JP4801101B2 - 膨張黒鉛シートの使用方法 - Google Patents
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Description
本発明は、膨張黒鉛シートの使用方法に関する。
通常、膨張黒鉛シートは、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等を硫酸、硝酸等の混合溶液で処理し、水洗、乾燥後、膨張炉で約１０００℃に膨張化処理させ、これをロール等で圧延によりシート化されている。膨張黒鉛シートは、耐熱性に優れ、気液不浸透性に優れているのでパッキン、バルブシート、ガスケット、燃料電池用セパレーター等に使用されている。
また、この膨張黒鉛シートを２０００℃以上のハロゲンガス雰囲気下で高純度化処理し、不純物の含有量が１５ｐｐｍ以下の高純度膨張黒鉛シートを得ることが特許文献１に開示されており、このものは半導体製造工程でも使用されている。
以下、半導体製造工程で使用される高純度膨張黒鉛シートを例にとって説明する。代表的な単結晶引き上げ方法であるチョクラルスキー（以下、ＣＺという。）法にも高純度膨張黒鉛シートが使用されている。ＣＺ装置の要部断面を図１に示す。ＣＺ装置は、石英ルツボ１を支持するカーボンルツボ５、ヒーター２、アッパーリング６、インナーシールド７等の部品によって構成されている。ＣＺ装置では、石英ルツボ１内に充填した多結晶シリコンを高温に加熱してシリコン融液３とし、この原料融液３にシードチャックの先端を接触させて引き上げながら単結晶シリコン４を引き上げしている。
図１に示すように、黒鉛あるいは炭素繊維強化炭素複合材料で構成されたカーボンルツボ（以下、カーボンルツボと総称する。）５は石英ルツボ１と直に接触しているので、石英ルツボ１とカーボンルツボ５との反応、あるいはシリコン蒸気と黒鉛ルツボとの反応によりカーボンルツボ５の表面が徐々に炭化ケイ素（以下、ＳｉＣという。）化し、カーボンとＳｉＣの熱膨張係数の違いによりカーボンルツボに割れ等が発生する。また、石英ルツボ１がカーボンルツボ５に固着し、石英ルツボ５の取り出しが困難になる。
このような問題を解決するための一手段として、石英ルツボ１とカーボンルツボ５の間に高純度膨張黒鉛シートを中敷として介装することが特許文献２に開示されている。
通常、膨張黒鉛シートの純度を向上させるために高純度化処理を行うと、膨張黒鉛シートが有する可撓性を損なってしまうため、可撓性を必要とする部材として使用できない。このため、可撓性を回復させるために圧縮成形することが特許文献１に開示されているが、圧縮成形による高純度膨張黒鉛シートの純度低下、可撓性が十分に回復していない高純度膨張黒鉛シートをカッター等で複雑な形状に加工する場合、シートの端部等に割れ、欠けが発生するという問題もある。
また、カーボンルツボ５の内面をすべて膨張黒鉛シートで覆ってしまうと、石英ルツボ１の加熱効率が低下する。したがって、近年では中敷の形状を様々な複雑な形状に加工して石英ルツボの加熱効率を向上できるようにするケースが増加している。また、中敷は、基本的に１回の単結晶製造で１枚消費するので、量産性に優れた高純度膨張黒鉛シートの製造方法を提供することも重要である。
なお、膨張黒鉛シートの特性によっては、特殊な用途が考えられる。
そこで、本発明は可撓性に加えて高純度である膨張黒鉛シートの使用方法を提供することを目的とする。
本発明の膨張黒鉛シートの使用方法は、外壁と内壁の間に、かさ密度０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３、厚み０．２〜１．０ｍｍである膨張黒鉛シートを所望の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を１０ｐｐｍ以下とした膨張黒鉛シートを挟んで用いるものである。ここで、前記所望の形状は、線対称形状であることが好ましい。
本発明の膨張黒鉛シートの使用方法においては、前記膨張黒鉛シートを、高い純度が要求され且つ可撓性が要求される炉内部品として用いるものであることが好ましい。
本発明の膨張黒鉛シートの使用方法においては、前記外壁と前記内壁とのうちいずれか少なくとも一方が黒鉛材料であることが好ましい。
本発明の膨張黒鉛シートの使用方法においては、前記内壁は石英るつぼの外面であり、前記外壁はカーボンるつぼの内面であることが好ましい。
本発明の膨張黒鉛シートの使用方法においては、原子力産業関連用途に適用されることが好ましい。
本発明によれば、例えば、原子力産業関連用途で可撓性に加えて高純度であることが要求される炉内部品に、膨張黒鉛シートを使用する方法を提供できる。
本発明の可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートは、例えば鱗片状黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等をフィラーとし、濃硫酸あるいは濃硝酸等を加えた混酸に浸漬して酸化処理を施し、水洗、乾燥後、加熱膨張化処理して膨張化黒鉛とし、これをプレスまたはロールで圧縮成形してかさ密度がおよそ０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３となるように調整する必要がある。かさ密度が０．７ｇ／ｃｍ３よりも低い膨張黒鉛シートは高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上にできないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ３よりも高い膨張黒鉛シートは高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。その中でもかさ密度が０．８〜１．３ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは、かさ密度が０．９〜１．３ｇ／ｃｍ３に調整した膨張黒鉛シートを高純度化処理する。高純度化処理の方法自体は公知の方法が例示でき、たとえばハロゲンガス雰囲気下２０００℃以上に加熱して膨張黒鉛シート中の金属を蒸気圧の高いハロゲン化金属化合物にして蒸発・揮散させることで不純物含有量が１０ｐｐｍ以下で且つ可撓性が１０回以上の可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを得ることができる。膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等である。なお、可撓性の測定装置は図４に概略を示す。試料となる１０×１００（ｍｍ）の高純度膨張黒鉛シート２１の先端に５０ｇの鐘２２をつけ、直径６ｍｍの曲げ体２４で折り曲げ、その回数を数えた。この折り曲げ回数を縦方向の可撓性とした。
また、膨張黒鉛シートのかさ密度が０．７ｇ／ｃｍ３以下であると前述したように高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上とすることができないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ３よりも高い膨張黒鉛シートを高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。さらに、高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍとすることが好ましい。高純度化処理する前の膨張黒鉛シートの厚みが０．２ｍｍよりも薄いと高純度化処理後の可撓性や強度の低下が著しく、割れ等が発生しやすくなる。膨張黒鉛シートの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと高純度化処理により十分に不純物を低減させることができない。高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは０．３〜０．９ｍｍとすることがさらに好ましく、０．５〜０．８ｍｍの膨張黒鉛シートを高純度化処理することが特に好ましい。なお、所望する形状というのは、例えば図２に示すような形状や、楕円、星型、菊花御紋等の線対称形状や、線対称でない形状等が例示できる。
また、膨張黒鉛シートを複数枚重ね、上述した加工方法で１回で加工することによって、所望する同一形状で且つ複雑な形状の膨張黒鉛シートの量産性を向上できるので好ましい。なお、１枚あたりの膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを積層することが好ましい。膨張黒鉛シートの１枚あたりの厚みが０．２ｍｍよりも低いと膨張黒鉛シートの可撓性や強度が得られず、割れ等が発生しやすくなる。また、１枚あたりの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと、高純度化処理によって十分に不純物を低減させることができないので好ましくない。また、高純度化処理を行う前の膨張黒鉛シートのかさ密度は、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。
膨張黒鉛シートの加工方法においては、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工、レーザー加工から選ばれる一種類以上を用いてもよい。なお、量産性を考慮すると、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工が時間を短縮でき、しかも膨張黒鉛シートの純度を低下させる恐れが少なく、しかも量産性に優れるので好ましい。さらに付け加えると、トムソン型等で打ち抜き加工を行った場合には、膨張黒鉛シートの加工面（切断面）に付着した加工粉を除去するため水、アルコール等に浸漬して超音波洗浄を行って加工粉を除去し、乾燥して水分を蒸発させた後に高純度化処理を行うことが好ましい。
上記構成により、例えば、原子力産業関連用途で可撓性に加えて高純度であることが要求される炉内部品に、膨張黒鉛シートを使用する方法を提供できる。
本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×１０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×１０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例４）
実施例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例６）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスで５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスで５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例７）
実施例１で使用したものと同じ材質同じ寸法の膨張黒鉛シートを１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１で使用したものと同じ材質同じ寸法の膨張黒鉛シートを１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例８）
実施例１で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１０）
実施例３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃に加熱し１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃に加熱し１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１２）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォ一タージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォ一タージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、寸法：１０００×１０００×０．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、寸法：１０００×１０００×０．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１４）
実施例１３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用い５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用い５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１６）
実施例１５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１７）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード争：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード争：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例１８）
実施例１７で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し高純度化処理を行った。
実施例１７で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し高純度化処理を行った。
（実施例１９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、寸法：１０００×１０００×１．０（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、寸法：１０００×１０００×１．０（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２０）
実施例１９で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１９で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このものをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にシートをウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このものをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にシートをウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２２）
実施例２１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例２１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２４）
実施例２３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例２３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（実施例２５）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。加工に要する時間は５分間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分問乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。加工に要する時間は５分間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分問乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×ｌ０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×ｌ０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例２）
比較例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
比較例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１０、寸法：１０００×１０００×０．１（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１０、寸法：１０００×１０００×０．１（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例４）
比較例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
比較例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１２０、寸法：１０００×１０００×１．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１２０、寸法：１０００×１０００×１．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例６）
比較例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
比較例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
（比較例７）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体を人手によりカッターで図２に示す形状に加工した。加工に要する時間は１時間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分間乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体を人手によりカッターで図２に示す形状に加工した。加工に要する時間は１時間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分間乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
（比較例８）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
（比較例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．３ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
（比較例１０）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
（比較例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６９／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６９／ｃｍ３、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ２の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
上記実施例１乃至２５、比較例１乃至１１について、膨張黒鉛シートのかさ密度、シートの厚み、積層枚数、加工方法、縦方向の可撓性、高純度化後の純度を表１にまとめた。なお、膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等であった。
また、高純度化処理後の膨張黒鉛シートの不純物含有量は、磁性ルツボに高純度膨張黒鉛シート１５ｇ以上を秤量しこれを電気炉に入れ、８５０℃で４８時間加熱し、加熱前の質量と加熱後の質量から不純物量を測定した。
表１から明らかなように、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３、シート１枚あたりの厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートであれば、高純度処理後も可撓性の低下が少なく、純度が低下することも防止できることがわかる。
上記実施例２５と比較例３で製作した高純度膨張黒鉛シートをＣＺ装置の中敷として使用しシリコン単結晶の引き上げ実験を実施した。その結果、実施例２５で製作した中敷を使用した場合は、比較例３で製作した中敷を使用した場合に比べてカーボンルツボの黄色に変色し炭化珪素化された部分の面積は少ないことが目視確認できた。これは、比較例３の高純度膨張黒鉛シートが可撓性を有さずシートに割れが発生したためである。
１ 石英ルツボ
２ ヒーター
３ シリコン融液
４ シリコン単結晶
５ カーボンルツボ
６ アッパーリング
７ インナーシールド
８ ロアーリング
９ ボトムヒーター
１０ ヒートインシュレーター
１１ スピルトレー
２１ 試料（高純度膨張黒鉛シート）
２２ 錘
２３ 曲げ方向
２４ 曲げ体
２ ヒーター
３ シリコン融液
４ シリコン単結晶
５ カーボンルツボ
６ アッパーリング
７ インナーシールド
８ ロアーリング
９ ボトムヒーター
１０ ヒートインシュレーター
１１ スピルトレー
２１ 試料（高純度膨張黒鉛シート）
２２ 錘
２３ 曲げ方向
２４ 曲げ体
Claims (6)
- 外壁と内壁の間に、かさ密度０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３、厚み０．２〜１．０ｍｍである膨張黒鉛シートを所望の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を１０ｐｐｍ以下とした膨張黒鉛シートを挟んで用いることを特徴とする膨張黒鉛シートの使用方法。
- 前記所望の形状は、線対称形状であることを特徴とする請求項１に記載の膨張黒鉛シートの使用方法。
- 前記膨張黒鉛シートは、高い純度が要求され且つ可撓性が要求される炉内部品として用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の膨張黒鉛シートの使用方法。
- 前記外壁と前記内壁とは、いずれか少なくとも一方が黒鉛材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の膨張黒鉛シートの使用方法。
- 前記内壁は石英るつぼの外面であり、前記外壁はカーボンるつぼの内面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張黒鉛シートの使用方法。
- 原子力産業関連用途に適用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の膨張黒鉛シートの使用方法。
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