、特定の条件で熱処理をすることが重要である。
【００１９】
即ち、不活性ガスまたは真空中において、モリブデンの融点−５００℃以上の温度で熱処理する。
モリブデンの融点−５００℃以上とは、融点が２６２０℃のモリブデンでは２１２０℃以上で２６２０℃未満の温度である。
【００２０】
かかる熱処理により、モリブデンの被膜が十分に緻密化され、ガス通気率が低下し、１ｃｍ／ｓｅｃ以下のものが得られる。
【００２１】
熱処理温度がモリブデンの融点−５００℃未満、即ち２１２０℃未満の温度では、被膜の緻密化が十分に進行せず、ガス通気率が１ｃｍ／ｓｅｃを超えるので好ましくない。
【００２２】
上記のような熱処理により、ガス通気率、発ガス性、発塵性、対摩耗性を大幅に改善したモリブデン被覆ＣＣＭが得られる。
その結果、半導体デバイス製造ライン、シリコン単結晶引き上げ用ルツボ、磁石製造用治具、高温炉の熱処理ボックス等の用途においてすぐれた効果を呈するＣＣＭを提供できる。
【００２３】
例えば、シリコン単結晶引き上げ用ルツボに使用した場合、従来のＣＣＭは、黒鉛材に比べて組織内にポアが多く、炉内で発生する珪素酸化物がＣＣＭの組織内に進入し、ＣＣＭ組織内部から消耗がおこる欠点があった。
この改善策としてルツボに熱分解炭素をコ−テイングすることも行われているが、消耗速度が遅くなる程度で十分な効果が得られていない。
【００２４】
しかし、本発明のように、モリブデンをプラズマ溶射したＣＣＭを特定の条件で熱処理すると、ガス通気率の低い緻密な材料となり、モリブデン被覆層が珪素酸化物に対して高い耐久性を有するので、ＣＣＭ組織内部からの消耗の防止に非常に有効となる。
【００２５】
また発塵性が改善されているのでカ−ボンとの接触が問題になる希土類元素を原料とする磁石製造用治具に好適な材料となる。
【００２６】
高温炉に用いられる熱処理用ボックスに使用した場合、通気性が低く、気密性に優れているので、高温下で繰り返し使用しても、モリブデン被膜の剥離はなく優れた耐久性を有する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の方法により得られたモリブデン被覆ＣＣＭは、モリブデン被膜が十分に緻密化されており、ガス通気率が１ｃｍ／ｓｅｃ以下である。
従って、従来のＣＣＭに比べ、発ガス性、発塵性、対摩耗性の特性を大幅に改善でき、高温下で繰り返し使用しても優れた耐久性を発揮する。
【００２８】
本発明の方法により得られたＣＣＭは、従来の用途に加えて、半導体デバイス製造ライン、希土類元素を原料とする磁石製造用治具等の用途にも好適である
本発明は、上記のようなすぐれた特性のＣＣＭを提供でき、工業上有用である。
【００２９】
【実施例および比較例】
【実施例１】
平織クロスを積層して製造したＣＣＭ（商品名：CCM−１９０C、日本カ−ボン製）にプラズマ溶射でモリブデンを被覆し、窒素ガス雰囲気中２２００℃で熱処理し、モリブデン被覆したＣＣＭを得た。
モリブデン被覆ＣＣＭのガス通気率は０．１ｃｍ／ｓｅｃであり、１５００℃、真空中で１０回繰り返し熱処理をしても、モリブデン被膜の剥離やひび割れは認められなかった。
【００３０】
【比較例１】
実施例１と同様にしてモリブデンを被覆したＣＣＭを得た。その後の熱処理をしないものを比較例とした。
しかしながら、得られたモリブデン被覆ＣＣＭのガス通気率は１０ｃｍ／ｓｅｃであり、モリブデン被膜の緻密化が進んでいなかった。
【００３１】
【実施例２】
ＣＣＭ（商品名：ＣＣＭ−１９０Ｃ、日本カ−ボン製）の板材を切断し、高温炉用の熱処理ボックスを組立てて、これにモリブデンをプラズマ溶射で被覆した。
さらに、２２００℃で熱処理し、モリブデン被膜を緻密化した熱処理ボックスを得た。
この熱処理ボックスの重量は、モリブデン製の約１／４であり、大幅に軽量化できた。
また、ガス通気率は、０．１ｃｍ／ｓｅｃと気密性にも優れていた。
更に、この熱処理ボツクスを真空中、１０００℃で１０回繰り返し熱処理しても、モリブデン被膜の剥離はなく、耐久性に優れていた。

Claims (1)

1. 炭素繊維強化炭素材料にプラズマ溶射によりモリブデンを被覆した後、不
   活性ガス雰囲気または真空中で、２１２０℃以上の温度で熱処理し、モリブデン被膜を緻
   密化することを特徴とするモリブデン被覆炭素繊維強化炭素材料の製造方法。