JPH09255427A - Carbon heater - Google Patents

Carbon heater

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JPH09255427A
JPH09255427A JP8096153A JP9615396A JPH09255427A JP H09255427 A JPH09255427 A JP H09255427A JP 8096153 A JP8096153 A JP 8096153A JP 9615396 A JP9615396 A JP 9615396A JP H09255427 A JPH09255427 A JP H09255427A
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carbon
glassy carbon
heating element
thermosetting resin
molded product
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Toshiharu Uei
敏治 上井
Mitsuo Enomoto
三男 榎本
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a stable and non-staining carbon heater little in the consumption of the carbon material also on the use of the heater for a long period and not causing a product-staining phenomenon accompanying the generation of carbon particles. SOLUTION: This carbon heat generator comprises a Si-containing glassy carbon material in which the Si atoms are dispersed in the glassy carbon tissue in an amount of 0.1-10wt.%. The Si-containing glassy material is obtained by subjecting a cured molded product which is crosslinked with groups of the formula: -O-Si-O- or a cured molded product to a calcination carbonization treatment. The cured molded product which is crosslinked with the groups of the formula: -O-Si-O- is obtained by stirring and mixing a thermosetting resin with the hydrolyzate of a Si alkoxide containing a single Si atom in the molecule and subsequently molding the mixture. The other cured molded product is obtained by dropwisely adding an aminosilane compound or epoxysilane compound containing a single Si atom in the molecule to a thermosetting resin, stirring and mixing the mixture and subsequently molding the mixture. The Si-containing glassy carbon material preferably has a tissue in which the Si atoms are homogeneously and continuously distributed in the glassy carbon tissue in the level of the atoms.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体分野で
使用される各種装置の加熱源として有用な長期の安定使
用が保証される非汚染性のカーボン発熱体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-polluting carbon heating element which is particularly useful as a heating source for various devices used in the semiconductor field and which is guaranteed to be used stably for a long period of time.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素質発熱体は、耐熱性や化学的安定性
に良好で、熱膨張係数が小さいなどの特性を備えてお
り、このうち特に黒鉛材質の発熱体は非酸化性雰囲気中
において3000℃を越える高温度域でも極めて安定で
あるため、苛酷な高温条件下で使用されるヒータ部材と
して有用されている。
2. Description of the Related Art Carbonaceous heating elements have characteristics such as good heat resistance and chemical stability, and a small coefficient of thermal expansion. Among these, heating elements made of graphite are particularly suitable in a non-oxidizing atmosphere. Since it is extremely stable even in a high temperature range exceeding 3000 ° C., it is useful as a heater member used under severe high temperature conditions.

【0003】一般に、黒鉛発熱体は石油コークスやピッ
チコークスなどの粉粒体を骨材に、タール、ピッチのよ
うな炭化性バインダーを加えて混練、成形し、成形体を
焼成炭化したのち黒鉛化処理し、次いで所定の発熱体形
状に切削加工して製造されている。ところが、この工程
で製造された黒鉛発熱体には、通常、微量の金属成分が
混入しており、通電発熱させた際にこれら金属不純物が
組織内から蒸発、揮散する現象が生じる関係で、例えば
不純物による汚染を嫌う半導体単結晶引上装置用として
はそのまま使用することができない。したがって、黒鉛
材料をハロゲン含有ガスで処理して金属不純物をハロゲ
ン化物として気化除去した高純度発熱体が有効とされて
いる(特開平2−242579号公報)。しかし、黒鉛発熱体
は組織の結合力や緻密性が十分でないため、高温発熱時
において骨材の粉粒体が脱落したり、内蔵ガス成分が発
生する等の問題があり、前記の高純度処理を施しても汚
染に対する安全性は確保できない。
Generally, a graphite heating element is formed by kneading and molding a powdered or granular material such as petroleum coke or pitch coke into an aggregate with a carbonizing binder such as tar or pitch, firing and carbonizing the molded body, and then graphitizing. It is manufactured by processing and then cutting into a predetermined heating element shape. However, the graphite heating element produced in this step usually contains a trace amount of metal components, and when heated by electric current, these metal impurities evaporate and volatilize from the tissue. It cannot be used as it is for a semiconductor single crystal pulling apparatus that does not like contamination by impurities. Therefore, a high-purity heating element obtained by treating a graphite material with a halogen-containing gas to vaporize and remove metal impurities as a halide is considered to be effective (JP-A-2-242579). However, since the graphite heating element does not have sufficient tissue cohesion and compactness, there are problems such as the fall of aggregate powder particles and the generation of built-in gas components during high-temperature heat generation. Even if it is applied, the safety against pollution cannot be secured.

【0004】このため、上記のような通常の黒鉛材とは
異なる炭素質発熱体が提案されている。例えば特開昭5
8−128686号公報には有機高分子物質及びアスフ
ァルトピッチ類、乾留ピッチ類等の混合物を線状体に成
形した有機質線状体をコイル状に賦形したのち炭素化し
た炭素系コイル状抵抗発熱体が開示されている。また特
開平5−135858号公報には、主成分が固有抵抗1
600μΩcm以上、曲げ強度500kg/cm2以上のカーボ
ン材からなるカーボンヒーターが開示されており、ヒー
ターの材質形状として樹脂を焼成して作製されたガラス
状カーボン材(グラッシーカーボン)からなる渦巻状の
カーボンヒーターが例示されている。
Therefore, a carbonaceous heating element different from the above-mentioned ordinary graphite material has been proposed. For example, JP
JP-A-8-128686 discloses a carbon-based carbon-based coil resistance heat generation in which a mixture of an organic polymer substance, asphalt pitches, carbonized pitches and the like is formed into a linear body, and an organic linear body is formed into a coil and then carbonized. The body is disclosed. Further, in JP-A-5-135858, the main component is the specific resistance 1
A carbon heater made of a carbon material having a bending strength of 600 μΩcm or more and a bending strength of 500 kg / cm 2 or more is disclosed. A spiral carbon made of a glassy carbon material (glassy carbon) produced by firing a resin as a material shape of the heater. A heater is illustrated.

【0005】ガラス状カーボンは、ガラス質の緻密な組
織構造を有する異質な炭素材料であり、黒鉛材や他のカ
ーボン材に比べて気体不透過性、耐磨耗性、耐食性、自
己潤滑性、表面平滑性および堅牢性等に優れ、更に真空
下または発熱時に内部組織からの脱ガス成分が極めて少
なく、発熱体とした場合に黒鉛発熱体のように外部汚染
を招くことが少ない。
Glassy carbon is a heterogeneous carbon material having a glassy and dense structure structure, and is gas impermeable, abrasion resistant, corrosion resistant, self-lubricating, and more carbonaceous than graphite materials and other carbon materials. It has excellent surface smoothness and toughness, and has very little degassing components from the internal structure under vacuum or when heat is generated. When it is used as a heating element, it is less likely to cause external contamination like graphite heating elements.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温加
熱用として用いられるカーボン発熱体は、装置内部を非
酸化性雰囲気に保持しても系内に微量に存在する酸素や
その他のガスと反応して漸次材質の消耗が進行する。こ
の現象はガラス状カーボンで構成された発熱体であって
も十分に避けることができず、長期に亘る安定使用を期
待することができない。そのうえ、消耗の進行に伴って
組織から微細なパーティクルが発生して被加熱物を汚染
する事態を招き易い。
However, the carbon heating element used for heating at a high temperature reacts with a small amount of oxygen and other gases present in the system even if the inside of the apparatus is kept in a non-oxidizing atmosphere. The material is gradually consumed. This phenomenon cannot be fully avoided even with a heating element made of glassy carbon, and stable use over a long period cannot be expected. Moreover, as the wear progresses, fine particles are easily generated from the tissue and the object to be heated is easily contaminated.

【0007】本発明者らは、ガラス状カーボン材の組織
改良について多角的に研究を進める過程で、ガラス状カ
ーボン材の組織中に一定量のSiを均一に分散含有させ
ると化学的安定性(耐酸化性)が改善され、発熱体とし
た場合に使用寿命が向上するうえ、パーティクルの発生
を効果的に抑制することができることを確認した。
[0007] In the course of conducting multifaceted research on the improvement of the structure of the glassy carbon material, the present inventors have found that the chemical stability of a certain amount of Si uniformly contained in the structure of the glassy carbon material ( It has been confirmed that (oxidation resistance) is improved, that when it is used as a heating element, the service life is extended, and generation of particles can be effectively suppressed.

【0008】本発明は上記の知見に基づいて開発された
もので、その目的とする解決課題は、長期の使用に際し
ても材質消耗が少なく、パーティクルの発生に伴う製品
汚染を招くことのない安定かつ非汚染性のカーボン発熱
体を提供することにある。
The present invention has been developed on the basis of the above findings, and its object to be solved is to reduce the consumption of materials even during long-term use, and to prevent the product from being contaminated due to the generation of particles. It is to provide a non-polluting carbon heating element.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるカーボン発熱体は、ガラス状カーボン
組織中にSiを0.1〜10重量%の範囲で分散含有す
るSi含有ガラス状カーボン材からなることを構成上の
特徴とする。
To achieve the above object, a carbon heating element according to the present invention is a Si-containing glassy material containing Si dispersed in a glassy carbon structure in an amount of 0.1 to 10% by weight. The structural feature is that it is made of a carbon material.

【0010】本発明を構成するSi含有ガラス状カーボ
ン材は、ガラス状カーボン組織中に分散含有するSi成
分が原子レベルに分布する複合組織であることが好適で
あり、特に−O−Si−O−で架橋された熱硬化性樹脂
の硬化成形体、あるいはアミノシラン含有樹脂組成物ま
たはエポキシシラン含有樹脂組成物の硬化成形体を焼成
炭化して得られ、原子レベルのSiがガラス状カーボン
組織中に均一な連続相として分布する組織性状を備える
場合に優れた効果が発揮される。原子レベルのSiがガ
ラス状カーボン組織中に均一な連続相として分布する組
織性状とは、実質的にSiとCとの粒界が存在せず、透
過型電子顕微鏡(TEM) の観察によってSi成分が識別で
きない組織状態を指す。
The Si-containing glassy carbon material constituting the present invention is preferably a composite structure in which the Si component dispersedly contained in the glassy carbon structure is distributed at the atomic level, and particularly -O-Si-O. Obtained by calcining and carbonizing a cured molded product of a thermosetting resin crosslinked with-, or a cured molded product of an aminosilane-containing resin composition or an epoxysilane-containing resin composition, and atomic level Si is present in the glassy carbon structure. An excellent effect is exhibited when it has a texture property that is distributed as a uniform continuous phase. Atomic-level Si is a texture property in which it is distributed as a uniform continuous phase in a glassy carbon structure. The grain boundary between Si and C does not substantially exist, and the Si component is observed by a transmission electron microscope (TEM). Indicates an organizational state that cannot be identified.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】ガラス状カーボン組織中に分散す
るSiは、基材カーボン組織と酸素をはじめとする反応
性ガスとの反応による材質消耗を抑制して化学的安定性
を向上させると共に、脆弱なガラス状カーボン組織を強
化してパーティクルの脱落を防止するために機能する成
分で、その含有量は0.1〜10重量%、好ましくは2
〜8重量%の範囲に設定する。このSi含有量が0.1
重量%を下回ると実用上十分な化学的安定性を確保する
ことができず、また10重量%を越えると原子レベルの
Si分散状態を維持できなくなって寧ろパーティクルの
発生を増加させる要因となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Si dispersed in a glassy carbon structure suppresses material consumption due to a reaction between a base carbon structure and a reactive gas such as oxygen and improves chemical stability. It is a component that functions to strengthen the brittle glassy carbon structure and prevent particles from falling off, and its content is 0.1 to 10% by weight, preferably 2
Set in the range of up to 8% by weight. This Si content is 0.1
If it is less than 10% by weight, sufficient chemical stability cannot be ensured for practical use, and if it exceeds 10% by weight, it is not possible to maintain the atomic level of Si dispersed state, which is a factor to increase the generation of particles.

【0012】上記の組織性状を備えるSi含有ガラス状
カーボン材からなる本発明のカーボン発熱体は、熱硬化
性樹脂と1分子中に単一のSi原子を有するSiアルコ
キシドの加水分解物を有機溶媒中で撹拌混合し、架橋反
応により得られるゲル化物を硬化成形したのち、成形体
を非酸化性雰囲気下で800℃以上の温度域で焼成炭化
処理する方法で製造することができる。あるいは、1分
子中に単一のSi原子を含むアミノシラン化合物または
エポキシシラン化合物を熱硬化性樹脂液中に滴下して撹
拌混合し、アミノ基やエポキシ基と熱硬化性樹脂との反
応により生成したアミノシラン含有樹脂組成物またはエ
ポキシシラン含有樹脂組成物を硬化成形したのち、成形
体を非酸化性雰囲気下で800℃以上の温度域で焼成炭
化処理する方法で製造される。具体的な製造プロセス
は、以下のとおりである。
The carbon heating element of the present invention comprising the Si-containing glassy carbon material having the above-mentioned texture is a thermosetting resin and a hydrolyzate of Si alkoxide having a single Si atom in one molecule, which is an organic solvent. It can be produced by a method in which the gelled product obtained by the cross-linking reaction is hard-molded by stirring and mixing in the interior, and then the molded product is subjected to firing carbonization treatment in a temperature range of 800 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. Alternatively, an aminosilane compound or an epoxysilane compound containing a single Si atom in one molecule is dropped into a thermosetting resin liquid, stirred and mixed, and produced by reacting an amino group or an epoxy group with a thermosetting resin. It is manufactured by a method in which an aminosilane-containing resin composition or an epoxysilane-containing resin composition is cured and molded, and then the molded body is subjected to firing and carbonization treatment in a temperature range of 800 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. The specific manufacturing process is as follows.

【0013】ガラス状カーボンの原料となる熱硬化性樹
脂としては、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹脂、
ポリイミド系樹脂、ポリカルボジイミド系樹脂、ポリア
クリロニトリル系樹脂、ピレン−フェナントレン系樹
脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、エポキシ系樹脂あるいはこ
れらの混合樹脂等が用いられる。特に樹脂を非酸化性雰
囲気下で800℃の温度により焼成したときに残留する
残炭率が45重量%以上のフェノール系樹脂、フラン系
樹脂もしくはこれらの混合樹脂が好ましく使用される。
Examples of the thermosetting resin which is a raw material of the glassy carbon include phenol resin, furan resin,
Polyimide-based resins, polycarbodiimide-based resins, polyacrylonitrile-based resins, pyrene-phenanthrene-based resins, polyvinyl chloride-based resins, epoxy-based resins, and mixed resins thereof are used. In particular, a phenolic resin, a furan-based resin, or a mixed resin thereof having a residual carbon ratio of 45% by weight or more when the resin is fired at a temperature of 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere is preferably used.

【0014】Si源として選択使用される1分子中に単
一のSi原子を有するSiアルコキシドは、一般式Si
(OR)n またはRn Si(OR)n (但し、Rはアル
キル基またはアリール基、nは1以上の整数を表す)で
示される化合物であれば種類に限定はないが、2個以上
のSi原子が結合するポリシラン、ポリシロキサン、ポ
リシラザン等の化合物は対象とならない。使用可能な単
一Si原子を有するSiアルコキシドとしては、例えば
メトキシシラン、エトキシシラン、ブトキシシラン、プ
ロポキシシラン、イソプロポキシシラン、ジエトキシシ
ラン、ジブトキシシラン、ジプロポキシシラン、トリメ
トキシシラン、トリエトキシシラン、トリブトキシシラ
ン、トリプロポキシシラン、テトラメトキシシラン、テ
トラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラプ
ロポキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチ
ルエトキシシラン、トリ−n−プロピルメトキシシラ
ン、トリ−n−プロピルエトキシシラン、トリ−n−ブ
チルメトキシシラン、トリ−iso−ブチルメトキシシ
ラン、トリシクロヘキシルメトキシシラン、トリシクロ
ヘキシルエトキシシラン、ビス(2−エチルヘキシル)
ジメトキシシラン、ビス(2−エチルヘキシル)ジエト
キシシラン等を挙げることができる。しかし、本発明の
目的には反応性の良好な低分子量のテトラメトキシシラ
ン〔Si(OCH3)4〕やテトラエトキシシラン〔Si(OC
2H5)4〕が好ましく、とくに後者のテトラエトキシシラ
ンが好適に使用される。
Si alkoxides having a single Si atom in one molecule which are selectively used as the Si source have the general formula Si
(OR) n or R n Si (OR) n (where R represents an alkyl group or an aryl group, and n represents an integer of 1 or more). Compounds such as polysilane, polysiloxane, and polysilazane to which Si atoms are bonded are not included. Examples of usable Si alkoxides having a single Si atom include methoxysilane, ethoxysilane, butoxysilane, propoxysilane, isopropoxysilane, diethoxysilane, dibutoxysilane, dipropoxysilane, trimethoxysilane, and triethoxysilane. , Tributoxysilane, tripropoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane, tetrapropoxysilane, trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, tri-n-propylmethoxysilane, tri-n-propylethoxysilane, tri -N-butylmethoxysilane, tri-iso-butylmethoxysilane, tricyclohexylmethoxysilane, tricyclohexylethoxysilane, bis (2-ethylhexyl)
Examples thereof include dimethoxysilane and bis (2-ethylhexyl) diethoxysilane. However, for the purpose of the present invention, low-reactivity tetramethoxysilane [Si (OCH 3 ) 4 ] or tetraethoxysilane [Si (OC
2 H 5 ) 4 ] is preferable, and the latter tetraethoxysilane is particularly preferably used.

【0015】1分子中に単一のSi原子を有するSiア
ルコキシド(以下、単に「Siアルコキシド」という)
は、有機溶媒に対し50容量%以下の濃度になるように
添加し、予め適量の水(Siアルコキシドに対して1〜
2モル相当量)を加えて加水分解し、有機溶媒中で熱硬
化性樹脂と混合する。Siアルコキシドと熱硬化性樹脂
は、それぞれ水分を除去したアルコール系の有機溶媒に
添加して十分に撹拌したのち、さらに超音波分散処理を
施してから混合することが好ましく、この撹拌混合と超
音波分散処理を順次に施すことにより凝集している構成
分子を効果的に解体することが可能となる。このため、
その後の操作段階におけるSiアルコキシド相互の反応
および凝集化が抑制され、安定した単分子の分散状態が
保持される。
Si alkoxide having a single Si atom in one molecule (hereinafter, simply referred to as "Si alkoxide")
Is added so as to have a concentration of 50% by volume or less with respect to the organic solvent, and an appropriate amount of water (1 to 1 with respect to the Si alkoxide) is added in advance.
2 mol equivalent amount) is added and hydrolyzed and mixed with the thermosetting resin in an organic solvent. It is preferable that the Si alkoxide and the thermosetting resin be added to an alcohol-based organic solvent from which water has been removed and sufficiently stirred, and then subjected to ultrasonic dispersion treatment and then mixed. By sequentially performing the dispersion treatment, the aggregated constituent molecules can be effectively disassembled. For this reason,
The reaction and aggregation of Si alkoxides in the subsequent operation stage are suppressed, and a stable monomolecular dispersed state is maintained.

【0016】Siアルコキシドと熱硬化性樹脂の混合
は、加水分解したSiアルコキシド溶液を撹拌しなが
ら、熱硬化性樹脂液に徐々に添加する方法で行われる。
この際、熱硬化性樹脂の添加量は、最終的にガラス状カ
ーボン組織に占めるSiの含有量が0.1〜10重量%
になる量比に調整する。混合時、溶液がアルカリ性であ
ると急激に重縮合が進行して球状ポリマーを形成するた
め、例えば水分を含まないアルコール可溶性の有機酸を
用いて溶液のpHを酸性側に調整することが好ましい。
The mixing of the Si alkoxide and the thermosetting resin is carried out by a method of gradually adding the hydrolyzed Si alkoxide solution to the thermosetting resin liquid while stirring.
At this time, the addition amount of the thermosetting resin is such that the Si content in the glassy carbon structure is 0.1 to 10% by weight.
Adjust to the amount ratio. At the time of mixing, if the solution is alkaline, polycondensation proceeds rapidly to form a spherical polymer. Therefore, it is preferable to adjust the pH of the solution to an acidic side by using an alcohol-soluble organic acid containing no water.

【0017】Siアルコキシド溶液と熱硬化性樹脂液を
混合すると、熱硬化性樹脂中のC−OH基と加水分解さ
れたSiアルコキシドのシラノール基(Si-OH) 間で架橋
反応が起こり、次第にゲル化する。この架橋反応は、シ
ラノール間の脱水縮合反応に比べて極めて速いため、容
易に熱硬化性樹脂を−O−Si−O−で架橋した状態の
ゲル化物が得られる。したがって、成形体はSiアルコ
キシド溶液と熱硬化性樹脂液の混合液がゲル化する前に
型枠に流し込み、必要に応じて真空脱泡処理を施したの
ち室温から70℃に加温し、ゲル化と同時に硬化させる
方法により形成することが好ましい。成形手段として
は、このほか遠心成形、射出成形、トランスファー成
形、圧縮成形、積層成形など適宜な方法を採用すること
ができ、目的とする発熱体形状に応じて選択される。
When the Si alkoxide solution and the thermosetting resin liquid are mixed, a crosslinking reaction occurs between the C-OH group in the thermosetting resin and the silanol group (Si-OH) of the hydrolyzed Si alkoxide, and the gel is gradually formed. Turn into. This cross-linking reaction is extremely faster than the dehydration condensation reaction between silanols, so that a gelled product of a thermosetting resin cross-linked with —O—Si—O— can be easily obtained. Therefore, the molded body is poured into a mold before the mixed solution of the Si alkoxide solution and the thermosetting resin liquid is gelled, vacuum defoaming treatment is performed if necessary, and then heated from room temperature to 70 ° C. It is preferably formed by a method of curing at the same time as curing. As the molding means, other suitable methods such as centrifugal molding, injection molding, transfer molding, compression molding, and laminated molding can be adopted, and the molding method is selected according to the desired shape of the heating element.

【0018】また、Si源として1分子中に単一のSi
原子を含むアミノシラン化合物を使用することもでき
る。1分子中に単一のSi原子を含むアミノシラン化合
物は、下記の一般式(化1)で表され、通常、アミン系
シランカップリング剤として市販されている。1分子中
に単一のSi原子を含むアミノシラン化合物を選択使用
するのは、1分子中に2個以上のSi原子が結合したポ
リシランでは熱硬化性樹脂液との混合段階で凝集現象が
発生し易く、またアミノ基以外の有機官能基、例えばメ
チル基、ビニル基等の有するシラン化合物では熱硬化性
樹脂と直接反応しないため、混合時に分離したり、会
合、多量化(高分子化)が生じて原子レベルでのSi分
散化が不可能となるためである。
Further, as a Si source, a single Si in one molecule is used.
Aminosilane compounds containing atoms can also be used. The aminosilane compound containing a single Si atom in one molecule is represented by the following general formula (Formula 1) and is usually commercially available as an amine-based silane coupling agent. Aminosilane compounds containing a single Si atom in one molecule are selected and used because polysilane in which two or more Si atoms are bonded in one molecule causes an aggregation phenomenon at the mixing stage with the thermosetting resin liquid. It is easy, and since silane compounds having organic functional groups other than amino groups, such as methyl groups and vinyl groups, do not react directly with the thermosetting resin, separation, association, and multimerization (polymerization) occur during mixing. This makes it impossible to disperse Si at the atomic level.

【0019】[0019]

【化1】 Embedded image

【0020】アルコキシ基を含有するアミン系シランカ
ップリング剤としては、3−アミノプロピルトリエトキ
シシラン(SiC9H23NO3)、N−(2−アミノエチル)−3
−アミノプロピルトリメトキシシラン(SiC8H22N2O3) 、
N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチル
ジメトキシシラン(SiC8H22N2O2) 、p−〔N−(2−ア
ミノエチル)アミノメチル〕フェネチルトリメトキシシ
ラン(SiC14H2 6N2O3)、4−アミノブチルジメチルメトキ
シシラン(SiC7H19NO) 、4−アミノブチルトリエトキシ
シラン(SiC10H2 5NO3) 、N−(2−アミノエチル)−3
−アミノプロピルトリス(2−エチルヘキシソ)シラン
(SiC29H6 4N2O3)、p−アミノフェニルトリメトキシシラ
ン(SiC9H15NO3)、p−アミノフェニルトリエトキシシラ
ン(SiC9H15NO3)、3−(1−アミノプロポキシ)3,3
−ジメチル−1−プロペニルトリメトキシシラン(SiC11
H2 5NO4) 、3−アミノプロピルトリス(メトキシエトキ
シエトキシ)シラン(SiC18H4 1NO9) 、3−アミノプロピ
ルジメチルエトキシシラン(SiC7H19NO) 、3−アミノプ
ロピルメチルジエトキシシラン(SiC8H21NO2)、3−アミ
ノプロピルトリメトキシシラン(SiC9H23NO3)、ω−アミ
ノウンデシルトリメトキシシラン(SiC14H3 3NO3) 、1−
トリメトキシシリル−2−(p,m−アミノメチル)フ
ェニルエタン(SiC12H2 1NO3) 、6−(アミノヘキシルア
ミノプロピル)トリメトキシシラン(SiC12H3 0N2O3)、N
−(トリエトキシシリルプロピル)尿素(SiC10H1 4N
2O4)、トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミ
ン(SiC10H2 7N3O3)などが例示される。
Examples of the amine-based silane coupling agent containing an alkoxy group include 3-aminopropyltriethoxysilane (SiC 9 H 23 NO 3 ), N- (2-aminoethyl) -3.
-Aminopropyltrimethoxysilane (SiC 8 H 22 N 2 O 3 ),
N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane (SiC 8 H 22 N 2 O 2 ), p- [N- (2-aminoethyl) aminomethyl] phenethyltrimethoxysilane (SiC 14 H 2 6 N 2 O 3), 4- aminobutyl dimethylmethoxysilane (SiC 7 H 19 NO), 4- aminobutyl triethoxysilane (SiC 10 H 2 5 NO 3 ), N- (2- aminoethyl) -3
-Aminopropyltris (2-ethylhexiso) silane
(SiC 29 H 6 4 N 2 O 3 ), p-aminophenyltrimethoxysilane (SiC 9 H 15 NO 3 ), p-aminophenyltriethoxysilane (SiC 9 H 15 NO 3 ), 3- (1-amino Propoxy) 3,3
-Dimethyl-1-propenyltrimethoxysilane (SiC 11
H 2 5 NO 4), 3- aminopropyl tris (methoxyethoxy) silane (SiC 18 H 4 1 NO 9 ), 3- aminopropyldimethylethoxysilane (SiC 7 H 19 NO), 3- aminopropyl methyl diethoxy Silane (SiC 8 H 21 NO 2 ), 3-aminopropyltrimethoxysilane (SiC 9 H 23 NO 3 ), ω-aminoundecyltrimethoxysilane (SiC 14 H 3 3 NO 3 ), 1-
Trimethoxysilyl-2- (p, m-aminomethyl) phenylethane (SiC 12 H 2 1 NO 3 ), 6- (aminohexylaminopropyl) trimethoxysilane (SiC 12 H 3 0 N 2 O 3 ), N
- (triethoxysilylpropyl) urea (SiC 10 H 1 4 N
2 O 4), trimethoxysilylpropyl diethylene triamine (SiC 10 H 2 7 N 3 O 3) , etc. are exemplified.

【0021】また、アルコキシ基を含有しないアミン系
シランカップリング剤としては、3−アミノプロピルト
リメチルシラン(SiC6H17N)、3−アミノプロピルジエチ
ルメチルシラン(SiC8H21N)などが挙げられる。
Examples of the amine-based silane coupling agent containing no alkoxy group include 3-aminopropyltrimethylsilane (SiC 6 H 17 N) and 3-aminopropyldiethylmethylsilane (SiC 8 H 21 N). To be

【0022】これらのアミノシラン化合物は、炭化する
際にSi以外の有機成分が熱分解して揮散するため可及
的に低分子量のものを用いることが好ましい。したがっ
て、本発明に最も好適なアミノ基含有シラン化合物は3
−アミノプロピルトリエトキシシランである。
It is preferable to use those aminosilane compounds having a molecular weight as low as possible because organic components other than Si are thermally decomposed and volatilized during carbonization. Therefore, the most suitable amino group-containing silane compound for the present invention is 3
-Aminopropyltriethoxysilane.

【0023】上記の1分子中に単一のSi原子を含むア
ミノシラン化合物(以下、単に「アミノシラン化合物」
という)は、熱硬化性樹脂液中に直接滴下して撹拌混合
を施す。アミノシラン化合物の滴下量は、最終的にガラ
ス状カーボン組織に占めるSiの含有量が0.1〜10
重量%、好ましくは2.0〜8重量%の範囲になるよう
に調整する。このSi含有率が0.1重量%未満では耐
酸化性の向上などの複合効果が不十分となり、また10
重量%を越えると組織中のSiが粒状化して粒界が生じ
るようになり、原子レベルの連続相が崩れて微細粒子の
脱離や機械的強度の低下を招くようになる。
The above-mentioned aminosilane compound containing a single Si atom in one molecule (hereinafter, simply referred to as "aminosilane compound").
Is dropped directly into the thermosetting resin liquid and stirred and mixed. The dropping amount of the aminosilane compound is such that the Si content in the glassy carbon structure is finally 0.1 to 10.
The weight is adjusted to be in the range of preferably 2.0 to 8% by weight. If the Si content is less than 0.1% by weight, the combined effects such as improvement in oxidation resistance will be insufficient, and 10
When the content is more than wt%, Si in the structure is granulated and grain boundaries are generated, and the continuous phase at the atomic level is destroyed, resulting in desorption of fine particles and reduction in mechanical strength.

【0024】この段階で滴下混合を進めると、アミノシ
ラン化合物中のアミノ基がアルコキシ基に優先して熱硬
化性樹脂と結合し、脱水縮合反応が進行する。例えば、
3−アミノプロピルトリエトキシシランをフェノール系
樹脂液中に滴下しながら撹拌混合すると、下記の化2お
よび化3に示すような二段階の反応が進行する。
When the drop mixing is promoted at this stage, the amino group in the aminosilane compound is bonded to the thermosetting resin in preference to the alkoxy group, and the dehydration condensation reaction proceeds. For example,
When 3-aminopropyltriethoxysilane is added dropwise to the phenolic resin liquid while stirring and mixing, a two-step reaction as shown in Chemical formulas 2 and 3 below proceeds.

【0025】[0025]

【化2】 Embedded image

【0026】[0026]

【化3】 Embedded image

【0027】上記の反応を介してアミノシラン化合物は
熱硬化性樹脂中に均一に分散した均質組成の溶液とな
る。この段階で、アミノシラン化合物中のアルコキシ基
は熱硬化性樹脂と殆ど反応せず、アミノ基が樹脂成分と
結合した形態はSiを中心として分子が巨大化すること
により相対的にアルコキシ基の反応性は低下する。この
ため、アルコキシ基と樹脂成分との反応は抑制され、同
時にアミノシラン同士の重合に伴う凝集化が抑制される
ため、混合溶液は凝集粒子を含まない極めて均質な連続
相を呈する。
Through the above reaction, the aminosilane compound becomes a solution having a homogeneous composition in which it is uniformly dispersed in the thermosetting resin. At this stage, the alkoxy group in the aminosilane compound scarcely reacts with the thermosetting resin, and the form in which the amino group is bonded to the resin component is relatively reactive due to the enormous molecule centering on Si. Will fall. For this reason, the reaction between the alkoxy group and the resin component is suppressed, and at the same time, the aggregation caused by the polymerization of aminosilanes is suppressed, so that the mixed solution exhibits an extremely homogeneous continuous phase containing no aggregated particles.

【0028】熱硬化性樹脂液にアミノシラン化合物は混
合する過程で発熱を伴うため、このままの状態を放置す
ると硬化反応が進行して不均質組成の混合分散状態とな
り易い。このような現象を避けるため、混合後の溶液を
冷却保存して硬化反応を抑制し、その後に緩徐な流動を
与えて混合状態の均質性を高める操作を行うことが好ま
しい。
Since the aminosilane compound is heated in the process of mixing it with the thermosetting resin liquid, if the state is left as it is, the curing reaction proceeds and the heterogeneous composition is easily mixed and dispersed. In order to avoid such a phenomenon, it is preferable that the solution after mixing is cooled and stored to suppress the curing reaction, and then a slow flow is applied to enhance the homogeneity of the mixed state.

【0029】混合溶液は、必要に応じて真空脱気処理し
て吸蔵する空気を除去したのち、成形する。成形手段
は、通常、注型成形や遠心成形により行われるが、半硬
化した段階で圧縮成形、押出成形、トランスファー成形
などを適用することができる。成形された成形体は、7
0〜150℃の温度に加熱して硬化する。
If necessary, the mixed solution is subjected to vacuum deaeration to remove air to be stored and then molded. The molding means is usually cast molding or centrifugal molding, but compression molding, extrusion molding, transfer molding or the like can be applied at the semi-cured stage. The molded body is 7
It is cured by heating to a temperature of 0 to 150 ° C.

【0030】1分子中に単一のSi原子を含むエポキシ
シラン化合物は、下記化4の一般式(式中、R1 は酸素
を1つ含む飽和炭素鎖または環状炭素鎖、R2 、R3
よびR4 は炭素数1〜3のアルキル基またはアルコキシ
基である。)で表される。
An epoxysilane compound containing a single Si atom in one molecule is represented by the following general formula (4) (wherein R 1 is a saturated or cyclic carbon chain containing one oxygen, R 2 or R 3 And R 4 is an alkyl group or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms.).

【0031】[0031]

【化4】 Embedded image

【0032】かかるエポキシシラン化合物としては、例
えば3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラ
ン、3−グリシドキシプロピルジメチルメトキシシラ
ン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3
−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、3−
グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グ
リシドキシプロピルメチルジイソプロペノキシシラン、
3−グリシドキシプロピルジイソプロピルエトキシシラ
ン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルト
リメトキシシラン等を挙げることができる。しかし、本
発明の目的には3−グリシドキシプロピルメチルジメト
キシシランが最も好ましく使用される。この理由は、該
3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは低
分子量であるため炭化時における揮発成分が相対的に少
なく、収縮に伴う材質歪みが生じない有利性があるから
である。
Examples of such epoxysilane compounds include 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyldimethylmethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3
-Glycidoxypropyldimethylethoxysilane, 3-
Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiisopropenoxysilane,
Examples thereof include 3-glycidoxypropyldiisopropylethoxysilane and 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane. However, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane is most preferably used for the purposes of the present invention. The reason for this is that the 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane has a low molecular weight, and therefore has a relatively small amount of volatile components during carbonization, which is advantageous in that material distortion due to shrinkage does not occur.

【0033】上記の1分子中に単一のSi原子を含むエ
ポキシシラン化合物(以下、単に「エポキシシラン化合
物」という)は、熱硬化性樹脂液に滴下する。熱硬化性
樹脂液は焼成炭化処理によりガラス状カーボンに転化す
る炭素源となるもので、例えば液状のフェノール系樹
脂、フラン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカルボジイ
ミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ピレン−フ
ェナントレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、エポキシ
系樹脂あるいはこれらの混合樹脂等を用いることができ
る。特に樹脂を非酸化性雰囲気下で800℃の温度によ
り焼成したときに残留する残炭率の高いフェノール系樹
脂またはフラン系樹脂の初期縮合物もしくはこれらの混
合樹脂液が好適に使用される。
The above-mentioned epoxysilane compound containing a single Si atom in one molecule (hereinafter, simply referred to as "epoxysilane compound") is dropped into the thermosetting resin liquid. The thermosetting resin liquid serves as a carbon source that is converted into glassy carbon by firing and carbonizing treatment, and for example, liquid phenol resin, furan resin, polyimide resin, polycarbodiimide resin, polyacrylonitrile resin, pyrene- A phenanthrene-based resin, a polyvinyl chloride-based resin, an epoxy-based resin, a mixed resin thereof, or the like can be used. In particular, an initial condensate of a phenolic resin or a furan resin having a high residual carbon rate remaining when the resin is fired at a temperature of 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, or a mixed resin liquid thereof is preferably used.

【0034】エポキシシラン化合物を熱硬化性樹脂液へ
滴下するに当たっては、十分な撹拌条件下で行う。この
際、エポキシシラン化合物と熱硬化性樹脂との反応は起
こらないから、混合樹脂組成物の発熱、増粘などの反応
トラブルが生じることはない。したがって、特に冷却そ
の他の煩雑な反応抑止操作を施す必要はなく、多量のエ
ポキシシラン化合物を滴下しても十分な流動性が確保で
き、また混合時の巻き込んだ空気も容易に脱気できるか
らボイドを残留させることなしに成形することが可能と
なる。なお、アルコキシ基をもつシラン化合物を用いた
場合にも、この時点ではアルコキシ基と樹脂の反応は殆
ど起こらないから、ゲル化に伴う作業性の減退現象が生
じることはない。
The dropping of the epoxysilane compound into the thermosetting resin liquid is carried out under sufficient stirring conditions. At this time, since the reaction between the epoxysilane compound and the thermosetting resin does not occur, reaction troubles such as heat generation and thickening of the mixed resin composition do not occur. Therefore, it is not particularly necessary to perform complicated reaction suppressing operations such as cooling, sufficient fluidity can be ensured even when a large amount of epoxysilane compound is dropped, and air entrained during mixing can be easily degassed, so that voids It becomes possible to mold without leaving. Even when a silane compound having an alkoxy group is used, the reaction between the alkoxy group and the resin hardly occurs at this point, so that the phenomenon of deterioration of workability due to gelation does not occur.

【0035】滴下操作により得られたエポキシシラン含
有樹脂組成物は、混合の均一性を一層高めて原子レベル
での分散を促進するため、一昼夜以上流動状態で保存し
ておくことが好ましい。粘度が低い流動液状で保存され
た混合物はSiが原子レベルで分散する極めて均質な組
成状態を呈しており、メチル基などの疎水性基のみのシ
ラン化合物を混合する場合に起きるシラン化合物の分離
等の現象は生ずることはない。
The epoxysilane-containing resin composition obtained by the dropping operation is preferably stored in a fluid state for one day or more in order to further improve the uniformity of mixing and promote the dispersion at the atomic level. Mixtures stored in a low-viscosity liquid form have a very homogeneous composition in which Si is dispersed at the atomic level, and separation of silane compounds that occurs when mixing silane compounds having only hydrophobic groups such as methyl groups Does not occur.

【0036】エポキシシラン含有樹脂組成物は、ついで
必要に応じて真空脱気処理して吸蔵する空気を除去した
のち所定形状に成形する。成形手段は、通常、注型成形
や遠心成形により行われるが、半硬化した段階で圧縮成
形、押出成形、トランスファー成形などを適用すること
もできる。成形された成形体は、70〜150℃の温度
に加熱して硬化しガラス状カーボンの前駆体とする。
The epoxysilane-containing resin composition is then vacuum deaerated, if necessary, to remove the stored air, and then molded into a predetermined shape. The molding means is usually cast molding or centrifugal molding, but it is also possible to apply compression molding, extrusion molding, transfer molding, etc. at the semi-cured stage. The molded body thus molded is heated to a temperature of 70 to 150 ° C. and hardened to obtain a glassy carbon precursor.

【0037】室温混合過程で熱硬化性樹脂と反応しなか
ったエポキシシラン化合物は、成形や硬化時の加熱段階
でエポキシ基の開環反応が起き樹脂成分との反応が開始
される。したがって、成形工程での加熱温度を制御する
ことによりエポキシシラン化合物は均一分散状態を維持
しながら緩やかに樹脂成分と反応し、硬化過程を通じて
樹脂の硬化反応と同時にエポキシ基と樹脂成分との反応
が進行する。この作用で樹脂の硬化反応は緩徐な速度で
進行するから、エポキシシラン化合物と樹脂成分の反応
による歪みの発生は効果的に抑制される。
The epoxysilane compound that has not reacted with the thermosetting resin during the room temperature mixing process undergoes a ring-opening reaction of the epoxy group at the heating stage during molding and curing to start the reaction with the resin component. Therefore, by controlling the heating temperature in the molding process, the epoxysilane compound slowly reacts with the resin component while maintaining a uniform dispersion state, and the curing reaction of the resin and the reaction of the epoxy group and the resin component occur at the same time during the curing process. proceed. By this action, the curing reaction of the resin proceeds at a slow rate, so that the occurrence of strain due to the reaction between the epoxysilane compound and the resin component is effectively suppressed.

【0038】例えばエポキシシラン化合物とフェノール
系樹脂との反応は、下記化5に示す反応式で進行するも
のと推測される。
For example, the reaction between the epoxysilane compound and the phenol resin is presumed to proceed according to the reaction formula shown in the following chemical formula 5.

【0039】[0039]

【化5】 Embedded image

【0040】このようにして得られた硬化成形体は黒鉛
坩堝に詰めるか、黒鉛板で挟持した状態で、窒素、アル
ゴン等の不活性雰囲気に保たれた電気炉、あるいはリー
ドハンマー炉に詰めて800℃以上の温度域、好ましく
は1000〜2500℃の温度範囲で焼成炭化処理し
て、熱硬化性樹脂成分をガラス状カーボンに転化する。
この焼成炭化段階で脱酸素反応が進行し、Siが0.1
〜10重量%の範囲でガラス状カーボン組織中に原子レ
ベルの均一な連続相として分布する組織性状となる。
The cured molded product thus obtained is packed in a graphite crucible or sandwiched between graphite plates and then packed in an electric furnace kept in an inert atmosphere of nitrogen, argon or the like, or a lead hammer furnace. The thermosetting resin component is converted into glassy carbon by firing carbonization treatment in a temperature range of 800 ° C. or higher, preferably in a temperature range of 1000 to 2500 ° C.
In this firing carbonization stage, the deoxidation reaction proceeds, and Si becomes 0.1
Within the range of from 10 to 10% by weight, the glassy carbon structure has a texture property that it is distributed as a uniform continuous phase at the atomic level.

【0041】このようにして得られるSi含有ガラス状
カーボン材からなるカーボン発熱体は、必要に応じて最
終的に表面をバフ研磨あるいはダイヤモンドラッピング
処理して表面平滑度を高め、製品化する。なお、例えば
渦巻状、櫛形状など複雑形状の発熱体を製造する場合に
は、焼成炭化前の成形体に予め炭化時の寸法収縮率を見
込んで加工あるいは型成形するか、焼成後の炭素体に機
械加工するかのいずれかの方法で行うことができる。
The carbon heating element obtained from the Si-containing glassy carbon material thus obtained is finally commercialized by buffing or diamond lapping the surface, if necessary, to improve the surface smoothness. In the case of manufacturing a heating element having a complicated shape such as a spiral shape or a comb shape, for example, the molded body before firing and carbonization is processed or die-molded in consideration of the dimensional shrinkage ratio at the time of carbonization, or the carbon body after firing. It can be machined in any way.

【0042】本発明に係るカーボン発熱体は、ガラス状
カーボン組織中のSiを0.1〜10重量%の範囲で分
散含有する複合組成を示し、原子レベルのSiがガラス
状カーボン組織中に均一な連続相として分布する組織性
状を備えている。この組織性状は、Si成分が微粒子状
態で分散する組織とは異なり、組織内にSiとCとの粒
界が存在しないアロイ状の連続固溶相を呈しており、巨
視的にはガラス状カーボン単独の組織構造と実質的に相
違は認められないが、微視的にはガラス状カーボン組織
の一部のCがSiに置換して−C−Si−C−で結合さ
れた連続相を有する特有の複合形態を呈している。
The carbon heating element according to the present invention has a composite composition in which Si in the glassy carbon structure is dispersed and contained in the range of 0.1 to 10% by weight, and Si at the atomic level is uniform in the glassy carbon structure. It has a texture that is distributed as a continuous phase. This structure characteristic is different from the structure in which the Si component is dispersed in the state of fine particles, and exhibits an alloy-like continuous solid solution phase in which there is no grain boundary between Si and C in the structure. Substantially no difference from the single structure is recognized, but microscopically, a part of C in the glassy carbon structure is replaced by Si and has a continuous phase bonded by -C-Si-C-. It has a unique composite form.

【0043】上記の組織性状は、発熱体を高温発熱させ
た際、加熱装置系内に存在する微量な酸素その他の反応
性ガスとの反応を効果的に抑制して長期に亘る化学的安
定性を発揮し、同時にパーティクルの発生がない状態で
の長期使用が可能となる。
The above-mentioned texture property effectively suppresses the reaction with a trace amount of oxygen and other reactive gases existing in the heating system when the heating element is heated to a high temperature, and long-term chemical stability. And, at the same time, it becomes possible to use it for a long time in a state where particles are not generated.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。しかし、本発明の範囲はこれらの実施
例に限定されるものではない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples. However, the scope of the invention is not limited to these examples.

【0045】実施例1〜5、比較例1〜3 テトラエトキシシラン〔Si(OC2H5)4〕を濃度が50容量
%になるように水分を含まないエタノールに溶解し、ス
ターラーで30分間撹拌したのち超音波振動装置により
2時間分散処理を施した。この溶液にテトラエトキシシ
ラン1モルに対して0.03モル相当量の水分を含まな
い酢酸と1モル相当量の水を滴下し、スターラーで1時
間撹拌混合してテトラエトキシシランを加水分解させ
た。ついで、加水分解後のテトラエトキシシランを撹拌
しながら、予め水分を含まないエタノールに溶解しスタ
ーラーで30分間撹拌したのち超音波振動装置により2
時間分散処理を施したフェノール樹脂液を徐々に添加
し、引き続きスターラーで1時間撹拌して均一になるま
で混合した。この混合液を型枠に流し込み、真空装置内
で脱泡処理して室温から70℃まで加温して、架橋反応
により生成したゲル化物を硬化した。得られた硬化成形
体を窒素雰囲気に保持された加熱炉に移し、10℃/h
rの昇温速度で2000℃まで加熱して焼成炭化した。
このようにしてSi含有量の異なるSi含有ガラス状カ
ーボン材(縦横200mm、厚さ4mm) を製造した。得ら
れた各Si含有ガラス状カーボン材の物理特性を測定
し、表1に示した。
Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 Tetraethoxysilane [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] was dissolved in water-free ethanol to a concentration of 50% by volume, and stirred with a stirrer for 30 minutes. After stirring, dispersion treatment was performed for 2 hours by an ultrasonic vibration device. To this solution, 0.03 mol of acetic acid containing no water and 1 mol of water were added dropwise with respect to 1 mol of tetraethoxysilane, and stirred and mixed with a stirrer for 1 hour to hydrolyze tetraethoxysilane. . Then, while stirring the hydrolyzed tetraethoxysilane, it was dissolved in ethanol containing no water in advance, stirred with a stirrer for 30 minutes, and then stirred with an ultrasonic vibrator.
The phenol resin solution that had been subjected to the time dispersion treatment was gradually added, and subsequently stirred with a stirrer for 1 hour and mixed until uniform. The mixed solution was poured into a mold, defoamed in a vacuum device, and heated from room temperature to 70 ° C. to harden a gel formed by the crosslinking reaction. The obtained cured molded body is transferred to a heating furnace kept in a nitrogen atmosphere, and the temperature is 10 ° C./h.
It was heated to 2000 ° C. at a heating rate of r and carbonized by firing.
In this way, Si-containing glassy carbon materials having different Si contents (200 mm in length and width, 4 mm in thickness) were manufactured. The physical properties of each of the obtained Si-containing glassy carbon materials were measured and are shown in Table 1.

【0046】製造された板状の各Si含有ガラス状カー
ボン材を、図1に示す円盤状の発熱体形状に機械加工し
た。図1において、1は発熱体本体(直径146mm)、2は
発熱体本体1に設置されたスリット部(巾2mm) 、3は
ターミナル部である。ついでその表面を粒度 #800の
研磨材を用いて平滑にバフ研磨してカーボン発熱体を得
た。該カーボン発熱体を10Torrに減圧したチャンバー
内に取付け、中央発熱部が1600℃になるように通電
発熱させた。このようにして300時間通電発熱した後
のカーボン発熱体の重量減少率およびチャンバー内に脱
落した0.3μm 以上のパーティクル発生個数を測定
し、その結果を表2に示した。
Each of the plate-shaped Si-containing glassy carbon materials produced was machined into a disc-shaped heating element shape as shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a heating element body (diameter 146 mm), 2 is a slit portion (width 2 mm) installed in the heating element body 1, and 3 is a terminal portion. Then, the surface thereof was subjected to smooth buffing using an abrasive having a grain size of # 800 to obtain a carbon heating element. The carbon heating element was mounted in a chamber whose pressure was reduced to 10 Torr, and heat was generated by energization so that the central heating portion reached 1600 ° C. In this way, the weight reduction rate of the carbon heating element after heat generation by energization for 300 hours and the number of generated particles of 0.3 μm or more dropped in the chamber were measured, and the results are shown in Table 2.

【0047】実施例6、7 Si含有率が5Wt%になるように3−アミノプロピルト
リエトキシシラン〔チッソ(株)製A0750)および
3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン〔東
レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製AY43−0
26〕をフェノール樹脂〔住友デュレズ(株)製PR9
40〕中に滴下したのち、1時間撹拌混合した。なお、
3−アミノプロピルトリエトキシシランを添加した樹脂
溶液は一旦2℃の冷蔵庫に入れて発熱を抑えた後、24
時間さらに緩やかに撹拌混合を行った。また3−グリシ
ドキシプロピルメチルジメトキシシランを添加したフェ
ノール樹脂溶液は24時間の緩やかな撹拌混合を行っ
た。次いで、これらの混合溶液を型枠に流し込み、真空
装置内で脱泡処理したのち、室温から70℃まで加熱硬
化処理して樹脂成形板を得た。得られた硬化成形体を実
施例1と同一の方法により窒素雰囲気中にて10℃/hr
の昇温速度で2000℃まで加熱して焼成炭化し、Si
含有ガラス状カーボン材(縦横200mm、厚さ4mm) を
製造した。得られたSi含有ガラス状カーボン材の物理
特性を測定して、その結果を表1に併載した。
Examples 6 and 7 3-aminopropyltriethoxysilane (A0750 manufactured by Chisso Corporation) and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane (Toray Dow Corning Silicone) so that the Si content was 5 wt%. AY43-0 manufactured by Co., Ltd.
26] is a phenol resin [PR9 manufactured by Sumitomo Dures Co., Ltd.
40] and then mixed with stirring for 1 hour. In addition,
The resin solution to which 3-aminopropyltriethoxysilane was added was once placed in a refrigerator at 2 ° C. to suppress heat generation, and then 24
Stirring and mixing were performed more gently over time. Further, the phenol resin solution to which 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane was added was gently stirred and mixed for 24 hours. Next, these mixed solutions were poured into a mold, defoamed in a vacuum apparatus, and then heat-cured from room temperature to 70 ° C. to obtain a resin molded plate. The obtained cured molded article was treated in the same manner as in Example 1 in a nitrogen atmosphere at 10 ° C./hr.
Is heated to 2000 ° C at a heating rate of
A contained glassy carbon material (200 mm in length and width, 4 mm in thickness) was manufactured. The physical properties of the obtained Si-containing glassy carbon material were measured, and the results are also shown in Table 1.

【0048】このようにして製造したSi含有ガラス状
カーボン材について実施例1と同一の方法により機械加
工およびバフ研磨して図1に示す形状のカーボン発熱体
を作製した。このカーボン発熱体について、実施例1と
同一の条件により通電発熱試験を行い、発熱試験後の重
量減少率およびパーティクル発生個数を測定し、その結
果を表2に併載した。
The Si-containing glassy carbon material produced in this manner was machined and buffed by the same method as in Example 1 to produce a carbon heating element having the shape shown in FIG. This carbon heating element was subjected to an electric heating test under the same conditions as in Example 1, the weight reduction rate and the number of particles generated after the heating test were measured, and the results are also shown in Table 2.

【0049】比較例4 SiC焼結体を機械加工して図1に示す形状の発熱体を
作製し、実施例1と同一条件により通電発熱試験を行っ
た。この場合のSiC発熱体の物理特性を表1に、発熱
試験後の重量減少率およびパーティクル発生個数を表2
にそれぞれ併載した。
Comparative Example 4 A SiC sintered body was machined to produce a heating element having the shape shown in FIG. 1, and an energization heating test was conducted under the same conditions as in Example 1. The physical properties of the SiC heating element in this case are shown in Table 1, and the weight loss rate and the number of particles generated after the heating test are shown in Table 2.
It is listed in each.

【0050】比較例5 等方性黒鉛材〔東海カーボン(株)製、G347〕を機械加
工して図1に示す形状の発熱体を作製し、実施例1と同
一条件により通電発熱試験を行った。この場合の黒鉛発
熱体の物理特性を表1に、発熱試験後の重量減少率およ
びパーティクル発生個数を表2にそれぞれ併載した。
Comparative Example 5 An isotropic graphite material [G347 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.] was machined to produce a heating element having the shape shown in FIG. 1, and an energization heat generation test was conducted under the same conditions as in Example 1. It was The physical properties of the graphite heating element in this case are shown in Table 1, and the weight reduction rate after the heat generation test and the number of particles generated are also shown in Table 2.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】[0052]

【表2】 [Table 2]

【0053】表1および表2の結果を考察して明らかな
ように、実施例によるSi含有ガラス状カーボン材から
なるカーボン発熱体は、Si成分を含有するにもか拘ら
ず発熱体として適正な物理特性を備えており、通電発熱
試験後の重量減少率が低く、パーティクルの発生個数も
極めて少ない。これに対しSi含有率が0.1重量%を
下回る比較例1およびSi成分を含有しない比較例3で
は重量減少率およびパーティクル発生個数が増大し、S
i含有率が10重量%を越える比較例2では重量減少率
は少ないもののパーティクル発生個数が多くなって、い
ずれも長期安定性と非汚染性に難点があることが判る。
また、SiC焼結体で作製した比較例4の発熱体、等方
性黒鉛材で作製した比較例5の発熱体は、共にパーティ
クル発生が著しく、汚染による歩留りの低下が問題とな
る。
As is clear from consideration of the results shown in Tables 1 and 2, the carbon heating element made of the Si-containing glassy carbon material according to the example is suitable as a heating element despite containing the Si component. It has physical properties, has a low weight loss rate after an electric heat generation test, and has very few particles generated. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the Si content is less than 0.1% by weight and Comparative Example 3 in which no Si component is contained, the weight reduction rate and the number of particles generated increase, and S
In Comparative Example 2 in which the i content exceeds 10% by weight, although the weight reduction rate is small, the number of particles generated is large, and it can be seen that both have problems in long-term stability and non-staining property.
Further, both the heating element of Comparative Example 4 made of a SiC sintered body and the heating element of Comparative Example 5 made of an isotropic graphite material both generate particles remarkably, which causes a problem of reduction in yield due to contamination.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によればガラス状
カーボン組織中に一定量のSiが分散含有するSi含有
ガラス状カーボン材を選択することにより、高温発熱に
際しても消耗が少ないうえ、組織からのパーティクル発
生が極めて少ない高性能のカーボン発熱体を提供するこ
とができる。したがって、長期の安定使用ならびに非汚
染性が要求される半導体装置の発熱体として有用性が期
待される。
As described above, according to the present invention, by selecting the Si-containing glassy carbon material in which a certain amount of Si is dispersedly contained in the glassy carbon structure, the consumption is small even at high temperature heat generation and the structure is small. It is possible to provide a high-performance carbon heating element in which the generation of particles is extremely small. Therefore, it is expected to be useful as a heating element of a semiconductor device which requires stable use for a long period of time and non-polluting property.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例で作製した発熱体形状を示した
平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a shape of a heating element produced in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発熱体本体 2 スリット部 3 ターミナル部 1 Heating element body 2 Slit part 3 Terminal part

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス状カーボン組織中にSiを0.1
〜10重量%の範囲で分散含有するSi含有ガラス状カ
ーボン材からなることを特徴とするカーボン発熱体。
1. A glassy carbon structure containing 0.1% of Si.
A carbon heating element comprising an Si-containing glassy carbon material dispersedly contained in the range of 10 to 10% by weight.
【請求項2】 Si含有ガラス状カーボン材が、熱硬化
性樹脂と1分子中に単一のSi原子を含むSiアルコキ
シドの加水分解物を有機溶媒中で撹拌混合して−O−S
i−O−で架橋された硬化成形体、あるいは1分子中に
単一のSi原子を含むアミノシラン化合物またはエポキ
シシラン化合物を熱硬化性樹脂液中に滴下して撹拌混合
し成形した硬化成形体、を焼成炭化して得られ、原子レ
ベルのSiがガラス状カーボン組織中に均一な連続相と
して分布する組織性状を備えるものである請求項1記載
のカーボン発熱体。
2. A Si-containing glassy carbon material, a thermosetting resin, and a hydrolyzate of a Si alkoxide containing a single Si atom in one molecule are stirred and mixed in an organic solvent to obtain —O—S.
a cured molded product crosslinked with i-O-, or a cured molded product obtained by dropping an aminosilane compound or an epoxysilane compound containing a single Si atom in one molecule into a thermosetting resin liquid and stirring and mixing the molded product. The carbon heating element according to claim 1, wherein the carbon heating element has a texture property in which Si at an atomic level is obtained by firing and carbonizing and is distributed as a uniform continuous phase in a glassy carbon structure.
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