JPH0881260A - 炭素容器及びその製造方法 - Google Patents

炭素容器及びその製造方法

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JPH0881260A
JPH0881260A JP7023546A JP2354695A JPH0881260A JP H0881260 A JPH0881260 A JP H0881260A JP 7023546 A JP7023546 A JP 7023546A JP 2354695 A JP2354695 A JP 2354695A JP H0881260 A JPH0881260 A JP H0881260A
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JP
Japan
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carbon
container
carbon container
polycarbodiimide resin
metal
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Pending
Application number
JP7023546A
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English (en)
Inventor
Kazuo Saito
一夫 斉藤
Takeshi Ishimatsu
毅志 石松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nisshinbo Holdings Inc
Original Assignee
Nisshinbo Industries Inc
Nisshin Spinning Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nisshinbo Industries Inc, Nisshin Spinning Co Ltd filed Critical Nisshinbo Industries Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/167Means for preventing damage to equipment, e.g. by molten glass, hot gases, batches
    • C03B5/1672Use of materials therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/06Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in pot furnaces
    • C03B5/08Glass-melting pots

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来技術における問題点を解決し、融液が容
器内部に入り込んだり、容器表面から黒鉛粉末が離脱し
たりすることのない炭素容器を提供する。 【構成】 本発明の炭素容器は、ポリカルボジイミド樹
脂に由来するガラス状炭素よりなることを特徴とするも
のであり、又、本発明の炭素容器の製造方法は、ポリカ
ルボジイミド樹脂或いは主としてポリカルボジイミド樹
脂よりなる組成物を炭素容器の形状に成形し、次いで該
成形物を炭素化することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、炭素容器及びその製
造方法に関するものであり、更に詳しくは、ガラスの融
解、金属の融解や精製等の高温雰囲気で用いられるルツ
ボ状の炭素容器及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、特に高温での作業であるガラ
スの融解、金属の融解や精製等に用いる容器の素材とし
ては、耐熱性や耐熱衝撃性、耐腐食性に優れ、しかも熱
伝導率が高い黒鉛が幅広く利用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来から使用されている黒鉛は、黒鉛粉末をピッチ等のバ
インダーを用いて固めた材料であるので、多孔質構造に
なっている上、表面から黒鉛粉末が離脱しやすいという
欠点があり、そのため、従来の炭素容器中で金属やガラ
ス等を融解させる場合に、融液が黒鉛の多孔質構造の中
に入り込んでしまい、冷却後に内容物を取り出すことが
困難となったり、繰り返し使用中にひび割れが発生しや
すいという問題や、融液中にひび割れに伴って発生する
黒鉛粉末が混入してしまうという問題のあることが指摘
されていた。
【0004】上記のようなひび割れに伴って融液に不純
物が混入したり、黒鉛粉が混入したりするという問題
は、特に炭素容器を半導体分野で用いられる高純度金属
融解用の容器として用いる場合には、無視することがで
きないほど大きなものとなる。
【0005】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
消し、融液が容器内部に入り込んだり、容器表面から黒
鉛粉末が離脱したりすることのない炭素容器を提供する
ことを目的としてなされた。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用した炭素容器の構成は、ポリカルボジイ
ミド樹脂に由来するガラス状炭素よりなることを特徴と
するものであり、又、その製造方法の構成は、ポリカル
ボジイミド樹脂或いは主としてポリカルボジイミド樹脂
よりなる組成物を炭素容器の形状に成形し、次いで該成
形物を炭素化することを特徴とするものである。
【0007】即ち、本発明の発明者らは、焼成炭化後の
炭素含有量が高く、旦つ、収率も高い樹脂であるポリカ
ルボジイミド樹脂に注目し、この樹脂を炭素化してガラ
ス状炭素とすれば、上記のような難点のない炭素容器が
得られるのではないかという発想を得、更に研究を続け
た結果、本発明を完成した。
【0008】以下、本発明について詳細に説明する。
【0009】本発明において対象となる容器としては、
上記のようなガラスや金属の融解或いは精製に使用され
るルツボ状の容器や、超高純度水の加熱或いは精製に使
用されるルツボ状の容器、分析装置等に使用されるルツ
ボ状の容器や、薬品等の精製に使用されるルツボ状の容
器を例示することができ、すでに述べたように、従来は
このような容器の多くは黒鉛を加工することにより製造
されていた。
【0010】本発明では、上記炭素容器を炭素化された
ポリカルボジイミド樹脂に由来するガラス状炭素により
形成するものである。
【0011】上記ポリカルボジイミド樹脂それ自体は周
知ものか、或いは、周知のものと同様にして製造するこ
とができるものであって{米国特許第2,94l,95
6号明細書;特公昭47−33279号公報;J.Or
g.Chem.,28,2069〜2075(196
3)Chemical Review l98l,vo
l.8l.No.4,6l9〜62l等参照}、例え
ば、カルボジイミド化触媒の存在下、有機ジイソシアネ
ートの脱二酸化炭素を伴う縮合反応により容易に製造す
ることができる。
【0012】上記ポリカルボジイミド樹脂の製造に使用
される有機ジイソシアネートとしては、脂肪族系、脂環
式系、芳香族系、芳香−脂肪族系等のいずれのタイプの
ものであってもよく、これらは単独で用いても、或い
は、2種以上を組み合わせて共重合体として用いてもよ
い。
【0013】而して、本発明において使用されるポリカ
ルボジイミド樹脂には、下記式 −R−N=C=N− (但し、式中のRは有機ジイソシアネート残基を表す)
で示される少なくともl種の繰り返し単位からなる単独
重合体または共重合体が包含される。
【0014】有機ジイソシアネート残基である上記式に
おけるRとしては、中でも芳香族ジイソシアネート残基
が好適である(ここで、有機ジイソシアネート残基と
は、有機ジイソシアネート分子から2つのイソシアネー
ト基(NCO)を除いた残りの部分をいう)。このよう
なポリカルボジイミド樹脂の具体例としては、以下のも
のを挙げることができる。
【化1】
【0015】上記各式中において、nはl0〜l0,0
00の範囲内、好ましくは50〜5,000の範囲内で
あり、又、ポリカルボジイミド樹脂の末端は、モノイソ
シアネート等により封止されていてもよい。
【0016】上記ポリカルボジイミド樹脂は、溶液のま
ま或いは溶液から沈殿させた粉末として得ることがで
き、このようにして得られたポリカルボジイミド樹脂
は、液状で得られるポリカルボジイミド樹脂の場合は、
そのまま或いは溶媒を留去して、又、粉末として得られ
るポリカルボジイミド樹脂の場合は、そのまま或いは溶
媒に溶解して液状とした後に使用すればよい。
【0017】本発明では、上記のポリカルボジイミド樹
脂或いはポリカルボジイミド樹脂溶液により、まず、ル
ツボ状のものに代表される炭素容器の形状の成形物を成
形する。成形物を成形する方法は、一般にこのような工
程で使用される方法を利用することができ、特に制限は
ないが、例えば射出成形、圧縮成形、注型成形、真空成
形等を挙げることができる。
【0018】次いで、上記のようにして炭素容器の形状
に形成された形成物を加熱し、前記ポリカルボジイミド
樹脂を炭素化することにより、目的とする本発明の炭素
容器を得ることができる。この炭素化工程は、真空中や
窒素ガス中等の不活性雰囲気下において行うことがで
き、その際の最終焼成温度は、好ましくは1000℃〜
3000℃である。
【0019】尚、上記炭素化工程における最終焼成温度
までの昇温速度は、2℃/時間以下であることが好まし
い。昇温速度が2℃/時間よりも大きいと気孔率が0.
002%よりも大きくなり、表面にひび割れの原因とな
る気孔が発生し易くなる。
【0020】このようにして得られた本発明の炭素容器
は、ポリカルボジイミド樹脂に由来するガラス状炭素よ
りなるため、気孔率が0乃至0.002%ときわめて低
く、しかも、ひび割れが発生しないので、表面からガラ
ス状炭素が脱離することのない、良好な炭素容器という
ことができる。
【0021】次に本発明を実施例により更に詳細に説明
する。
【0022】
【実施例】
実施例1 2,4−トリレンジイソシアネート/2,6−トリレン
ジイソシアネートの混合物(80:20)〔TDI〕5
4gをテトラクロロエチレン500ml中で、カルボジ
イミド化触媒(l−フェニル−3−メチルホスフォレン
オキサイド)0.12gと共に、120℃で4時間反応
させ、ポリカルボジイミド樹脂溶液を得、ポアサイズ
0.5μmのフィルターを通してポリカルボジイミド樹
脂液を得た。
【0023】この樹脂液を目的とする炭素容器の形状に
対応する金属型に注入し、60℃で20時間、120℃
で10時間熱処理し、成形型から取り出した。その後、
200℃で10時間熱処理し、これをアルゴンガス中に
て2℃/時間の昇温速度で1500℃まで昇温し、炭素
容器の一例を作製した。この炭素容器の気孔率は0%で
あった。
【0024】このようにして作製した炭素容器に軟化点
695℃のガラスを入れ、アルゴンガス雰囲気中でl0
00℃まで昇温した後、室温に戻すことにより、ガラス
溶融試験を行った。ガラス及びルツボ表面を観察したと
ころ、ガラス内へのガラス状炭素粉末の混入も炭素容器
内へのガラスの浸透もなく、しかもガラスと炭素容器と
の反応もなく、良好な結果が得られた。
【0025】実施例2 実施例lと同様の方法で作製した炭素容器にアルミニウ
ム金属粉末を入れ、アルゴンガス雰囲気中でl000℃
までの昇温及び室温までの降温を繰り返すことにより、
アルミニウム溶融試験を行った。この試験を5回繰り返
した後にアルミニウム金属表面及び炭素容器の表面を観
察したところ、アルミニウム表面へのガラス状炭素粉末
の付着及び炭素容器内へのアルミニウムの付着浸透はな
く、炭素容器のひび割れも認められなかった。
【0026】比較例1 実施例1の炭素容器と同様の形状及び大きさの炭素容器
を黒鉛材料(東洋炭素(株)製、比重:1.85)を用
いて作製し、実施例1と同一の条件でガラス溶融試験を
行った。試験後にガラス及びルツボ表面を観察したとこ
ろ、ガラス内への黒鉛粉末の混入が見られ、ルツボ内へ
のガラスの浸透及び付着が認められた。
【0027】比較例2 比較例1と同様の黒鉛容器を用い、実施例2と同一条件
でアルミニウム溶融試験を行った。l回降昇温した後に
アルミニウム金属表面及び黒鉛容器表面を観察したとこ
ろ、アルムニウム金属表面に黒鉛粉末の付着が見られ、
黒鉛容器内にアルミニウムの付着、浸透が認められた。
又、2回昇降温した後では黒鉛容器のひび割れが認めら
れた。
【0028】実施例3 実施例lと同様の方法で作製した炭素容器に、高純度の
アルミニウム粉末(不純物0.000l%程度)を入
れ、これを電子ビーム蒸着機のハースに装てんして、l
-4Paの真空下、高周波電力2KWで前記アルミニウ
ムを融解、蒸発させ、シリコンウエハーへの蒸着を行っ
た。融解中及び冷却後に炭素容器内の金属アルミニウム
の表面を観察したところ、ガラス状炭素粉末の付着は認
められなかった。又、蒸着したアルミニウムの純度をイ
オンマイクロアナライザーにより分析した結果、元のア
ルミニウム粉末より良好な純度のものであることが判明
した。
【0029】比較例3 比較例1と同様の黒鉛容器を用い、実施例3と同一条件
でアルミニウム融解、蒸発、シリコンウエハーへの蒸発
を行った。融解中及び冷却後に黒鉛容器内の金属アルミ
ニウムの表面を観察したところ、黒鉛粉末の付着が見ら
れた。又、蒸着したアルミニウムの純度と実施例3と同
様の方法で分析した結果、元のアルミニウム粉末に比較
してケイ素等の不純物の増加していることが判明した。
【0030】実施例4 実施例1において1℃/時間の昇温速度で昇温した以外
は同様にして気孔率0%の炭素容器を得た。この炭素容
器で実施例1と同様にしてガラス溶融試験を行なったと
ころ、実施例1と同様の良好な結果が得られた。
【0031】
【発明の効果】以上の結果から明らかなように、ポリカ
ルボジイミド樹脂に由来するガラス状炭素よりなる本発
明の炭素容器を、ガラス融解、金属の融解、蒸着精製製
等の容器として用いると、容器からの炭素粉の離脱がな
くなり、又、ガラスや金属の融液の浸透がなく、繰り返
し使用しても容器にひび割れることがなく、更には、蒸
発した金属が汚染されることがないという効果を発揮す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F27B 14/10 // C08G 18/02 NDL

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリカルボジイミド樹脂に由来するガラ
    ス状炭素よりなることを特徴とする炭素容器。
  2. 【請求項2】 ルツボ状のものである請求項1に記載の
    炭素容器。
  3. 【請求項3】 ガラス状炭素は、ポリカルボジイミド樹
    脂を真空中又は不活性雰囲気中で炭素化して得られるも
    のである請求項1に記載の炭素容器。
  4. 【請求項4】 ガラス状炭素は、気孔率0〜0.002
    %のものである請求項1に記載の炭素容器。
  5. 【請求項5】 ポリカルボジイミド樹脂或いは主として
    ポリカルボジイミド樹脂よりなる組成物を炭素容器の形
    状に成形し、次いで該成形物を炭素化することを特徴と
    する炭素容器。
  6. 【請求項6】 炭素容器は、ルツボ状のものであるであ
    る請求項5に記載の炭素容器の製造方法。
  7. 【請求項7】 成形物の炭素化は、真空又は不活性雰囲
    気中で行う請求項5に記載の炭素容器の製造方法。
  8. 【請求項8】 生成物の炭素化は、1000℃〜300
    0℃の温度範囲で行う請求項7に記載の炭素容器の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 炭素化温度までの昇温速度を、2℃/時
    間以下とする請求項8に記載の炭素容器の製造方法。
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JP1903594 1994-01-18
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Effective date: 20040302