JPS6350480A - ガラス状炭素被覆体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ガラス状炭素は強度、硬度が大きく、気体および液体の
不浸透性にも優れている上、化学的、熱的にも安定で、
かつ、かなりの電気伝導度、熱伝導度を有する。本発明
はこのようなガラス状炭素で被覆されたガラス状炭素被
覆体の製造方法に関する。このような被覆体は化学プラ
ント、電子、原子力、航空宇宙などの広い産業分野での
利用力！期待されている。

〔従来の技術とその問題点〕

従来、ガラス状炭素材はフルフリルアルコール樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を希望する最終製品の形
状に成形し、それを不活性雰囲気中で焼成炭化する方法
をとっていた（参考文献二石用敏功他著「新・炭素工業
」近代編集社１９８０年発行）。しかし、この方法では
焼成炭化すると製品の収縮がかなり大きいために目的と
する製品の大きさ、厚さ等に限界があり、また複雑な形
状のものを作ることが難しかった。さらに、製品にクラ
ックが入ることを防ぐために焼成の際の昇温速度を遅く
しなければならず、生産性が悪くなるとｈう問題があっ
た。ガラス状炭素材を利用する際には必ずしも製品全体
がそれである必要はなく、ある程度の厚みをもった表面
だけがガラス状炭素材で覆われていればよい場合も多い
。

この様な観点から、有機重合体を不完全に熱分解させて
得たピッチ状化合物を芳香族溶剤と混合してスラリーを
つくり、炭素またはセラミックス基材にそのスラリーを
塗布し、不活性雰囲気中で焼成することからなるガラス
状炭素被覆体の製造法が知られている（特公昭５２−３
９６８４号公報）。

この方法ならば、上記のがラス状炭素材被覆展品展造の
問題点がある程度克服されるが、ガラス状炭素被覆層を
厚くすることが難しく、それを厚くするために上記塗布
および焼成の操作を繰り返し行なうとクラックが発生す
るなめ十分な厚さの被覆層は得られないという欠点があ
った。

本発明は、上記した欠点を解消するガラス状炭素被覆体
の製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決する之めの手段〕

発明者らは炭素、セラミックス等の成形体に前記スラリ
ーを塗布したものを不活性雰囲気中で焼成する条件につ
いて検討中に、前記焼成の前に、酸化性雰囲気中で加熱
することによって前記欠点が解消することを見出した。

また、さらに、このような酸化性雰囲気中で焼成するこ
とによって、焼成時の炭素の損失がいちじるしく少なく
なること、すなわち炭素収率が向上することがわかった
。

すなわち本発明は、炭素、金属またはセラミックスの成
形体に有機高分子の不完全熱分解生成物の被膜を形成し
、酸化性雰囲気中で加熱し、ついで不活性雰囲気中で焼
成することを特徴とするガラス状炭素被覆体の製造方法
である。以下、本発明について詳しく説明する。

本発明において、炭素、金属またはセラミックス材料は
特に限定はないが、ガラス状炭素の被膜を形成しようと
する表面がある程度荒れていることが好ましい。すなわ
ち、細孔を有する材料ならば、開気孔率が５〜５０％、
好ましくは８〜２０慢であシ、滑らかな材料ならば、＃
３０〜＃　２０００の、好ましくは＃３００〜＃８００
の研磨材で表面研磨する。

有機高分子は特に限定はないが、炭素含有量が３０重重
量板上のものが好ましく、たとえばポリ塩化ビニル、ポ
リビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アルキルフェノ
ールである。

これらの有機高分子を適度に熱分解させたピッチ状物質
（以下ＰＣ−と略す）は炭素含有量が８０重量％以上で
ある上に、ベンゼン、クロロホルム等の有機溶剤に溶け
るため塗布法により簡単に被膜を形成できる。特にガラ
ス状炭素被覆体の使途が半導体用治具、サセプター等の
場合には、不純物の面からポリ塩化ビニルを熱分解させ
たＰＣがとりわけ好ましい。熱分解μ、アルゴン等の不
活性雰囲気中で２００〜ｓｏｏ’ｃで３ｏ分以上加熱し
て行なう。

前記ＰＣを溶剤Ｋ　２００〜８００９／ＩＩ）濃度で溶
かして炭素、金属またはセラミックスの成形体に塗布す
ればよい。溶剤は溶解性、揮発性の点でトリクレンなど
の脂肪族塩素系の溶剤がとくに好ましい。塗布の方法は
超音波含浸、はけ塗り、スプレー、浸漬などである。塗
布後に比較的低温（５０〜１００°Ｃていと）で乾燥す
ることが好ましい。

ついで前記塗布体を酸化性雰囲気中で加熱する。

酸化性雰囲気とは酸素、オゾンなど酸化作用のあるがス
である。簡便には温度１５０〜３５０°Ｃでの空気酸化
でよい。空気中で加熱する場合に、温度が１５０°Ｃ未
満では酸化に長時間髪するので実用的でなく、３５００
０を越えると脱炭酸反応が顕著になシ、炭素収率が下る
ため好ましくない。オゾンを用いる場合には空気に１％
でいどのオゾンを混合して５０℃ていどの温度で加熱す
ればよい。

加熱の時間は成形体の形状、塗布被膜の厚さによシ調節
しなげればならないが通常は５〜２０時間が適当である
。

なお、このように酸化性雰囲気中で加熱することによっ
て焼成時の炭素化収率が向上する理由としては、ＰＣの
被膜表面が酸化されることによって分子間または分子内
で架橋化が起り、これにより焼成の過程においてＰＣが
溶融しにくくなり、溶融状態を経ることなく炭化される
ためであるりと考えられる。

本発明において焼成とは、６００〜１６００℃ていどの
温度で３０分以上の加熱を施すことであり、これによ５
ＰＣは炭素化する。なお、前記スラリーの塗布において
厚く塗布した場合、またはｐｃの溶解濃度を高くした場
合には泡の発生を防ぐために焼成の際の昇温速度をやや
遅くするほうがよ込。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する◇実施例
１ 塩化ビニル樹脂（電気化学工業■製５ｓ−１１０タイプ
）を加熱炉に入れ、アルコ９ンガス雰Ｊ気下、３９０℃
で９０分加熱した。得られたｐｃをトリクレンに８０口
Ｉ／７の濃度で溶解し、塗布母液とした。塗布対象の材
料は開気孔率１５チの黒鉛及ヒアルミナ板（１００ＪＩ
ＩＩＸ　１００朋Ｘ　Ｉ　Ｄｍｍ）を用い、超音波含浸
により塗布し念。

塗布体を加熱炉に入れ、雰囲気を空気にして室温から１
５０°Ｃ′！では５°Ｏ／　ｍｉｎ、　　１５０〜２７
０°Ｃの間は肌０８°Ｏ／ｍ１ｎＯ昇温速度で昇温し、
２７０℃で５時間加熱した。つぎに雰囲気をアルコ９ン
に置換し、３５０°Ｃ，ｔでは１５℃／　ｍ１ｎ）温し
、１０００℃で３０分保つことにより焼成を行った。

下記の式によシ被覆量Ｔおよび炭素化収率Ｒを求め念。

ここでＷｏは被覆前の成形体の！ｇ、ｗ工はＰＣを塗布
・乾燥した後の成形体の重さ、Ｗ２は焼成後の成形体の
！ｌさ、Ａｆｌ成形体の表面積である。

焼成品を光学顕微鏡（倍率１００倍）および８１（倍率
最高５０００倍）でくわしく観察してクラックおよび剥
離の有無を調べた。

結果は表に示した通り良好なガラス状炭素被覆面が得ら
れ、また、炭素化収率が高く、満足すべきものであった
。

実施例２ 実施例１と同一方法、同一条件で製造したガラス状炭素
被覆体の表面を＄１０００のシリコンカーバイド研摩材
で研摩し、さらにふたたび実施例１のＰＣ塗布、乾燥、
酸化性雰囲気中での加熱および不活性雰囲気中での焼成
を行なった。実施例１と同じ方法で被覆量および炭素化
収率を求め、光学顕微鏡および８３Ｍ観察を行なった。

その結果は表に示すとおジ、良好な被覆面を得ることが
でき、また、炭素化収工が高く、満足すべきものであっ
た。

実施例３ 塗布体を加熱炉に入れて加熱するときに、雰囲気を空気
の代りに、空気に約１％のオゾンを加えたこと、加熱の
温度、時間を５０°Ｃで１ｏ時間とした外は実施例１と
同一方法、同一条件でがラス状炭素被覆体を製造した。

実施例１と同じ方法で被覆量および炭素化収率を求め、
光学顕微鏡および１Ｍ観察を行なった。

その結果は表に示すとおり、良好な被覆面を得ることが
でき、また、炭素収率が高く、満足すべきものであった
。

比較例 塗布体を酸化性雰囲気中で加熱することなく、不活性雰
囲気中で焼成した。その外は実施例１に準拠して行った
。その結果は表に示す通り被覆面に多くのクラックが見
られ、また、被覆面の炭素化収率も、悪かった。

表 〔効果〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素、金属またはセラミックスの成形体に有機高分子の
   不完全熱分解生成物の被膜を形成し、酸化性雰囲気中で
   加熱し、ついで不活性雰囲気中で焼成することを特徴と
   するガラス状炭素被覆体の製造方法。