JP2012184152A - セラミックス基材支持具及びセラミックス部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】先端部13にセラミックス基材15を支持して反応炉内でセラミックス基材15にセラミックス部材被膜17を形成しセラミックス部材19を製造する際に使用されるセラミックス基材支持具11であって、セラミックス基材支持具11は、黒鉛からなる芯材21と、少なくとも先端部13を含む表面に、熱分解炭素層23を介在して支持具被膜25を有する。
【選択図】図1
Description
特許文献1に開示されるSiC被覆炭素材の製法は、炭素製の支持具が円錐形、角錐等であり、その頂部に黒鉛基材を載置させる表面をSiC、Si、またはSi3N4で被覆している。頂部の面積は炭素基材を破損しない範囲でできるだけ小さくして炭素基材へのSiC被覆を均一にすることが記載されている。
(1) 先端部にセラミックス基材を支持して反応炉内で該セラミックス基材にセラミックス部材被膜を形成しセラミックス部材を製造する際に使用されるセラミックス基材支持具であって、前記セラミックス基材支持具は、黒鉛からなる芯材と、少なくとも前記先端部を含む表面に、熱分解炭素層を介在させた支持具被膜とを有することを特徴とするセラミックス基材支持具。
(13) 前記セラミックス基材に形成されるセラミックス被膜には前記支持具被膜が存在することを特徴とする請求項(7)〜(12)のいずれか1つのセラミック部材の製造方法。
本発明において、セラミックス部材被膜及び支持具被膜は特に限定されないが、例えば、炭化硅素、窒化硼素、窒化硅素、タンタルカーバイド、窒化硅素など、CVDで成膜することができるものであればどのような材料でもかまわない。また、セラミックス部材被膜と支持具被膜は、同一の種類であっても、異なる被膜であってもかまわないが、同一の種類であることが好ましい。同一の種類とは、セラミックス部材被膜と支持具被膜の主要成分が同一物質であることをいう。
以下、本発明の実施の形態1について、図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態1に係るセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材のセラミックス部材被膜の形成された状態を示す断面図である。
本実施の形態に係るセラミックス基材支持具11は、先端部13にセラミックス基材15を支持して反応炉内でセラミックス基材15にセラミックス部材被膜17を形成しセラミックス部材19を製造する際に使用される。セラミックス基材支持具11は、芯材21が黒鉛からなる。芯材21は、尖った先端部13を有するピン形状に形成されている。セラミックス基材支持具11は、例えば円錐形あるいは角錐形に形成される。円錐形または角錐形の先端部13は平坦面ではなく尖っている。
また、セラミックス基材支持具11に形成される熱分解炭素層の厚さは、10〜200μmであることが好ましい。10μm未満であると、セラミックス基材支持具11先端では摩耗などによって芯材が露出しやすくなり、支持具被膜が剥離しやすくなる。200μmを超えるとセラミックス基材支持具11の芯材と熱分解炭素層との熱膨張差によりセラミックス基材支持具11の先端の熱分解炭素層にクラックが入りやすくなる。
図2は本発明の実施の形態1に係るセラミックス基材支持具11を用いたセラミックス部材19の製造方法の手順を(a)〜(d)で示した工程説明図である。
図2(a)に示すように、黒鉛からなる芯材21と、少なくとも先端部13を含む表面に、熱分解炭素層23を介在して支持具被膜25を有するセラミックス基材支持具11を準備する。セラミックス基材支持具の芯材21に支持具被膜25を形成する温度は例えば1000〜1400℃である。
図2(c)に示すように、セラミックス基材支持具11の先端部13に支持されたセラミックス基材15に対して、セラミックス基材支持具11と共に反応炉内でSiC、Si3N4などをセラミックス基材15の表面に被覆し、セラミックス部材被膜17を形成する。セラミックス基材15へセラミックス部材被膜17を形成する温度は例えば1000〜1400℃である。このとき同時に熱分解炭素層の形成された黒鉛の芯材を炉内に配置することにより、次の処理で使用するセラミックス基材支持具を同時に作成することができる。
図3は本発明の実施の形態2に係るセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材のセラミックス部材被膜の形成されたセラミックス被膜の状態を示す断面図である。
本発明の実施の形態2に係るセラミックス基材支持具11は、先端部13にセラミックス基材15を支持して反応炉内でセラミックス基材15にセラミックス部材被膜17を形成しセラミックス部材19を製造する際に使用される。セラミックス基材支持具11は、セラミック基材支持具11の芯材21が黒鉛からなる。セラミックス基材支持具11は、例えば円錐形あるいは角錐形に形成される。芯材21は、平坦な先端部13を有するピン形状に形成されている。円錐形または角錐形の芯材の先端部13は、直径0.5mm以下の円に収まる平坦面とすることが望ましい。芯材の先端部13に直径0.5mmの円をはみ出して平坦面が形成されていると、支持点において支持具被膜とセラミック基材とが接するセラミック基材支持具11の先端部13の支持領域が大きくなる。このセラミック基材支持具11の先端部13支持領域は、セラミックス部材被膜の原料ガスが流れ込みにくくなるので、セラミックス部材被膜の無い支持領域の面積が大きくなりセラミックス基材から支持具被膜が剥離し基材が露出し易くなる。
セラミックス基材支持具11の先端部13の芯材表面に形成する熱分解炭素層23は、3〜100μmであることが好ましい。セラミックス基材支持具11の先端部13の芯材表面に形成する熱分解炭素層23は3μm未満であると、多孔質の黒鉛基材の表面を十分に平滑にすることができず、支持具被膜が剥離熱分解炭素層から剥離にくくなる。セラミックス基材支持具11の先端部13の芯材表面に形成する熱分解炭素層23は100μmを越えると、セラミックス基材支持具11の先端部13に形成された平坦部の周囲にあるエッジ部の曲率半径が大きくなるようになり、セラミックス基材支持具11の先端部13に形成された平坦部が小さくなる。このため、セラミックス部材の支持点に凹みができやすくなる。
また、セラミックス基材支持具11に形成される熱分解炭素の厚さは、10〜200μmであることが好ましい。セラミックス基材支持具11に形成される熱分解炭素の厚さが、10μm未満であると、セラミックス基材支持具11先端では摩耗などによって芯材が露出しやすくなり、支持具被膜を剥離しやすくなる。セラミックス基材支持具11に形成される熱分解炭素の厚さが、200μmを超えるとセラミックス基材支持具11の芯材と熱分解炭素膜との熱膨張差によりセラミックス基材支持具11の先端の熱分解炭素膜にクラックが入りやすくなる。さらに望ましい範囲は、30〜100μmである。
図4は本発明の実施の形態2に係るセラミックス基材支持具11を用いたセラミックス部材19の製造方法の手順を(a)〜(d)で示した工程説明図である。
図4(a)に示すように、黒鉛からなる芯材21と、少なくとも先端部13を含む表面に、熱分解炭素層23を介在して支持具被膜25を有するセラミックス基材支持具11を準備する。セラミックス基材支持具11の芯材21に支持具被膜25を形成する温度は例えば1000〜1400℃である。
図4(c)に示すように、セラミックス基材支持具11に支持されたセラミックス基材15に対して、セラミックス基材支持具11と共に反応炉内でSiC、Si3N4などのセラミックス被膜を被覆し、セラミックス部材被膜17を形成する。セラミックス基材15へセラミックス部材被膜17を形成する温度は例えば1000〜1400℃である。このとき同時に熱分解炭素の形成された黒鉛の芯材を炉内に配置することにより、次の処理で使用するセラミックス基材支持具を同時に作成することができる。
本発明の実施の形態1及び2に対し、図5に示す比較例に係るセラミックス基材支持具27では、熱分解炭素層23が存在していない。また、セラミックス基材支持具の平坦な先端部13も形成されない。このため、図6の比較例に示すように、本発明の第1実施形態と同様の手順である図6(a)〜(c)を経た後、セラミックス部材被膜17をセラミックス基材15及びセラミックス基材支持具27に被覆した後、セラミックス基材15からセラミックス基材支持具27を分離すると、セラミックス基材15が凹部29底部で露出したり(図6(d1)参照)、支持具被膜25が大きな突起となってセラミックス部材中に残留したりする問題が生じる(図6(d2)参照)。
上記の本発明の実施の形態2のセラミックス部材の製造方法による結果のセラミックス部材19の分離部分と、セラミックス基材支持具11の先端部13を観察した結果を示す。図7(a)に示す実施の形態の場合では、分離部分に確実に支持具被膜25が形成されることになる。即ち、図9(a)に示す比較例(従来技術)の場合のように、支持具被膜25が薄くなることがない。
(セラミックス部材被膜)
黒鉛の芯材を先端部が露出するようにCVD炉内に配置し、真空引き後、昇温する。成膜温度は、例えば800〜1400℃の範囲内の一定温度に炉内を保持する。次に炉内にキャリアガスとして水素、原料ガスとしてCH3Cl3Siなどを導入し、数時間保持してセラミックス基材、黒鉛の芯材表面にセラミックス部材被膜を沈積させる。尚、CH3Cl3Siを原料ガスとして使用した場合には、セラミックス部材被膜は炭化硅素となる。原料ガスは、CH3Cl3Siに限定されず、セラミックス部材被膜の種類に応じて一般的な原料ガスから適宜選択することができる。
(支持具被膜)
セラミックス基材を、セラミックス基材支持具で保持しCVD炉内に配置し、真空引き後、昇温する。成膜温度は、例えば800〜1400℃の範囲内の一定温度に炉内を保持する。次に炉内にキャリアガスとして水素、原料ガスとして、CH3Cl3Siなどを導入し、数時間保持して黒鉛の芯材表面に支持具被膜を沈積させる。(本実施の形態1、本実施の形態2では、黒鉛の芯材表面に熱分解炭素層は形成されている。)尚、CH3Cl3Siを原料ガスとして使用した場合には、支持具被膜は炭化硅素となる。原料ガスは、CH3Cl3Siに限定されず、支持具被膜の種類に応じて一般的な原料ガスから適宜選択することができる。
(熱分解炭素層)
黒鉛の芯材を先端部が露出するようにCVD炉内に配置し、真空引き後、昇温する。成膜温度は、例えば1200〜2000℃の範囲の一定温度に炉内を保持する。次に炉内にキャリアガスとして水素、原料ガスとして、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガスを導入し、数時間保持して黒鉛の芯材表面に熱分解炭素層を沈積させる。
尚、熱分解炭素層、支持具被膜は、それぞれ個別に処理してもよく、熱分解炭素層、支持具被膜の順に連続して同一の炉で処理することもできる。熱分解炭素層、支持具被膜を同一の炉で処理する場合には、熱分解炭素層を形成した後、支持具被膜の成膜温度に炉内温度を調整し、原料ガスを切り替えて連続して処理することができる。熱分解炭素層、支持具被膜を連続して処理することにより、処理工程を簡略化することができる。
13 先端部
15 セラミックス基材
17 セラミックス部材被膜
19 セラミックス部材
21 芯材
23 熱分解炭素層
25 支持具被膜
Claims (13)
- 先端部にセラミックス基材を支持して反応炉内で該セラミックス基材にセラミックス部材被膜を形成しセラミックス部材を製造する際に使用されるセラミックス基材支持具であって、
前記セラミックス基材支持具は、黒鉛からなる芯材と、少なくとも前記先端部を含む表面に、熱分解炭素層を介在させた支持具被膜とを有することを特徴とするセラミックス基材支持具。 - 前記支持具被膜は、前記セラミックス部材被膜と同一材質であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス基材支持具。
- 前記支持具被膜は、炭化物系セラミックスあるいは窒化物系セラミックスであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックス基材支持具。
- 前記支持具被膜は、炭化珪素であることを特徴とする請求項3に記載のセラミックス基材支持具。
- 前記先端部は前記セラミックス基材支持具の軸に対し垂直な平坦面を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のセラミックス基材支持具。
- 前記セラミックス基材は、黒鉛であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のセラミックス部材を製造するためのセラミックス基材支持具。
- セラミックス基材とセラミックス被膜とからなるセラミックス部材の製造方法であって、黒鉛からなる芯材と、少なくとも先端部を含む表面に、熱分解炭素層を介在して支持具被膜を有するセラミックス基材支持具を準備し、前記セラミックス基材支持具の前記先端部によりセラミックス基材を支持させて反応炉内で該セラミックス基材支持具を含む前記セラミックス基材にセラミックス部材被膜を形成した後、前記セラミックス基材から前記セラミックス基材支持具を分離して製造することを特徴とするセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記支持具被膜は、前記第セラミックス部材被膜と同一材質であることを特徴とする請求項7に記載のセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記支持具被膜は、炭化物系セラミックスあるいは窒化物系セラミックスであることを特徴とする請求項7または請求項8記載のセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記支持具被膜は、炭化珪素であることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記先端部は前記セラミックス基材支持具の軸に対し垂直な平坦面を有することを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか1項に記載のセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記セラミックス基材は、黒鉛からなることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか1項に記載のセラミックス基材支持具を用いたセラミックス部材の製造方法。
- 前記セラミックス基材に形成されるセラミックス被膜には前記支持具被膜が存在することを特徴とする請求項7から12のいずれか1項に記載のセラミック部材の製造方法。
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