KR102406281B1 - Carbon composite material - Google Patents

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Abstract

흑연 기재(2) 상에 열분해 탄소층(3)이 형성된 탄소 복합 부재(1)이며, 열분해 탄소층(3)에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터(4)가 복수 형성되어 있다.A carbon composite member 1 in which a thermally decomposed carbon layer 3 is formed on a graphite substrate 2, wherein a plurality of thermally decomposed carbon clusters 4 are formed on at least a part of the surface of the thermally decomposed carbon layer 3 .

Description

탄소 복합 부재 {CARBON COMPOSITE MATERIAL}Carbon Composite Member {CARBON COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 탄소 복합 부재에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon composite member.

흑연 등의 탄소 재료는, 화학적 안정성, 내열성, 기계 특성이 우수하다는 점에서, 반도체 제조, 화학 공업, 기계, 원자력 등, 많은 분야에 걸쳐 사용되고 있다. 또한, 흑연 자체는 다공체이기 때문에, 세공의 내부에 가스, 수분, 불순물 등을 흡착시키기 쉽기 때문에, 세공 내부가 오염되기 쉽다. 그 때문에, 이들 오염 물질이 세공으로부터 재방출되지 않도록 열분해 탄소의 코팅을 실시함으로써, 흑연의 악영향을 경감하는 기술이 알려져 있다.BACKGROUND ART Carbon materials such as graphite have excellent chemical stability, heat resistance, and mechanical properties, and are therefore used in many fields such as semiconductor manufacturing, chemical industry, machinery, and nuclear power. Moreover, since graphite itself is a porous body, since it is easy to adsorb|suck gas, moisture, an impurity, etc. inside a pore, it is easy to contaminate the inside of a pore. Therefore, there is known a technique for reducing the adverse effect of graphite by coating the pyrolytic carbon so that these contaminants are not re-emitted from the pores.

열분해 탄소는, 단단하고, 기체 불침투로 치밀한 막을 형성하기 때문에, 특히 고순도의 환경 하에서의 사용에 적합하다. 또한, 근년, 반도체 제조 장치가 대형화되고, 장치용 부품도 대형화되고 있다. 여기서 특허문헌 1에는, 열분해 탄소를 피복한 대형의 흑연 재료가 취급 시에 낙하하기 쉬운 것을 과제로 하며, 그 대책으로서, 탄소 기재 상에 열분해 탄소층을 형성하고, 또한 그 표면에, 탄소계 분말을 핵으로 하여 그 주변에 열분해 탄소를 결정 성장시킨 돌기를 복수 형성함으로써, 미끄럼 방지 가공을 실시하여 낙하를 방지하고, 작업성을 개선한 탄소 복합 부재가 제안되어 있다.The pyrolytic carbon is hard and forms a dense film with gas impermeability, so it is particularly suitable for use in a high-purity environment. Moreover, in recent years, the semiconductor manufacturing apparatus is enlarged, and the components for apparatuses are also enlarged. Here, in Patent Document 1, a large-sized graphite material coated with pyrolytic carbon is liable to fall during handling. As a countermeasure, a pyrolytic carbon layer is formed on a carbon substrate, and a carbon-based powder is formed on the surface. A carbon composite member has been proposed in which a plurality of protrusions obtained by crystal growth of pyrolytic carbon are formed around the nuclei to prevent slipping by performing an anti-slip process and improve workability.

일본 특허 공개 제2008-222456호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-222456

그러나, 특허문헌 1에 기재된 탄소 복합 부재는, 탄소계 분말을 핵으로 하여 열분해 탄소를 결정 성장시킨 돌기를 형성하고 있으므로, 탄소 복합 부재에 충격이 가해져 돌기가 파손된 경우, 핵으로 된 탄소계 분말에까지 크랙이 도달하기 쉬워진다. 또한, 탄소계 분말은 기재 상에 놓여 있기 때문에, 해당 크랙은 열분해 탄소층을 관통하여, 누설의 원인이 된다.However, since the carbon composite member described in Patent Document 1 forms projections obtained by crystal growth of pyrolytic carbon by using the carbon-based powder as the nucleus, when an impact is applied to the carbon composite member and the projections are damaged, the carbon-based powder as the nucleus cracks are more likely to reach In addition, since the carbon-based powder is placed on the substrate, the cracks penetrate the pyrolytic carbon layer and cause leakage.

본 발명에서는, 상기 과제를 감안하여, 흑연 기재 상에 열분해 탄소층이 형성된 탄소 복합 부재이며, 미끄럼 방지 기능을 구비함과 함께, 충격이 가해져도 크랙이 열분해 탄소층을 관통하기 어려운 탄소 복합 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, in view of the above problems, a carbon composite member in which a pyrolytic carbon layer is formed on a graphite substrate, has an anti-slip function, and a carbon composite member in which cracks are difficult to penetrate through the pyrolytic carbon layer even when an impact is applied. intended to provide

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 탄소 복합 부재는, 이하와 같다.The carbon composite member according to the present invention for solving the above problems is as follows.

(1) 흑연 기재 상에 열분해 탄소층이 형성된 탄소 복합 부재이며,(1) a carbon composite member in which a pyrolytic carbon layer is formed on a graphite substrate,

상기 열분해 탄소층에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터가 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소 복합 부재.A carbon composite member characterized in that a plurality of clusters of pyrolytic carbon are formed on at least a part of the surface of the pyrolytic carbon layer.

본 발명에 관한 탄소 복합 부재에 따르면, 열분해 탄소층에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터가 복수 형성되어 있고, 해당 클러스터의 존재에 의해 열분해 탄소층의 표면에 돌기가 형성되어, 조면으로 되기 때문에, 높은 미끄럼 방지 효과가 있다. 또한, 열분해 탄소의 클러스터는, 열분해 탄소층의 표면에 부착되어 있을 뿐이기 때문에, 클러스터가 박리되어도 열분해 탄소층을 관통하는 크랙이 생기기 어렵다.According to the carbon composite member according to the present invention, a plurality of clusters of pyrolytic carbon are formed on at least a part of the surface of the pyrolytic carbon layer, and the presence of the clusters forms protrusions on the surface of the pyrolytic carbon layer, Therefore, there is a high anti-slip effect. In addition, since the pyrolytic carbon clusters only adhere to the surface of the pyrolytic carbon layer, cracks penetrating the pyrolytic carbon layer are unlikely to occur even if the clusters are peeled off.

또한, 본 발명에 관한 탄소 복합 부재는, 그 사용 시에 다른 부재와 고착되어도, 고착되는 것은, 열분해 탄소층 표면에 있어서의 열분해 탄소의 클러스터뿐이므로, 다른 부재로부터 용이하게 분리 가능하며, 열분해 탄소층에 대한 손상이 작아진다.Further, even if the carbon composite member according to the present invention is adhered to other members during use thereof, only clusters of pyrolytic carbon on the surface of the pyrolytic carbon layer are adhered, so that it is easily separable from other members, and the pyrolytic carbon is adhered to. The damage to the layer is reduced.

또한, 본 발명에 관한 탄소 복합 부재는, 하기 (2) 내지 (5)의 양태인 것이 바람직하다.Further, the carbon composite member according to the present invention preferably has the following aspects (2) to (5).

(2) 상기 클러스터는, CVD법에 의해 얻어진 침적물이다.(2) The cluster is a deposit obtained by the CVD method.

열분해 탄소의 클러스터가 CVD법에 의해 얻어진 침적물임으로써, 열분해 탄소층과 동질 재료이므로 내부 응력이 생기기 어려워 크랙의 발생원으로 되기 어렵다.When the cluster of pyrolytic carbon is a deposit obtained by the CVD method, since it is the same material as the pyrolytic carbon layer, internal stress is unlikely to occur and it is difficult to become a source of cracks.

(3) 상기 클러스터는, 최대 직경이 10 내지 50㎛이다.(3) The cluster has a maximum diameter of 10 to 50 µm.

열분해 탄소의 클러스터의 최대 직경이 상기 범위임으로써, 탄소 복합 부재의 치수 정밀도가 높고, 고착 방지나 미끄럼 방지 효과가 양호하게 발휘된다.When the maximum diameter of the cluster of pyrolytic carbon is within the above range, the dimensional accuracy of the carbon composite member is high, and the anti-sticking and anti-slip effects are favorably exhibited.

(4) 상기 열분해 탄소층의 표면에 있어서의 산술 평균 조도 Ra가 1 내지 3㎛이다.(4) The arithmetic mean roughness Ra on the surface of the pyrolytic carbon layer is 1 to 3 µm.

열분해 탄소층의 표면에 있어서의 산술 표면 조도 Ra가 상기 범위임으로써, 클러스터가 열분해 탄소층 내에 매몰되기 어려워, 고착의 방지나 미끄럼 방지 효과가 발휘되기 쉽다. 또한, 탄소 복합 부재의 치수에 끼치는 영향이 작아, 치수 정밀도가 높은 탄소 복합 부재로서 사용할 수 있다.When the arithmetic surface roughness Ra on the surface of the pyrolytic carbon layer is within the above range, it is difficult for the clusters to be buried in the pyrolytic carbon layer, and the prevention of sticking and the anti-slip effect are likely to be exhibited. Moreover, the influence on the dimensions of the carbon composite member is small, and it can be used as a carbon composite member with high dimensional accuracy.

(5) 상기 열분해 탄소층의 두께가 5 내지 200㎛이다.(5) The thickness of the pyrolytic carbon layer is 5 to 200 µm.

열분해 탄소층의 두께가 5㎛ 이상임으로써, 다공체인 흑연 기재의 요철을 충분히 덮을 수 있어, 기체의 불침투성을 확보할 수 있다. 또한, 열분해 탄소층의 두께가 200㎛ 이하임으로써, 흑연 기재와 열분해 탄소층의 열변형에 의한 휨이나 박리를 방지할 수 있다.When the thickness of the pyrolytic carbon layer is 5 µm or more, the unevenness of the graphite substrate, which is a porous body, can be sufficiently covered, and the gas impermeability can be ensured. In addition, when the thickness of the pyrolytic carbon layer is 200 μm or less, warpage or peeling due to thermal deformation between the graphite substrate and the pyrolytic carbon layer can be prevented.

본 발명에 관한 탄소 복합 부재에 따르면, 열분해 탄소층에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터가 복수 형성되어 있고, 해당 클러스터의 존재에 의해 열분해 탄소층의 표면에 돌기가 형성되어, 조면으로 되기 때문에, 높은 미끄럼 방지 효과가 있다. 또한, 열분해 탄소의 클러스터는, 열분해 탄소층의 표면에 부착되어 있을 뿐이기 때문에, 클러스터가 박리되어도 열분해 탄소층을 관통하는 크랙이 생기기 어렵다.According to the carbon composite member according to the present invention, a plurality of clusters of pyrolytic carbon are formed on at least a part of the surface of the pyrolytic carbon layer, and the presence of the clusters forms protrusions on the surface of the pyrolytic carbon layer, Therefore, there is a high anti-slip effect. In addition, since the pyrolytic carbon clusters only adhere to the surface of the pyrolytic carbon layer, cracks penetrating the pyrolytic carbon layer are unlikely to occur even if the clusters are peeled off.

또한, 본 발명에 관한 탄소 복합 부재는, 그 사용 시에 다른 부재와 고착되어도, 고착되는 것은, 열분해 탄소층 표면에 있어서의 열분해 탄소의 클러스터뿐이므로, 다른 부재로부터 용이하게 분리 가능하며, 열분해 탄소층에 대한 손상이 작아진다.Further, even if the carbon composite member according to the present invention is adhered to other members during use thereof, only clusters of pyrolytic carbon on the surface of the pyrolytic carbon layer are adhered, so that it is easily separable from other members, and the pyrolytic carbon is adhered to. The damage to the layer is reduced.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재의 단면 모식도이다.
도 2는, 실시예 1에서 얻어진 탄소 복합 부재의 표면을 촬영한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3은, 비교예 1에서 얻어진 탄소 복합 부재의 표면을 촬영한 주사 전자 현미경 사진이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a carbon composite member according to an embodiment of the present invention.
2 is a scanning electron microscope photograph of the surface of the carbon composite member obtained in Example 1. FIG.
3 is a scanning electron microscope photograph of the surface of the carbon composite member obtained in Comparative Example 1. FIG.

(발명의 상세한 설명)(Detailed Description of the Invention)

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재의 단면 모식도이다. 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)는, 흑연 기재(2) 상에 열분해 탄소층(3)이 형성되고, 또한 열분해 탄소층(3)에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터(4), 즉 열분해 탄소를 원료로 하는 파티클의 침적물이 복수 형성되어 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a carbon composite member according to an embodiment of the present invention. In the carbon composite member 1 according to the present embodiment, a thermally decomposed carbon layer 3 is formed on a graphite substrate 2 , and clusters of thermally decomposed carbon are formed on at least a part of the surface of the thermally decomposed carbon layer 3 . (4) That is, a plurality of deposits of particles using pyrolytic carbon as a raw material are formed.

그 때문에, 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)의 최표면은, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 존재에 의해 열분해 탄소층(3)의 표면에 돌기가 형성되어, 조면으로 되기 때문에, 높은 미끄럼 방지 효과가 있다. 또한, 열분해 탄소의 클러스터(4)는, 열분해 탄소층(3)의 표면에 부착되어 있을 뿐이기 때문에, 클러스터(4)가 박리되어도 열분해 탄소층(3)을 관통하는 크랙이 생기기 어렵다.Therefore, in the outermost surface of the carbon composite member 1 according to the present embodiment, protrusions are formed on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 due to the presence of the clusters 4 of pyrolytic carbon, and thus the surface becomes rough. It has an anti-slip effect. Further, since the pyrolytic carbon clusters 4 are only attached to the surface of the pyrolytic carbon layer 3, cracks penetrating the pyrolytic carbon layer 3 are less likely to occur even if the clusters 4 are peeled off.

나아가, 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)는, 그 사용 시에 다른 부재와 고착되어도, 고착되는 것은, 열분해 탄소층(3)의 표면에 있어서의 열분해 탄소의 클러스터(4)뿐이기 때문에, 다른 부재로부터 용이하게 분리 가능하며, 열분해 탄소층(3)에 대한 손상이 작아진다.Furthermore, even if the carbon composite member 1 according to the present embodiment is adhered to other members during its use, only the clusters 4 of pyrolytic carbon on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 are adhered. , can be easily separated from other members, and damage to the pyrolytic carbon layer 3 is reduced.

열분해 탄소의 클러스터(4)는, CVD법에 의해 얻어진 침적물인 것이 바람직하다. 열분해 탄소의 클러스터(4)가 CVD법에 의해 얻어진 침적물임으로써, 열분해 탄소층(3)과 동질 재료이므로 내부 응력이 생기기 어려워 크랙의 발생원으로 되기 어렵다.The cluster 4 of pyrolytic carbon is preferably a deposit obtained by the CVD method. As the pyrolytic carbon cluster 4 is a deposit obtained by the CVD method, since it is the same material as the pyrolytic carbon layer 3, internal stress is unlikely to occur and it is unlikely to become a source of cracks.

열분해 탄소의 클러스터(4)는, 그 최대 직경이 10 내지 50㎛인 것이 바람직하다. 열분해 탄소의 클러스터(4)의 최대 직경이 10㎛ 이상이면, 해당 클러스터(4)가 열분해 탄소층(3) 내에 매몰되기 어려워지고, 고착의 방지나 미끄럼 방지 효과가 발휘되기 쉽다. 한편, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 최대 직경이 50㎛ 이하이면, 탄소 복합 부재(1)의 치수에 끼치는 영향이 작아, 치수 정밀도가 높은 부재로서 사용할 수 있다.The cluster 4 of pyrolytic carbon preferably has a maximum diameter of 10 to 50 µm. If the maximum diameter of the cluster 4 of pyrolytic carbon is 10 µm or more, the cluster 4 is less likely to be buried in the pyrolytic carbon layer 3, and the prevention of sticking and the anti-slip effect are likely to be exhibited. On the other hand, when the maximum diameter of the cluster 4 of pyrolytic carbon is 50 µm or less, the influence on the dimensions of the carbon composite member 1 is small, and it can be used as a member with high dimensional accuracy.

이 때문에, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 최대 직경이 10 내지 50㎛임으로써, 치수 정밀도가 높고, 고착 방지나 미끄럼 방지 효과를 양호하게 발휘하는 탄소 복합 부재(1)를 제공할 수 있다. 또한, 이들 효과를 보다 양호하게 발휘시키기 위해서는, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 최대 직경은 20 내지 40㎛인 것이 보다 바람직하다.For this reason, when the maximum diameter of the cluster 4 of pyrolytic carbon is 10-50 micrometers, the dimensional accuracy is high and the carbon composite member 1 which exhibits the anti-sticking and anti-slip effect favorably can be provided. Moreover, in order to exhibit these effects more favorably, it is more preferable that the maximum diameter of the cluster 4 of pyrolysis carbon is 20-40 micrometers.

또한, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 크기(사이즈)는, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다.In addition, the magnitude|size (size) of the cluster 4 of pyrolysis carbon can be measured as follows.

열분해 탄소의 클러스터(4)의 크기는, 열분해 탄소층(3)의 표면에 부착된 클러스터(4)를 그대로 측정해도 되고, 수가 많아 개개의 클러스터(4)의 판별이 가지 않는 경우에는, 클러스터(4)를 벗겨내 확인한다. 클러스터(4)를 벗겨내 확인하는 경우에는, 점착 테이프의 표면에 고정하여 전자 현미경으로 확대하여, 사이즈를 측정할 수 있다.The size of the clusters 4 of pyrolytic carbon may be measured as it is by measuring the clusters 4 attached to the surface of the pyrolytic carbon layer 3, or when the number of clusters 4 is large and individual clusters 4 cannot be discriminated, the clusters ( 4) Remove and check. When checking by peeling off the cluster 4, it can fix to the surface of an adhesive tape, enlarge it with an electron microscope, and can measure a size.

벗겨낸 클러스터(4)를 점착 테이프의 표면에 고정하여 측정하는 경우, 도전성 양면 테이프를 사용하거나, 금 증착을 하거나 하여 시료의 도전성을 확보함으로써, 선명한 화상을 얻을 수 있다.When measuring by fixing the peeled cluster 4 to the surface of the adhesive tape, a clear image can be obtained by using a conductive double-sided tape or by depositing gold to ensure the conductivity of the sample.

또한, 열분해 탄소의 클러스터(4)는, 평판형으로 성장하기 때문에, 열분해 탄소층(3)의 표면에 면형으로 부착된다. 그 때문에, 벗겨낸 열분해 탄소의 클러스터(4)는, 도전 테이프의 표면에 면형으로 부착된다. 그리고, 열분해 탄소의 클러스터(4)의 사이즈를 측정하는 경우에는, 가장 긴 방향의 사이즈, 예를 들어 타원이면 장경을 최대 직경으로 한다.In addition, since the pyrolytic carbon cluster 4 grows in a flat plate shape, it adheres to the surface of the pyrolytic carbon layer 3 in a planar shape. Therefore, the peeled off clusters 4 of pyrolytic carbon are adhered to the surface of the conductive tape in a planar shape. In addition, when measuring the size of the cluster 4 of pyrolysis carbon, if it is the size of the longest direction, for example, if it is an ellipse, let the long axis be the largest diameter.

계속해서, 열분해 탄소의 클러스터(4)가 복수 형성되어 있는 상태, 즉 해당 클러스터(4)가 점재해 있는 상태를 나타내는 지표로서, 열분해 탄소층(3)의 표면에 있어서의 산술 평균 조도 Ra로 나타낼 수 있다. 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)에 있어서는, 산술 평균 조도 Ra=1 내지 3㎛인 것이 바람직하다.Subsequently, as an index indicating a state in which a plurality of clusters 4 of pyrolytic carbon are formed, that is, a state in which the clusters 4 are dotted, expressed by the arithmetic mean roughness Ra on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 . can In the carbon composite member 1 according to the present embodiment, it is preferable that the arithmetic mean roughness Ra = 1 to 3 µm.

산술 표면 조도 Ra가 1㎛ 이상이면, 클러스터(4)가 열분해 탄소층(3) 내에 매몰되기 어려워지고, 고착의 방지나 미끄럼 방지 효과가 발휘되기 쉽다. 한편, 산술 평균 조도 Ra가 3㎛ 이하이면, 탄소 복합 부재(1)의 치수에 끼치는 영향이 작아, 치수 정밀도가 높은 부재로서 사용할 수 있다.When the arithmetic surface roughness Ra is 1 µm or more, the cluster 4 is less likely to be buried in the pyrolytic carbon layer 3, and the prevention of sticking and the anti-slip effect are likely to be exhibited. On the other hand, when the arithmetic mean roughness Ra is 3 µm or less, the influence on the dimensions of the carbon composite member 1 is small, and it can be used as a member with high dimensional accuracy.

또한, 산술 평균 조도 Ra는, JIS B 0031에 준거하여 측정할 수 있다.In addition, arithmetic mean roughness Ra can be measured based on JISB0031.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 산술 평균 조도 Ra를 구함에 있어서는, 기준 길이를 0.5mm로 하고, 열분해 탄소층(3)의 표면에 있어서의 임의의 3개소에서 측정한 산술 평균 조도 Ra의 평균값을 갖고 판단하기로 한다.In addition, in this embodiment, when calculating|requiring the said arithmetic mean roughness Ra, let the reference length be 0.5 mm, and the average value of the arithmetic mean roughness Ra measured at 3 arbitrary places in the surface of the pyrolysis carbon layer 3 to judge with

열분해 탄소층(3)의 두께는, 5 내지 200㎛인 것이 바람직하다. 열분해 탄소층(3)의 두께가 5㎛ 이상이면, 다공체인 흑연 기재(2)의 요철을 충분히 덮을 수 있고, 가스, 수분, 불순물 등을 세공 내부에 흡착시키기 어려워져, 이들 기체나 불순물의 불침투성을 확보할 수 있다. 한편, 열분해 탄소층(3)의 두께가 200㎛ 이하이면, 열분해 탄소층(3)의 열변형에 의한 휨, 박리를 방지할 수 있다.It is preferable that the thickness of the thermal decomposition carbon layer 3 is 5-200 micrometers. When the thickness of the pyrolytic carbon layer 3 is 5 μm or more, the unevenness of the graphite substrate 2 as a porous body can be sufficiently covered, and it becomes difficult to adsorb gas, moisture, impurities, etc. inside the pores, and the fire of these gases and impurities penetration can be ensured. On the other hand, when the thickness of the pyrolytic carbon layer 3 is 200 μm or less, warpage and peeling due to thermal deformation of the pyrolytic carbon layer 3 can be prevented.

이들 효과를 보다 양호하게 발휘시키기 위해서는, 열분해 탄소층(3)의 두께는 10 내지 100㎛가 보다 바람직하고, 20 내지 50㎛가 더욱 바람직하다.In order to exhibit these effects more favorably, as for the thickness of the thermally decomposed carbon layer 3, 10-100 micrometers is more preferable, and its 20-50 micrometers are still more preferable.

또한, 열분해 탄소층(3)의 두께는, 편광 현미경, 주사 전자 현미경 등을 사용하여, 표준 스케일과의 비교로부터 측정할 수 있다. 주사 전자 현미경 등으로 이미 표준 스케일이 표시되어 있는 경우, 그것을 사용하여 두께를 산출할 수 있다.In addition, the thickness of the thermally decomposed carbon layer 3 can be measured using a polarization microscope, a scanning electron microscope, etc. from comparison with a standard scale. When a standard scale is already displayed with a scanning electron microscope or the like, it can be used to calculate the thickness.

또한, 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)에 있어서의 흑연 기재(2)로서는, 등방성 흑연재인 것이 바람직하다. 등방성 흑연은, 특성의 이방성이 작기 때문에, 열분해 탄소층(3)과의 열팽창 계수차가 장소, 방향에 따른 차이가 작아 벗겨지기 어렵게 할 수 있다.Moreover, as the graphite base material 2 in the carbon composite member 1 which concerns on this embodiment, it is preferable that it is an isotropic graphite material. Since isotropic graphite has small anisotropy in properties, the difference in the coefficient of thermal expansion with the pyrolytic carbon layer 3 is small depending on location and direction, so that it is difficult to peel off.

계속해서, 본 실시 형태에 관한 탄소 복합 부재(1)는, 예를 들어 다음과 같이 하여 얻을 수 있다.Subsequently, the carbon composite member 1 according to the present embodiment can be obtained, for example, as follows.

우선, 목적의 형상의 흑연 기재(2)를 준비한다. 흑연 기재(2)에 열분해 탄소층(3)을 형성하면, 두께분만큼 커지므로, 탄소 복합 부재(1)로서의 최종 두께나, 형성하는 열분해 탄소층(3)의 두께에 따라 비교적 얇게 가공하는 것이 바람직하다. 또한, 열분해 탄소층(3)과의 밀착성을 높이기 위해, 흑연 기재(2)의 표면을 조면으로 가공해도 된다.First, the graphite base material 2 of the target shape is prepared. When the pyrolytic carbon layer 3 is formed on the graphite substrate 2, it becomes larger by the thickness, so that it is relatively thinly processed according to the final thickness as the carbon composite member 1 or the thickness of the pyrolytic carbon layer 3 to be formed. desirable. In addition, in order to improve adhesiveness with the pyrolytic carbon layer 3, you may process the surface of the graphite base material 2 to a rough surface.

그리고, 흑연 기재(2)를 CVD로 내에 두고, 성막 온도까지 상승시킨 후, 원료 가스를 도입한다. 성막 온도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 800 내지 2000℃로 할 수 있다. 열분해 탄소층(3)을 얻기 위한 원료 가스는, 탄화수소라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 알칸, 에틸렌, 프로필렌 등의 알켄, 아세틸렌 등의 알킨 외에, 벤젠, 톨루엔 등의 방향족계 원료 가스를 사용해도 된다.Then, the graphite base material 2 is placed in the CVD furnace, and the raw material gas is introduced after raising the temperature to the film formation temperature. Although the film-forming temperature is not specifically limited, For example, it can be 800-2000 degreeC. The raw material gas for obtaining the pyrolysis carbon layer 3 will not be specifically limited if it is a hydrocarbon. For example, in addition to alkanes such as methane, ethane, propane, and butane, alkenes such as ethylene and propylene, and alkynes such as acetylene, aromatic raw material gases such as benzene and toluene may be used.

그리고, 성막 온도를 유지하고, 일정 시간 원료 가스를 도입함으로써, 열분해 탄소층(3)을 흑연 기재(2)의 표면에 성막한다. 또한, 캐리어 가스로서는, Ar 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.And the thermal decomposition carbon layer 3 is formed into a film on the surface of the graphite base material 2 by maintaining the film-forming temperature and introduce|transducing the source gas for a fixed period of time. In addition, as the carrier gas, an inert gas such as Ar can be used.

계속해서, 열분해 탄소층(3)이 소정의 두께로 된 단계에서, 해당 열분해 탄소층(3)의 표면에 열분해 탄소의 클러스터(4)를 생성시킨다. 열분해 탄소의 클러스터(4)는, 공중에서 생성된 열분해 탄소의 파티클(작은 덩어리)이, 열분해 탄소층(3)의 표면에 침강하여 퇴적됨으로써(즉, 침적) 생성된다.Subsequently, at a stage in which the pyrolysis carbon layer 3 has a predetermined thickness, clusters 4 of pyrolysis carbon are generated on the surface of the pyrolysis carbon layer 3 . The clusters 4 of pyrolytic carbon are generated when particles (small lumps) of pyrolytic carbon generated in the air settle on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 and are deposited (that is, deposited).

이 클러스터(4)를 생성시키는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 CVD로 내의 압력을 상승시키거나, 온도를 상승시키거나, 탄화수소의 분압을 높이거나 함으로써, 일시적으로 열분해 반응의 밸런스를 무너뜨리고, 열분해를 촉진시켜, 공중에서 열분해 탄소의 파티클을 생성시키고, 그것들을 침적시킴으로써, 열분해 탄소층(3)의 표면에 열분해 탄소의 클러스터(4)를 복수 형성시킬 수 있다.Although the method of generating this cluster 4 is not specifically limited, For example, by raising the pressure in a CVD furnace, raising the temperature, or raising the partial pressure of hydrocarbon, the balance of the thermal decomposition reaction is temporarily disrupted. It is possible to form a plurality of clusters 4 of pyrolytic carbon on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 by releasing and accelerating thermal decomposition, generating particles of pyrolytic carbon in the air, and depositing them.

또한, 열분해 탄소의 파티클은, 열분해 탄소층(3)의 상부 공간에서 생길 뿐만 아니라, 열분해 탄소층(3)의 표면에 낙하한 후에도 성장하기 때문에, 열분해 탄소의 파티클은 열분해 탄소층(3)의 표면에 침적함과 함께 열분해 탄소층(3)과 일체화된다. 즉, 열분해 탄소층(3)과, 그 표면에 형성된 열분해 탄소의 클러스터(4)는 일체화된다.In addition, since particles of pyrolytic carbon not only occur in the upper space of the pyrolysis carbon layer 3 but also grow even after falling on the surface of the pyrolysis carbon layer 3, particles of pyrolysis carbon are generated in the pyrolysis carbon layer 3 It is integrated with the pyrolysis carbon layer 3 while being deposited on the surface. That is, the pyrolytic carbon layer 3 and the cluster 4 of pyrolytic carbon formed on the surface are integrated.

이 열분해 탄소의 파티클을 생성하고, 침적시키기 위한 조건의 일례로서는, CVD로 내의 압력을 10 내지 10000Pa, 온도를 800 내지 2000℃로 하는 것을 들 수 있다.As an example of the conditions for generating and depositing these pyrolytic carbon particles, the pressure in the CVD furnace is 10 to 10000 Pa, and the temperature is 800 to 2000°C.

또한, 보다 많은 열분해 탄소의 파티클을 열분해 탄소층(3)의 표면에 침적시키기 위해서는, CVD로에 있어서, 열분해 탄소층(3)의 상부 공간이 넓어지도록 한다. 상부 공간이 넓으면, 생성되는 열분해 탄소의 파티클의 양이 많아져, 보다 많은 열분해 탄소의 파티클을 열분해 탄소층(3)의 표면에 침적시켜, 일체화시킬 수 있다.In addition, in order to deposit more pyrolytic carbon particles on the surface of the pyrolytic carbon layer 3, in the CVD furnace, the space above the pyrolytic carbon layer 3 is made wider. If the upper space is large, the amount of generated pyrolytic carbon particles increases, so that more pyrolytic carbon particles can be deposited on the surface of the pyrolytic carbon layer 3 to be integrated.

나아가, 흑연 기재(2)에 전하를 걸거나, CVD로 내에서 흑연 기재(2)를 반전시키거나 함으로써, 열분해 탄소층(3)의 상면뿐만 아니라, 흑연 기재(2)의 측면이나 하면에도 열분해 탄소층(3)을 형성하고, 클러스터(4)를 점재시킬 수도 있다.Furthermore, by applying an electric charge to the graphite substrate 2 or inverting the graphite substrate 2 in a CVD furnace, not only the upper surface of the thermally decomposed carbon layer 3 but also the side surface and the lower surface of the graphite substrate 2 are thermally decomposed. The carbon layer 3 may be formed and the clusters 4 may be interspersed.

이와 같이 하여 얻어진 열분해 탄소층(3)의 표면에 부착되어 일체화된 클러스터(4)는, 열분해 탄소층(3)의 성막 마지막에 부착된 것이므로, 열분해 탄소층(3)의 결정 방향의 흐트러짐은 극히 표면에 한정되고, 내부의 구조에는 큰 영향을 주지 않는다. 그 때문에, 열분해 탄소의 클러스터(4)가 박리되는 힘이 가해져도, 열분해 탄소층(3)이 받는 손상이 작고, 열분해 탄소층(3)에 의한 기밀성이 확보되어, 흑연 기재(2)에 대한 가스나 불순물의 흡착 및 방출을 방지할 수 있다.The clusters 4 integrated and adhered to the surface of the pyrolytic carbon layer 3 obtained in this way are attached at the end of the film formation of the pyrolytic carbon layer 3, so the disturbance in the crystal direction of the pyrolytic carbon layer 3 is extremely It is limited to the surface and does not significantly affect the internal structure. Therefore, even when a force is applied to peel the clusters 4 of pyrolytic carbon, damage to the pyrolytic carbon layer 3 is small, airtightness by the pyrolytic carbon layer 3 is secured, and the graphite substrate 2 is Adsorption and release of gases or impurities can be prevented.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Form for implementing the invention)

이하, 본 발명에 관한 탄소 복합 부재의 특징이 명확하게 되도록, 실시예 및 비교예를 들어 더 설명한다.Hereinafter, an Example and a comparative example are given and further demonstrated so that the characteristic of the carbon composite member which concerns on this invention may be made clear.

(실시예 1)(Example 1)

등방성 흑연 재료를, 50×50×5mm의 사이즈로 되도록 가공하고, 흑연 기재로 하였다. 얻어진 흑연 기재를 CVD로 내에 두고, 진공 펌프로 감압하면서 1200℃ 이상으로 가열하고, 탄화수소를 포함하는 원료 가스를, CVD로 내의 가스압이 1kPa 이하로 되도록 공급하여, 열분해 탄소층의 형성을 개시시켰다.The isotropic graphite material was processed so that it might become a size of 50x50x5 mm, and it was set as the graphite base material. The obtained graphite substrate was placed in a CVD furnace, heated to 1200° C. or higher while reducing pressure with a vacuum pump, and a raw material gas containing hydrocarbons was supplied so that the gas pressure in the CVD furnace was 1 kPa or less, and the formation of a pyrolytic carbon layer was started.

계속해서, 열분해 탄소층의 두께가 20㎛로 성장하는 시간에 달한 시점에서, 원료 가스의 공급을 급격하게 정지하였다.Then, when the time for which the thickness of the thermal decomposition carbon layer grows to 20 micrometers has reached|attained, supply of the source gas was stopped abruptly.

또한, 원료 가스는 노 내에 공급하는 시점에서, 고압의 봄베로부터 감압의 노 내로 공급되므로 급격하게 열을 빼앗아 팽창하여 노 내를 냉각하는 작용이 있다. 이 때문에, 원료 가스의 공급을 급격하게 정지하면, 냉각 능력이 저하되고, 감압 하에서 열용량이 작은 노 내 분위기는, 일시적으로 가열되어 돌기를 형성하는 클러스터가 발생하기 쉬운 환경으로 된다. 일시적으로 생긴 클러스터가 열분해 탄소층 상에 침적된다.In addition, since the raw material gas is supplied from the high-pressure cylinder into the reduced-pressure furnace at the time of supplying it into the furnace, it rapidly takes heat and expands to cool the furnace. For this reason, if the supply of the raw material gas is abruptly stopped, the cooling capacity is lowered, and the atmosphere in the furnace having a small heat capacity under reduced pressure is temporarily heated to create an environment in which clusters forming projections are likely to occur. Temporarily generated clusters are deposited on the pyrolysis carbon layer.

이와 같이 하여, 공중에서 형성된 열분해 탄소의 파티클을 열분해 탄소층의 표면에 침적시켰다. 또한, 이러한 희박한 분위기 가스의 순간적인 온도의 변동의 유무는, 열전대 방사 온도계로 검출하기 어려워, 열분해 탄소의 클러스터의 생성의 유무로 확인할 수 있다.In this way, particles of pyrolytic carbon formed in the air were deposited on the surface of the pyrolytic carbon layer. In addition, the presence or absence of such an instantaneous temperature fluctuation of such a lean atmosphere gas is difficult to detect with a thermocouple radiation thermometer, and it can be confirmed by the presence or absence of generation|occurrence|production of the cluster of pyrolysis carbon.

이와 같이 하여 얻어진 탄소 복합 부재의 표면을, 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 확인하였다. 촬영한 주사 전자 현미경 사진(배율: 500배)을 도 2에 도시한다. 도 2에 있어서, 도면 중의 작은 덩어리가 열분해 탄소의 클러스터이며, 도면 중에 대경의 반구형으로 보이는 열분해 탄소층의 표면에 열분해 탄소의 클러스터가 점재하여 복수 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 이 열분해 탄소의 파티클은, 상기한 세정으로는 제거되지 않고, 열분해 탄소층과 일체화되어 있음을 알 수 있다. 또한, 동일 사진(좌측 하단의 스케일을 참조)으로부터, 해당 클러스터의 최대 직경은 10 내지 50㎛의 범위에 들어 있음을 읽어낼 수 있다.The surface of the carbon composite member thus obtained was confirmed with a scanning electron microscope (SEM). The photographed scanning electron micrograph (magnification: 500 times) is shown in FIG. In FIG. 2 , it can be seen that small lumps in the figure are clusters of pyrolysis carbon, and clusters of pyrolysis carbon are formed dotted with and plural on the surface of the pyrolysis carbon layer having a large-diameter hemispherical shape in the figure. In addition, it can be seen that the particles of the pyrolytic carbon are not removed by the above-described washing, but are integrated with the pyrolytic carbon layer. Also, from the same photograph (refer to the scale in the lower left), it can be read that the maximum diameter of the cluster is in the range of 10 to 50 μm.

또한, JIS B 0031에 준거하는 표면 조도계를 사용하여, 열분해 탄소층의 표면에 있어서의 임의의 3개소에서 산술 평균 조도 Ra를 측정한바, 각각 1.438㎛, 1.642㎛, 1.770㎛이며, 그의 평균으로 1.62㎛였다.Further, using a surface roughness meter conforming to JIS B 0031, the arithmetic mean roughness Ra was measured at three arbitrary locations on the surface of the pyrolytic carbon layer. μm.

이 탄소 복합 부재를 라텍스로 이루어지는 방진 장갑을 착용하여, 표면의 마찰을 확인하였지만, 강한 힘이 가해져도 충분히 보유 지지할 수 있음이 확인되었다.Although the friction on the surface was confirmed by wearing dustproof gloves made of latex for this carbon composite member, it was confirmed that it could be sufficiently held even when a strong force was applied.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1과 마찬가지로 탄소 복합 부재를 형성하였다. 단, 열분해 탄소층의 형성 후, 원료 가스의 공급을 10분간에 걸쳐 서서히 좁혔다. 이 때문에, 원료 가스의 공급 스톱에 의한 급격한 온도 상승은 평준화되고, 클러스터의 생성은 일어나지 않았다고 생각된다.A carbon composite member was formed in the same manner as in Example 1. However, after the formation of the pyrolytic carbon layer, the supply of the raw material gas was gradually narrowed over 10 minutes. For this reason, it is thought that the rapid temperature rise by the supply stop of the raw material gas was leveled, and generation|occurrence|production of a cluster did not occur.

이와 같이 하여 얻어진 탄소 복합 부재의 표면을, 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 확인하였다. 촬영한 주사 전자 현미경 사진(배율: 500배)을 도 3에 도시한다. 도 3에 있어서, 탄소 복합 부재의 표면은 기재측의 핵으로부터 부채형으로 성장한 평활한 성장면이 보이고, 열분해 탄소의 클러스터는 관찰되지 않았다.The surface of the carbon composite member thus obtained was confirmed with a scanning electron microscope (SEM). The photographed scanning electron micrograph (magnification: 500 times) is shown in FIG. In Fig. 3, the surface of the carbon composite member showed a smooth growth surface that grew in a sector shape from the nucleus on the base side, and no clusters of pyrolytic carbon were observed.

또한, JIS B 0031에 준거하는 표면 조도계를 사용하여, 열분해 탄소층의 표면에 있어서의 임의의 3개소에서 산술 평균 조도 Ra를 측정한바, 각각 0.795㎛, 1.049㎛, 0.753㎛이며, 그의 평균으로 0.87㎛였다.In addition, when the arithmetic mean roughness Ra was measured at three arbitrary locations on the surface of the pyrolytic carbon layer using a surface roughness meter conforming to JIS B 0031, they are 0.795 µm, 1.049 µm, and 0.753 µm, respectively, and 0.87 as an average thereof. μm.

이 탄소 복합 부재를 라텍스로 이루어지는 방진 장갑을 착용하고, 열분해 탄소층이 형성된 면을 파지하여 들어올렸지만, 표면의 마찰력만으로는 미끄러지기 쉬워 강한 힘이 가해지면 충분히 보유 지지할 수 없음이 확인되었다.It was confirmed that this carbon composite member was slidable only by friction on the surface and could not be sufficiently held when a strong force was applied to this carbon composite member while wearing dustproof gloves made of latex and gripping the surface on which the pyrolytic carbon layer was formed.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 적절하게 변형, 개량 등이 가능하다. 그 밖에, 상술한 실시 형태에 있어서의 각 구성 요소의 재질, 형상, 치수, 수치, 형태, 수, 배치 개소 등은, 본 발명을 달성할 수 있는 것이면 임의적이며, 한정되지 않는다.In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation|transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, etc. of each component in the above-mentioned embodiment are arbitrary, as long as this invention can be achieved, and it is not limited.

본 발명에 관한 탄소 복합 부재는, 미끄럼 방지 기능을 구비하기 때문에, 대형의 장치용 부품으로 해도 낙하하기 어렵고, 취급성이 양호하고, 나아가 충격이 가해져도 크랙이 열분해 탄소 피막을 관통시키기 어렵기 때문에, 반도체 제조, 화학 공업, 기계, 원자력 등, 많은 분야에 걸쳐 유효하다.Since the carbon composite member according to the present invention has an anti-slip function, it is difficult to drop even as a large device component, has good handling properties, and furthermore, cracks hardly penetrate the thermally decomposed carbon film even when an impact is applied. , semiconductor manufacturing, chemical industry, machinery, nuclear power, etc. are effective across many fields.

1: 탄소 복합 부재
2: 흑연 기재
3: 열분해 탄소층
4: 클러스터
1: carbon composite member
2: Graphite substrate
3: pyrolysis carbon layer
4: cluster

Claims (5)

흑연 기재 상에 열분해 탄소층이 형성된 탄소 복합 부재이며,
상기 열분해 탄소층에 있어서의 적어도 일부의 표면에, 열분해 탄소의 클러스터가 복수 형성되어 있고,
상기 열분해 탄소층의 표면에 있어서의 산술 평균 조도 Ra가 1 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 탄소 복합 부재.
A carbon composite member in which a pyrolytic carbon layer is formed on a graphite substrate,
A plurality of clusters of pyrolytic carbon are formed on at least a part of the surface of the pyrolytic carbon layer,
The carbon composite member characterized in that the arithmetic mean roughness Ra on the surface of the thermally decomposed carbon layer is 1 to 3 µm.
제1항에 있어서, 상기 클러스터는, CVD법에 의해 얻어진 침적물인 것을 특징으로 하는 탄소 복합 부재.The carbon composite member according to claim 1, wherein the cluster is a deposit obtained by a CVD method. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클러스터 중, 최대 클러스터에 있어서의 가장 긴 방향의 사이즈가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 탄소 복합 부재.The carbon composite member according to claim 1 or 2, wherein, among the clusters, the largest cluster has a size in the longest direction of 10 to 50 µm. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열분해 탄소층의 두께가 5 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 탄소 복합 부재.The carbon composite member according to claim 1 or 2, wherein the pyrolytic carbon layer has a thickness of 5 to 200 µm. 삭제delete
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