JP7093264B2 - Reactor - Google Patents
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Description
本発明は、反応装置に関する。 The present invention relates to a reactor.
黒鉛は、高い耐熱性と、化学的安定性を備えているので、高温で使用する様々な反応装置に使用されている。 Graphite has high heat resistance and chemical stability, so it is used in various reactors used at high temperatures.
特許文献１には、単結晶ＳｉＣを液相で育成するための装置が記載されている。
具体的には、少なくとも炭素（Ｃ）原子を含む坩堝内の底部に種結晶となる炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板を配置し、このＳｉＣ単結晶基板の上面を覆うように坩堝内に二酸化珪素（ＳｉＯ２）粉末を充填するとともに、さらにその上部にＳｉＯ２粉末とＳｉＣ粉末の混合粉末を充填した状態で、底部側が低温となるように上下の温度差を保ちながら不活性雰囲気中で加熱して両粉末を溶解させ、その融液中に上記ＳｉＣ単結晶基板を所定時間に亘り浸漬保持させることにより、ＳｉＣ単結晶基板の表面に単結晶を育成させる。
ここで、上記坩堝として、黒鉛製坩堝あるいはその内面にＳｉＣもしくは焼結ＳｉＣのコーティング層を施した坩堝が望ましいことが記載されている。
Patent Document 1 describes an apparatus for growing a single crystal SiC in a liquid phase.
Specifically, a silicon carbide (SiC) single crystal substrate to be a seed crystal is placed at the bottom of the pit containing at least a carbon (C) atom, and silicon dioxide silicon dioxide is placed in the pit so as to cover the upper surface of the SiC single crystal substrate. In a state where (SiO 2 ) powder is filled and a mixed powder of SiO 2 powder and SiC powder is further filled in the upper part thereof, the mixture is heated in an inert atmosphere while keeping the temperature difference between the upper and lower sides so that the bottom side becomes low temperature. By dissolving both powders and immersing and holding the SiC single crystal substrate in the melt for a predetermined time, a single crystal is grown on the surface of the SiC single crystal substrate.
Here, it is described that as the above-mentioned crucible, a graphite crucible or a crucible having a coating layer of SiC or sintered SiC on the inner surface thereof is desirable.
特許文献２には、ＳｉＯガスの発生源を加熱する方法として黒鉛ルツボを用いることが記載されている。ＳｉＯガスは、Ｓｉ粉とＳｉＯ２粉との混合体、またはＳｉＣ粉とＳｉＯ２粉との混合体、あるいは炭素粉とＳｉＯ２粉との混合体、その他ケイ素化合物を１２００～２３００℃に加熱することにより発生させることができることが記載されている。
上記に記載された発明では、黒鉛あるいは、ＳｉＣを被覆した黒鉛のルツボを用いて反応を行っているが、黒鉛は、Ｓｉ、ＳｉＯ２及びこれらを加熱することにより発生する酸化性ガスとの反応性が高く、ＳｉＣの被覆は、わずかな酸素が存在する場合に酸化する。このため、Ｓｉ、ケイ素化合物などの反応に使用するルツボは、ライフが短く頻繁に交換しなければならない。本発明は、上記課題を鑑み、ライフの長い反応装置を提供することを目的とする。 In the invention described above, the reaction is carried out using graphite or a graphite pot coated with SiC, and the graphite reacts with Si, SiO 2 , and an oxidizing gas generated by heating these. Highly reactive, the SiC coating oxidizes in the presence of a small amount of oxygen. Therefore, the crucible used for the reaction of Si, silicon compounds, etc. has a short life and must be replaced frequently. In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a reaction device having a long life.
上記課題を解決するため、本発明の反応装置は、酸化物系セラミックを含む原料粉を加熱する黒鉛基材からなる反応装置であって、上記黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成され原料粉と接する収容部と、上記黒鉛基材の表面に熱分解炭素被膜が形成された本体部と、からなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the reaction device of the present invention is a reaction device made of a graphite base material that heats a raw material powder containing an oxide-based ceramic, and a CVD-SiC film is formed on the surface of the graphite base material. It is characterized by comprising an accommodating portion in contact with raw material powder and a main body portion in which a pyrolytic carbon film is formed on the surface of the graphite base material.
本発明の反応装置では、原料粉と接触する収容部では、黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成されている。ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜は緻密である上に酸化性ガスの濃度が高い場合に酸化性ガスとの反応性が低いため、黒鉛基材を十分に保護し侵食を防止することができる。
一方、本体部では、黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜に代わって熱分解炭素被膜が形成されている。原料粉を加熱することにより発生した酸化性ガスが雰囲気ガスにより希釈されると、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が消耗しやすい環境となるが、本体部には、酸化性ガスの希薄な環境下において酸化性ガスとの反応性が低い熱分解炭素被膜が形成されているため、黒鉛基材を反応性ガスから充分に保護し、侵食を防止することができる。
すなわち、本発明の反応装置では、濃度が高い酸化性ガスと接触する収容部と濃度の低い酸化性ガスと接触する本体部の両方に、それぞれ最適な被膜が形成されているため、収容部及び本体部のいずれにおいても酸化性ガスとの反応による摩耗が進行しにくく、ライフが長い。
In the reaction apparatus of the present invention, a CVD-SiC film is formed on the surface of the graphite base material in the accommodating portion in contact with the raw material powder. Since the CVD-SiC film is dense and has low reactivity with the oxidizing gas when the concentration of the oxidizing gas is high, it can sufficiently protect the graphite base material and prevent erosion.
On the other hand, in the main body, a pyrolytic carbon film is formed on the surface of the graphite base material instead of the CVD-SiC film. When the oxidizing gas generated by heating the raw material powder is diluted with the atmospheric gas, the CVD-SiC film is easily consumed, but the main body is oxidative in an environment where the oxidizing gas is diluted. Since the thermally decomposed carbon film having low reactivity with the gas is formed, the graphite base material can be sufficiently protected from the reactive gas and erosion can be prevented.
That is, in the reaction apparatus of the present invention, an optimum film is formed on both the accommodating portion in contact with the high-concentration oxidizing gas and the main body portion in contact with the low-concentration oxidizing gas. Wearing due to the reaction with the oxidizing gas does not easily progress in any of the main bodies, and the life is long.
本発明の反応装置は、次の態様であることが好ましい。 The reactor of the present invention preferably has the following aspects.
（１）上記ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び上記熱分解炭素被膜が同一の黒鉛基材に形成されており、上記収容部及び上記本体部が一体化している。 (1) The CVD-SiC film and the pyrolytic carbon film are formed on the same graphite base material, and the accommodating portion and the main body portion are integrated.
（２）上記ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び上記熱分解炭素被膜が異なる黒鉛素材に形成されており、上記収容部及び上記本体部が一体化していない。 (2) The CVD-SiC film and the pyrolytic carbon film are formed of different graphite materials, and the accommodating portion and the main body portion are not integrated.
（３）上記収容部及び上記本体部は連結部材により連結されており、上記収容部及び上記本体部は、それぞれ上記連結部材に接合されている。 (3) The accommodating portion and the main body portion are connected by a connecting member, and the accommodating portion and the main body portion are each joined to the connecting member.
（４）上記連結部材は、反応装置の外側に配置される当て板と、反応装置の内側から挿入されるネジとからなる。 (4) The connecting member includes a backing plate arranged on the outside of the reaction device and a screw inserted from the inside of the reaction device.
（５）上記連結部材は、Ｃ／Ｃ複合材からなる。 (5) The connecting member is made of a C / C composite material.
本発明によれば、ライフの長い反応装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a reaction device having a long life.
本発明の反応装置は、酸化物系セラミックを含む原料粉を加熱する黒鉛基材からなる反応装置であって、上記黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成され原料粉と接する収容部と、上記黒鉛基材の表面に熱分解炭素被膜が形成された本体部と、からなることを特徴とする。 The reaction device of the present invention is a reaction device made of a graphite base material that heats a raw material powder containing an oxide-based ceramic, and has a storage portion in which a CVD-SiC film is formed on the surface of the graphite base material and is in contact with the raw material powder. It is characterized by comprising a main body portion in which a pyrolytic carbon film is formed on the surface of the graphite base material.
本発明の反応装置が加熱の対象とする酸化物系セラミックとしては、例えば、フェライト、シリカ、Ｓｉ、ＳｉＣ等が挙げられる。フェライトやシリカに対してＳｉやＳｉＣを混合し加熱することで、酸化性ガスが発生し、黒鉛基材との反応を起こしやすい。
酸化物系セラミックの加熱により発生した酸化性ガスは、発生源である酸化物系セラミックの周囲（すなわち収容部）で濃度が高く、それ以外の部分では、雰囲気ガスに希釈されて濃度が低下する。
例えば、シリカを炭素、ＳｉＣ又はＳｉと混合した混合体（原料粉）を加熱すると、下記式（１）～（３）に示すように、シリカが還元されてＳｉＯ、Ｏ２、ＣＯ等の酸化性ガスが生成し、保護膜がなければ、多孔質である黒鉛基材の内面を少しずつ侵食する。
ＳｉＯ２＋Ｓｉ→２ＳｉＯ （１）
ＳｉＯ２＋Ｃ→ＳｉＣ＋Ｏ２ （２）
２ＳｉＯ２＋ＳｉＣ→３ＳｉＯ＋ＣＯ （３）
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜は、酸化性ガスの濃度が高い場合、表面にＳｉＯ２の薄い被膜を形成し、黒鉛基材の侵食を防止することができる。しかしながら、酸化性ガスの濃度が低くなると表面にＳｉＯ２の被膜を形成することができず、消耗するようになる。
一方、熱分解炭素被膜は、酸化性ガスの希薄な環境下で酸化性ガスとの反応性が低いため、黒鉛基材の侵食を防止することができる。
すなわち、本発明の反応装置では、濃度が高い酸化性ガスと接触する収容部と濃度の低い酸化性ガスと接触する本体部の両方に、それぞれ最適な被膜が形成されているため、収容部及び本体部のいずれにおいても酸化性ガスとの反応による摩耗が進行しにくく、ライフが長い。
Examples of the oxide-based ceramic to be heated by the reaction apparatus of the present invention include ferrite, silica, Si, SiC and the like. By mixing Si or SiC with ferrite or silica and heating it, an oxidizing gas is generated, and a reaction with a graphite substrate is likely to occur.
The oxidative gas generated by heating the oxide-based ceramic has a high concentration around the oxide-based ceramic that is the source (that is, the accommodating portion), and the other portion is diluted with the atmospheric gas to decrease the concentration. ..
For example, when a mixture (raw material powder) in which silica is mixed with carbon, SiC or Si is heated, silica is reduced and oxidation of SiO, O2 , CO and the like as shown in the following formulas (1) to (3). If sex gas is generated and there is no protective film, it gradually erodes the inner surface of the porous graphite substrate.
SiO 2 + Si → 2SiO (1)
SiO 2 + C → SiC + O 2 (2)
2SiO 2 + SiC → 3SiO + CO (3)
When the concentration of the oxidizing gas is high, the CVD-SiC film can form a thin film of SiO 2 on the surface and prevent erosion of the graphite base material. However, when the concentration of the oxidizing gas becomes low, the film of SiO 2 cannot be formed on the surface and the gas is consumed.
On the other hand, since the pyrolytic carbon film has low reactivity with the oxidizing gas in a dilute environment of the oxidizing gas, it is possible to prevent erosion of the graphite base material.
That is, in the reaction apparatus of the present invention, an optimum film is formed on both the accommodating portion in contact with the high-concentration oxidizing gas and the main body portion in contact with the low-concentration oxidizing gas. Wearing due to the reaction with the oxidizing gas does not easily progress in any of the main bodies, and the life is long.
本発明の反応装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明の反応装置の第一実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、反応装置１は、原料粉（図示しない）と接する収容部１０と、本体部２０とからなり、収容部１０が本体部２０の内部に収容されている。
収容部１０では、黒鉛基材１００の内側にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている。また、黒鉛基材１００の外側には熱分解炭素被膜２１が形成されている。
本体部２０では、黒鉛基材１０１の内側に熱分解炭素被膜２１が形成されている。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている黒鉛基材１００と熱分解炭素被膜２１が形成されている黒鉛基材１０１は異なるため、収容部１０と本体部２０は一体化していない。
The configuration of the reaction apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the first embodiment of the reaction apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 1, the reaction device 1 includes an
In the
In the
Since the
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜は、同一の黒鉛基材に形成されていてもよく、異なる黒鉛基材に形成されていてもよい。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜が同一の黒鉛基材に形成されていると、収容部及び本体部が一体化することとなる。一方、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜が異なる黒鉛基材に形成されていると、収容部及び本体部が一体化していない反応装置となる。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜は、同一の黒鉛基材に形成されていると、収容部と本体部との間に隙間が存在しないため、隙間から反応装置の外側に漏れた酸化性ガスによって、反応装置の外面が侵食されることを抑制することができる。
The CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating may be formed on the same graphite substrate or may be formed on different graphite substrates.
When the CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on the same graphite base material, the accommodating portion and the main body portion are integrated. On the other hand, if the CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on different graphite substrates, the reaction apparatus is such that the accommodating portion and the main body portion are not integrated.
When the CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on the same graphite substrate, there is no gap between the accommodating portion and the main body portion, so that the oxidizing gas leaked from the gap to the outside of the reactor. This can prevent the outer surface of the reactor from being eroded.
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜が異なる黒鉛基材に形成されている場合、収容部となる黒鉛基材の上部に本体部となる黒鉛基材を組み合わせてもよいし、本体部となる黒鉛基材の内部に収容部となる黒鉛基材を収容してもよい。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜が異なる黒鉛基材に形成されていると、本体部又は収容部のいずれか一方だけが破損した場合であっても、全体が破損することがない。
When the CVD-SiC film and the pyrolytic carbon film are formed on different graphite substrates, the graphite substrate as the main body may be combined with the graphite substrate as the main body on the upper part of the graphite substrate as the accommodating portion, or the graphite as the main body may be combined. A graphite base material to be an accommodating portion may be accommodated inside the base material.
When the CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on different graphite substrates, even if only one of the main body portion and the accommodating portion is damaged, the whole is not damaged.
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜及び熱分解炭素被膜が異なる黒鉛基材に形成されている場合、収容部となる黒鉛基材と本体部となる黒鉛基材を、連結部材により連結してもよい。
連結部材の形状及び構成は特に限定されないが、収容部及び本体部がそれぞれ連結部材と接合していることが好ましく、例えば、反応装置の外側に配置される当て板と、反応装置の内側に配置されるネジからなる連結部材が挙げられる。
反応装置の外側に配置される当て板と反応装置の内側に配置されるネジとが、収容部又は本体部を介して螺合することによって、収容部と連結部材、又は、本体部と連結部材とを接合することができる。
また、連結部材の主要部品である当て板が反応装置の外側に配置されているので、本体部、収容部が一様に酸化性ガスと反応し、不均一な侵食を原因とする内部応力の発生を防止することができる。このためライフを長くすることができる。
When the CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on different graphite substrates, the graphite substrate as the accommodating portion and the graphite substrate as the main body may be connected by a connecting member.
The shape and configuration of the connecting member are not particularly limited, but it is preferable that the accommodating portion and the main body portion are joined to the connecting member, respectively. Examples thereof include a connecting member made of a screw to be formed.
By screwing the backing plate arranged on the outside of the reaction device and the screw arranged on the inside of the reaction device via the accommodating portion or the main body portion, the accommodating portion and the connecting member or the main body portion and the connecting member are screwed together. Can be joined with.
In addition, since the backing plate, which is the main component of the connecting member, is arranged on the outside of the reaction device, the main body and the accommodating part uniformly react with the oxidizing gas, and the internal stress caused by non-uniform erosion is generated. It can be prevented from occurring. Therefore, the life can be extended.
連結部材を構成する材料は特に限定されないが、Ｃ／Ｃ複合材（炭素繊維強化炭素複合材料ともいう）であることが好ましい。
Ｃ／Ｃ複合材は破壊が一気に起こらないので、連結部材の侵食の状況を確認し、必要なタイミングで交換を実施することができる。
The material constituting the connecting member is not particularly limited, but is preferably a C / C composite material (also referred to as a carbon fiber reinforced carbon composite material).
Since the C / C composite material does not break at once, it is possible to check the erosion status of the connecting member and replace it at the required timing.
連結部材のうち、原料粉と接触する部分にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜を形成してもよい。
また、連結部材のうち、原料粉と接触しない部分に熱分解炭素被膜を形成してもよい。
A CVD-SiC film may be formed on a portion of the connecting member that comes into contact with the raw material powder.
Further, a pyrolytic carbon film may be formed on a portion of the connecting member that does not come into contact with the raw material powder.
収容部を構成する黒鉛基材と本体部を構成する黒鉛基材との連結部は、平面状であってもよいが、段差を有していてもよい。連結部に段差を設けることにより、原料粉より発生する酸化性ガスが連結部から漏れることを抑制することができる。 The connecting portion between the graphite base material constituting the accommodating portion and the graphite base material constituting the main body portion may be flat or may have a step. By providing a step in the connecting portion, it is possible to prevent the oxidizing gas generated from the raw material powder from leaking from the connecting portion.
収容部となる黒鉛基材、及び、本体部となる黒鉛基材はそれぞれ、２つ以上の黒鉛基材で構成されていてもよい。 The graphite base material serving as the accommodating portion and the graphite base material serving as the main body portion may each be composed of two or more graphite base materials.
本発明の反応装置において、収容部に形成されるＣＶＤ－ＳｉＣ被膜の厚さは特に限定されないが、２０～１００μｍであることが好ましい。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜の厚さが２０μｍ以上の場合、黒鉛基材に気孔があっても周囲に充分な厚さのＣＶＤ－ＳｉＣ被膜を形成することができる。一方、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜の厚さが１００μｍ以下の場合、黒鉛基材との熱膨張差による変形やクラックの影響を受けにくくすることができる。
In the reaction apparatus of the present invention, the thickness of the CVD-SiC coating formed on the accommodating portion is not particularly limited, but is preferably 20 to 100 μm.
When the thickness of the CVD-SiC coating is 20 μm or more, it is possible to form a CVD-SiC coating having a sufficient thickness in the periphery even if the graphite substrate has pores. On the other hand, when the thickness of the CVD-SiC film is 100 μm or less, it is possible to reduce the influence of deformation and cracks due to the difference in thermal expansion from the graphite substrate.
本発明の反応装置において、本体部に形成される熱分解炭素被膜の厚さは特に限定されないが、２０～１００μｍであることが好ましい。
熱分解炭素被膜の厚さが２０μｍ以上の場合、黒鉛基材に気孔があっても周囲に十分な厚さの熱分解被膜を形成することができる。一方、熱分解炭素被膜の厚さが１００μｍ以下の場合、熱分解炭素被膜の層間剥離が起こりにくい。
黒鉛基材に熱分解炭素被膜を形成する方法としては、炭化水素ガスを原料としたＣＶＤ法等が挙げられる。
In the reaction apparatus of the present invention, the thickness of the pyrolytic carbon film formed on the main body is not particularly limited, but is preferably 20 to 100 μm.
When the thickness of the pyrolytic carbon film is 20 μm or more, it is possible to form a pyrolysis film having a sufficient thickness around the graphite substrate even if the graphite substrate has pores. On the other hand, when the thickness of the pyrolytic carbon film is 100 μm or less, delamination of the pyrolytic carbon film is unlikely to occur.
Examples of the method for forming a pyrolytic carbon film on a graphite substrate include a CVD method using a hydrocarbon gas as a raw material.
本発明の反応装置において、黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜と熱分解炭素被膜の両方が形成されていてもよい。
ただし、最表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成されている部分を収容部とし、最表面に熱分解炭素被膜が形成されている部分を本体部とする。
In the reaction apparatus of the present invention, both a CVD-SiC coating and a pyrolytic carbon coating may be formed on the surface of the graphite base material.
However, the portion where the CVD-SiC film is formed on the outermost surface is used as the accommodating portion, and the portion where the pyrolytic carbon film is formed on the outermost surface is used as the main body portion.
本発明の反応装置のその他の実施形態についても説明する。 Other embodiments of the reactor of the present invention will also be described.
図２は、本発明の反応装置の第二実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図２に示すように、反応装置２は、原料粉（図示しない）と接する収容部１０と、本体部２０とからなり、収容部１０が本体部２０の内部に収容されている。
収容部１０では、黒鉛基材１００の表面全体にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている。
本体部２０では、黒鉛基材１０１の内側に熱分解炭素被膜２１が形成されている。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成される黒鉛基材１００と熱分解炭素被膜２１が形成される黒鉛基材１０１は異なる黒鉛素材であるため、収容部１０と本体部２０は一体化していない。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a second embodiment of the reaction apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 2, the
In the
In the
Since the
図３は、本発明の反応装置の第三実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図３に示すように、反応装置３は、原料粉（図示しない）と接する収容部１０と、本体部２０とからなり、反応装置３の下部が収容部１０、上部が本体部２０となっている。
反応装置３では、収容部１０を構成する黒鉛基材１０１と本体部２０を構成する黒鉛基材１０１は同一である。黒鉛基材１０１の内側全体に熱分解炭素被膜２１が形成されており、さらに、黒鉛基材１０１の下部（図３中の破線よりも下側の部分）の内側（熱分解炭素被膜２１の表面）にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている。このことから、図３に示す反応装置では、黒鉛基材１０１の上部（図３中の破線よりも上側の部分）が本体部２０を構成しており、黒鉛基材１０１の下部（図３中の破線よりも下側の部分）が収容部１０を構成している。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成される黒鉛基材１０１と熱分解炭素被膜２１が形成される黒鉛基材１０１は同一であり、収容部１０と本体部２０は一体化している。
なお、反応装置の外側は、過酷な環境に曝されるわけではないので、黒鉛基材が露出していてもよく、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜や熱分解炭素被膜が形成されていてもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a third embodiment of the reaction apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 3, the
In the
The
Since the outside of the reactor is not exposed to a harsh environment, the graphite base material may be exposed, and a CVD-SiC film or a pyrolytic carbon film may be formed.
図４は、本発明の反応装置の第四実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すように、反応装置４は、原料粉（図示しない）と接する収容部１０と、本体部２０とからなり、反応装置４の下部が収容部１０、上部が本体部２０となっている。
収容部１０では、黒鉛基材１０２の内側にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている。
本体部２０では、黒鉛基材１０３の内側に熱分解炭素被膜２１が形成されている。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成される黒鉛基材１０２と熱分解炭素被膜２１が形成される黒鉛基材１０３は異なるため、収容部１０と本体部２０は一体化していない。さらに、黒鉛基材１０２と黒鉛基材１０３の境界には段差が設けられている。
なお、反応装置の外側及び段差部は、過酷な環境に曝されるわけではないので、黒鉛基材が露出していてもよく、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜や熱分解炭素被膜が形成されていてもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fourth embodiment of the reaction apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 4, the
In the
In the
Since the
Since the outside of the reactor and the stepped portion are not exposed to a harsh environment, the graphite base material may be exposed, and a CVD-SiC film or a pyrolytic carbon film may be formed. ..
図５は、本発明の反応装置の第五実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、反応装置５は、原料粉（図示しない）と接する収容部１０と、本体部２０とからなり、反応装置５の下部が収容部１０、上部が本体部２０となっている。
収容部１０では、黒鉛基材１０２の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成されている。
本体部２０では、黒鉛基材１０３の表面に熱分解炭素被膜２１が形成されている。
ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜１１が形成される黒鉛基材１０２と熱分解炭素被膜２１が形成される黒鉛基材１０３は異なる黒鉛素材であるため、収容部１０と本体部２０は一体化していない。
収容部１０を構成する黒鉛基材１０２と本体部２０を構成する黒鉛基材１０３は、連結部材２００により連結されており、連結部材２００は、反応装置５の外側に配置される当て板２１０と、反応装置５の内側に配置されるネジ２２０からなる。さらに、連結部には段差が設けられている。
具体的には、反応装置の外側に配置される当て板２１０と反応装置の内側に配置されるネジ２２０とが、収容部１０を介して螺合することにより、収容部１０が連結部材２００に接合されており、当て板２１０と反応装置の内側に配置されるネジ２２０とが、本体部２０を介して螺合することにより、本体部２０が連結部材２００に接合されている。
なお、反応装置の外側及び段差部は、過酷な環境に曝されるわけではないので、黒鉛基材が露出していてもよく、ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜や熱分解炭素被膜が形成されていてもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fifth embodiment of the reaction apparatus of the present invention.
As shown in FIG. 5, the reaction device 5 includes an
In the
In the
Since the
The
Specifically, the
Since the outside of the reactor and the stepped portion are not exposed to a harsh environment, the graphite base material may be exposed, and a CVD-SiC film or a pyrolytic carbon film may be formed. ..
（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, examples in which the present invention is disclosed more specifically will be shown. The present invention is not limited to these examples.
（製造例１～２）
［試験片の作製］
黒鉛基材（縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の表面に熱分解炭素被膜を形成して、本体部を模した試験片を作製した（製造例１）。
製造例１と同じ黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜を形成して、収容部を模した試験片を作製した（製造例２）。
(Manufacturing Examples 1 and 2)
[Preparation of test piece]
A pyrolytic carbon film was formed on the surface of a graphite base material (length 25 mm × width 25 mm × thickness 5 mm) to prepare a test piece imitating the main body (Production Example 1).
A CVD-SiC film was formed on the surface of the same graphite base material as in Production Example 1 to prepare a test piece imitating a housing portion (Production Example 2).
［酸化性ガスに対する耐食性の評価］
製造例１～２に係る試験片を酸化性ガス発生源となるＳｉ及びＳｉＯ２の混合体の上部に配置し、焼成炉を用いてアルゴン雰囲気下、１６００℃で３時間加熱し、発生する酸化性ガスに暴露する加熱試験を行った。
加熱試験前後の熱分解炭素被膜及びＣＶＤ－ＳｉＣ被膜の膜厚を、偏光顕微鏡を用いて１０箇所で観察し、平均値を求めた。結果を表１、並びに、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。図６（ａ）は、加熱試験前の製造例１に係る試験片の断面ＰＯＭ画像であり、図６（ｂ）は、加熱試験後の製造例１に係る試験片の断面ＰＯＭ画像であり、図７（ａ）は、加熱試験前の製造例２に係る試験片の断面ＰＯＭ画像であり、図７（ｂ）は、加熱試験後の製造例２に係る試験片の断面ＰＯＭ画像である。
[Evaluation of corrosion resistance to oxidizing gas]
The test pieces according to Production Examples 1 and 2 are placed on the upper part of a mixture of Si and SiO 2 which are sources of oxidizing gas, and heated at 1600 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere using a firing furnace to generate oxidation. A heating test was conducted to expose to sex gas.
The film thicknesses of the pyrolytic carbon film and the CVD-SiC film before and after the heating test were observed at 10 points using a polarizing microscope, and the average value was obtained. The results are shown in Table 1 and FIGS. 6 (a), 6 (b), 7 (a) and 7 (b). FIG. 6A is a cross-sectional POM image of the test piece according to Production Example 1 before the heating test, and FIG. 6B is a cross-sectional POM image of the test piece according to Production Example 1 after the heating test. FIG. 7A is a cross-sectional POM image of the test piece according to Production Example 2 before the heating test, and FIG. 7B is a cross-sectional POM image of the test piece according to Production Example 2 after the heating test.
表１並びに図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）の結果より、熱分解炭素被膜を形成した黒鉛基材は、アルゴンガス雰囲気下で発生する酸化性ガスに対する耐食性が高いことがわかった。 From the results of Table 1 and FIGS. 6 (a), 6 (b), 7 (a) and 7 (b), the graphite substrate on which the pyrolytic carbon film was formed is oxidized generated in an argon gas atmosphere. It was found that the corrosion resistance to sex gas was high.
以上の結果より、濃度が高い酸化性ガスと接触する収容部にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成されており、濃度の低い酸化性ガスと接触する本体部に熱分解炭素被膜が形成されている本発明の反応装置は、酸化性ガスに対する耐食性に優れており、ライフが長いと推察される。 From the above results, the present invention has a CVD-SiC film formed on the accommodating portion in contact with the high-concentration oxidizing gas and a pyrolytic carbon film formed on the main body portion in contact with the low-concentration oxidizing gas. The reactor is excellent in corrosion resistance to oxidizing gas, and it is presumed that it has a long life.
本発明の反応装置は、例えば、ケイ素含有化合物を焼成する際の焼成装置や、酸化性ガスを発生させるガス発生装置として用いることができる。 The reactor of the present invention can be used, for example, as a firing device for firing a silicon-containing compound or as a gas generating device for generating an oxidizing gas.
１、２、３、４、５ 反応装置
１０ 収容部
１１ ＣＶＤ－ＳｉＣ被膜
２０ 本体部
２１ 熱分解炭素被膜
１００、１０１、１０２、１０３ 黒鉛基材
２００ 連結部材
２１０ 当て板
２２０ ネジ
1, 2, 3, 4, 5
Claims (6)
前記黒鉛基材の表面にＣＶＤ－ＳｉＣ被膜が形成され原料粉と接する収容部と、前記黒鉛基材の表面に熱分解炭素被膜が形成された本体部と、からなることを特徴とする反応装置。 A reaction device made of a graphite substrate that heats raw material powder containing oxide-based ceramics.
A reaction apparatus characterized by comprising an accommodating portion in which a CVD-SiC film is formed on the surface of the graphite substrate and in contact with raw material powder, and a main body portion in which a pyrolytic carbon film is formed on the surface of the graphite substrate. ..
前記収容部及び前記本体部が一体化している請求項１に記載の反応装置。 The CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on the same graphite substrate.
The reactor according to claim 1, wherein the accommodating portion and the main body portion are integrated.
前記収容部及び前記本体部が一体化していない請求項１に記載の反応装置。 The CVD-SiC coating and the pyrolytic carbon coating are formed on different graphite materials.
The reactor according to claim 1, wherein the accommodating portion and the main body portion are not integrated.
前記収容部及び前記本体部は、それぞれ前記連結部材に接合されている請求項３に記載の反応装置。 The accommodating portion and the main body portion are connected by a connecting member.
The reaction device according to claim 3, wherein the accommodating portion and the main body portion are respectively joined to the connecting member.
The reactor according to claim 5, wherein the connecting member is made of a C / C composite material.
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