JP6482442B2 - Carbon electrode for melting quartz glass - Google Patents
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Description
本発明は石英ガラス溶融用カーボン電極に関し、特に溶融される石英ガラス内に泡が発生するのを抑制すると共に、アーク放電の切れを抑制し、均一な石英ガラスを形成する石英ガラス溶融用カーボン電極に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon electrode for melting quartz glass, and more particularly, a carbon electrode for melting quartz glass that suppresses generation of bubbles in fused quartz glass and suppresses arc discharge to form uniform quartz glass. About.
石英ガラス、例えば、シリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボの製造は、図３に示すような石英ガラスルツボ製造装置２１を用いて行なわれている。
前記石英ガラスルツボ製造装置２１のルツボ成形用型２２は、減圧可能な構造を有する内側部材２３と保持体２４とから構成され、回転軸２５により回転可能なように支持されている。
また、前記内側部材２３に対向する上部には、アーク放電を行うための３本の石英ガラス溶融用カーボン電極２７が設けられている。
Quartz glass, for example, a quartz glass crucible for pulling up a silicon single crystal is manufactured using a quartz glass crucible manufacturing apparatus 21 as shown in FIG.
The crucible molding die 22 of the quartz glass crucible manufacturing apparatus 21 includes an
Further, three quartz glass melting
そして、上記石英ガラスルツボ製造装置２１を用いて、石英ガラスルツボの製造を行うには、前記回転軸２５を矢印の方向に回転させ、前記ルツボ成形用型２２を高速で回転させる。一方、前記ルツボ成形用型２２内に供給管（図示せず）から高純度のシリカ粉末を供給する。供給されたシリカ粉末は、遠心力によってルツボ成形用型２２の内側部材２３に押圧されて、ルツボ形状の成形体２６として成形される。
And in order to manufacture a silica glass crucible using the said silica glass crucible manufacturing apparatus 21, the said rotating
次に、内側部材２３内を減圧し、更にカーボン電極２７に通電して成形体２６の内側から加熱し、成形体２６の内表面側から徐々に溶融し、溶融層を形成する。その後、前記溶融層が冷却されることにより、石英ガラスルツボが製造される。
Next, the
このアーク放電により、シリカ粉末の成形体２６を溶融して石英ガラスルツボを製造する工程において、カーボン電極２７からカーボン粒子が脱落し、溶融状態にある石英ガラスルツボ（成形体）内に落下することがある。このカーボン電極２７から落下したカーボン粒子は、溶融中の石英ガラスルツボ（成形体）中で酸化消耗し、石英ガラス（透明層）内に泡を発生させるという問題があった。
In the process of melting the silica powder molded
特に、前記泡を有する石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行うと、石英ガラスルツボの内表面付近（特に透明層）に形成された透明層に存在する泡が膨脹して大きな泡となり、前記泡が透明層の溶解と共にシリコン融液中に混入し、シリコン単結晶の成長に悪影響を与え、シリコン単結晶の単結晶化歩留りを低下させるという問題があった。また、アーク放電によって、カーボン電極２７が消耗し、カーボン電極２７の寿命が短いという問題があった。
In particular, when a silicon single crystal is pulled using a quartz glass crucible having the bubbles, the bubbles present in the transparent layer formed near the inner surface of the quartz glass crucible (particularly the transparent layer) expand to become large bubbles. The bubbles are mixed with the melt of the transparent layer into the silicon melt, adversely affecting the growth of the silicon single crystal and reducing the yield of the single crystal of the silicon single crystal. Further, there is a problem that the
前記問題を解決するために、本出願人は、特許文献１に示すように、アーク放電により石英ガラスを溶融するのに用いられる石英ガラス溶融用カーボン電極において、この電極基材が、かさ密度１．８０ｇ／ｃｍ３以上で、かつ３点曲げ強さ３５ＭＰａ以上のカーボンからなることを特徴とする石英ガラス溶融用カーボン電極を提案している。 In order to solve the above-mentioned problem, the present applicant, as shown in Patent Document 1, in a carbon electrode for melting quartz glass used for melting quartz glass by arc discharge, the electrode substrate has a bulk density of 1 It proposes a carbon electrode for melting quartz glass, characterized by being made of carbon having a strength of 80 g / cm 3 or more and a three-point bending strength of 35 MPa or more.
ところで、特許文献１に記載された石英ガラス溶融用カーボン電極を用いても、従来の石英ガラス溶融用カーボン電極よりも優れた効果を奏するものの、少なからずしも、カーボン電極から落下するカーボン粒子があり、溶融中の石英ガラスルツボ（成形体）中で酸化消耗し、石英ガラス（透明層）内に泡を発生させる虞があった。
また、石英ガラス溶融用カーボン電極にあっては、アーク放電中にアーク放電切れ（アーク放電が停止）が発生し、均一な石英ガラスを形成することができないという問題があった。
By the way, even if the quartz glass melting carbon electrode described in Patent Document 1 is used, the carbon particles falling from the carbon electrode are not limited, although the effect is superior to that of the conventional quartz glass melting carbon electrode. In addition, there was a risk of oxidation and consumption in the fused quartz glass crucible (molded body), generating bubbles in the quartz glass (transparent layer).
Further, the quartz glass melting carbon electrode has a problem that arc discharge is cut (arc discharge is stopped) during arc discharge, and uniform quartz glass cannot be formed.
そこで、本出願人は、カーボン電極から落下するカーボン粒子をより少なくし、石英ガラス（透明層）内に泡を抑制すると共に、アーク放電中のアーク放電切れを抑制し、均一な石英ガラスを形成することを鋭意研究した。
その結果、カーボン電極を構成する電極基材のかさ密度が特定の範囲にあり、かつ固有抵抗が特定範囲内にある場合に、カーボン電極（電極基材）から落下するカーボン粒子をより抑制することができ、かつアーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、石英ガラス（透明層）内の泡の発生をより抑制した、均一な石英ガラスを形成することができることを想到し、本発明を完成した。
Therefore, the present applicant reduces carbon particles falling from the carbon electrode, suppresses bubbles in the quartz glass (transparent layer), suppresses arc discharge interruption during arc discharge, and forms uniform quartz glass. I studied earnestly.
As a result, when the bulk density of the electrode base material constituting the carbon electrode is within a specific range and the specific resistance is within the specific range, carbon particles falling from the carbon electrode (electrode base material) are further suppressed. The present invention has been completed by conceiving that it is possible to form a uniform quartz glass that can suppress arc discharge interruption during arc discharge and further suppress the generation of bubbles in the quartz glass (transparent layer). .
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できると共に、アーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成できる石英ガラス溶融用カーボン電極を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and can suppress generation of bubbles in quartz glass (transparent layer), and can suppress arc discharge interruption during arc discharge, and uniform quartz glass. An object of the present invention is to provide a carbon electrode for melting quartz glass that can form a glass.
上記目的を達成するためになされた石英ガラス溶融用カーボン電極は、アーク放電により石英ガラスを溶融するのに用いられる石英ガラス溶融用カーボン電極において、この電極基材が、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンからなることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the quartz glass melting carbon electrode is a quartz glass melting carbon electrode used for melting quartz glass by arc discharge, wherein the electrode substrate has a bulk density of 1.72 g / cm. 3 or more 1.75 g / cm 3 or less, and resistivity is characterized by comprising a 8μΩm less carbon than 7Myuomegaemu.
このように、電極基材が、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されているため、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できると共に、かつアーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができる。 Thus, the electrode substrate, the following bulk density 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3, and since the resistivity and a 8μΩm following carbon or 7Myuomegaemu, quartz glass (transparent layer) The generation of bubbles in the inside can be suppressed, and arc discharge interruption during arc discharge can be suppressed, and uniform quartz glass can be formed.
特に、石英ガラス溶融用カーボン電極のかさ密度が、１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下になされているため、カーボン電極から落下するカーボン粒子をより抑制することができ、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できることができる。
また、石英ガラス溶融用カーボン電極の固有抵抗が、７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されているため、アーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができる。
In particular, the bulk density of quartz glass for melting the carbon electrode, because it is made to 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3 or less, it is possible to further suppress the carbon particles falling from the carbon electrode, quartz glass Generation of bubbles in the (transparent layer) can be suppressed.
Moreover, since the specific resistance of the carbon electrode for melting quartz glass is made of carbon having a value of 7 μΩm or more and 8 μΩm or less, it is possible to suppress arc discharge interruption during arc discharge and to form uniform quartz glass.
本発明によれば、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できると共に、アーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成できる石英ガラス溶融用カーボン電極を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to suppress generation | occurrence | production of the bubble in quartz glass (transparent layer), the arc discharge interruption during arc discharge can be suppressed, and the carbon electrode for quartz glass melting which can form uniform quartz glass can be obtained. it can.
以下、本発明に係わる石英ガラス溶融用カーボン電極の実施形態を、シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの溶融を例とし、添付図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a quartz glass melting carbon electrode according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, taking the melting of a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal as an example.
図１は、石英ガラス溶融用カーボン電極１を示す側面図で、このカーボン電極１の外観形状は全体的に円柱形状であり、先端部１ａが先細の形状になされている。この後端部１ｂにはねじ部が形成され、図２に示すように、石英ガラス溶融用カーボン電極１の支持部１ｃに固定される。
また、カーボン電極１（電極基材）は、カーボン粒子がコークスなどの原料、例えば石炭系ピッチコークスと、コールタールピッチなどの結合材、例えば石炭系コールタールピッチとを炭化した混練物を用いて、一般的な製造方法により形成される。
FIG. 1 is a side view showing a carbon electrode 1 for melting quartz glass. The external appearance of the carbon electrode 1 is a cylindrical shape as a whole, and the tip end portion 1a is tapered. A screw portion is formed at the rear end portion 1b, and is fixed to the support portion 1c of the quartz glass melting carbon electrode 1 as shown in FIG.
The carbon electrode 1 (electrode base material) uses a kneaded material in which carbon particles are carbonized from a raw material such as coke, such as coal-based pitch coke, and a binder such as coal-tar pitch, such as coal-based coal tar pitch. It is formed by a general manufacturing method.
前記製造方法について一例を挙げれば、所定の粒径を有するカーボン質原料と、所定の残炭率を有する結合材とを加熱混練し、得られる混練物を粉砕し、これを粒径が所定の範囲内となるように篩分し、得られた２次粒子をＣＩＰ成形し、これを焼成後、所定温度（黒鉛化温度）で黒鉛化して黒鉛材料を得、これを加工、純化処理することによって、カーボン電極１（電極基材）形成する方法を挙げることができる。 If an example is given about the said manufacturing method, the carbonaceous raw material which has a predetermined particle size, and the binder which has a predetermined residual carbon ratio will heat-knead, the kneaded material obtained will be grind | pulverized, and this may be used for the particle size to be predetermined Sieving to be within the range, CIP molding of the obtained secondary particles, firing this, and graphitizing at a predetermined temperature (graphitization temperature) to obtain a graphite material, which is processed and purified The method of forming the carbon electrode 1 (electrode base material) can be mentioned.
また前記製造方法について他の例を挙げれば、所定の粒径を有するカーボン質原料と、所定の残炭率を有する結合材とを加熱混練し、得られる混練物を所定温度で押出し成形し、これを焼成後、所定温度（黒鉛化温度）で黒鉛化した黒鉛材料を得、これを加工、純化処理することによって、カーボン電極１（電極基材）形成する方法を挙げることができる。 As another example of the production method, a carbonaceous raw material having a predetermined particle size and a binder having a predetermined residual carbon ratio are heated and kneaded, and the obtained kneaded product is extruded at a predetermined temperature. A method for forming the carbon electrode 1 (electrode base material) by obtaining a graphite material graphitized at a predetermined temperature (graphitization temperature) after being fired, and processing and purifying it can be mentioned.
尚、製造方法で得られたカーボン電極１は、いずれも所定の気孔率を有するが、この気孔に熱硬化性樹脂、例えばフェノール系またはフラン系のものを含浸させた後、上述の焼成と同様に重油バーナを熱源とする炉で焼成し、加工して成形し、高純度処理を行い、灰分を５ｐｐｍ以下にして、カーボン電極１を製造しても良い。 The carbon electrode 1 obtained by the manufacturing method has a predetermined porosity, but after impregnating the pores with a thermosetting resin, for example, a phenol-based or furan-based one, the same as the above-described firing. Alternatively, the carbon electrode 1 may be manufactured by firing in a furnace using a heavy oil burner as a heat source, processing and molding, performing high-purity treatment, and reducing the ash content to 5 ppm or less.
熱硬化性樹脂を成形体に含浸することにより、カーボン粒子同士のネック部が強化され、使用時の消耗度合が小さく、カーボン粒子の落下も低減される。また、熱硬化性樹脂としてフェノール系またはフラン系のものを用いるのは、酸化されにくく、消耗落下を抑制でき、石英ガラスに泡を発生させにくく、シリコン単結晶の単結晶化歩留を向上させることができる。 By impregnating the molded body with the thermosetting resin, the neck portion between the carbon particles is strengthened, the degree of wear during use is small, and the falling of the carbon particles is also reduced. Also, the use of phenolic or furanic resins as thermosetting resins is difficult to oxidize, can suppress wear and fall, hardly generate bubbles in quartz glass, and improve the single crystallization yield of silicon single crystals. be able to.
本発明にかかる石英ガラス溶融用カーボン電極は、このカーボン電極の電極基材がかさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンからなる点に特徴を有している。 Quartz glass melting for carbon electrode according to the present invention, the electrode substrate of the carbon electrode is less bulk density 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3, and resistivity consists 8μΩm less carbon than 7μΩm It is characterized by a point.
前記かさ密度は、単位体積当りのカーボン量を示すもので、密度が高いほどカーボン電極の消耗、カーボン粒子の落下が少ない。特許文献１に示された１．８０ｇ／ｃｍ３よりも、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下と高く、カーボン電極の消耗、粒子のカーボン粒子の落下が極力抑制され、石英ガラス内の泡の発生を極力抑止される。 The bulk density indicates the amount of carbon per unit volume, and the higher the density, the less the carbon electrode is consumed and the carbon particles fall. Than 1.80 g / cm 3 described in Patent Document 1, a bulk density of 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3 or less and high consumption of carbon electrodes, the drop of the carbon particles of the particle is suppressed as much as possible The generation of bubbles in the quartz glass is suppressed as much as possible.
このかさ密度は、上記製造方法において、カーボン質原料の粒径小さくこと（気孔率を小さくすること）によって、かさ密度を高くすることができる。
このかさ密度は、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍに切り出したサンプルの重量と体積から、ＪＩＳ−Ｒ７２２２−１９９７「黒鉛素材の物理特性測定方法」に準拠した方法で算出する。
The bulk density can be increased by reducing the particle size of the carbonaceous raw material (decreasing the porosity) in the above manufacturing method.
This bulk density is calculated from the weight and volume of a sample cut out to 20 mm × 20 mm × 100 mm by a method in accordance with JIS-R7222-1997 “Method for Measuring Physical Properties of Graphite Material”.
また、石英ガラス溶融用カーボン電極（電極基材）の固有抵抗は、７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されている。
前記電極基材の固有抵抗が前記特定の範囲内にあるため、アーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、またカーボン電極の消耗、粒子の落下をより抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができる。
尚、前記固有抵抗は体積固有抵抗を意味し、アークの安定性、カーボン電極の消耗、カーボン粒子の落下から鑑みれば、電極基材の固有抵抗は小さい方が望ましい。
The specific resistance of the quartz glass melting carbon electrode (electrode substrate) is made of carbon of 7 μΩm or more and 8 μΩm or less.
Since the specific resistance of the electrode substrate is within the specific range, arc discharge interruption during arc discharge can be suppressed, carbon electrode consumption and particle fall can be further suppressed, and uniform quartz glass can be formed. Can do.
The specific resistance means volume specific resistance, and it is desirable that the specific resistance of the electrode base material is small in view of arc stability, carbon electrode consumption, and carbon particle dropping.
ところで、前記固有抵抗は、カーボン電極のかさ密度（気孔率）、不純物等の影響を受け、固有抵抗が特定の抵抗値を超えると、アーク放電中のアーク放電切れ（アーク放電の停止）等、アークの放電異常を起こし、均一な石英ルツボの製造に悪影響を与える。 By the way, the specific resistance is affected by the bulk density (porosity), impurities, etc. of the carbon electrode, and when the specific resistance exceeds a specific resistance value, arc discharge during arc discharge (stop of arc discharge), etc. This causes an abnormal arc discharge and adversely affects the production of a uniform quartz crucible.
この電極基材の固有抵抗は、上記製造方法において、かさ密度、黒鉛化度などを変化させることにより調整することができる。
黒鉛化温度を高くし、黒鉛化度を高くする（黒鉛化度：黒鉛結晶構造の成長度合い）と固有抵抗は低くなる。また、かさ密度を高くすると固有抵抗は低くなる。このかさ密度は成形圧力、成形後の含浸などにより調整することができる。
そのほかに、原料粉末を配向させる、すなわち異方性をコントロールすることによっても固有抵抗を調整することができる。
The specific resistance of the electrode substrate can be adjusted by changing the bulk density, the degree of graphitization, and the like in the manufacturing method.
When the graphitization temperature is increased and the graphitization degree is increased (the degree of graphitization: the degree of growth of the graphite crystal structure), the specific resistance decreases. Further, when the bulk density is increased, the specific resistance is decreased. This bulk density can be adjusted by molding pressure, impregnation after molding, and the like.
In addition, the resistivity can be adjusted by orienting the raw material powder, that is, controlling the anisotropy.
この固有抵抗は、ＪＩＳ−Ｒ７２２２−１９９７「黒鉛素材の物理特性測定方法」に準拠した方法で室温（２０℃）において測定することができる。 This specific resistance can be measured at room temperature (20 ° C.) by a method based on JIS-R7222-1997 “Method for Measuring Physical Properties of Graphite Material”.
次に、本発明に係わる石英ガラス溶融用カーボン電極を用いた石英ガラスルツボの製造方法について説明する。 Next, a method for producing a quartz glass crucible using the quartz glass melting carbon electrode according to the present invention will be described.
図２に示すような石英ガラスルツボ製造装置２のルツボ成形用型３は、減圧可能な構造を有する内側部材４と、その外周に通気部５を設けて、前記内側部材４を保持する保持体６とから構成されている。
前記保持体６の下部には、図示しない回転手段と連結されている回転軸７が固着されていて、ルツボ成形用型３を回転可能なようにして支持している。
A crucible molding die 3 of the quartz glass
A
前記通気部５は、保持体６の下部に設けられた開口部８を介して、回転軸７の中央に設けられた排気口９と連結されている。この排気口９は、減圧機構１０と連結されている。
また、前記内側部材８に対向する上部には、アーク放電による石英ガラス溶融用の３本のカーボン電極１が設けられている。
The
Further, three carbon electrodes 1 for melting quartz glass by arc discharge are provided on the upper part facing the inner member 8.
そして、上記石英ガラスルツボ製造装置２を用いて石英ガラスルツボの製造を行うには、図示しない回転駆動源を稼働させて回転軸７を矢印の方向に回転させることによってルツボ成形用型３を高速で回転させる。また、ルツボ成形用型３内に供給管（図示せず）から高純度のシリカ粉末を供給する。供給されたシリカ粉末は、遠心力によってルツボ成形用型３の内側部材４に押圧され、ルツボ形状のルツボ成形体１１として成形される。
更に、前記減圧機構１０の作動により内側部材４内を減圧し、カーボン電極１に通電して、ルツボ成形体１１の内側からアーク放電により加熱し、成形体１１の内表面から徐々に溶融層を形成する。その後、前記溶融層が冷却されることにより、石英ガラスルツボが製造される。
In order to manufacture the silica glass crucible using the silica glass
Further, the inside of the
前記アーク放電により石英ガラス（ルツボ成形体）を溶融して石英ガラスルツボを製造する工程において、用いられるカーボン電極１の電極基材が、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されている。
そのため、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制でき、かつアーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができる。
Wherein in the step of arcing produced quartz glass crucible by melting quartz glass (crucible molded body), the electrode substrate of the carbon electrode 1 used is, bulk density 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3 The carbon is composed of carbon having a specific resistance of 7 μΩm or more and 8 μΩm or less.
Therefore, generation | occurrence | production of the bubble in quartz glass (transparent layer) can be suppressed, and the arc discharge interruption during arc discharge can be suppressed, and uniform quartz glass can be formed.
特に、石英ガラス溶融用カーボン電極１（電極基材）のかさ密度が、１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下になされているため、カーボン電極１から落下するカーボン粒子をより抑制することができ、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できることができる。
また、石英ガラス溶融用カーボン電極（電極基材）の固有抵抗が、７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されているため、アーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができる。
In particular, the bulk density of the quartz glass melting Carbon electrode 1 (electrode substrate) is, because it is made to 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3 or less, more suppress the carbon particles falling from the carbon electrode 1 It is possible to suppress the generation of bubbles in the quartz glass (transparent layer).
In addition, since the specific resistance of the carbon electrode for melting quartz glass (electrode base material) is composed of carbon of 7 μΩm or more and 8 μΩm or less, arc discharge interruption during arc discharge can be suppressed and uniform quartz glass can be formed. Can do.
表１の実施例１〜４および比較例１〜６に示すような固有抵抗、かさ密度を有するカーボン電極を製作し、石英ガラスルツボを製造する工程において、アーク放電切れの発生、また製造させた石英ルツボの発生について検証した。 Carbon electrodes having specific resistance and bulk density as shown in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6 in Table 1 were produced, and in the process of producing a quartz glass crucible, arc discharge breakage occurred and was produced. The generation of quartz crucible was verified.
表１の実施例１〜４および比較例１〜６は、所定の粒度を持つカーボン質原料（１次粒子）である石炭系ピッチコークスと残炭率が５５％である石炭系コールタールピッチ（結合材）を加熱乾燥した混練物を粉砕し、篩分した２次粒子を、ＣＩＰ成形し、この成形体を重油バーナを熱源とする炉で焼成した後、３０００℃で黒鉛化を行い、これを用いて図１に示すように加工し、さらに、２０００℃以上でハロゲンガスを流した炉内で純化処理を行い、灰分１ｐｐｍのカーボン電極を製造した。 Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6 in Table 1 are a coal-based pitch coke which is a carbonaceous raw material (primary particles) having a predetermined particle size and a coal-based coal tar pitch having a residual coal ratio of 55% ( The kneaded product obtained by heating and drying the binder) is pulverized and sieved secondary particles are subjected to CIP molding, and the molded body is fired in a furnace using a heavy oil burner as a heat source, and then graphitized at 3000 ° C. As shown in FIG. 1, it was further purified in a furnace in which a halogen gas was passed at 2000 ° C. or higher to produce a carbon electrode having an ash content of 1 ppm.
この際、カーボン質原料の粒度、ＣＩＰ成形時の圧力および上記焼成時の温度、時間を変えることによって、表１の通り、かさ密度、固有抵抗が異なるカーボン電極を得た（実施例１〜４および比較例１〜６）。 At this time, carbon electrodes having different bulk densities and specific resistances were obtained as shown in Table 1 by changing the particle size of the carbonaceous raw material, the pressure during CIP molding, the temperature during the firing, and the time (Examples 1 to 4). And Comparative Examples 1-6).
そして、各実施例、各比較例をそれぞれアーク回転溶融法による石英ガラスルツボ製造装置にカーボン電極として組込み、ＣＺ法によるシリコン単結晶引上げ装置に使用される石英ガラスルツボを製造し、カーボン電極および石英ガラスルツボを評価した結果を表１に示す。 Each example and each comparative example were incorporated as a carbon electrode in a quartz glass crucible manufacturing apparatus using an arc rotation melting method, and a quartz glass crucible used in a silicon single crystal pulling apparatus using a CZ method was manufactured. The results of evaluating the glass crucible are shown in Table 1.
各実施例、各比較例おいて３本のカーボン電極を１セットとし、１セットの電極において口径が２２インチの石英ガラスルツボを４個製造し、各５セットの各実施例、各比較例の石英ガラスルツボを２０個製造した。
そして、夫々のカーボン電極、石英ガラスルツボについて評価した。その結果を表１に示す。
In each example and each comparative example, one set of three carbon electrodes was used, and four quartz glass crucibles having a diameter of 22 inches were manufactured in one set of electrodes. Each of the five sets of each example and each comparative example was manufactured. Twenty quartz glass crucibles were produced.
Each carbon electrode and quartz glass crucible were evaluated. The results are shown in Table 1.
表１において、ルツボの寸法は、ノギス、キャリパー、超音波膜厚計、測定冶具などを用いて測定し、前記石英ガラスルツボを２０個の平均値から評価した。そして、ルツボ各部の寸法が全て規格内の場合は◎、規格ギリギリの寸法がある場合は○、一部規格外の寸法がある場合は△、全て規格外の場合は×として評価した。 In Table 1, the dimensions of the crucible were measured using a caliper, caliper, ultrasonic film thickness meter, measuring jig, etc., and the quartz glass crucible was evaluated from the average value of 20 pieces. The crucible was evaluated as ◎ when all the dimensions were within the standard, ◯ when there was a standard limit, △ when there were some nonstandard specifications, and x when all the standards were out of specification.
また、ルツボの外観は、石英ガラスルツボを２０個のうち泡、黒点など異物混入がない場合は◎、規格内の場合は○、規格内だが個数が多い場合は△、規格外の場合は×として評価した。 The appearance of the crucible is: ◎ if there is no foreign matter such as bubbles or black spots out of 20 quartz glass crucibles, ○ if it is within the standard, △ if the number is within the standard but many, × if it is not standard As evaluated.
また、ルツボの泡の発生は、透明層の泡の有無を目視により確認し、前記石英ガラスルツボを２０個の平均値から評価した。そして、電極に起因する泡発生率が１０％以下の場合は◎、電極に起因する泡発生率が１０％超えて〜２０％以下の場合は○、２０％超えて〜４０％以下の場合は△、４０％越える場合は×として評価した。 Moreover, the generation | occurrence | production of the bubble of a crucible confirmed visually the presence or absence of the bubble of a transparent layer, and evaluated the said quartz glass crucible from 20 average values. And, when the bubble generation rate due to the electrode is 10% or less, ◎, when the bubble generation rate due to the electrode exceeds 10% to 20% or less, ○, when it exceeds 20% to 40% or less Δ, when exceeding 40%, evaluated as x.
また、カーボン電極の純度は、ＩＣＰ発光分析装置により測定し、遷移金属系元素の含有量が規格値の８０％以下の場合は◎、規格値以下の場合は○、一部の元素が規格値超の場合は△、一部の元素が規格値超の場合は×として評価した。 The purity of the carbon electrode is measured with an ICP emission spectrometer. The transition metal element content is ◎ when the content is 80% or less of the standard value, ◯ when the content is less than the standard value, and some elements are standard values. When it was over, it was evaluated as Δ, and when some elements were over the standard value, it was evaluated as x.
また、アークの安定性は、石英ガラスルツボを２０個製造する際、アーク切れが１回以下の場合は◎、２回以下の場合は○、３回以下の場合は△、４回以上の場合は×として評価した。 In addition, when manufacturing 20 quartz glass crucibles, the stability of the arc is ◎ if the arc break is 1 or less, ○ if 2 or less, △ if 3 or less, △ if 4 or more. Was evaluated as x.
この表１から明らかなように、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンから構成されている場合に、石英ガラス（透明層）内の泡の発生を抑制できると共に、かつアーク放電中のアーク放電切れを抑制でき、均一な石英ガラスを形成することができることを確認することができた。
尚、比較例６にあっては、アークの安定性が悪く、石英ガラスルツボを製造することができなかった。
As it is clear from Table 1, when the following bulk density 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3, and the specific resistance and a 8μΩm following carbon or 7Myuomegaemu, quartz glass (transparent layer It was confirmed that it was possible to suppress the generation of bubbles in the inside and the arc discharge during arc discharge and to form a uniform quartz glass.
In Comparative Example 6, the stability of the arc was poor and a quartz glass crucible could not be manufactured.
１ 石英ガラス溶融用カーボン電極
２ 石英ガラスルツボ製造装置
1 Carbon electrode for melting
Claims (1)
この電極基材が、かさ密度１．７２ｇ／ｃｍ３以上１．７５ｇ／ｃｍ３以下で、かつ固有抵抗が７μΩｍ以上８μΩｍ以下のカーボンからなることを特徴とする石英ガラス溶融用カーボン電極。 In the quartz glass melting carbon electrode used to melt quartz glass by arc discharge,
The electrode substrate, a bulk density of 1.72 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3 or less, and resistivity quartz glass melting Carbon electrodes, characterized in that it consists 8μΩm less carbon than 7Myuomegaemu.
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