JP2002523331A - グラファイト上への改良されたホウ素被覆の製造方法および該方法で得られる物品 - Google Patents

グラファイト上への改良されたホウ素被覆の製造方法および該方法で得られる物品

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Abstract

(57)【要約】 改良された製造品、ならびにそのような製造品を作製する方法が開示されており、その方法によって、後に付与するホウ素被覆の接着を向上するのに充分な表面構造を保持したままで、グラファイトまたは相当する基体の表面を最初に炭素で高密度化することによって、表面多孔性を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との相互参照】
本出願は、１９９８年８月３１日出願の米国暫定特許出願第６０／０９８４９
６号に基く優先権を主張している。
【０００２】
【発明の背景】
グラファイト基体上のホウ素被覆は、多くの有用な用途を有している。熱的お
よび化学的安定性のために、ホウ素を半導体デバイスの製作に使用されるイオン
注入機のイオン源に用いることができる。特にホウ素イオン注入の場合、ホウ素
またはホウ素被覆イオン源は、タングステンやモリブデンのような耐熱性金属で
作ったイオン源より高いビーム電流、高いビーム純度および低い侵食速度を提供
することができる。ビームダンプ（beam dumps）のようなイオン注入機中の他
の部材も、ホウ素またはホウ素被覆材料で作製すると有利である。ホウ素の高温
安定性および大きな中性子断面積を遮蔽材や反応炉壁に使用することができる原
子核装置において、他の用途が発生する。
【０００３】 純粋なホウ素は、通常の手段でこのような部材に加工することが困難である。
その純粋な元素は耐熱性で脆く、融点近くでは、ホウ素は非常に高い蒸気圧を有
する。したがって、部材を作製するために、鋳造や切削といった普通の金属加工
法を使用することができない。セラミックの処理技術も容易には適用できない。
板や形を作製するためのホウ素粉末のホットプレスは、高い残留応力を生じ、使
用中に即座にまたはいずれ破断してしまう。
【０００４】 化学的気相堆積（ＣＶＤ）は、ホウ素被覆を形成する実用的な方法である。Ｃ
ＶＤホウ素繊維の製造は周知の技術である。ＣＶＤ法によって作製したホウ素被
覆繊維は広く使用されている。ホウ素系耐熱金属のシリコンカーバイドフィラメ
ント上への付与方法の一つに関する記述が、米国特許第４４８１２５７号によっ
て教示され、同特許を参照として本明細書に組み込む。典型的な製造法では、普
通タングステンまたは炭素の直径の小さな基体ワイヤーをハロゲン化ホウ素およ
び水素の存在下で加熱する。ハロゲン化ホウ素は還元され、元素状ホウ素が基体
上に堆積する。タングステン基体ワイヤーは普通直径が１０ないし１２ミクロン
で、一方炭素基体ワイヤーは普通、直径が２５ないし５０ミクロンとやや厚い。
生成するホウ素被覆繊維は直径が１００ないし２００ミクロンの範囲にある。
【０００５】 例えば、半導体用途に必要な構成部品は、繊維よりはるかに大きな寸法を有し
、例えば５ないし１５センチメートルの範囲にある。繊維ＣＶＤ技術をこれらの
基体上でのホウ素被覆の形成に応用しても、適当な結果は得られない。ホウ素被
覆は幾つもの亀裂を生じ、基体から剥げ落ちる傾向を示す。この主たる理由は、
基体とホウ素被覆との熱膨張係数（ＣＴＥ）が合わないことである。その被覆は
１０００℃を超える温度で堆積される。常温に冷却したとき、基体と被覆との収
縮差で応力が発生し、そのために被覆に亀裂が生じ、かつ／または、接着力が失
われる（即ち、被覆と基体の間の界面に破断が生じる）。これは直径の小さい繊
維のＣＶＤ形成では問題にならない。何故なら、熱歪およびその結果生じる応力
が小さすぎて、この種の破断が起こらないからである。もっと大きな基体に対し
ては、ホウ素と同じ熱膨張特性を有する基体材料を選択することによって、熱応
力を最小限に抑えることができる。
【０００６】 ホウ素のＣＴＥに合致するグラファイト基体を使用することによって、他の基
体に見られる目視可能な亀裂は除かれるが、ＣＶＤ技術によりこれらのグラファ
イト基体上に生成されるホウ素被覆は、グラファイト基体との界面近傍に高濃度
の空隙を示すために、尚不十分である。状況によっては、空隙がつぶれて大きな
空隙域を生じ得る。このような空隙域は破断を受け易く、その結果微小な亀裂が
生じたり、被覆が基体から剥げ落ちることになる。
【０００７】 グラファイト物品の表面を、熱分解グラファイトの平滑シール被覆の付与によ
り、シールすることができることは周知である。このような平滑シール被覆は基
体のグラファイトの表面多孔をシールするが、ホウ素のＣＶＤ堆積に適した表面
を大きな表面で与えない。なぜなら、ホウ素被覆は一般にこれらの平滑被覆に接
着せず、シール用被覆から剥げ落ちる傾向があるからである。シールされていな
いグラファイト表面の粗さおよびコンフォーマルホウ素堆積の間に生じる機械的
噛合せが、ホウ素被覆の接着の重要な要因であると仮定されている。
【０００８】 以上の理由から、ホウ素をグラファイト基体等に被覆する従来技術は、不十分
であったか、または限定的にしか利用されなかった。本発明の改良された基体処
理および被覆法は、従来技術の問題および欠点の多く、あるいは全てを克服する
ものである。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の改良された基体処理および被覆法において、ホウ素で被覆すべきグラ
ファイトまたは相当する基体の表面を、炭素で先ず高密度化することによって表
面多孔度を減少させ、一方で、後に適用するホウ素被覆の接着を促進するのに充
分な表面構造を依然として保持する。
【００１０】 本明細書で急速高密度化法と称する本発明の一実施形態において、比較的多孔
性のグラファイト基体を液体炭化水素に浸漬する。浸漬しながら、基体を適当な
手段によって炭化水素の分解温度を超える温度まで加熱する。これによって基体
内に温度勾配が生じ、最も熱い部分は本体内部であり、もっとも冷たい部分は基
体表面である。炭化水素蒸気が孔を通って基体内部に拡散するとき、炭化水素は
本体内部の最も熱い部分に達し、その温度は炭化水素の分解温度を超える。この
温度で、蒸気は分解し、孔の中に固体炭素を堆積する。その結果、基体は高密度
化され、その後のホウ素堆積の準備ができる。
【００１１】 本発明の第二の実施形態においては、表面多孔を少なくとも部分的に満たすこ
とによって基体表面を作製し、一方で、後に施用するホウ素被覆の良好な接着の
ための充分な表面構造を保持するために、気体炭化水素による基体の孔の化学気
相浸透が使用される。以下に明示した適当な条件の下で、本発明の両実施形態に
より、優れた基体結合表面を達成することができる。
【００１２】 本発明の前記および他の目的、特徴ならびに利点は、以下に現れ、また、類似
の引用文字は図が異なっても同一部分を指し示している付随図面にも示される本
発明の好ましい実施形態のもっと詳細な記述から明らかとなろう。図面は必ずし
も寸法どおりではなく、その代わりに本発明の原理を示すことに重点を置いてい
ることが理解されよう。
【００１３】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
本発明は、後にホウ素で表面被覆するために、一般に多孔性の基体またはプレ
フォームを作製するための改良された方法を対象としている。例えばグラファイ
ト粉末を所望の形や大きさにホットプレスすることによって作製されるグラファ
イト基体は、グラファイトがホウ素と反応せず、実質的に同じ熱膨張係数を有し
ているために、本発明の好ましい基体である。しかし、相当する性質を有する他
の材料も、本発明による基体として有用であると思われる。このような材料から
形成される基体は、恐らく粉末のホットプレスか、または類似の手法によって作
製されると思われるので、生成する基体はある程度の多孔度を有すると思われる
。したがって、後に基体表面をホウ素で被覆することのできる本発明の多孔度減
少処理法によって、このような全ての基体の使用が有利となると考えられる。
【００１４】
【急速高密度化の実施形態】
炭素の堆積により基体多孔度を減少させる急速高密度化（ＲＤTM）法において
、多孔性基体を液体炭化水素、例えばシクロヘキサンに浸漬し、浸漬しながら適
当な手段によって炭化水素の分解（および沸騰）温度を超える温度に加熱する。
基体表面における周囲の急速に沸騰する液体への熱損失によって、基体本体の内
部に最高温度、基体表面に最低温度を有する、基体内の急な温度勾配が生じる。
炭化水素の蒸気は、孔を通して基体内部に拡散する。炭化水素の蒸気が温度の充
分に高い基体内部のある深さに達すると、蒸気が分解して、少なくとも部分的に
基体の孔を満たす固体炭素の堆積および気体副生物の生成を起こす。この炭化水
素分解温度が起こる深さを、基体への電力入力量を変えることによって、制御す
ることができる。
【００１５】 急速高密度化技術は当分野で一般に公知であるが、ホウ素被覆物品、特にホウ
素被覆グラファイト基体の品質、耐久性および被覆接着性を改良する特定の目的
に、同技術が以前に利用されたことはない。即ち、炭素プレフォームをシクロヘ
キサンの少なくとも分解温度まで加熱した状態での、同プレフォームのシクロヘ
キサン浸漬による急速高密度化は、本明細書に参照として組み込まれている米国
特許第４４７２４５４号に記載されている。急速高密度化技術のもっと最近の応
用は、米国特許第５３８９１５２号（Ｔｈｕｒｓｔｏｎ等）、第５３９７５９５
号（Ｃａｒｒｏｌｌ等）および第５７３３６１１（Ｔｈｕｒｓｔｏｎ等）に記載
されており、各々本明細書に参照として組み込まれている。
【００１６】 多孔性炭素プレフォームの急速高密度化のために、これらの特許は、シクロヘ
キサン、ｎ−ヘキサンまたはベンゼンのような適当な沸点を有する任意の炭化水
素を使用することができると教示している。例えば、プレフォームの孔内にシリ
コンカーバイドや他の材料を堆積することを望む場合には、これらの急速高密度
化工程に異なる液体物質を使用することができる。多孔性プレフォームを所望の
炭化水素（または他の物質）分解温度に加熱する有用な技術として、これらの特
許は更に電気抵抗加熱および誘導加熱を教示している。これらの加熱技術では、
多孔性プレフォームが少なくともある程度の電気伝導性を有することが必要とさ
れる。急速高密度化法に有用であるが、多孔性プレフォームの電気伝導性に依存
しない他の加熱技術は、ある種の放射加熱であると思われる。
【００１７】 本発明の急速高密度化法における決定要因は基体表面での熱損失であるので、
プロセス条件の有用な尺度は、全仕事率入力を基体表面積で割ったものである。
例えば、本発明のＲＤTM急速高密度化法による表面処理を、典型的なグラファイ
ト基体に３５０Ｗ／ｉｎ．2（５４．３Ｗ／ｃｍ2）の入力レベルで行った場合、
所望の効果を生じたが、このレベルより約５０Ｗ／ｉｎ．2（７．８Ｗ／ｃｍ2）
高い又は低い入力レベルでは所望の効果が得られなかった。効率が良く、有効な
急速高密度化が起こる最適な仕事率レベル範囲（エネルギー単位／基体単位面積
で測定される）は、基体の選定や炭化水素の選択等のプロセスパラメータに依存
して変化すると思われるが、急速高密度化を実行し、常套的な実験によって決定
できる最適な仕事率レベル範囲は、個々のおよび全ての一組のプロセス条件に対
して確定されると考えられる。急速高密度化法を実行するためのこのような最適
な仕事率レベル範囲の存在は、本発明の新規で全く予想されない特徴であると考
えられる。
【００１８】 本発明の急速高密度化の実施形態を、図１の概略図を参考とすることによって
より良く理解することができる。図１は、炭化水素の液体６０および液体６０の
表面７０の上にある領域１２中の炭化水素や他の蒸気を含んだ、蓋１０の付いた
反応容器１を示す。電極柱２０と２２とは蓋１０を通過し、反応器１の内部およ
び液体６０の中に延びる。反応器１の内部では柱２０と２２とが、本発明により
高密度化されるべき多孔性物品５０に電気的接触だけでなく機械的支持をも提供
する電気接触子４０と４２とに各々接続される。反応器１は、物品５０を完全に
浸漬するのに充分な炭化水素液体６０を含んでいる。
【００１９】 反応器１の外部にある電極柱２０と２２との各端に、取っ手３０と３２とが、
各々柱２０と２２とを電源（示されていない）に接続している。蓋１０は、反応
器１の内部領域１２から出て行く炭化水素および他の蒸気のための出口８０を含
む。出口８０は、領域１２から出て行く炭化水素蒸気を凝縮させる還流凝縮器９
０に接続されている。凝縮された液体炭化水素は出口８０を通って反応器１に戻
され、一方、非凝縮性反応生成物および未凝縮の炭化水素蒸気は排出口９２を通
って系外に排出される。
【００２０】 図１は本発明の急速高密度化実施形態の実際を示し、その中で適当なレベルの
電力を電極柱２０と２２とに充分な時間印加することによって、多孔性物品５０
が電気抵抗によって加熱される。物品５０を誘導加熱、放射加熱あるいは他の何
らかのそのような加熱手段によって加熱する場合、反応器１の内外にある異なる
部品要素を利用するであろうことは明らかであろう。
【００２１】 ホウ素で被覆する前に、本発明の急速高密度化の実施形態により、基体を処理
したときのホウ素被覆グラファイト基体の優秀性を示す比較試験を実行するため
に、以下の実施例１では図１に示すものに実質的に対応する装置を利用した。
【００２２】 実施例１ ＰＯＣＯ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｉｎｃ．から購入したＤＦＰ−２等級グラファ
イトの基体試料を切削して５．６４インチ×０．５０インチ×０．０９２インチ
（１４．３ｃｍ×１．２７ｃｍ×０．２３ｃｍ）の試片を形成した。この試片を
銅電極の間に挟み、還流凝縮器を備えた３リットルの反応容器に含まれるシクロ
ヘキサン中に沈めた。
【００２３】 反応容器内を窒素で置換した後、Ｈｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄTM調整電源
で発生したＤＣ電流で３０分間、抵抗加熱することによって、本発明の一実施形
態に従って試片表面を高密度化した。各実験に対する全仕事率入力を、平方イン
チ当たりワット数の目標値に試片の表面積を掛けることによって決定した。平方
インチ当たり３００、３５０および４００ワットの数値に対し、必要な電圧は７
ないし９ボルトの間で、ＤＣ電流は１８０ないし２２０アンペアの範囲にあった
。この高密度化処理を完了した後、試片を乾燥機中で終夜乾燥した。
【００２４】 上記のように作製した表面高密度化グラファイト試片、および表面を高密度化
しなかった同一のグラファイト試片を各々、図２に示され、以下に説明するよう
に、両端をフランジで満たした直径６インチ（１５．２ｃｍ）、長さ２４インチ
（６１．０ｃｍ）の石英管の中へ入れた。反応器の一端には、水冷電極用通路お
よび反応ガス用入口があった。他端には排出口が取付けられていた。電極はＨｅ
ｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄTM調整ＤＣ電源に接続された。試片を電極に挟み、
二色光高温計の狙いを石英管の中を通る試片の中心部に定めた。
【００２５】 空気を除くために反応器内を窒素で置換した後、次いで、試片を１３００±１
０℃の温度まで加熱しながら、５Ｌ／分の水素で反応器内を置換した。試片が１
３００℃に達したら、グラファイト試片の表面にホウ素を蒸着させるために、３
．４Ｌ／分の三塩化ホウ素流を反応器内への水素流に添加した。次いで、ホウ素
の堆積を約３０分継続し、約１２５ミクロンの厚さを有するホウ素被覆を形成し
た。
【００２６】 次いで、三塩化ホウ素流を反応器内への水素流から除き、次いで、試片に通す
電流量を徐々に減らすことによって、４０分かけてゆっくりと試片を冷却した。
【００２７】 冷却後、各試片の中心から切片を切出し、金属組織的検査のために搭載し、研
磨した。金属組織的検査の結果は次の通りであった。
【００２８】 ａ）未処理グラファイト、ホウ素被覆試片：ホウ素のグラファイトへの良好な
接着を認めた。しかし、ホウ素−グラファイト界面近傍のホウ素被覆中に幾つも
の空隙を認めた。 ｂ）３００Ｗ／ｉｎ．2（４６．５Ｗ／ｃｍ2）で高密度化したホウ素被覆グラ
ファイト試片：ホウ素のグラファイトへの良好な接着を認めた。しかし、ホウ素
−グラファイト界面近傍のホウ素被覆中に幾つもの空隙を認めた。 ｃ）３５０Ｗ／ｉｎ．2（５４．３Ｗ／ｃｍ2）で高密度化したホウ素被覆グラ
ファイト試片：ホウ素のグラファイトへの良好な接着、およびホウ素被覆中に目
視できる空隙のないことを認めた。 ｄ）４００Ｗ／ｉｎ．2（６２．０Ｗ／ｃｍ2）で高密度化したホウ素被覆グラ
ファイト試片：ホウ素中に空隙がないことを認めた。しかし、ホウ素被覆とグラ
ファイトの間の分離を認めた。
【００２９】 [化学気相浸透の実施形態] 本発明による方法の他の好ましい実施形態において、後に付与するホウ素被覆
の良好な接着を保証するのに充分な表面構造を保持しながら、基体の表面多孔度
を減らすために、前記の急速高密度化処理の代わりに化学気相浸透（ＣＶＩ）が
利用される。本発明のこの実施形態では、加熱により孔内の気体炭化水素を分解
することによって、基体内の孔が少なくとも部分的に満たされる。本発明のＣＶ
Ｉ実施形態に有用な炭化水素は、メタン、ベンゼン、アセチレン等を含む。ＣＶ
Ｉ技術は一般に当分野で公知であるが、ホウ素被覆を付与する前に、グラファイ
トのような基体の表面特性を向上するために利用されることはこれまでになかっ
た。
【００３０】 約１０００℃を超える温度でメタンまたはメタン／アルゴン混合物から炭素を
堆積できることは、周知である。本発明のＣＶＩ実施形態を実行するために適当
な装置の概略は、図２に示されている。図２には、フランジ１０２と１０４とで
各々両端をシールした反応器１００、好ましくは石英管が示されている。フラン
ジ１０２は、メタンのような適当な炭化水素、およびアルゴンのような不活性ガ
スの定量供給源に接続されたガス入口１０６を含む。単一装置中で実行する２段
階プロセスにおいて、基体多孔度の減少のための処理工程をホウ素被覆工程と組
合せられるように、窒素、水素、三塩化ホウ素等の他のガスの定量供給源へのガ
ス入口１０６の接続を与えることもできる。フランジ１０４は排気口またはガス
出口１０８を含む。したがって、ガスまたはガス混合物を入口１０６を通して反
応器１００に流入させ、反応器１００の内部１１２を経て、出口１０８から流出
させることができる。
【００３１】 水冷電極柱１２０および１２２は、フランジ１０２または１０４（図２ではフ
ランジ１０２として示されている）の一方を通り抜け、反応器１００の内部１１
２の中に延びている。反応器１００の内側では、柱１２０および１２２は各々、
本発明により高密度化されるべき多孔性物品１５０に機械的支持だけでなく電気
的接触も提供する、クランプ／電気接触子１４０および１４２に接続される。
【００３２】 反応器１００の外部にある電極柱１２０および１２２の各末端は、電源（示さ
れていない）に接続される。図２に示した本発明の実施形態においては、適当な
炭化水素ガスを反応器１００の中に流通させ、および物品１５０を通過させなが
ら、物品１５０を所望の温度まで充分な時間加熱するのに適当なレベルで、電力
を電極柱１２０および１２２に印加することによって、物品１５０上で化学気相
浸透が実行される。化学気相浸透によって高密度化工程を完了したとき、メタン
（または他の炭化水素ガス）または炭化水素／不活性ガス混合物の供給を停止し
、反応器１００を窒素のような洗浄ガスで掃除するか、そうでなければ真空ポン
プによって浄化する。反応器内部１１２が充分に掃除されるか、浄化されたら、
化学的気相堆積によって物品１５０の作製表面に高品質ホウ素被覆を堆積させる
ために、三塩化ホウ素および水素の反応器１００内への流入を開始することがで
きる。あるいは、炭化水素／不活性ガス流を三塩化ホウ素／水素ガス流自体によ
って浄化してもよい。物品１５０を図２に示した電気抵抗加熱以外の誘導加熱、
放射加熱あるいは他の何らかのそのような加熱手段によって加熱する場合、反応
器１００の内外にある異なる部品要素を利用するであろうことは明らかであろう
。
【００３３】 ホウ素で被覆する前に、本発明の化学気相浸透の実施形態により、基体を処理
したときのホウ素被覆グラファイト基体の優秀性を示す比較試験を実行するため
に、以下の実施例２では図２に示すものに実質的に対応する装置を利用した。
【００３４】 後に付与するホウ素被覆の接着のために充分な表面構造を保持したままで、グ
ラファイトまたは相当する基体の表面多孔を少なくとも部分的に満たすという目
的を、多数の一組の条件で行い得ることは明らかである。１０００℃近くの温度
では、炭素堆積の速度が非常に遅く、基体の孔を満たすために要する時間が長す
ぎて商業的価値がない。次に、ホウ素堆積時間と同等の時間で所望の結果が得ら
れるガス組成および温度を見つけるために行った実験を示す。これらの実験は、
許容可能な堆積条件の上限境界の一部を画定する。表面構造の喪失を示す光沢性
堆積を観察するか、堆積工程中にすすを形成する場合、いずれの条件もホウ素堆
積に許容できない表面を生じるので、上限を超えたと判断される。
【００３５】 本発明の目的が他の型のＣＶＩ装置でも実現できることは、明らかである。例
えば、炭素用の商用ＣＶＩプロセスは、炉即ち「高温壁反応器」中でしばしば行
われる。この場合、堆積工程を制御する追加手段として、反応ガスを不活性ガス
で希釈し、および／またはチャンバーを減圧で操作する。これらのパラメーター
は、特定のチャンバーの大きさおよび幾何構造に依存して調節される。即ち、両
パラメーターが全てのチャンバーに適用できて、堆積時間に関して最適化される
一般的限界を述べることはできない。当分野の技術者であれば、「高温壁」ＣＶ
Ｉ装置および以下の実施例２に記述した抵抗加熱装置における系統的実験によっ
て、本発明の目的を達成するための条件を発見することができることを認識する
と思われる。
【００３６】 実施例２ １２００℃ないし１３００℃の範囲の表面温度を達成するために、電気抵抗加
熱のような適当な手段によって加熱されたグラファイト試片を用いて、一連の実
験を行った。各実験において、前記の実験に使用したものと同じＤＦＰ−２グラ
ファイト試片を、図２で述べた直径６インチ（１５．２ｃｍ）、長さ２４インチ
（６１．０ｃｍ）の石英管に計量されたアルゴンとともにそれぞれ入れ、メタン
の供給を反応ガス入口に接続した。
【００３７】 試片を電極の間に挟み、反応器をアルゴンで浄化して空気を除去した。アルゴ
ン流は１分当たり２．８リットルであった。メタン流を１分当たり０．２８リッ
トル（アルゴン対メタン比１０：１）、または１分当たり０．５５リットル（ア
ルゴン対メタン比５：１）で加えた。電源からの電流を次第に増加させることに
よって、光学高温計で示される所望の堆積温度に試片を上げた。試片を基準堆積
温度±５℃に２０分間維持した。この期間の終りに電源およびメタン流を遮断し
、試料をアルゴン流の下で冷却させた。試片を取出し、検査した。
【００３８】 １２２５℃を超える温度では、すすが付いたり、光沢のある堆積が生成した。
１２００℃でも５：１のアルゴン／メタン混合物では、光沢のある堆積が生成し
た。この実施形態の最適条件は、約１２１０℃の堆積温度、約１０：１のアルゴ
ン／メタン比および約２０分の堆積時間であることが判明した。
【００３９】 ここに記載した本発明の範囲から外れることなく、前記の装置や工程に他の変
更や改変を加え得ることは、当分野の技術者には明らかであろうし、前記中に含
まれる全ての事項は例示のためであって、限定的なものと解釈すべきでないこと
を意図している。
【００４０】 本発明について述べたが、本発明者が特許を請求する範囲は先記のとおりであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の急速高密度化実施形態を実行するのに適した装置の概略図である。
【図２】 本発明の化学気相浸透の実施形態を実行するのに適した装置の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｄ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多孔性基体上にホウ素被覆表面を作製する方法であって、（
    ａ）多孔性基体を液体炭化水素に浸漬する工程、（ｂ）前記基体を前記液体炭化
    水素に浸漬したまま、基体の表面を実質的に高密度化して表面多孔度を減少させ
    るのに充分な期間の間、基体内に温度勾配を確立するように基体を加熱し、基体
    の少なくとも内部を炭化水素の分解温度を超える温度に加熱する一方で、基体の
    表面をより低い温度に維持する、加熱工程、および（ｃ）高密度化した基体表面
    をホウ素で被覆する工程からなる方法。
  2. 【請求項２】 前記多孔性基体がグラファイトである請求項１に記載の方法
    。
  3. 【請求項３】 前記液体炭化水素が、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、ベン
    ゼンおよびその混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記基体が電気伝導性である請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記基体が電気抵抗加熱によって加熱される請求項４に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 前記基体が誘導加熱によって加熱される請求項４に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記基体が放射加熱によって加熱される請求項１に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 工程（ｃ）におけるホウ素被覆の充分な接着に一致する表面
    空隙の最小化によって決定される最適な基体表面特性を達成するための最適な基
    体加熱レベルを決定するために、複数の基体を利用して一連の基体加熱レベルに
    わたり、工程（ｂ）を実行する予備工程を更に含む請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 多孔性基体上にホウ素被覆表面を作製する方法であって、（
    ａ）多孔性基体を本質的に気体炭化水素からなる第１の気体で実質的に包囲する
    工程、（ｂ）前記基体を前記第１の気体で包囲したまま、基体の表面を実質的に
    高密度化して表面多孔度を減少させるのに充分な期間の間、基体を炭化水素の分
    解温度を超える温度に加熱する工程、および（ｃ）高密度化した基体表面をホウ
    素で被覆する工程からなる方法。
  10. 【請求項１０】 前記多孔性基体がグラファイトである請求項９に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記気体炭化水素が、メタン、ベンゼン、アセチレンおよ
    びその混合物からなる群から選択される請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１の気体が不活性ガスを含む請求項９に記載の方法
    。
  13. 【請求項１３】 前記不活性ガスがアルゴンである請求項１２に記載の方法
    。
  14. 【請求項１４】 前記基体が電気伝導性である請求項９に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記基体が電気抵抗加熱によって加熱される請求項１４に
    記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記基体が誘導加熱によって加熱される請求項１４に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記基体が放射加熱によって加熱される請求項９に記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記多孔性基体をチャンバー内で支持し、工程（ａ）およ
    び（ｂ）の間に、前記第１の気体を継続的に前記チャンバーに流入させ、前記基
    体の表面と接触させ、前記チャンバーから流出させる請求項９に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 高密度化段階を完了した後、洗浄ガスで前記チャンバーを
    浄化する工程を更に含む請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 工程（ｂ）の完了後に第１の気体を全て実質的に除去する
    ために、前記チャンバーに洗浄ガスを流す工程、およびその後、基体の高密度化
    表面にホウ素被覆を堆積させるように、本質的に三塩化ホウ素および水素からな
    る第２の気体を前記チャンバーに流入させ、基体の前記高密度化表面と接触させ
    る工程を更に含む請求項１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 洗浄ガスが第２の気体を含む請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 真空ポンプによって前記チャンバーから第１の気体を除去
    する工程、およびその後、基体の高密度化表面にホウ素被覆を堆積させるように
    、第２の気体を前記チャンバーに流入させ、基体の前記高密度化表面と接触させ
    る工程を更に含む請求項１８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 工程（ｃ）におけるホウ素被覆の充分な接着に一致する表
    面空隙の最小化によって決定される最適な基体表面特性を達成するための最適な
    基体加熱レベルを決定するために、複数の基体を利用して一連の基体加熱レベル
    にわたり、工程（ｂ）を実行する予備工程を更に含む請求項９に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 （ａ）多孔性基体を液体炭化水素に浸漬する工程、（ｂ）
    前記基体を前記液体炭化水素に浸漬したまま、基体の表面を実質的に高密度化さ
    せるのに充分な期間の間、基体内に温度勾配を確立するように基体を加熱し、基
    体の少なくとも内部を炭化水素の分解温度を超える温度に加熱する一方で、基体
    の表面をより低い温度に維持する、加熱工程、および（ｃ）高密度化した基体表
    面をホウ素で被覆する工程によって作製される、接着性で実質的に均一なホウ素
    被覆表面を有する多孔性基体。
  25. 【請求項２５】 前記多孔性基体がグラファイトである請求項２４に記載の
    ホウ素被覆多孔性基体。
  26. 【請求項２６】 （ａ）多孔性基体を本質的に気体炭化水素からなる第１の
    気体で実質的に包囲する工程、（ｂ）前記基体を前記第１の気体で包囲したまま
    、基体の表面を実質的に高密度化するのに充分な期間の間、基体を炭化水素の分
    解温度を超える温度に加熱する工程、および（ｃ）高密度化した基体表面をホウ
    素で被覆する工程によって作製される、接着性で実質的に均一なホウ素被覆表面
    を有する多孔性基体。
  27. 【請求項２７】 前記多孔性基体がグラファイトである請求項２６に記載の
    ホウ素被覆多孔性基体。
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