JP2000272987A - ガラス状カーボン被覆炭素材 - Google Patents
ガラス状カーボン被覆炭素材Info
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5001—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with carbon or carbonisable materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐酸化性や耐プラズマ性などの化学的安定性
に優れたガラス状カーボン被覆炭素材を提供する。 【解決手段】 炭素質基材面に、Ｓｉ原子とＯ原子が均
一に分散したガラス状カーボン被膜が形成被着されてな
るガラス状カーボン被覆炭素材。ガラス状カーボン被膜
は、Ｘ線回折により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物が観察され
ず、かつ透過型電子顕微鏡(TEM) の観察によって粒状組
織が識別できない組織性状を備えており、またＳｉ原子
の含有量（ｘ）wt％が０．５〜１５wt％、Ｏ原子の含有
量（ｙ）wt％がｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２の範囲内であると、
より優れた耐酸化性および耐プラズマ性が付与される。
に優れたガラス状カーボン被覆炭素材を提供する。 【解決手段】 炭素質基材面に、Ｓｉ原子とＯ原子が均
一に分散したガラス状カーボン被膜が形成被着されてな
るガラス状カーボン被覆炭素材。ガラス状カーボン被膜
は、Ｘ線回折により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物が観察され
ず、かつ透過型電子顕微鏡(TEM) の観察によって粒状組
織が識別できない組織性状を備えており、またＳｉ原子
の含有量（ｘ）wt％が０．５〜１５wt％、Ｏ原子の含有
量（ｙ）wt％がｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２の範囲内であると、
より優れた耐酸化性および耐プラズマ性が付与される。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、炭素質基材の表面
に優れた組織性状のガラス状カーボン被膜が形成被着さ
れ、耐酸化性や耐プラズマ性などの化学的安定性に優れ
たガラス状カーボン被覆炭素材に関する。
に優れた組織性状のガラス状カーボン被膜が形成被着さ
れ、耐酸化性や耐プラズマ性などの化学的安定性に優れ
たガラス状カーボン被覆炭素材に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素材料は耐熱性、反応性、熱伝導性な
どが優れており、プラズマエッチング装置、プラズマＣ
ＶＤ装置、液相エピタキシャル装置、ＣＺ用ルツボ、金
属蒸着用ルツボ、ガラスファイバー製造用治具、ヒータ
などの部材として広い用途分野で使用されている。
どが優れており、プラズマエッチング装置、プラズマＣ
ＶＤ装置、液相エピタキシャル装置、ＣＺ用ルツボ、金
属蒸着用ルツボ、ガラスファイバー製造用治具、ヒータ
などの部材として広い用途分野で使用されている。
【０００３】これらの炭素材料は、通常、コークスなど
のフィラーにピッチバインダーを加えて混練し、混練物
を成形、焼成、更には黒鉛化して製造されている。した
がって、組織の緻密性が低く、また材質組織は微粒子の
集合体であるから使用時に炭素粒子が脱落する難点があ
り、特に汚染を嫌う半導体製造装置用の部材などとして
適用し難い欠点がある。
のフィラーにピッチバインダーを加えて混練し、混練物
を成形、焼成、更には黒鉛化して製造されている。した
がって、組織の緻密性が低く、また材質組織は微粒子の
集合体であるから使用時に炭素粒子が脱落する難点があ
り、特に汚染を嫌う半導体製造装置用の部材などとして
適用し難い欠点がある。
【０００４】一方、ガラス状カーボン材は、熱硬化性樹
脂の成形体を非酸化性雰囲気下で加熱し、焼成炭化して
得られる巨視的にガラス質の緻密な組織構造を有する炭
素材料であり、一般の炭素材料に比べて組織が緻密でガ
ス不透過性に優れ、また表面平滑性や耐摩耗性なども高
く、近年では組織から微小な炭素粒子が離脱し難い非汚
染性の材質性状に着目して、シリコンウエハーのプラズ
マエッチング用電極やイオン注入装置用部材など汚染を
嫌う半導体分野で好適に用いられている。
脂の成形体を非酸化性雰囲気下で加熱し、焼成炭化して
得られる巨視的にガラス質の緻密な組織構造を有する炭
素材料であり、一般の炭素材料に比べて組織が緻密でガ
ス不透過性に優れ、また表面平滑性や耐摩耗性なども高
く、近年では組織から微小な炭素粒子が離脱し難い非汚
染性の材質性状に着目して、シリコンウエハーのプラズ
マエッチング用電極やイオン注入装置用部材など汚染を
嫌う半導体分野で好適に用いられている。
【０００５】しかしながら、ガラス状カーボン材は原料
である熱硬化性樹脂の硬化時および焼成炭化時に、低揮
発性成分や重縮合水あるいは生成物などがガス化して揮
散するために気孔が形成され、また亀裂も発生するため
に大型で肉厚の製品を作製し難い問題点がある。そこ
で、炭素材料の表面にガラス状カーボンの被膜を形成す
ることにより、表面が平滑、緻密で、ガス不透過性に優
れた炭素材が開発されており、例えばガラス状カーボン
に転化する樹脂を炭素基材面に被覆して加熱し、焼成炭
化する方法が知られている。
である熱硬化性樹脂の硬化時および焼成炭化時に、低揮
発性成分や重縮合水あるいは生成物などがガス化して揮
散するために気孔が形成され、また亀裂も発生するため
に大型で肉厚の製品を作製し難い問題点がある。そこ
で、炭素材料の表面にガラス状カーボンの被膜を形成す
ることにより、表面が平滑、緻密で、ガス不透過性に優
れた炭素材が開発されており、例えばガラス状カーボン
に転化する樹脂を炭素基材面に被覆して加熱し、焼成炭
化する方法が知られている。
【０００６】例えば、本出願人は炭素質基材を芳香族ポ
リイミド前駆体溶液で被覆処理したのち加熱して表面に
ポリイミド樹脂の皮膜を形成し、ついで非酸化性雰囲気
中で焼成炭化または黒鉛化することを特徴とする炭素材
の製造方法（特開昭63−206376号公報）、炭素質基材を
芳香族ポリイミド前駆体溶液で被覆処理したのち加熱し
て表面にガラス転移温度（Ｔｇ）が３００℃以下の芳香
族ポリイミド樹脂被膜を形成し、ついで非酸化性雰囲気
下で焼成炭化または更に黒鉛化することを特徴とするガ
ラス状炭素被覆炭素質材料の製造方法（特開平７−1380
70号公報）、などを提案している。
リイミド前駆体溶液で被覆処理したのち加熱して表面に
ポリイミド樹脂の皮膜を形成し、ついで非酸化性雰囲気
中で焼成炭化または黒鉛化することを特徴とする炭素材
の製造方法（特開昭63−206376号公報）、炭素質基材を
芳香族ポリイミド前駆体溶液で被覆処理したのち加熱し
て表面にガラス転移温度（Ｔｇ）が３００℃以下の芳香
族ポリイミド樹脂被膜を形成し、ついで非酸化性雰囲気
下で焼成炭化または更に黒鉛化することを特徴とするガ
ラス状炭素被覆炭素質材料の製造方法（特開平７−1380
70号公報）、などを提案している。
【０００７】これらのガラス状カーボン被膜を形成した
炭素材は、表面が平滑、緻密で優れたガス不透過性を備
え、一般の炭素材のもつ欠点を補うことができるので、
前記したプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装
置、液相エピタキシャル装置、ＣＺ用ルツボ、金属蒸着
用ルツボ、ガラスファイバー製造用治具、ヒータなどの
耐熱部材として広い用途分野で用いることができる。
炭素材は、表面が平滑、緻密で優れたガス不透過性を備
え、一般の炭素材のもつ欠点を補うことができるので、
前記したプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装
置、液相エピタキシャル装置、ＣＺ用ルツボ、金属蒸着
用ルツボ、ガラスファイバー製造用治具、ヒータなどの
耐熱部材として広い用途分野で用いることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マガス中のラジカルや金属蒸気などの高温苛酷な雰囲気
下で長時間に亘って使用されるためにガラス状カーボン
被膜が次第に損耗し、遂には炭素基材面が露出して、使
用に耐えなくなる。形成するガラス状カーボン被膜の厚
さを厚くすれば耐久性を延ばすことが可能となるが、炭
素質基材面にガラス状カーボン被膜を厚く形成被着する
ことは非常に困難である。すなわち、炭素質基材面に被
覆された樹脂前駆体がガラス状カーボンに転化する際に
大きな体積収縮が起こり、一方炭素質基材は膨張するの
で被膜に亀裂を生じたり、あるいは被膜に剥離を生じ、
特に膜厚が厚くなるほど著しくなる。
マガス中のラジカルや金属蒸気などの高温苛酷な雰囲気
下で長時間に亘って使用されるためにガラス状カーボン
被膜が次第に損耗し、遂には炭素基材面が露出して、使
用に耐えなくなる。形成するガラス状カーボン被膜の厚
さを厚くすれば耐久性を延ばすことが可能となるが、炭
素質基材面にガラス状カーボン被膜を厚く形成被着する
ことは非常に困難である。すなわち、炭素質基材面に被
覆された樹脂前駆体がガラス状カーボンに転化する際に
大きな体積収縮が起こり、一方炭素質基材は膨張するの
で被膜に亀裂を生じたり、あるいは被膜に剥離を生じ、
特に膜厚が厚くなるほど著しくなる。
【０００９】そこで、本発明者らは被着するガラス状カ
ーボン被膜の耐蝕性を高くすることができれば、比較的
薄い被膜であっても耐久性を向上することができるとの
観点から、ガラス状カーボン組織中にセラミック成分を
複合した被膜について研究を進めた結果、ガラス状カー
ボンの組織中にけい素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を均一に分
散させた組織性状とすることにより、耐酸化性、耐プラ
ズマ性、金属蒸気との反応性などを著しく改善できるこ
とを見出した。
ーボン被膜の耐蝕性を高くすることができれば、比較的
薄い被膜であっても耐久性を向上することができるとの
観点から、ガラス状カーボン組織中にセラミック成分を
複合した被膜について研究を進めた結果、ガラス状カー
ボンの組織中にけい素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を均一に分
散させた組織性状とすることにより、耐酸化性、耐プラ
ズマ性、金属蒸気との反応性などを著しく改善できるこ
とを見出した。
【００１０】本発明は、上記の知見に基づいて開発され
たものであり、その目的は炭素質基材面にＳｉ原子とＯ
原子が均一に分散複合した組織性状のガラス状カーボン
被膜を被着し、耐酸化性や耐プラズマ性などの化学的安
定性に優れたガラス状カーボン被覆炭素材を提供するこ
とにある。
たものであり、その目的は炭素質基材面にＳｉ原子とＯ
原子が均一に分散複合した組織性状のガラス状カーボン
被膜を被着し、耐酸化性や耐プラズマ性などの化学的安
定性に優れたガラス状カーボン被覆炭素材を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のガラス状カーボン被覆炭素材は、炭素質基
材面に、けい素（Ｓｉ）原子と酸素（Ｏ）原子が均一に
分散したガラス状カーボン被膜が形成被着されてなるこ
とを構成上の特徴とする。
めの本発明のガラス状カーボン被覆炭素材は、炭素質基
材面に、けい素（Ｓｉ）原子と酸素（Ｏ）原子が均一に
分散したガラス状カーボン被膜が形成被着されてなるこ
とを構成上の特徴とする。
【００１２】また、ガラス状カーボン被膜は、Ｘ線回折
により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物が観察されず、かつ透過
型電子顕微鏡(TEM) の観察によって粒状組織が識別でき
ない組織性状を備えたものであることを特徴とする。
により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物が観察されず、かつ透過
型電子顕微鏡(TEM) の観察によって粒状組織が識別でき
ない組織性状を備えたものであることを特徴とする。
【００１３】更に、ガラス状カーボン被膜中のＳｉ原子
の含有量（ｘ）が０．５〜１５wt％であって、かつＯ原
子の含有量（ｙ）wt％が、ｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２（但し、
ｙ＞０）の関係にあることを特徴とする。
の含有量（ｘ）が０．５〜１５wt％であって、かつＯ原
子の含有量（ｙ）wt％が、ｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２（但し、
ｙ＞０）の関係にあることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】ガラス状カーボン被膜が形成被着
される炭素質基材には、一般に製造されている炭素材、
黒鉛材、炭素繊維複合炭素材など材質上の制限はない
が、好ましくは緻密な等方性黒鉛材料が用いられる。
される炭素質基材には、一般に製造されている炭素材、
黒鉛材、炭素繊維複合炭素材など材質上の制限はない
が、好ましくは緻密な等方性黒鉛材料が用いられる。
【００１５】本発明のガラス状カーボン被覆炭素材は、
これらの炭素質基材面にＳｉ原子とＯ原子が原子レベル
で均一な連続相として分布した組織性状を備えるガラス
状カーボン被膜が形成被着された点を特徴とするもので
ある。このガラス状カーボン被膜は、ガラス状カーボン
中にＳｉ原子とＯ原子が分散したものであるが、その組
織構造はガラス状カーボンの組織中にＳｉ成分が微粒子
状態で分散したものではなく、組織内にＳｉとＣの粒界
が存在しない連続固溶相を呈した組織状態、すなわち、
巨視的にはガラス状カーボン単独の組織構造と実質的な
相違はないが、微視的にはガラス状カーボン組織の一部
がＳｉに置換結合された複合形態を示しているものであ
る。
これらの炭素質基材面にＳｉ原子とＯ原子が原子レベル
で均一な連続相として分布した組織性状を備えるガラス
状カーボン被膜が形成被着された点を特徴とするもので
ある。このガラス状カーボン被膜は、ガラス状カーボン
中にＳｉ原子とＯ原子が分散したものであるが、その組
織構造はガラス状カーボンの組織中にＳｉ成分が微粒子
状態で分散したものではなく、組織内にＳｉとＣの粒界
が存在しない連続固溶相を呈した組織状態、すなわち、
巨視的にはガラス状カーボン単独の組織構造と実質的な
相違はないが、微視的にはガラス状カーボン組織の一部
がＳｉに置換結合された複合形態を示しているものであ
る。
【００１６】したがって、ガラス状カーボン中に分散し
たＳｉ原子とＯ原子は、Ｘ線回折によってＳｉ、Ｓｉ
Ｃ、ＳｉＯ2 などと同定できるような結晶構造を示さ
ず、具体的にはＸ線回折により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物
が観察されず、かつ透過型電子顕微鏡(TEM) の観察によ
って粒状組織が識別できない組織性状を備えたものであ
ることを特徴とする。
たＳｉ原子とＯ原子は、Ｘ線回折によってＳｉ、Ｓｉ
Ｃ、ＳｉＯ2 などと同定できるような結晶構造を示さ
ず、具体的にはＸ線回折により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物
が観察されず、かつ透過型電子顕微鏡(TEM) の観察によ
って粒状組織が識別できない組織性状を備えたものであ
ることを特徴とする。
【００１７】このように、本発明のガラス状カーボン被
覆炭素材は、ガラス状カーボン被膜がガラス状カーボン
とＳｉＣやＳｉＯ2 とを単に複合化したものとは全く異
質の組織性状を備えており、Ｓｉ原子およびＯ原子はガ
ラス状カーボンの組織中に極めて均一に分散しており、
この組織性状が耐酸化性および耐プラズマ性を著しく高
め、化学的安定性の向上に有効機能する。
覆炭素材は、ガラス状カーボン被膜がガラス状カーボン
とＳｉＣやＳｉＯ2 とを単に複合化したものとは全く異
質の組織性状を備えており、Ｓｉ原子およびＯ原子はガ
ラス状カーボンの組織中に極めて均一に分散しており、
この組織性状が耐酸化性および耐プラズマ性を著しく高
め、化学的安定性の向上に有効機能する。
【００１８】また、ガラス状カーボン被膜中のＳｉ原子
の含有量（ｘ）は０．５〜１５wt％の範囲に設定され
る。Ｓｉ原子の含有量（ｘ）が０．５wt％を下回ると充
分な複合効果が得られず、一方１５wt％を超えるとガラ
ス状カーボン中に存在するＳｉ原子が多くなるためにＳ
ｉを原子レベルでガラス状カーボンの組織中に安定分散
させることが困難となり、組織中にＳｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ
Ｏ2 などの凝集粒子が存在するようになるためである。
の含有量（ｘ）は０．５〜１５wt％の範囲に設定され
る。Ｓｉ原子の含有量（ｘ）が０．５wt％を下回ると充
分な複合効果が得られず、一方１５wt％を超えるとガラ
ス状カーボン中に存在するＳｉ原子が多くなるためにＳ
ｉを原子レベルでガラス状カーボンの組織中に安定分散
させることが困難となり、組織中にＳｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ
Ｏ2 などの凝集粒子が存在するようになるためである。
【００１９】更に、ガラス状カーボン被膜中のＯ原子の
含有量（ｙ）wt％はＳｉ原子の含有量（ｘ）wt％との関
係において、ｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２（但し、ｙ＞０）の量
比に制御される。Ｏ原子の含有量（ｙ）wt％がこの範囲
を外れるとガラス状カーボンの組織中にＳｉＯ2 やＳｉ
ＣなどのＳｉ化合物が生成し、生成したＳｉ化合物粒子
の凝集が起こり易くなるために、化学的安定性の向上が
図れないばかりでなく消耗時に粒子の脱落によるパーテ
ィクルの発生が増大するためである。
含有量（ｙ）wt％はＳｉ原子の含有量（ｘ）wt％との関
係において、ｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２（但し、ｙ＞０）の量
比に制御される。Ｏ原子の含有量（ｙ）wt％がこの範囲
を外れるとガラス状カーボンの組織中にＳｉＯ2 やＳｉ
ＣなどのＳｉ化合物が生成し、生成したＳｉ化合物粒子
の凝集が起こり易くなるために、化学的安定性の向上が
図れないばかりでなく消耗時に粒子の脱落によるパーテ
ィクルの発生が増大するためである。
【００２０】本発明のガラス状カーボン被覆炭素材は、
熱硬化性樹脂の前駆体溶液に酸素原子を含む有機けい素
化合物を混合して調製した樹脂溶液を炭素質基材面に塗
布して乾燥後、加熱硬化し、非酸化性雰囲気下で８００
℃以上の温度で焼成炭化することにより製造することが
できる。熱硬化性樹脂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、ガラス状カーボ
ン製造用に通常使用される各種の樹脂、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、エポキシ
系樹脂、ポリカルボジイミド系樹脂、あるいはこれらの
混合樹脂、などが用いられる。
熱硬化性樹脂の前駆体溶液に酸素原子を含む有機けい素
化合物を混合して調製した樹脂溶液を炭素質基材面に塗
布して乾燥後、加熱硬化し、非酸化性雰囲気下で８００
℃以上の温度で焼成炭化することにより製造することが
できる。熱硬化性樹脂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、ガラス状カーボ
ン製造用に通常使用される各種の樹脂、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、エポキシ
系樹脂、ポリカルボジイミド系樹脂、あるいはこれらの
混合樹脂、などが用いられる。
【００２１】また、熱硬化性樹脂溶液に混合する有機け
い素化合物として１分子中に含まれるＳｉ原子とＯ原子
の量比の異なる有機けい素化合物を用いれば、ガラス状
カーボン被膜中に存在するＳｉとＯの量比を調節するこ
とができる。例えば、１分子中のＳｉに結合するＯ量の
多い有機けい素化合物を用いればガラス状カーボン被膜
の組織中に含まれるＳｉとＯの量比は高くなり、逆に１
分子中のＳｉに結合するＯ量の少ない有機けい素化合物
を用いればＳｉとＯの量比は小さくなる。
い素化合物として１分子中に含まれるＳｉ原子とＯ原子
の量比の異なる有機けい素化合物を用いれば、ガラス状
カーボン被膜中に存在するＳｉとＯの量比を調節するこ
とができる。例えば、１分子中のＳｉに結合するＯ量の
多い有機けい素化合物を用いればガラス状カーボン被膜
の組織中に含まれるＳｉとＯの量比は高くなり、逆に１
分子中のＳｉに結合するＯ量の少ない有機けい素化合物
を用いればＳｉとＯの量比は小さくなる。
【００２２】したがって、熱硬化性樹脂と有機けい素化
合物との混合比および数種類の有機けい素化合物を併用
してその混合割合を設定変更することにより、原子レベ
ルのＳｉがガラス状カーボンの組織中に０．５〜１５wt
％の割合で均一に分布し、かつ存在するＯ原子の含有量
（ｙ）wt％が、Ｓｉ原子の含有量（ｘ）wt％に対してｘ
＋２≧ｙ≧ｘ−２の量比関係にあるガラス状カーボン被
膜が形成被着したガラス状カーボン被覆炭素材を製造す
ることができる。
合物との混合比および数種類の有機けい素化合物を併用
してその混合割合を設定変更することにより、原子レベ
ルのＳｉがガラス状カーボンの組織中に０．５〜１５wt
％の割合で均一に分布し、かつ存在するＯ原子の含有量
（ｙ）wt％が、Ｓｉ原子の含有量（ｘ）wt％に対してｘ
＋２≧ｙ≧ｘ−２の量比関係にあるガラス状カーボン被
膜が形成被着したガラス状カーボン被覆炭素材を製造す
ることができる。
【００２３】
【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。
体的に説明する。
【００２４】実施例１ フェノール樹脂の前駆体溶液に３−グリシドキシプロピ
ルメチルジメトキシシランを加えて充分に混合した後、
アセトンを加えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス状カ
ーボン被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が２．３wt％と
なるように等方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、１０
０℃に加熱して溶媒を除去したのち、２００℃の温度で
硬化処理した。その後、アルゴン雰囲気中１０００℃の
温度で焼成炭化し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ
原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ０．５μm のガラ
ス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被
覆炭素材を作製した。
ルメチルジメトキシシランを加えて充分に混合した後、
アセトンを加えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス状カ
ーボン被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が２．３wt％と
なるように等方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、１０
０℃に加熱して溶媒を除去したのち、２００℃の温度で
硬化処理した。その後、アルゴン雰囲気中１０００℃の
温度で焼成炭化し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ
原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ０．５μm のガラ
ス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被
覆炭素材を作製した。
【００２５】実施例２ フラン樹脂の前駆体溶液に３−グリシドキシプロピルメ
チルジメトキシシランを加えて充分に混合した後、硬化
触媒を加えて調製した樹脂溶液をガラス状カーボン被膜
中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が１３．８wt％となるよう
に等方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、６０℃に加熱
して樹脂を硬化した後、アルゴン雰囲気中１０００℃の
温度で焼成炭化し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ
原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ０．５μm のガラ
ス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被
覆炭素材を作製した。
チルジメトキシシランを加えて充分に混合した後、硬化
触媒を加えて調製した樹脂溶液をガラス状カーボン被膜
中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が１３．８wt％となるよう
に等方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、６０℃に加熱
して樹脂を硬化した後、アルゴン雰囲気中１０００℃の
温度で焼成炭化し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ
原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ０．５μm のガラ
ス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被
覆炭素材を作製した。
【００２６】実施例３ フェノール樹脂の前駆体溶液に３−グリシドキシプロピ
ルメチルジメトキシシランと３−アミノプロピルトリエ
トキシシランを加えて充分に混合した後、アセトンを加
えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス状カーボン被膜中
のＳｉ原子の含有量（ｘ）が５．４wt％となるように等
方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、１００℃に加熱し
て溶媒を除去したのち２００℃の温度で硬化処理し、そ
の後、アルゴン雰囲気中１０００℃の温度で焼成炭化
し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ原子とＯ原子と
が均一に分散する厚さ０．５μm のガラス状カーボン被
膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素材を作製
した。
ルメチルジメトキシシランと３−アミノプロピルトリエ
トキシシランを加えて充分に混合した後、アセトンを加
えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス状カーボン被膜中
のＳｉ原子の含有量（ｘ）が５．４wt％となるように等
方性黒鉛基材面に塗布した。次いで、１００℃に加熱し
て溶媒を除去したのち２００℃の温度で硬化処理し、そ
の後、アルゴン雰囲気中１０００℃の温度で焼成炭化
し、更に２０００℃まで加熱して、Ｓｉ原子とＯ原子と
が均一に分散する厚さ０．５μm のガラス状カーボン被
膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素材を作製
した。
【００２７】実施例４ フェノール樹脂の前駆体溶液に３−グリシドキシプロピ
ルメチルジメトキシシランを加えて充分に混合したの
ち、アセトンを加えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス
状カーボン被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が１０．５
wt％となるように等方性黒鉛基材面に塗布し、次いで、
１００℃に加熱して溶媒を除去したのち、２００℃の温
度で硬化処理した。その後、アルゴン雰囲気中１０００
℃の温度で焼成炭化した。この樹脂溶液の塗布および焼
成炭化の操作を４回繰り返し行ったのち２０００℃まで
加熱して、Ｓｉ原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ３
μmのガラス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状
カーボン被覆炭素材を作製した。
ルメチルジメトキシシランを加えて充分に混合したの
ち、アセトンを加えて粘度を調整した樹脂溶液をガラス
状カーボン被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）が１０．５
wt％となるように等方性黒鉛基材面に塗布し、次いで、
１００℃に加熱して溶媒を除去したのち、２００℃の温
度で硬化処理した。その後、アルゴン雰囲気中１０００
℃の温度で焼成炭化した。この樹脂溶液の塗布および焼
成炭化の操作を４回繰り返し行ったのち２０００℃まで
加熱して、Ｓｉ原子とＯ原子とが均一に分散する厚さ３
μmのガラス状カーボン被膜が形成被着されたガラス状
カーボン被覆炭素材を作製した。
【００２８】比較例１ ガラス状カーボン被膜を形成することなく、等方性黒鉛
基材のみを試料として用いた。
基材のみを試料として用いた。
【００２９】比較例２ フェノール樹脂の前駆体溶液にアセトンを加えて粘度を
調整した樹脂溶液を実施例と同様の等方性黒鉛基材面に
塗布した。次いで１００℃に加熱して溶媒を除去したの
ち、２００℃の温度で硬化処理した。その後、アルゴン
雰囲気中で１０００℃の温度で焼成炭化し、更に２００
０℃まで加熱して、厚さ０．５μm のガラス状カーボン
被膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素材を作
製した。
調整した樹脂溶液を実施例と同様の等方性黒鉛基材面に
塗布した。次いで１００℃に加熱して溶媒を除去したの
ち、２００℃の温度で硬化処理した。その後、アルゴン
雰囲気中で１０００℃の温度で焼成炭化し、更に２００
０℃まで加熱して、厚さ０．５μm のガラス状カーボン
被膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素材を作
製した。
【００３０】比較例３ フェノール樹脂の前駆体溶液にアセトンを加えて粘度を
調整した樹脂溶液を実施例と同様の等方性黒鉛基材面に
塗布し、次いで１００℃に加熱して溶媒を除去したの
ち、２００℃の温度で硬化処理した。その後、アルゴン
雰囲気中で１０００℃の温度で焼成炭化した。この樹脂
溶液の塗布および焼成炭化の操作を４回繰り返し行った
のち２０００℃まで加熱して、厚さ３μm のガラス状カ
ーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素
材を作製した。
調整した樹脂溶液を実施例と同様の等方性黒鉛基材面に
塗布し、次いで１００℃に加熱して溶媒を除去したの
ち、２００℃の温度で硬化処理した。その後、アルゴン
雰囲気中で１０００℃の温度で焼成炭化した。この樹脂
溶液の塗布および焼成炭化の操作を４回繰り返し行った
のち２０００℃まで加熱して、厚さ３μm のガラス状カ
ーボン被膜が形成被着されたガラス状カーボン被覆炭素
材を作製した。
【００３１】このようにして製造したガラス状カーボン
被覆炭素材、および比較例１の等方性黒鉛材について、
下記の方法によりガラス状カーボン被膜の厚さ、Ｓｉ原
子やＯ原子の含有量、組織性状、耐酸化性や耐プラズマ
性などを測定、評価した。得られた結果を表１に示し
た。
被覆炭素材、および比較例１の等方性黒鉛材について、
下記の方法によりガラス状カーボン被膜の厚さ、Ｓｉ原
子やＯ原子の含有量、組織性状、耐酸化性や耐プラズマ
性などを測定、評価した。得られた結果を表１に示し
た。
【００３２】(1)ガラス状カーボン被膜の厚さ；走査型
電子顕微鏡にて断面観察を行い、膜厚を測定した。
電子顕微鏡にて断面観察を行い、膜厚を測定した。
【００３３】(2)Ｓｉ含有量（ｘ）；ガラス状カーボン
被覆炭素材を灰化し、これに炭酸ナトリウムとほう酸を
加えて溶融したのち塩酸および硝酸を加えて溶解し、次
いで、過塩素酸で脱水処理した後、温水を加えて濾過
し、水溶性の不純物を除去した。得られた沈殿物を濾紙
とともに灰化して秤量（ａ）した。秤量後、ふっ酸を加
えて加熱し、Ｓｉ分を揮散させて残分を秤量（ｂ）し
た。（ａ）−（ｂ）の値からガラス状カーボン被膜中の
Ｓｉ含有量を求めた。
被覆炭素材を灰化し、これに炭酸ナトリウムとほう酸を
加えて溶融したのち塩酸および硝酸を加えて溶解し、次
いで、過塩素酸で脱水処理した後、温水を加えて濾過
し、水溶性の不純物を除去した。得られた沈殿物を濾紙
とともに灰化して秤量（ａ）した。秤量後、ふっ酸を加
えて加熱し、Ｓｉ分を揮散させて残分を秤量（ｂ）し
た。（ａ）−（ｂ）の値からガラス状カーボン被膜中の
Ｓｉ含有量を求めた。
【００３４】(3)Ｏ含有量（ｙ）；炭素質基材とともに
堀場製作所製、酸素分析装置 EMGA-2800を用いて定量
し、炭素質基材単独の測定値を用いて補正してガラス状
カーボン被膜中のＯ含有量を求めた。
堀場製作所製、酸素分析装置 EMGA-2800を用いて定量
し、炭素質基材単独の測定値を用いて補正してガラス状
カーボン被膜中のＯ含有量を求めた。
【００３５】(4)Ｘ線回折；日本学術振興会第１１７委
員会が定める人造黒鉛の格子定数及び結晶子の測定法に
準拠した方法によりＳｉ化合物に基づく回折線を観察し
て、結晶性Ｓｉ化合物の有無を確認した。
員会が定める人造黒鉛の格子定数及び結晶子の測定法に
準拠した方法によりＳｉ化合物に基づく回折線を観察し
て、結晶性Ｓｉ化合物の有無を確認した。
【００３６】(5)透過型電子顕微鏡観察；ガラス状カー
ボン被膜の破断面を倍率３００万倍で無作為に１０箇所
観察し、粒状組織の有無を確認した。
ボン被膜の破断面を倍率３００万倍で無作為に１０箇所
観察し、粒状組織の有無を確認した。
【００３７】(6)耐酸化性；マッフル炉を用いて、静止
空気雰囲気中８５０℃の温度で熱処理し、酸化による重
量減少率が１０％に達するまでの時間（分）を耐酸化性
の指標とした。
空気雰囲気中８５０℃の温度で熱処理し、酸化による重
量減少率が１０％に達するまでの時間（分）を耐酸化性
の指標とした。
【００３８】(7)耐プラズマ性；プラズマ装置にセット
して、反応ガス；CF4 、キャリアガス；Ar、反応チャン
バー内ガス圧；１Torr、電源周波数；13.5MHz の条件で
プラズマを発生させ、この雰囲気に３０時間曝した場合
のガラス状カーボン被膜の厚さを測定した。
して、反応ガス；CF4 、キャリアガス；Ar、反応チャン
バー内ガス圧；１Torr、電源周波数；13.5MHz の条件で
プラズマを発生させ、この雰囲気に３０時間曝した場合
のガラス状カーボン被膜の厚さを測定した。
【００３９】
【表１】 注：*1 約10時間でガラス状カーボン被膜は消失
【００４０】表１に示したように、比較例１の等方性黒
鉛材に、Ｓｉ原子とＯ原子が均一に分散したガラス状カ
ーボン被膜が形成被着された実施例１〜４のガラス状カ
ーボン被覆炭素材は、比較例１に比べて耐酸化性および
耐プラズマ性が著しく向上していることが判る。また、
膜厚が０．５μm のガラス状カーボン被膜を被着した実
施例１〜３と比較例２との対比、および膜厚３μm のガ
ラス状カーボン被膜を被着した実施例４と比較例３との
対比から、被膜の厚さが同じであってもガラス状カーボ
ン被膜中にＳｉを含まない比較例２、３では耐酸化性お
よび耐プラズマ性が著しく劣ることが判る。
鉛材に、Ｓｉ原子とＯ原子が均一に分散したガラス状カ
ーボン被膜が形成被着された実施例１〜４のガラス状カ
ーボン被覆炭素材は、比較例１に比べて耐酸化性および
耐プラズマ性が著しく向上していることが判る。また、
膜厚が０．５μm のガラス状カーボン被膜を被着した実
施例１〜３と比較例２との対比、および膜厚３μm のガ
ラス状カーボン被膜を被着した実施例４と比較例３との
対比から、被膜の厚さが同じであってもガラス状カーボ
ン被膜中にＳｉを含まない比較例２、３では耐酸化性お
よび耐プラズマ性が著しく劣ることが判る。
【００４１】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のガラス状カーボ
ン被覆炭素材は、炭素質基材面にＳｉ原子とＯ原子が連
続相として均一に分散した組織性状のガラス状カーボン
被膜を形成被着したものであるから、耐酸化性や耐プラ
ズマ性が著しく向上し、優れた化学的安定性を備えてい
る。また、被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）およびＯ原
子の含有量（ｙ）を特定することにより、耐酸化性およ
び耐プラズマ性は更に改善され、例えばプラズマエッチ
ング装置、プラズマＣＶＤ装置、液相エピタキシャル装
置、ＣＺ用ルツボ、金属蒸着用ルツボ、ガラスファイバ
ー製造用治具、ヒータなどの部材として極めて有用であ
る。
ン被覆炭素材は、炭素質基材面にＳｉ原子とＯ原子が連
続相として均一に分散した組織性状のガラス状カーボン
被膜を形成被着したものであるから、耐酸化性や耐プラ
ズマ性が著しく向上し、優れた化学的安定性を備えてい
る。また、被膜中のＳｉ原子の含有量（ｘ）およびＯ原
子の含有量（ｙ）を特定することにより、耐酸化性およ
び耐プラズマ性は更に改善され、例えばプラズマエッチ
ング装置、プラズマＣＶＤ装置、液相エピタキシャル装
置、ＣＺ用ルツボ、金属蒸着用ルツボ、ガラスファイバ
ー製造用治具、ヒータなどの部材として極めて有用であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素質基材面に、けい素（Ｓｉ）原子と
酸素（Ｏ）原子が均一に分散したガラス状カーボン被膜
が形成被着されてなることを特徴とするガラス状カーボ
ン被覆炭素材。 - 【請求項２】 ガラス状カーボン被膜の組織が、Ｘ線回
折により金属Ｓｉ及びＳｉ化合物が観察されず、かつ透
過型電子顕微鏡(TEM) の観察によって粒状組織が識別で
きない組織性状を備える、請求項１記載のガラス状カー
ボン被覆炭素材。 - 【請求項３】 ガラス状カーボン被膜中のＳｉ原子の含
有量（ｘ）が０．５〜１５wt％であって、かつＯ原子の
含有量（ｙ）wt％が、ｘ＋２≧ｙ≧ｘ−２（但し、ｙ＞
０）の関係にある、請求項１記載のガラス状カーボン被
覆炭素材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11080931A JP2000272987A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ガラス状カーボン被覆炭素材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11080931A JP2000272987A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ガラス状カーボン被覆炭素材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000272987A true JP2000272987A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13732200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11080931A Pending JP2000272987A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ガラス状カーボン被覆炭素材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000272987A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2340550C2 (ru) * | 2006-10-19 | 2008-12-10 | Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Способ получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла и установка для осуществления способа |
| JP2015174814A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | 日清紡ケミカル株式会社 | 被膜密着性を強化した酸化物被覆炭素材料及びその製造方法 |
| CN112624782A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 包头美科硅能源有限公司 | 一种埚帮涂层的使用方法 |
| CN117083478A (zh) * | 2021-03-30 | 2023-11-17 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP11080931A patent/JP2000272987A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2340550C2 (ru) * | 2006-10-19 | 2008-12-10 | Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Способ получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла и установка для осуществления способа |
| JP2015174814A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | 日清紡ケミカル株式会社 | 被膜密着性を強化した酸化物被覆炭素材料及びその製造方法 |
| CN112624782A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 包头美科硅能源有限公司 | 一种埚帮涂层的使用方法 |
| CN117083478A (zh) * | 2021-03-30 | 2023-11-17 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
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