JPH04149066A - 炭素複合材料 - Google Patents
炭素複合材料Info
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- JPH04149066A JPH04149066A JP2269434A JP26943490A JPH04149066A JP H04149066 A JPH04149066 A JP H04149066A JP 2269434 A JP2269434 A JP 2269434A JP 26943490 A JP26943490 A JP 26943490A JP H04149066 A JPH04149066 A JP H04149066A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明はガラス状カーボンと炭素短繊維からなる炭素複
合材料に関し、ウェハチャック等高純度。
合材料に関し、ウェハチャック等高純度。
高物理特性を必要とする半導体製造用治具製品に適用さ
れるものである。
れるものである。
［従来の技術］
周知の如く、半導体製造用治具製品に使用されている炭
素材料は、薄肉化、ダストレス、及び低ガス放出性等が
要求されている。ところで、従来の炭素材料（特炭材）
は、加工性は良いが機械的強度が弱いために薄肉化が困
難であり、また組織的にダストレス、低数■ガス性に改
善することは難しい。
素材料は、薄肉化、ダストレス、及び低ガス放出性等が
要求されている。ところで、従来の炭素材料（特炭材）
は、加工性は良いが機械的強度が弱いために薄肉化が困
難であり、また組織的にダストレス、低数■ガス性に改
善することは難しい。
一般に、三次元網目構造で形成される熱硬化性樹脂の硬
化物を不活性雰囲気中で炭化を行うと、ガス不透過性に
優れ、硬度か高く、かつ等方性組織を有するガラス状カ
ーボン材料が得られる。このガラス状カーボン材料は、
一般の炭素材料が有する軽量、耐熱性、高電気伝導度、
耐食性、大きい熱伝導度、機械的強度、潤滑性等の特性
に加え、均質でかつ摺動部に用いても炭素粉末を生しに
くい特性（ダストレス）を備えている。また、はとんど
の気孔が閉気孔であるために、放出ガスが一般炭素材料
よりも格段に少ない。従って、このような特性を備える
ガラス状カーボンは、半導体用治具としての利用度が非
常に大きいといえる。
化物を不活性雰囲気中で炭化を行うと、ガス不透過性に
優れ、硬度か高く、かつ等方性組織を有するガラス状カ
ーボン材料が得られる。このガラス状カーボン材料は、
一般の炭素材料が有する軽量、耐熱性、高電気伝導度、
耐食性、大きい熱伝導度、機械的強度、潤滑性等の特性
に加え、均質でかつ摺動部に用いても炭素粉末を生しに
くい特性（ダストレス）を備えている。また、はとんど
の気孔が閉気孔であるために、放出ガスが一般炭素材料
よりも格段に少ない。従って、このような特性を備える
ガラス状カーボンは、半導体用治具としての利用度が非
常に大きいといえる。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、ガラス状カーボンは、高硬度の為に耐機械衝撃
性に弱く、硬脆性の材料である。それゆえ、加工が困難
となり使用される分野も制約されていた。そこで、こう
した特性を添加物によって向上させようとする試みもな
されている。しかし例えば天然黒鉛を添加した場合、耐
機械衝撃性は向上するが、炭素粉末を発生させる原因と
なった。
性に弱く、硬脆性の材料である。それゆえ、加工が困難
となり使用される分野も制約されていた。そこで、こう
した特性を添加物によって向上させようとする試みもな
されている。しかし例えば天然黒鉛を添加した場合、耐
機械衝撃性は向上するが、炭素粉末を発生させる原因と
なった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定のガラ
ス状カーボンに所定の径、アスペクト比を有する炭素短
繊維を加えることにより、ガラス状カーボンの有する軽
量、耐熱性、高電気伝導度耐食性、大きい熱転導度性２
機械的強度、潤滑性。
ス状カーボンに所定の径、アスペクト比を有する炭素短
繊維を加えることにより、ガラス状カーボンの有する軽
量、耐熱性、高電気伝導度耐食性、大きい熱転導度性２
機械的強度、潤滑性。
均質性及びダストレス性を有することは勿論の事、加工
性に優れた炭素複合材料を提供することを目的とする。
性に優れた炭素複合材料を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明は、気孔率が０．０５〜５．００％であるガラス
状カーボンと、径が０．０５〜３，０μｍでアスペクト
比かｌＯ〜１５０である炭素短繊維からなることを特徴
とする炭素複合材料である。
状カーボンと、径が０．０５〜３，０μｍでアスペクト
比かｌＯ〜１５０である炭素短繊維からなることを特徴
とする炭素複合材料である。
本発明において、気孔率を上記の如く規定するのは、次
の理由による。即ち、気孔率が０．０５％未満の場合、
炭素複合材料は非常に緻密なため、何回ものサイクルで
使用した場合、熱応力が蓄積して割れる。一方、気孔率
が５．００％を越えた場合、開気孔（Ｏｐｅｎ Ｐａｒ
ｅ ） 、閉気孔（Ｃ１ｏｓｅ Ｐｏｒｅ）が多数存在
することになる。ここで、独立閉気孔が多数存在すると
、研磨によって閉気孔が開気孔となり、比表面積が増大
することにより強度並びに酸化特性が低下する。
の理由による。即ち、気孔率が０．０５％未満の場合、
炭素複合材料は非常に緻密なため、何回ものサイクルで
使用した場合、熱応力が蓄積して割れる。一方、気孔率
が５．００％を越えた場合、開気孔（Ｏｐｅｎ Ｐａｒ
ｅ ） 、閉気孔（Ｃ１ｏｓｅ Ｐｏｒｅ）が多数存在
することになる。ここで、独立閉気孔が多数存在すると
、研磨によって閉気孔が開気孔となり、比表面積が増大
することにより強度並びに酸化特性が低下する。
本発明において、炭素短繊維の直径を上記のように規定
するのは、次の理由による。即ち、直径が０．０５μｍ
未満の場合、添加効果が認められず、物理特性値は改善
されない。一方、炭素短繊維の直径が３．０μｍを越え
た場合、欠陥となり強度は低下する。
するのは、次の理由による。即ち、直径が０．０５μｍ
未満の場合、添加効果が認められず、物理特性値は改善
されない。一方、炭素短繊維の直径が３．０μｍを越え
た場合、欠陥となり強度は低下する。
本発明において、炭素短繊維のアスペクト比（長さと直
径の比）を上記の如く規定したのは、次の理由による。
径の比）を上記の如く規定したのは、次の理由による。
即ち、アスペクト比が１０未満の場合、粉体としての性
質が大きくなり、繊維としての効果（引抜き等による靭
性の向上）が出にくくなる。一方、アスペクト比が１５
０を越えた場合、繊維が直線ではなく曲率をもって存在
しやすくなり、繊維自体が絡まり樹脂がその間にうまく
入らず、結果として緻密化が困難となって強度が低下す
る。
質が大きくなり、繊維としての効果（引抜き等による靭
性の向上）が出にくくなる。一方、アスペクト比が１５
０を越えた場合、繊維が直線ではなく曲率をもって存在
しやすくなり、繊維自体が絡まり樹脂がその間にうまく
入らず、結果として緻密化が困難となって強度が低下す
る。
本発明において、炭素複合材料中の不純物含有量は５
ｐｐｍ以下であることが望ましい。この理由は、５ ｐ
ｐｒ５を越えると、シリコンウェハを処理する半導体製
造用治具に適用した場合、シリコンウェハに不純物が混
入し欠陥の原因となり、その結果特性か下がり、所望の
シリコンウェハが得られな（なるからである。
ｐｐｍ以下であることが望ましい。この理由は、５ ｐ
ｐｒ５を越えると、シリコンウェハを処理する半導体製
造用治具に適用した場合、シリコンウェハに不純物が混
入し欠陥の原因となり、その結果特性か下がり、所望の
シリコンウェハが得られな（なるからである。
本発明において、上記炭素複合材料は、次のようにして
製造される。即ち、この製造は、■炭素短繊維とガラス
状カーボンの出発原料である熱硬化性樹脂（フラン、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等）を混合する
工程と、■成形する工程と、■焼成する工程とからなり
、半導体製造用治具製品としては適用する際には更に純
化工程が加わる。
製造される。即ち、この製造は、■炭素短繊維とガラス
状カーボンの出発原料である熱硬化性樹脂（フラン、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等）を混合する
工程と、■成形する工程と、■焼成する工程とからなり
、半導体製造用治具製品としては適用する際には更に純
化工程が加わる。
上記混合は通常湿式にて行われるが、炭素短繊維は超音
波照射や機械的攪拌等により、あるいはこれに界面活性
剤を加えて凝集塊をなくすよう十分分散させるのが望ま
しい。
波照射や機械的攪拌等により、あるいはこれに界面活性
剤を加えて凝集塊をなくすよう十分分散させるのが望ま
しい。
上記成形は、混合後乾燥した粉末を静水圧プレス（ＣＩ
Ｐ）等によって行うか、もしくはプラスチックを作成
するように加熱中で圧縮成形、射出成形及び押出成形等
を使用し所望の形状を得る。
Ｐ）等によって行うか、もしくはプラスチックを作成
するように加熱中で圧縮成形、射出成形及び押出成形等
を使用し所望の形状を得る。
上記焼成は、Ａｒ、Ｎ２．Ｈ２等の非酸化性雰囲気もし
くは真空下で行う。ガラス状カーボンの出発物質である
熱硬化性樹脂の炭素化過程における焼成（１５００℃以
下）は、発生ガスが多量なため昇温か遅い方が望ましい
（ｌｉ）℃／ Ｈｒ ）。ちなみに、昇温を早くすると
、処理物質内部からガスが急激に発生するためクラック
等の原因となり良品が得られない。また、炭素化過程以
後の焼成は２０００〜３０００℃が望ましい。こうした
温度範囲で焼成を行うことにより、気孔率が急激に減少
し、緻密で高物理特性の焼成体が得られる。得られた焼
成体は、ハロゲン雰囲気中２００Ｄ℃以上の温度で純化
処理を行い カーボン以外の不純物物質を５ ｐｐａ＋
以下にする。
くは真空下で行う。ガラス状カーボンの出発物質である
熱硬化性樹脂の炭素化過程における焼成（１５００℃以
下）は、発生ガスが多量なため昇温か遅い方が望ましい
（ｌｉ）℃／ Ｈｒ ）。ちなみに、昇温を早くすると
、処理物質内部からガスが急激に発生するためクラック
等の原因となり良品が得られない。また、炭素化過程以
後の焼成は２０００〜３０００℃が望ましい。こうした
温度範囲で焼成を行うことにより、気孔率が急激に減少
し、緻密で高物理特性の焼成体が得られる。得られた焼
成体は、ハロゲン雰囲気中２００Ｄ℃以上の温度で純化
処理を行い カーボン以外の不純物物質を５ ｐｐａ＋
以下にする。
［作用］
本発明によれば、気孔率か０１０５〜５．００％である
ガラス状カーボンに径が０．０５〜３，０μｍでアスペ
クト比が１０〜１５０である炭素短繊維を加えることに
より、ガラス状カーボンの有する軽量、耐熱性、高電気
伝導度、耐食性、大きい熱転導度性１機械的強度、潤滑
性、均質性及びダストレス性等の特性に加え、加工性に
優れた高物性の炭素複合材料を得ることができる。
ガラス状カーボンに径が０．０５〜３，０μｍでアスペ
クト比が１０〜１５０である炭素短繊維を加えることに
より、ガラス状カーボンの有する軽量、耐熱性、高電気
伝導度、耐食性、大きい熱転導度性１機械的強度、潤滑
性、均質性及びダストレス性等の特性に加え、加工性に
優れた高物性の炭素複合材料を得ることができる。
［実施例１〜６コ
以下、本発明の各実施例について説明する。
まず、粉末状のフェノール樹脂と炭素短繊維（直径０．
０５〜０．３μｍ、長さ５〜２０μｍ）を、重量比で９
９：１（炭素単繊維添加量１％）、９８：２（同添加量
２％） 、９５： ５ （同添加量５％）、９３．７（
同添加量７％） ９０：１．０（同添加量１゜９ｔ＋
） 、７０： ３０ （同添加量３０％）になるように
調製し、これに有機系結合剤及び界面活性剤を適量を加
え、湿式混合を行った。次に、これらの混合物を夫々乾
燥させ、混合粉末を得た。次いて、得られた混合粉末を
１５０℃で３０分間圧縮成形し、成形体を作製した。こ
の後、成形体を非酸化性雰囲気中で２℃／Ｈｒの昇温カ
ーブで焼成した。更に、２０００℃で焼成し、最後に純
化処理を行い複数個の炭素複合材料（実施例１〜６）を
得た。
０５〜０．３μｍ、長さ５〜２０μｍ）を、重量比で９
９：１（炭素単繊維添加量１％）、９８：２（同添加量
２％） 、９５： ５ （同添加量５％）、９３．７（
同添加量７％） ９０：１．０（同添加量１゜９ｔ＋
） 、７０： ３０ （同添加量３０％）になるように
調製し、これに有機系結合剤及び界面活性剤を適量を加
え、湿式混合を行った。次に、これらの混合物を夫々乾
燥させ、混合粉末を得た。次いて、得られた混合粉末を
１５０℃で３０分間圧縮成形し、成形体を作製した。こ
の後、成形体を非酸化性雰囲気中で２℃／Ｈｒの昇温カ
ーブで焼成した。更に、２０００℃で焼成し、最後に純
化処理を行い複数個の炭素複合材料（実施例１〜６）を
得た。
後掲する第１表は、これらの炭素複合材料のかさ密度、
３点曲げ強度、気孔率及びンヨアー硬度の測定結果を示
す。ここで、かさ密度は寸法重量法、３点曲げ強度はＪ
ＩＳＲ１６０１に従った方法で、気孔率は水銀ポロシメ
ーターで測定し求めた（圧力１００ Ｋ ｄ ／ ｃａ
２時）０ なお、比較例１として炭素短繊維の添加量が０％の場合
は、かさ密度１．５２ｇ／Ｃｍ３ 曲げ強さ１２０Ｍ
Ｐａ、気孔率０．２８％、ショアー硬度１２７てあった
。こうした測定結果により、炭素短繊維の添加量か１０
％までは曲げ強さか増加の傾向を示し、その最大値は１
７２ＭＰａであることが明らかになった。また、添加量
が３０％の場合は、気孔率か１．９０％に増加し曲げ強
度が低下することが判明した。
３点曲げ強度、気孔率及びンヨアー硬度の測定結果を示
す。ここで、かさ密度は寸法重量法、３点曲げ強度はＪ
ＩＳＲ１６０１に従った方法で、気孔率は水銀ポロシメ
ーターで測定し求めた（圧力１００ Ｋ ｄ ／ ｃａ
２時）０ なお、比較例１として炭素短繊維の添加量が０％の場合
は、かさ密度１．５２ｇ／Ｃｍ３ 曲げ強さ１２０Ｍ
Ｐａ、気孔率０．２８％、ショアー硬度１２７てあった
。こうした測定結果により、炭素短繊維の添加量か１０
％までは曲げ強さか増加の傾向を示し、その最大値は１
７２ＭＰａであることが明らかになった。また、添加量
が３０％の場合は、気孔率か１．９０％に増加し曲げ強
度が低下することが判明した。
更に、ショアー硬度は、炭素短繊維を添加していないも
のは１２７であるのに対し、３０％添加したものは１０
２であり減少していくことが認められ、加］ニ性か良く
なったことか判明した。以上より、ガラス状カーボンに
炭素短繊維を添加することで、良好な加工性を示しなが
らも、高強度の炭素複合材料を得た。
のは１２７であるのに対し、３０％添加したものは１０
２であり減少していくことが認められ、加］ニ性か良く
なったことか判明した。以上より、ガラス状カーボンに
炭素短繊維を添加することで、良好な加工性を示しなが
らも、高強度の炭素複合材料を得た。
［比較例２］
まず、粉末状のフェノール樹脂と炭素短繊維（直径０．
０５〜０．３μｍ１長さ５〜２０μｍ）を重量比で９０
１０になるように調製し、これに有機系結合剤及び界面
活性剤を適量加え、湿式混合を行った。次に、この混合
物を乾燥させ、混合粉末を得た。次いで、得られた混合
粉末を１５０℃で３０分間圧縮成形し、成形体を作製し
た。この後、成形体を非酸化性雰囲気中で２℃／Ｈｒの
昇温カーブで焼成した。更に、２０００℃で焼成し、最
後に純化処理を行い炭素複合材料を得た。
０５〜０．３μｍ１長さ５〜２０μｍ）を重量比で９０
１０になるように調製し、これに有機系結合剤及び界面
活性剤を適量加え、湿式混合を行った。次に、この混合
物を乾燥させ、混合粉末を得た。次いで、得られた混合
粉末を１５０℃で３０分間圧縮成形し、成形体を作製し
た。この後、成形体を非酸化性雰囲気中で２℃／Ｈｒの
昇温カーブで焼成した。更に、２０００℃で焼成し、最
後に純化処理を行い炭素複合材料を得た。
し比較例３］
粉末状のフェノール樹脂と黒鉛粉末（平均粒径６μｍ）
を重量比で９０＋１０になるように調製する以外は、比
較例２と同様な処理を施して炭素複合材料を得た。
を重量比で９０＋１０になるように調製する以外は、比
較例２と同様な処理を施して炭素複合材料を得た。
後掲する第２表は、上記比較例２，３の炭素複合材料の
かさ密度、３点曲げ強度、気孔率及びショアー硬度の測
定結果を示す。測定方法は実施例と同様である。
かさ密度、３点曲げ強度、気孔率及びショアー硬度の測
定結果を示す。測定方法は実施例と同様である。
第２表により、ガラス状カーボンに黒鉛粉末を添加した
ものは、炭素短繊維を添加したものに比べ、曲げ強さは
弱く、気孔率も大きいことが判明した。このように、炭
素短繊維を添加した方が、黒鉛粉末を添加したものより
著しく特性は向上し、効果か大きいことが分かる。
ものは、炭素短繊維を添加したものに比べ、曲げ強さは
弱く、気孔率も大きいことが判明した。このように、炭
素短繊維を添加した方が、黒鉛粉末を添加したものより
著しく特性は向上し、効果か大きいことが分かる。
第１表
第２表
口発明の効果コ
以上詳述した如く本発明によれば、所定のガラス状カー
ボンに所定の径、アスペクト比を有する炭素短繊維を加
えることにより、ガラス状カーボンの有する軽量、耐熱
性、高電気伝導度、耐食性。
ボンに所定の径、アスペクト比を有する炭素短繊維を加
えることにより、ガラス状カーボンの有する軽量、耐熱
性、高電気伝導度、耐食性。
大きい熱伝導変性２機械的強度、潤滑性、均質性及びダ
ストレス性を有することは勿論の事、加工性に優れた高
物性の炭素複合材料を提供できる。
ストレス性を有することは勿論の事、加工性に優れた高
物性の炭素複合材料を提供できる。
Claims (1)
- 気孔率が０．０５〜５．００％であるガラス状カーボ
ンと、径が０．０５〜３．０μｍでアスペクト比が１０
〜１５０である炭素短繊維からなることを特徴とする炭
素複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2269434A JPH04149066A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2269434A JPH04149066A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149066A true JPH04149066A (ja) | 1992-05-22 |
Family
ID=17472383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2269434A Pending JPH04149066A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 炭素複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04149066A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8673450B2 (en) | 2005-10-28 | 2014-03-18 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite member for beam-line internal member of ion implantation apparatus |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62108768A (ja) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | 日本軽金属株式会社 | ウイスカ−含有炭素複合材の製造法 |
-
1990
- 1990-10-09 JP JP2269434A patent/JPH04149066A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62108768A (ja) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | 日本軽金属株式会社 | ウイスカ−含有炭素複合材の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8673450B2 (en) | 2005-10-28 | 2014-03-18 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite member for beam-line internal member of ion implantation apparatus |
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