KR101242366B1 - 도가니 보유 지지 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

도가니 보유 지지 부재 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니를 보유 지지하기 위한 도가니 보유 지지 부재가 제공된다. 도가니 보유 지지 부재는 각각 복수의 탄소 섬유를 포함하는 복수의 스트랜드를 제직하여 형성되는 메쉬체와, 탄소 섬유들 사이의 틈새에 충진되는 매트릭스를 포함한다. 메쉬체는, 메쉬체의 중심축과 동일면 내에 배향되는 복수의 길이 방향 스트랜드와, 중심축에 대하여 제1 각도로 경사지는 제1 방향으로 배향된 복수의 제1 스트랜드와, 중심축에 대하여 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지는 제2 방향으로 배향된 복수의 제2 스트랜드를 포함하는 3축의 제직 구조를 갖는다. 제1 방향은 중심축에 대하여 제2 방향과 반대이다.
Figure R1020090016075
실리콘 단결정 인발, 석영 도가니, 실리콘 융액, 도가니 보유 지지 부재, 스트랜드

Description

도가니 보유 지지 부재 및 그 제조 방법{CRUCIBLE HOLDING MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 2월 26일 출원된 일본 특허출원 제2008-044673호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 일본 특허출원의 전체 청구 대상은 본 출원에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은 실리콘 단결정 인발에 사용되는 석영 도가니를 보유 지지하는 도가니 보유 지지 부재에 관한 것이다.
탄소 재료는 높은 내열성과 높은 열충격성을 가지며, 또한 실리콘을 오염시키기가 어렵다는 이유로 실리콘 단결정 인발 장치에서 지금까지 널리 사용되어 오고 있다. 특히, 등방성 흑연 재료는 고밀도이기 때문에 장치 내에서 발생되는 SiO와 같은 반응성 가스와 반응하기 어렵고, 또한 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니에 대한 재료인 SiO2와의 반응 속도가 느리다. 따라서, 등방성 흑연 재료는 석영 도가니의 외주를 보유 지지하는 흑연 도가니로서 사용되어 왔다.
최근, 수율을 높이고 생산성을 향상시키기 위해 실리콘 웨이퍼의 직경에 있어서의 증가가 진행되어 왔으며, 300㎜ 웨이퍼가 주류가 되었다. 직경이 더욱 증가된 400㎜를 초과하는 웨이퍼의 개발도 진전되어 왔다. 실리콘 웨이퍼의 직경에 있어서의 이 증가에 의해, 실리콘 단결정 인발 장치의 크기가 커지게 되었으므로, 인발 장치에서 사용되는 흑연 도가니의 무게가 극히 무거워져서, 흑연 도가니의 장치의 세팅과 같은 취급의 곤란함을 가져오고 있다.
또한, 등방성 흑연 재료의 제조 공정은 정수압하의 프레스 공정을 요구하고, 흑연 제품 직경의 대략 1.5배의 크기를 갖는 냉간 등방압 프레스(CIP) 장치를 요구한다. 종래의 CIP 장치의 직경은 대형 흑연 도가니로서의 등방성 흑연 재료에 대해 충분치 못하므로, 보다 큰 장치가 필요하게 된다.
CIP 장치를 사용하지 않고서 대형 흑연 도가니를 제조하는 기술로서, 필라멘트 권취 공정에 의해 탄소 섬유를 도가니 형태로 성형하고, 이것을 매트릭스로서의 수지 또는 피치에 함침시키고, 이것을 소성하여 이후 C/C 복합재라고 부르는 탄소/탄소 섬유 복합재로 된 도가니를 제조하는 것을 포함하는 기술(예를 들어, JP-A-10-152391 또는 JP-A-11-60373 참조) 및, 탄소 섬유 직물을 성형 다이에 부착시키고, 성형을 실시하고 경화시켜 탄소 섬유-강화 플라스틱을 얻은 후, 이것을 함침 및 소성하여 C/C 복합재로 된 도가니를 제조하는 것을 포함하는 기술(예를 들어, JP-A-10-245275 참조) 등이 제안되어 왔다.
실리콘 단결정 인발 장치에서는, 실리콘을 용융시키면서 단결정 잉곳이 제조되므로, 실리콘의 융점(1,420℃) 이상의 온도로 그 장치의 내부를 가열하는 것이 필요하다. 실리콘이 용융되면, 흑연 도가니와 이 내부에 삽입된 석영 도가니가 연화되어 서로 밀착한다.
석영 글라스의 열팽창계수는 0.6×10-6/℃이고, C/C 복합재의 열팽창계수는 일반적으로 동일한 정도이다. 그러므로, 단결정 잉곳의 인발이 종료된 후 실리콘 융액이 거의 제거되고 장치가 냉각되면, 양자가 서로 강하게 구속하지 않고 냉각된다.
그러나, 인발이 개시된 직후에 정전과 같은 문제에 의해 실리콘 융액이 응고하면, 실리콘은 응고에 수반하여 팽창하는(약 9.6%의 체적 팽창) 특성을 갖는다. 이것이 석영 도가니와 흑연 도가니를 확장시키는 기능으로서 작용한다.
소직경의 단결정 잉곳을 인발하는 장치의 경우라면, 이러한 문제가 발생하더라도, 단시간에 냉각이 되는데다가, 밖으로 누설되는 비응고 융액의 양이 적다. 그러나, 대직경의 단결정 잉곳을 인발하는 장치의 경우, 이러한 문제가 발생하면, 냉각에 시간이 소요되고, 또한 일단 실리콘 융액이 밖으로 누설되면, 다량의 실리콘 융액이 장치의 저부로 흘러나와, 이것이 커다란 손상을 일으킨다.
상술한 공보 JP-A-10-152391 또는 JP-A-11-60373에 기재된 바와 같이 필라멘트 권취 공정을 사용하여 마련된 C/C 복합재로 된 도가니는 그 주연 방향에 평행한 방향으로 감겨진 복수의 탄소 섬유가 존재하기 때문에 극히 고강도를 구비하며, 따라서 이 도가니는 대형 흑연 도가니에 적합하다. 그러나, 상술한 문제가 발생하는 경우, 실리콘 융액이 그 응고시에 팽창한다. 그러므로, 이것이 주연 방향으로 배향된 탄소 섬유를 파단하는 기능으로서 작용하고, 따라서 탄소 섬유의 파단으로 인한 C/C 복합재로 된 도가니에서의 크랙이 발생할 수 있다.
또한, 상술한 공보 JP-A-10-245275에 기재된 바와 같이 탄소 섬유 직물을 부착하여 마련된 도가니에서도, 주연 방향으로 배향된 복수의 탄소 섬유가 존재한다. 그러므로, 주연 방향으로 가해진 장력으로 인해 C/C 복합재로 된 도가니에서의 크랙이 상술한 바와 마찬가지로 발생할 수 있다.
또한, 상술한 공보들에 기재된 C/C 복합재로 된 도가니의 제조 공정에서는, 탄소 섬유가 성형 다이에 감겨지거나 또는 성형 다이에 탄소 섬유 직물이 부착되어 형상을 형성하고, 수지와 같은 매트릭스 전구체가 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 직물에 함침되고, 성형 다이와 함께 가열 경화 및 소성 탄소화가 실시되고, 이어서 성형 다이로부터 이형된다.
이러한 단계에서, C/C 복합재로 된 도가니와 성형 다이 사이의 열팽창계수가 다르기 때문에 탄소 섬유에 강한 장력이 가해지고, 이것이 탄소 섬유의 파단을 일 으킬 수 있다.
본 발명은 상술한 문제의 견지에서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 충분한 강도를 확보하면서도 동시에, 강한 장력이 주연 방향으로 작용하는 경우에도 형상이 안정한, 실리콘 단결정 인발 장치에 사용되는 석영 도가니를 보유 지지하는 도가니 보유 지지 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 양태에 따르면, 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니를 보유 지지하는 도가니 보유 지지 부재가 제공되고, 도가니 보유 지지 부재는 각각 복수의 탄소 섬유를 포함하는 복수의 스트랜드를 제직하여 형성되는 메쉬체와, 탄소 섬유들 사이의 틈새에 충진되는 매트릭스를 포함한다. 메쉬체는 메쉬체의 중심축과 동일면 내에 배향되는 복수의 길이 방향 스트랜드와, 중심축에 대하여 제1 각도로 경사지는 제1 방향으로 배향된 복수의 제1 스트랜드와, 중심축에 대하여 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지는 제2 방향으로 배향된 복수의 제2 스트랜드를 포함하는 3축의 제직 구조를 갖는다. 제1 방향은 중심축에 대하여 제2 방향과 반대이다.
상술한 구성에 따르면, 3축 제직 구조는 중심축과 동일면 내에 배향되는 길이 방향 스트랜드 및 중심축에 비스듬하게 배향되는 스트랜드를 포함하므로 매우 높은 강도를 확보할 수 있다. 또한, 주연 방향으로 팽창하는 힘이 도가니 보유 지지 부재에 작용하는 경우라도, 3축 제직의 격자가 주연 방향으로 확대되도록 왜곡되고, 이로써 주연 방향에서의 팽창을 흡수할 수 있다. 따라서, 도가니 보유 지지 부재의 전체 형상이 크게 흐트러지는 것이 거의 발생하지 않는다. 그러므로, 고강도를 확보하면서 동시에 형상 안정성이 우수한 도가니 보유 지지 부재가 제공될 수 있다.
또한, 상술한 구성에 따르면, 비스듬하게 배향된 스트랜드의 경사각을 변경함으로써 용도에 따라 주연 방향의 강성이 변경될 수 있거나 또는 각 부위의 주연 방향의 강성이 변경될 수 있다.
본 발명의 상기 양태 및 다른 양태는 첨부 도면과 연관하여 뒤따르는 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터 보다 명확하고 쉽게 알 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재의 예시적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 실리콘 단결정 인발 장치(10)를 도시한다. 도 1에 도시된 실리콘 단결정 인발 장치(10)에서, 실리콘 융액(12)을 수용하는 석영 도가니(14) 및, 석영 도가니(14)를 외측으로부터 둘러싼 상태로 석영 도가니(14)의 외주면을 보유 지지하기 위한 도가니 보유 지지 부재(16)가 지지부(15) 상에 위치된다. 도가니 보유 지지 부재(16)의 둘레에는 히터(18)가 배열되고, 히터(18)에 의해 석영 도가니(14) 및 도가니 보유 지지 부재(16)를 거쳐 실리콘 융액(12)을 가열하는 동안 잉곳(13)이 인발되고, 이에 의해 실리콘 단결정을 제조한다.
도가니 보유 지지 부재(16)는 탄소 섬유로 형성된 메쉬체와 탄소 섬유 사이 의 틈새에 충진된 매트릭스를 포함한다.
본 예시적인 실시예에 따른 메쉬체가 도 2a 및 도 2b에 도시된다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 메쉬체(20)는 저부에 폐쇄 단부를 구비한 실질적으로 바구니 형상을 갖는다. 특히, 메쉬체(20)는 실질적으로 원통 형상부(20A) 및 주발(bowl) 형상 저부(20B)를 갖는다. 이 메쉬체(20)는 엮는 실로서의 복수의 탄소 섬유를 번들링함으로써 각각 얻어지는 리본 형상의 스트랜드(22)들을 사용하여 3축 제직에 의해 형성된다. 즉, 메쉬체(20)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 그 메쉬체(20)의 중심축(L)에 대하여 +θ(0〈θ〈90도)의 경사각으로 배향된 제1 스트랜드(22A)와, -θ의 경사각으로 배향된 제2 스트랜드(22B)와, 중심축(L)과 동일면 내에 배향된 길이 방향 스트랜드(22C)를 포함하는 3축 제직 구조를 갖는다. 다시 말하면, 제1 스트랜드(22A)는 중심축(L)에 대하여 제1 각도로 제1 방향으로 배향되고, 제2 스트랜드(22B)는 중심축(L)에 대하여 제1 각도와 동일한 제2 각도로 배향되지만, 제1 방향은 중심축(L)에 대하여 제2 방향과 반대이다.
이 메쉬체(20)는 제1 스트랜드(22A), 제2 스트랜드(22B) 및 길이 방향 스트랜드(22C)가 3축 구조를 갖는 브레이드(braid) 형태로 꼬아지기 때문에 고강도를 확보할 수 있다. 따라서, 예시적인 실시 형태에 따르는 도가니 보유 지지 부재는 중량이 나가는 석영 도가니라도 확고하게 보유지지할 수 있어, 대형 실리콘 단결정 인발 장치에 적절한 석영 도가니 보유 지지 부재가 제공될 수 있다.
또한, 제1 스트랜드(22A) 및 제2 스트랜드(22B)가 메쉬체(20)의 중심축(L)에 대하여 경사지고, 중심축에 대하여 수직한 방향[즉, 메쉬체(20)의 주연 방향]으로 는 배향되지 않으므로, 주연 방향의 강성이 낮은 구조가 획득된다. 이러한 이유로, 상술한 바와 같은 원인으로 인해 주연 방향으로 팽창하는 힘이 도가니 보유 지지 부재(16)에 가해진 경우라도, 3축 제직의 격자가 변형되도록 왜곡되고, 이에 의해 메쉬체(20)가 폭 방향으로 확장될 수 있어서 폭 방향으로의 팽창을 흡수할 수 있다. 그러므로, 탄소 섬유의 파단이 발생하기 어렵고, 형상이 크게 흐트러지지 않아서, 도가니 보유 지지 부재의 형상 안정성이 우수하다.
또한, 메쉬체(20)에서, 도가니 보유 지지 부재(16)의 각 부분에 대해 요구되는 강성에 따라, 중심축(L)에 대한 제1 스트랜드(22A) 및 제2 스트랜드(22B)의 경사각(θ)을 적절하게 변경할 수 있다. 경사각(θ)을 변경함으로써 메쉬체(20)의 주연 방향의 강성을 조정할 수 있으므로, 메쉬체(20)의 각 부위 또는 용도에 따라 주연 방향의 강성을 변경할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 각도는 메쉬체의 부위에 따라 달라진다.
예를 들어, 도가니 보유 지지 부재(16)의 상부측에서는, 실리콘 융액(12)에 의한 작용 하중이 작고, 인발의 시작시 실리콘 융액이 응고할 때, 상부측은 실리콘 융액(12)의 체적 팽창을 직접 받으므로, 강성을 낮추기 위해 경사각(θ)을 감소시키는 것이 바람직하다. 한편, 석영 도가니의 저부가 둥글기 때문에, 실리콘 융액에 의한 하중이 크고 인발의 시작시 실리콘 융액이 응고하는 경우, 도가니 보유 지지 부재(16)의 하부측은 체적 팽창을 직접 받기 어렵다. 그러므로, 강성을 높이기 위해 경사각(θ)을 증가시키는 것이 바람직하다.
경사각(θ)을 감소시키는 경우에, 실리콘 융액(12)의 팽창이 발생하여 횡방 향(주연 방향)으로 신장하더라도, 횡방향으로의 신장에 대한 길이 방향(높이 방향)으로의 수축도가 작기 때문에 횡방향으로의 신장을 추종하는 것이 쉽다. 그러나, 경사각(θ)을 증가시키는 경우에는, 실리콘 융액(12)의 팽창이 발생하여 횡방향으로 신장하는 경우에, 횡방향으로의 신장에 대한 길이 방향의 수축도가 증가하기 때문에 횡방향으로의 신장을 추종하기가 어려워 각각의 스트랜드(22)에 강한 힘이 가해진다. 그러므로, 제1 스트랜드(22A) 또는 제2 스트랜드(22B)가 파단되거나, 또는 길이 방향 스트랜드(22C)가 좌굴되기 쉬워진다.
스트랜드(22)는 수만개 정도의 탄소 섬유를 번들링하여 각각 형성된다. 스트랜드(22)를 구성하는 탄소 섬유에 관련해서는, 피치계 탄소 섬유, PAN계 탄소 섬유 등이 사용될 수 있다. 제1 스트랜드(22A), 제2 스트랜드(22B) 및 길이 방향 스트랜드(22C)를 구성하는 탄소 섬유는 동일한 재료나 상이한 재료일 수 있다.
스트랜드(22)의 형상은 로드 형상 등이 될 수 있으며, 리본 형상일 수도 있다. 또한, 스트랜드(22)로서 에폭시 수지 등을 함침시킴으로써 사이징(sizing) 처리를 한 것을 사용하면, 적절한 탄성이 얻어져 스트랜드를 수작업으로 제직하더라도 균등한 주기로 제직하기 용이하다.
실리콘 단결정 인발 장치(10)가 대직경의 잉곳을 제조할 수 있는 대형인 경우, 실리콘 융액(12)의 대류를 감소시키기 위해, 실리콘 융액(12) 내에서 상부측의 온도는 높고 하부측의 온도는 낮아지는 온도 구배를 주도록 도가니 보유 지지 부재(16)가 상하 방향으로 저열전도성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 길이 방향 스트랜드의 열전도성이 제1 및 제2 스트랜드의 열전도성보다 낮을 수 있다. 실 리콘 단결정 인발 장치(10)가 대형인 경우, 인발에 걸리는 시간이 비교적 길고, 그 결과로 실리콘 융액(12)을 석영 도가니(14)에 장시간 수용하게 된다. 실리콘 융액(12)이 석영 도가니(14)에 장시간 놓이게 되면, 석영 도가니(14)로부터의 산소로 실리콘 융액(12)이 오염되기 쉽다. 그러나, 실리콘 융액(12)의 대류를 가능한 한 줄임으로써 산소에 의한 오염을 방지할 수 있다.
저열전도성을 갖는 스트랜드를 형성하는 탄소 섬유는, 예를 들어, 일반적인 탄소질의 탄소 섬유(흑연질의 탄소 섬유에 대하여) 등을 포함한다.
스트랜드를 구성하는 탄소 섬유를 충진하기 위한 매트릭스 전구체는 소성에 의해 탄소질 또는 흑연질의 매트릭스를 형성할 수 있는 것이라면 어느 것이어도 된다. 소성에 의해 탄소화 또는 흑연화되는 매트릭스 전구체와 관련해서는, COPNA 수지, 페놀 수지, 퓨란 수지 또는 폴리이미드 수지와 같이 높은 탄화 수율을 갖는 열경화성 수지와 함께, 석유, 석탄등으로부터 얻어지는 피치가 사용될 수 있다. 또한, 매트릭스는 열분해 탄소, SiC 등의 화학 기상 함침(CVI)에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 도가니 보유 지지 부재(16)의 메쉬 크기가 크다면, 도가니 보유 지지 부재(16)에 삽입된 석영 도가니(14)가 연화되고, 석영 도가니(14)가 메쉬안으로 들어가서 제거의 곤란함을 일으킨다. 이를 방지하기 위해, 도가니 보유 지지 부재(16)와 석영 도가니(14) 사이에 팽창 흑연 시트 또는 탄소 섬유의 초조(papermaking) 시트와 같은 탄소질 또는 흑연질의 시트를 제공하는 것이 유리하다.
또한, 이러한 탄소질 또는 흑연질의 시트가 제공되는 경우에는, 석영 도가니(14)와 도가니 보유 지지 부재(16)가 서로 직접 접촉하지 않으므로, 석영 도가니(14)와의 반응에 의해 유발되는 도가니 보유 지지 부재(16)의 열화가 발생하기 어렵다. 그러므로, 탄소질 또는 흑연질의 시트를 교환만 하여 도가니 보유 지지 부재를 반복하여 사용할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 예시적인 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재의 제조 방법의 일예를 설명한다. 본 예시적인 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재는 이하의 5 개의 단계, 즉, 제직 단계 S1, 함침 단계 S2, 경화 단계 S3, 탄소화 단계 S4 및 고순도화 단계 S5에 의해 제조할 수 있다.
A) 제직 단계 S1
먼저, 3축 제직 메쉬체(20)(도 2)를 형성하기 위한 원통형 성형 다이를 마련한다. 성형 다이의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 이후의 탄소화 단계 등에서 침탄되지 않도록 흑연제의 성형 다이를 사용하는 것이 바람직하다. 대형의 메쉬체를 형성하려는 경우에는, 복수의 흑연 재료 단편들을 접착제 등을 통해 결합함으로써 대형의 성형 다이를 형성할 수 있다. 이 경우, 접착제로서 COPNA 수지를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 COPNA 수지를 사용하면 탄소화 단계를 거친 후에도 접착력을 유지할 수 있기 때문이다. 또한, 중공의 성형 다이를 사용하는 경우, 경량이며 취급이 용이하다.
이형(mold release)의 실시를 용이하게 하기 위해, 액체 불침투성과 내열성을 갖는 이형 필름을 성형 다이의 외주 주위에 미리 감싸는 것이 유리하다. 필름 의 재료는, 그 필름이 대략 경화 온도에서 액체 불침투성과 내열성을 갖는 한 특별히 한정되지 않는다. 그 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 셀로판, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등을 포함한다. 이형 필름을 감싼다면, 이형 필름은 경화할 때까지 분해되지 않고 탄소화까지에서 분해 또는 탄화되어 이형을 용이하게 한다.
복수의 탄소 섬유를 번들링함으로써 리본 형상의 스트랜드들을 각각 형성하고, 3차원 브레이딩 방법에 의해 스트랜드를 성형 다이의 외주연을 따라 제직함으로써, 원통형 메쉬체를 형성할 수 있다. 3차원 브레이딩 방법에 의한 메쉬체의 형성은 관련된 기술 방법에 의해 실시될 수 있다.
상업적으로 입수가능한 자동 직기[loom, 예를 들어, 호와 공업사(Howa Machinery, ltd)제의 TWM-32C, TRI-AX]를 스트랜드를 제직하는데 사용할 수 있다. 자동 직기를 시중에서 구할 수 없다면, 브레이드의 형성과 같이 수작업으로 원통형 메쉬체를 형성할 수 있다.
또한, 메쉬체의 원통형부를 형성하기 위해, 스트랜드를 평면 형태로 제직한 3축 직물을 마련하고, 이것을 성형 다이의 주위에 원통 형상으로 두르고, 접착제 등으로 접합하고, 추가로 3차원 브레이딩 방법에 의해 제조된 저부에 부착하여 메쉬체를 형성할 수 있다.
에폭시 수지 등을 다량으로 사용하여 사이징 처리된 스트랜드를 사용하여 메쉬체를 마련하고, 메쉬체를 후속 공정의 매트릭스 전구체인 수지에 함침시키기 어려운 경우에는, 에폭시 수지와 같은 사이징 재료를 제거하기 위해 메쉬체의 형성 후에 탈지 처리를 실시할 수 있다. 통상, 탈지 처리는 비산화성 분위기하에서 150 내지 400℃ 정도로 가열함으로써 실시한다. 이 탈지 처리는 스트랜드가 에폭시 수지 등을 다량으로 사용하는 사이징 처리를 거치는 경우에만 실시하는 것이 유리하다.
B) 함침 단계 S2
제직 단계 S1에서 형성된 메쉬체를 미경화의 매트릭스 전구체 내에 함침시키고, 메쉬체가 매트릭스 전구체로 함침된 원재료를 형성한다.
함침은 상압에서 실시하는 것 또는 가압하여 실시하는 것 어느 것이어도 된다. 탄소 섬유가 가늘고 함침되는 매트릭스 전구체와의 습윤성이 불량한 경우에는, 가압하의 함침이 효과적이다. 또한, 매트릭스 전구체가 탄소 섬유와 충분한 습윤성을 갖는 경우에는, 단지 코팅 또는 스프레이 처리만으로도 스트랜드에 매트릭스 전구체가 충분히 함침될 수 있다.
또한, 함침 전에 진공 흡입을 실시한다면, 스트랜드에 기공이 남아있기 어렵다. 따라서, 균질의 원재료를 얻을 수 있다.
C) 경화 단계 S3
이어서, 매트릭스 전구체를 함침시킨 메쉬체(원재료)를 가열하여 경화시킨다. 매트릭스 전구체의 종류 등에 따라 경화 온도를 적절히 설정할 수 있지만, 경화 온도는 경화와 관련된 겔화 반응이 격렬히 일어나는 온도(대략 100℃~150℃)로 설정된다. 가스를 충분히 확산시킬 수 있도록 소정의 온도 부근에서 온도 상승율을 늦추어 발생 가스를 충분히 내보내는 것이 중요하다.
D) 탄소화 단계 S4
경화 단계 S3에서 얻은 원재료에 포함된 유기 물질이 탄소화되어 주로 탄소로 이루어지는 도가니 보유 지지 부재를 얻는다. 탄소화 단계에서의 처리 온도는 적어도 600℃(유기 가스의 배출이 진정되기 시작하는 온도) 정도인 것이 바람직하고, 900℃(크기의 수축 및 가스 발생이 진정되는 온도) 이상이면 더욱 바람직하다.
탄소화 후에 이형이 실시되는 것이 바람직하다. 성형 다이와 함께 탄소화 하면 형상의 붕괴가 보다 적고, 형상 정렬을 위한 후가공을 요구하지 않는다. 후가공을 생략할 수 있다면, 탄소 섬유가 파단되지 않고, 거스러미(splinter)를 갖지 않는 도가니 보유 지지 부재가 제공될 수 있다. 선행 단계에서 경화가 완전히 행해졌다면, 탄소화 단계 전에 이형을 실시할 수도 있다.
성형 다이를 떼어내지 않고 탄소화 단계가 실시된다면, 본 단계는 온도를 낮추지 않고서 상술한 경화 단계 S3에 후속하여 실시될 수 있다. 즉, 경화 단계 S3가 탄소화 단계 S4의 일부로서 실시될 수 있다.
E) 고순도화 단계 S5
탄소화 단계 S4의 방법에 의해 얻어진 도가니 보유 지지 부재는 불순물을 제거하기 위해 고순도화 처리를 거친다. 고순도화 처리는 관련 기술 방법에 의해 실시할 수 있다. 구체적으로는, 할로겐 가스 또는 할로겐화 탄화수소와 같은 분위기 가스 중에서 1,500℃ 내지 3,000℃에서 1시간 이상의 열처리에 의해 실시될 수 있다.
상술한 제조예에서는, 메쉬체의 준비 후에 매트릭스 전구체에 메쉬체가 함침 된다. 그러나, 스트랜드를 매트릭스 전구체에 먼저 함침시키고, 매트릭스에 함침된 스트랜드를 사용하여 메쉬체를 제직할 수도 있다. 즉, 도가니 보유 지지 부재는 함침 단계 S2, 제직 단계 S1, 경화 단계 S3, 탄소화 단계 S4 및 고순도화 단계 S5의 순서로 제조될 수 있다. 어떠한 순서에 있어서도, 경화 단계 S3는 함침 단계 S2와 제직 단계 S1 후에 실시되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 스트랜드의 표면에 부착된 매트릭스가 스트랜드 간의 접착제로서 작용하기 때문이다.
또한, 제조 효율을 향상시키기 위해, 도 4에 도시된 방법으로 도가니 보유 지지 부재를 제조할 수 있다. 도 4에 도시된 방법에서, (a) 두 개의 주발 형상의 성형 다이(31)가 마련되어 개구면측에서 서로 결합되고, (b) 결합된 주발 형상의 성형 다이(31) 주위에서 대략 원통형 3축 직물(32)을 3축 제직에 의해 제조한다. 또한, (c) 매트릭스 재료의 합침 단계 및 탄소화 단계를 실행한 이후, (d) 중앙부에서 두 부분으로 절단한 후 이형을 실시하고, 이로써 두 개의 도가니 보유 지지 부재를 한번에 제조할 수 있다. 이러한 방법으로 도가니 보유 지지 부재를 제조하는 경우, 도가니 보유 지지 부재를 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 개구를 좁게 할 수 있기 때문에 매트릭스 전구체의 함침으로부터 그 탄소화까지의 과정에서 개구부에서의 풀림(flay)이 거의 발생하지 않는다.
본 발명을 임의의 예시적인 실시예를 참조하여 도시 및 설명하였으나, 형태 및 상세에 있어서 다양한 변경이 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 사상과 범위 내에서 이루어질 수 있음을, 해당 분야의 숙련자들은 알 수 있다.
예를 들어, 상술한 예시적인 실시예에서는, 대략 바구니 형상 도가니 보유 지지 부재(16)가 도시된다. 그러나, 본 발명에 따르는 도가니 보유 지지 부재는 바구니 형상에 제한되지 않고, 도 5에 도시된 바와 같이, 대략 원통형 메쉬체(50)로 구성될 수 있다. 메쉬체(50)가 대략 원통 형상을 가질 경우, 제직의 시작에서부터 종료까지 외부 형상에서의 변화가 적으므로, 제직되는 부분의 외경과 직기의 외경의 비의 변화는 적다. 따라서, 직기는 외경 변화를 수반하는 메카니즘을 필요로 하지 않는다는 유리한 점이 있다.
또한, 도가니 보유 지지 부재(16)의 형상은 테이퍼 형상의 원추대 형상 또는 원통 형태의 저부를 좁게 하는 형상일 수 있다. 원통 형상의 경우, 길이 방향 스트랜드(22C)는 중심축에 평행하다. 그러나, 테이퍼 형상의 원추대 형상 또는 원통 형태의 저부를 좁게 한 형상의 경우, 길이 방향 스트랜드는 중심축에 실질적으로 평행하게 된다. 각각의 경우, 중심축 및 각각의 길이 방향 스트랜드는 동일면에 존재한다.
또한, 상술한 예시적인 실시예에서, 스트랜드가 하나씩 비스듬하게 배향되는 3축 제직 구성을 설명하였다. 그러나, 메쉬체는 두 개 이상의 스트랜드(62)가 비스듬하게 배향되는 3축 제직 구조를 가질 수 있다.
[예]
본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재의 보다 구체적인 구조의 예와, 그 제조 방법을 이하의 예를 참조하여 설명한다. 본 발명은 이들 제조 방법에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 도가니 보유 지지 부재가 얻어지는 한, 임의의 방법이 사 용될 수 있다.
[예 1]
우선, 메쉬체를 제조하기 위한 성형 다이를 마련한다. 흑연제의 6개의 측판(폭 600㎜, 길이 850㎜, 두께 200㎜)을 마련한다. 각 측판의 코너부를 60도의 각도로 면취하고, 흑연재용 접착제(COPNA 수지)를 사용하여 측판들을 서로 접착하여 중공의 6각 기둥을 형성한다. 다음으로, 흑연제의 두 개의 저판(폭 736mm, 길이 1700mm, 두께 200mm)을 마련하고, 흑연재용 접착제(COPNA 수지)를 사용하여 중공의 6각 기둥의 단면에 접착하여 크루드(crude) 성형 다이를 형성한다. 이후, 이 크루드 성형 다이의 본체부의 외주면을 원통 형상으로 연삭하고, 저부의 외주면을 주발 형상으로 연삭하여 성형 다이(직경 1,400㎜, 높이 600㎜)를 제조한다.
다음으로, 제1, 제2 및 길이 방향 스트랜드 각각에 대해 140개의 리본 형상의 스트랜드를 사용하여 성형 다이의 외주면상에 수작업으로 3축 제직 메쉬체를 형성한다. 스트랜드 각각은 24,000개의 탄소 필라멘트[도레이사(Toray Industries, Inc.) 제조의 상품명: T800S24K]로 이루어진다.
위에서 제조된 메쉬체를 매트릭스 전구체로서의 페놀 수지 형성 재료[아사히 유기재공업(Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd.) 제조의 KL-4000]에 함침시키고나서, 배기 시스템을 구비한 건조기에서 2℃/hour의 승온 속도로 200℃까지 승온하고 경화를 위해 3시간 동안 그대로 둔다.
[예 2]
메쉬체는 상술한 예 1의 성형 다이를 대신하여 원통형 성형 다이를 사용하여 제조된다. 원통형 성형 다이는 이하의 방법으로 제조된다. 우선, 흑연제의 6개 측판(폭 600mm, 길이 850mm, 두께 200mm)을 마련한다. 각 측판의 코너부를 60도의 각도로 면취하고, 흑연재용 접착제(COPNA 수지)를 사용하여 측판들을 서로 접착하여 중공의 6각 기둥 형상의 크루드 성형 다이를 형성한다. 다음으로, 이 크루드 성형 다이의 외주면을 원통 형상으로 연삭하여 성형 다이(직경 1,400㎜, 높이 600㎜)를 제조한다.
다음으로, 제1, 제2 및 길이 방향 스트랜드 각각에 대해 140개의 리본 형상의 스트랜드를 사용하여 성형 다이의 외주면상에 수작업으로 3축 제직 메쉬체를 형성한다. 스트랜드 각각은 24,000개의 탄소 필라멘트(도레이사 제조의 상품명: T800S24K)로 이루어진다.
이후에 예 1과 동일한 방법을 수행하여, 원통형 도가니 보유 지지 부재를 얻는다.
<비교예 1>
예 1과 동일한 방법으로 성형 다이를 제조하고, 예 1과 동일한 스트랜드를 사용하여 형성된 평직조물로 덮는다. 이 경우, 스트랜드가 길이 방향과 주연 방향으로 배향하도록 배치한다. 또한, 페놀 수지 형성 재료를 함침, 경화, 탄소화 및 고순도화 처리가 예 1과 동일한 방법으로 실시된다. 이렇게 얻어진 도가니 보유 지지 부재는 상술한 예 1에서 존재하는, 비스듬하게 배향된 스트랜드를 갖지 않으며, 횡방향으로 배향된 스트랜드(이하, 횡방향 스트랜드라고 칭한다)를 갖는다.
<실험예 1>
예 1에 의해 얻어진 3축 제직 도가니 보유 지지 부재의 주연 방향으로 스트레인이 가해졌을 때의 스트레스 분포 상태를 솔리드 웍스(Solid Works)사가 제작한 솔리드 웍스 2007(등록 상표)로 모델링하고, 스트럭추럴 리서치 & 어낼리시스사(Structural Research & Analysis Corporation)가 제작한 코스모스 웍스(Cosmos Works)(등록 상표)를 가지고 정해석(static analysis)을 실시하였다. 스트랜드의 폭을 10㎜, 그 두께를 2㎜로 하고, 3축 직물의 겹침부를 직경 3㎜ 핀으로 고정한 상태에서, 3축 직물의 최소 요소 유닛을 모델링하였다. 횡방향으로의 스트레인량은 0.3%였고, 스트랜드의 탄성 계수는 400GPa였고, 프와송 비는 0.2였다.
상술한 조건하에서 해석된 스트레스의 결과를 도 7에 나타낸다. 횡방향으로 가해진 스트레인은 비스듬하게 배향된 제1 스트랜드(72A) 및 제2 스트랜드(72B)를 통해 길이 방향 스트랜드(72C)에도 전달되고, 전체적으로 스트레스가 균등하게 가해짐을 알 수 있다.
또한, 예 2의 도가니 보유 지지 부재에 대해서도, 유사한 결과를 얻는다.
<실험예 2>
비교예 1에 의해 얻어진 (높이 방향) 길이 방향 스트랜드와 (주연 방향) 횡방향 스트랜드의 평직 메쉬체를 포함하는 도가니 보유 지지 부재의 본체부의 주연 방향으로 스트레인이 가해질 때의 스트레스 분포 상태에 대하여, 실험예1에서와 동일한 방법으로 정해석을 실시하였다. 스트랜드의 폭을 10㎜, 그 두께를 2㎜로 하고, 3축 직물의 겹칩부를 직경 3㎜ 핀으로 고정한 상태에서, 3축 직물의 최소 요소 유닛을 모델링하였다. 횡방향으로의 스트레인량은 0.3%였고, 스트랜드의 탄성 계 수는 400GPa였고, 프와송 비는 0.2였다.
상술한 조건하에서 해석된 스트레스의 결과를 도 8에 나타낸다. 횡방향으로 가해진 스트레인은 횡방향 스트랜드(82A)에만 가해지고 길이 방향 스트랜드(82C)에는 거의 전달되지 않음을 알 수 있다. 따라서 횡방향 스트랜드(82A)에 파손을 용이하게 하는 큰 스트레스(장력)가 가해진다고 생각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재를 사용하는 실리콘 단결정 인발 장치를 도시하는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 3축 제직 메쉬체를 도시하는 사시도와 평면도.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재의 제조 공정을 도시하는 흐름도.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 도가니 보유 지지 부재의 제조 방법의 일예를 보여주는 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 메쉬체를 도시하는 평면도.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 메쉬체를 도시하는 평면도.
도 7은 예1에 따른 도가니 보유 지지 부재에 관한 스트레스 분포의 해석 결과를 나타내는 도면.
도 8은 비교예1에 따른 도가니 보유 지지 부재에 관한 스트레스 분포의 해석 결과를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실리콘 단결정 인발 장치
14 : 석영 도가니
16 : 도가니 보유 지지 부재
20 : 메쉬체
22 : 스트랜드
22A : 제1 스트랜드
22B : 제2 스트랜드
22C : 길이 방향 스트랜드

Claims (8)

  1. 실리콘 융액을 수용하는 석영 도가니를 보유 지지하는 도가니 보유 지지 부재이며,
    각각 복수의 탄소 섬유를 포함하는 복수의 스트랜드를 제직하여 형성되는 메쉬체와,
    상기 탄소 섬유들 사이의 틈새에 충진되는 매트릭스를 포함하고,
    상기 메쉬체는,
    메쉬체의 중심축과 동일면 내에 배향되는 복수의 길이 방향 스트랜드와,
    상기 메쉬체의 중심축에 대하여 제1 각도로 경사지는 제1 방향으로 배향된 복수의 제1 스트랜드와,
    상기 메쉬체의 중심축에 대하여 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지는 제2 방향으로 배향된 복수의 제2 스트랜드를 포함하는, 3축의 제직 구조를 갖고,
    상기 제1 방향은 메쉬체의 중심축에 대하여 제2 방향과 반대이고,
    상기 제1 각도 및 제2 각도는 상기 메쉬체의 부위에 대해 요구되는 강성에 따라 변하고,
    상기 메쉬체의 상부에서의 제1 및 제2 각도는 메쉬체의 하부에서의 제1 및 제2 각도보다 작은 도가니 보유 지지 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬체의 스트랜드는 메쉬체의 중심축에 수직인 방향으로 배향된 스트랜드를 포함하지 않는 도가니 보유 지지 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬체는 폐쇄 단부의 저부를 구비한 바구니 형상을 갖는 도가니 보유 지지 부재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 도가니 보유 지지 부재를 제조하는 방법이며,
    각각 복수의 탄소 섬유를 포함하는 복수의 스트랜드를 제직함으로써, 메쉬체의 중심축과 함께 폐쇄 단부의 저부를 갖는 바구니 형상을 갖는 메쉬체를 형성하는 단계와,
    상기 메쉬체를 매트릭스 전구체로 함침시키는 단계와,
    상기 매트릭스 전구체로 함침된 메쉬체를 가열에 의해 경화시키는 단계와,
    상기 경화된 메쉬체를 탄소화시키는 단계를 포함하고,
    상기 메쉬체는,
    메쉬체의 중심축과 동일면 내에 배향된 복수의 길이 방향 스트랜드와,
    상기 메쉬체의 중심축에 대하여 제1 각도로 경사지는 제1 방향으로 배향된 복수의 제1 스트랜드와,
    상기 메쉬체의 중심축에 대하여 제1 각도와 동일한 제2 각도로 경사지는 제2 방향으로 배향된 복수의 제2 스트랜드를 포함하는, 3축 제직 구조를 갖고,
    상기 제1 방향은 메쉬체의 중심축에 대하여 제2 방향과 반대이고,
    상기 제1 각도 및 제2 각도는 상기 메쉬체의 부위에 대해 요구되는 강성에 따라 변하고,
    상기 메쉬체의 상부에서의 제1 및 제2 각도는 메쉬체의 하부에서의 제1 및 제2 각도보다 작은 도가니 보유 지지 부재의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009203092A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Ibiden Co Ltd 容器保持部材
JP2009203091A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Ibiden Co Ltd ルツボ保持部材
CN102140676B (zh) * 2010-02-01 2015-05-27 科发伦材料株式会社 碳纤维补强碳复合材料坩埚以及该坩埚的制造方法
KR20130138202A (ko) * 2010-09-06 2013-12-18 토요 탄소 가부시키가이샤 카본제 도가니
ES2427982B1 (es) * 2012-03-29 2014-09-10 Jordi Galan Llongueras Tejido plano ultraligero a partir de 2 direcciones de trama
CA2880812C (en) 2012-08-01 2020-10-27 Allied Mineral Products, Inc. Reinforced refractory containers
CN103233264A (zh) * 2013-05-03 2013-08-07 江苏海翔化工有限公司 避免直拉法石英坩埚渗硅的硅料融化加热工艺
JP5972831B2 (ja) 2013-06-06 2016-08-17 東洋炭素株式会社 熱処理炉用治具
CN103482995B (zh) * 2013-08-06 2015-01-07 江苏天鸟高新技术股份有限公司 连续碳纤维增强的坩埚预制体及其制备方法
CN105486084B (zh) * 2014-10-09 2017-11-24 中国科学院金属研究所 一种坩埚篮套及其制备方法
JP2016141581A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 イビデン株式会社 流体用整流部材
JP2016141582A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 イビデン株式会社 流体用整流部材
JP6625873B2 (ja) * 2015-11-25 2019-12-25 富士フィルター工業株式会社 多孔質成形体の製造方法、成形用型、成形用型の製造方法及び多孔質部材を含む積層体
US10478996B1 (en) * 2015-12-30 2019-11-19 Lancer Systems L.P. Method of making ceramic composite bearings
CN108950685A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 上海骐杰碳素材料有限公司 一种涂层坩埚的制作方法
CN112176403A (zh) * 2020-10-21 2021-01-05 上海骐杰碳素材料有限公司 一种整体编织坩埚预制体及以其制成的涂层坩埚
CN112176402A (zh) * 2020-10-21 2021-01-05 上海骐杰碳素材料有限公司 一种编织的碗体预制体及以其制成的涂层碗体

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2753993A1 (fr) * 1996-10-01 1998-04-03 Aerospatiale Structure tubulaire tressee pour piece composite, sa realisation et ses applications
JPH11255587A (ja) * 1998-03-12 1999-09-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶引き上げ用炭素繊維強化炭素材るつぼおよびその製造方法
WO2002059061A1 (fr) * 2001-01-24 2002-08-01 Eads Launch Vehicles Procede de fabrication d"un porte-creuset en carbone/carbone et porte-creuset obtenu

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0343250Y2 (ko) * 1986-06-27 1991-09-10
US5702993A (en) * 1994-11-04 1997-12-30 Nippon Steel Corporation Triaxial fabric composed of carbon fiber strands and method for production thereof
US5683281A (en) * 1995-02-27 1997-11-04 Hitco Technologies, Inc High purity composite useful as furnace components
JP3198914B2 (ja) * 1996-04-24 2001-08-13 住友金属工業株式会社 単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ及びその製造方法
KR100273054B1 (ko) * 1996-06-27 2000-12-01 곤도 데루히사 단결정 인상용 도가니 및 그 제조방법
JP4029147B2 (ja) * 1996-06-27 2008-01-09 東洋炭素株式会社 単結晶引き上げ用ルツボ及びその製造方法
JPH10101471A (ja) * 1996-09-27 1998-04-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶引き上げ用黒鉛ルツボ
JPH10245275A (ja) 1997-02-28 1998-09-14 Nippon Carbon Co Ltd 黒鉛型を用いた炭素繊維強化炭素材の製造方法
JPH1160373A (ja) 1997-08-06 1999-03-02 Toyo Tanso Kk 単結晶引き上げ用ルツボ
JP4442022B2 (ja) * 2000-11-24 2010-03-31 イビデン株式会社 シリコン単結晶引上用ルツボ
US20020166503A1 (en) * 2001-03-08 2002-11-14 Hitco Carbon Composites, Inc. Hybrid crucible susceptor
JP4700218B2 (ja) * 2001-05-02 2011-06-15 東洋炭素株式会社 単結晶引き上げ用炭素繊維強化炭素複合材料製ルツボ
US7168231B1 (en) * 2002-09-05 2007-01-30 Samson Rope Technologies High temperature resistant rope systems and methods
JP2009203092A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Ibiden Co Ltd 容器保持部材
JP2009269774A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Ibiden Co Ltd 高純度炭素繊維強化炭素複合材およびその製造方法
JP5286589B2 (ja) * 2008-05-01 2013-09-11 イビデン株式会社 ルツボ保持部材およびその製造方法
JP5286591B2 (ja) * 2008-05-21 2013-09-11 イビデン株式会社 ルツボ保持部材及びその製造方法
JP5002846B2 (ja) * 2008-06-17 2012-08-15 イビデン株式会社 ルツボ保持部材及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2753993A1 (fr) * 1996-10-01 1998-04-03 Aerospatiale Structure tubulaire tressee pour piece composite, sa realisation et ses applications
JPH11255587A (ja) * 1998-03-12 1999-09-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶引き上げ用炭素繊維強化炭素材るつぼおよびその製造方法
WO2002059061A1 (fr) * 2001-01-24 2002-08-01 Eads Launch Vehicles Procede de fabrication d"un porte-creuset en carbone/carbone et porte-creuset obtenu

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Publication number Publication date
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