JP2000247781A - 黒鉛るつぼ - Google Patents

黒鉛るつぼ

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JP2000247781A JP11047392A JP4739299A JP2000247781A JP 2000247781 A JP2000247781 A JP 2000247781A JP 11047392 A JP11047392 A JP 11047392A JP 4739299 A JP4739299 A JP 4739299A JP 2000247781 A JP2000247781 A JP 2000247781A
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(57)【要約】 【課題】 内側に配置される石英るつぼを繰り返して使
用することができないという問題があった。 【解決手段】 円筒状部と底部から成る黒鉛るつぼにお
いて、前記円筒状部が縦方向に複数に分割された部材か
ら成り、且つ原料が溶解したときに前記円筒状部の外径
がその内径と略等しくなる炭素繊維強化炭素材から成る
リングを前記円筒状部の上部と下部に装着した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は黒鉛るつぼに関し、
特に円筒状部と底部で構成される黒鉛るつぼに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、シリコンの溶解には、図3
(a)に示すように、シリコンをその内部で溶解するた
めの石英るつぼ16と、これを収容して外部から支持す
るための黒鉛るつぼ11が用いられている。石英るつぼ
16は、シリコン溶解中に高温に加熱されて軟化し、か
つシリコン融液の重さを受けるため、その外表面が黒鉛
るつぼ11内面に密着した状態になる。この状態のまま
冷却すると、黒鉛の熱膨張係数が石英の約10倍大きい
ため、黒鉛るつぼ11には大きな引っ張り応力が発生
し、黒鉛るつぼ11は割れてしまう。
【0003】この問題に対処するため、図3(b)に示
すように、黒鉛るつぼ11は、通常縦に2分割又は3分
割されている(例えば実開平7−31855号公報およ
び特開平6−345587号公報参照)。冷却時には分
割面12が開くため、黒鉛るつぼ11は割れることがな
い。
【0004】また、別の技術として、黒鉛るつぼ11の
代わりに炭素繊維強化炭素材製のるつぼを使用する方法
もある(例えば実公平3−43250号公報参照)。炭
素繊維強化炭素材の熱膨張係数は石英のそれと近似して
いるため、一体型でも黒鉛るつぼのように割れることは
ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、冷却
後は図3(b)のように、分割面12が開いた状態にな
り、ここから石英るつぼ16を取り出すと、黒鉛るつぼ
11は、元の閉じた状態に戻る。しかし、石英るつぼ1
6は、使用前に比べて外径が大きくなっているため、閉
じた黒鉛るつぼ11に再び入れることができず、操り返
し使用することができない。
【0006】このように、従来技術には、溶解後一度冷
却してしまうと石英るつぼ16を繰り返し使用すること
ができないという欠点がある。また、炭素繊推強化炭素
材製のるつぼを使用する場合は、石英るつぼを繰り返し
て使用することができるが、るつぼが著しく高価である
という欠点がある。
【0007】本発明は、このような従来装置の問題点に
鑑みてなされたものであり、内側に配置される石英るつ
ぼを繰り返して使用することができないという従来装置
の問題点を解消した黒鉛るつぼを提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る黒鉛るつぼでは、円筒状部と底部から
成る黒鉛るつぼにおいて、前記円筒状部が縦方向に複数
に分割された部材から成り、且つ原料が溶解したときに
前記円筒状部の外径がその内径と略等しくなる炭素繊維
強化炭素材から成るリングを前記円筒状部の上部と下部
に装着した。
【0009】上記黒鉛るつぼでは、前記下部のリングが
装着される部位よりも上方の前記円筒状部の外径を前記
リングが装着される部位の外径よりも小さくすることが
望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図1は、本発明に係る黒鉛るつぼの一
実施形態を示す断面図であり、1は黒鉛るつぼ、2は円
筒状部、3は底部、4、5はリングである。
【0011】黒鉛るつぼ1は、円筒状部2と底部3とに
分かれ、かつ円筒状部2はさらに縦に2分割または3分
割され、複数の円筒状部材2a、2bで構成されてい
る。
【0012】本発明は、この黒鉛るつぼ1の円筒状部2
の外周の上部と下部にリング4、5をはめたことが特徴
である。このリング4、5は、炭素繊維強化炭素材から
成る。リング4、5として炭素繊維強化炭素材を使用す
る理由は、熱膨張係数が石英と同等であること、溶解ヒ
ータで高温に加熱されても十分な強度を有しているこ
と、シリコンの品質を低下させる不純物を発生させない
ことなどである。。リング4、5の内径は、石英るつぼ
6内の原料が溶解したとき、例えばシリコンを溶融する
場合は黒鉛るつぼが1500℃に加熱されたときの外径
と略等しくなるように設定する。下のリング5をはめる
部分の黒鉛るつぼ1の外径も原料が溶解したときにリン
グ5の内径に等しくなるようにする。下部のリング5よ
りも上方部分5aの外径は、図1のように、リング5を
はめる部分の外径より少し小さくする。こうすること
で、冷却後にリング5を黒鉛るつぼ1から外すとき簡単
に外すことができる。なお、上部のリング4は円筒状部
2の上縁部近傍に装着されるが、さらに下方に装着され
る場合に、この上部のリング4が装着される部位よりも
上方の外径をさらに小さくすればよい。
【0013】このようなリング4、5をはめることで石
英るつぼ6を繰り返し使用することができる。石英るつ
ぼ6が繰り返し使用できる理由は、以下の通りである。
図2に溶解るつぼの水平断面を示す。リング4(5)の
内径は、原料が溶解した(例えば1500℃)ときに閉
じた黒鉛るつぼ1の外径に等しい。黒鉛の熱膨張係数は
炭素繊維強化炭素材の約10倍と大きいため、常温では
黒鉛るつぼ1の外径はリング4(5)の内径に比べて小
さくなり、リング4(5)と黒鉛るつぼ1の間に少し隙
間ができる。未使用の石英るつぼ6の外径は黒鉛るつぼ
1の内径より少し小さいので、石英るつぼ6と黒鉛るつ
ぼ1の間にも少し隙間がある。この様子を示したのが図
2(a)の溶解前である。溶解中は、黒鉛るつぼ1が融
液の温度(例えば約1500℃)になり、リング4
(5)との隙間は無くなる。石英るつぼ6は軟化した状
態で融液(シリコン融液)の重さを受けるため、その外
表面が黒鉛るつぼ1の内面に密着する。この様子を示し
たのが図2(b)の溶解中の図である。溶解を完了して
るつぼ6を空にした後、冷却すると黒鉛るつぼ1は収縮
する。リング4(5)も石英るつぼ6も収縮するが、炭
素繊維強化炭素材も石英も熱膨張係数が黒鉛に比べて約
1/10と小さいので、その収縮量は実用上無視してよ
い。この様子を示したのが図2(c)の冷却後である。
この図2(c)のように、黒鉛るつぼ1の分割面に少し
隙間xができ、リング4(5)、黒鉛るつぼ1、および
石英るつぼ6は一体になる。この溶解るつぼを使用して
再び溶解すると、黒鉛るつぼ1が膨張して分割面の隙間
xがなくなり、図2(b)の溶解中の状態にもどる。そ
して、冷却後には、また、図2(c)の冷却後の状態に
戻る。このように石英るつぼ6は繰り返し使用できる。
【0014】本発明の溶解るつぼを用いてシリコンイン
ゴットを鋳造する場合の一例は下記のようになる。この
例の場合は石英るつぼ6の上部に注ぎ口が付いており、
溶解るつぼを傾けて出湯する。溶解るつぼをセットす
る。溶解るつぼの中にシリコン原料を装入する。真
空容器を閉じて真空容器内を排気する。ヒータで加熱
して、シリコン原料を完全に溶解する。溶解るつぼを
傾けて鋳型に注湯する。鋳型内でシリコン融液を凝固
させる。溶解るつぼは冷却される。鋳型を取り出
す。続けて溶解する場合は、〜を繰り返す。
【0015】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る黒鉛るつぼ
では、円筒状部が縦方向に複数に分割された部材から成
り、且つ原料が溶解したときに円筒状部の外径がその内
径と略等しくなる炭素繊維強化炭素材から成るリングを
円筒状部の上部と下部に装着したことから、溶解後、溶
解るつぼを冷却しても、石英るつぼを繰り返し使用する
ことができると共に、炭素繊維強化炭素材製のるつぼに
比べて安価である。
【0016】また、下部のリングが装着される部位より
も上方の円筒状部の外径を前記下部のリングが装着され
る部位の外径よりも小さくすると、リングが簡単に外せ
るので、石英るつぼを容易に黒鉛るつぼから取り出すこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る黒鉛るつぼの一実施形態を示す断
面図である。
【図2】本発明に係る黒鉛るつぼの円筒状部材とリング
の熱膨張と熱収縮の状態を示す図であり、(a)は溶解
前の状態を示す図、(b)は溶解中の状態を示す図、
(c)は冷却後の状態を示す図ある。
【図3】従来の黒鉛るつぼ示す図であり、(a)は溶解
中の状態を示す図、(b)は冷却後の状態を示す図であ
る。
【符号の説明】
1‥‥‥黒鉛るつぼ、2‥‥‥円筒状部、2a、2b‥
‥‥円筒状部材、3‥‥‥底部材、4‥‥‥上部リン
グ、5‥‥‥下部リング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状部と底部から成る黒鉛るつぼにお
    いて、前記円筒状部が縦方向に複数に分割された部材か
    ら成り、且つ原料が溶解したときに前記円筒状部の外径
    がその内径と略等しくなる炭素繊維強化炭素材から成る
    リングを前記円筒状部の上部と下部に装着したことを特
    徴とする黒鉛るつぼ。
  2. 【請求項2】 前記下部のリングが装着される部位より
    も上方の前記円筒状部の外径を前記下部のリングが装着
    される部位の外径よりも小さくしたことを特徴とする請
    求項1に記載の黒鉛るつぼ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009269777A (ja) * 2008-05-01 2009-11-19 Ibiden Co Ltd ルツボ保持部材およびその製造方法
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KR20210091885A (ko) * 2020-01-15 2021-07-23 에스케이씨 주식회사 탄화규소 분말의 열처리를 위한 확장 가능한 도가니

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