JP2020125237A - 炭化ケイ素/黒鉛複合材並びにそれを含む物品及び組立品 - Google Patents
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Abstract
Description
「炭化ケイ素/黒鉛複合材並びにそれを含む物品及び組立品」に関して2015年8月20日に出願された米国特許仮出願第62207375号及び「炭化ケイ素/黒鉛複合材並びにそれを含む物品及び組立品」に関して2015年12月9日に出願された米国特許仮出願第62265376号の35USC119に基づく利益が本明細書によって主張される。このような米国特許仮出願の開示の全体が、あらゆる目的のために出典明示により本明細書に援用される。
(i)外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V](式中、Wgは、複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、S/Vは、生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の複合材の体積である。)の関係によって定義される複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)複合材の生成が、内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)複合材に窒素がドープされている。
(i)外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V](式中、Wgは、複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、S/Vは、生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の複合材の体積である。)の関係によって定義される複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)複合材の生成が、内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)複合材に窒素がドープされている。
(i)外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V](式中、Wgは、複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、S/Vは、生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の複合材の体積である。)の関係によって定義される複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)複合材の生成が、内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)複合材に窒素がドープされている。
反応チャンバーに供給される並行流としての一酸化炭素の導入は、SiO/黒鉛反応の速度論及び平衡状態を制御するのに有用であり得る。
Cp=Wg/[S/V]
(この式は、%/cm−1の単位を有するCp値を与える。)
(i)外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V](式中、Wgは、複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、S/Vは、生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の複合材の体積である。)の関係によって定義される複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)複合材の生成が、内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)複合材に窒素がドープされている。
Claims (60)
- (i)内側バルク黒鉛材料及び(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料を含む炭化ケイ素−黒鉛複合材であって、前記内側バルク黒鉛材料及び外側炭化ケイ素マトリックス材料が、それらの間の界面領域で互いに相互浸透し、黒鉛が、前記外側炭化ケイ素マトリックス材料内の介在物中に存在する炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記(i)内側バルク黒鉛材料及び(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料のそれぞれがそれぞれの厚さを有し、前記内側バルク黒鉛材料の厚さが、前記外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さよりも大きい、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する前記内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある、請求項2に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する前記内側バルク黒鉛材料の厚さの比が10−1000の範囲内にある、請求項2に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが10−15μmの範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、前記複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、前記複合材1cc当たり2.0−2.25gの範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材が、前記複合材を生成する反応を起こすための黒鉛と一酸化ケイ素との接触によって生成され、前記複合材が、
Cp=Wg/[S/V]
(式中、
Wgは、前記複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる前記黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、
S/Vは、前記生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の前記複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の前記複合材の体積である。)
の関係によって定義される0.5−3.2%/cm−1の範囲内の特性評価パラメータCpを有する、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。 - 前記複合材特性評価パラメータCpが0.5−2%/cm−1の範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材特性評価パラメータCpが0.55−1.8%/cm−1の範囲内にある、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- ガラス質炭素フリーの複合材である、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材の生成が、前記内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 遊離ケイ素を含まない、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 窒素がドープされている、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材の全重量に基づいて0.1−1.2重量%の窒素含有量で窒素がドープされている、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材の全重量に基づいて0.2−0.9重量%の窒素含有量で窒素がドープされている、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- 前記複合材の全重量に基づいて0.3−0.7重量%の窒素含有量で窒素がドープされている、請求項1に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材。
- (i)内側バルク黒鉛材料及び(ii)外側炭化ケイ素マトリックス材料を含む炭化ケイ素−黒鉛複合材であって、前記内側バルク黒鉛材料及び外側炭化ケイ素マトリックス材料が、それらの間の界面領域で互いに相互浸透し、黒鉛が、前記外側炭化ケイ素マトリックス材料内の介在物中に存在し、
前記炭化ケイ素−黒鉛複合材が、
(i)前記外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する前記内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)前記外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)前記炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)前記炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、前記複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)前記複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V]
(式中、
Wgは、前記複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる前記黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、
S/Vは、前記生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の前記複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の前記複合材の体積である。)
の関係によって定義される前記複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)前記複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)前記複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)前記複合材の生成が、前記内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)前記複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)前記複合材に窒素がドープされている
からなる群から選択される任意の2つ以上の特性によって特徴付けられる炭化ケイ素−黒鉛複合材。 - 請求項1から22の何れか一項に記載の炭化ケイ素−黒鉛複合材を含む材料、物品又は組立品。
- 注入ハードマスクを含む、請求項23に記載の材料、物品又は組立品。
- 前記注入ハードマスクが、光学製品、光電子製品、光子製品、半導体製品又はマイクロ電子製品の製造のための製造設備内の注入装置内に備えられる、請求項23に記載の材料、物品又は組立品。
- 前記製造設備内の前記注入装置が、太陽電池の製造のために構成される、請求項25に記載の材料、物品又は組立品。
- イオン注入装置の材料、組立品又は部品を含む、請求項23に記載の材料、物品又は組立品。
- 前記イオン注入装置の材料、組立品又は部品が、前記イオン注入装置のビームライン組立品、ビームステアリングレンズ、イオン化チャンバーライナー、ビームストップ及びイオン源チャンバーのうちの少なくとも1つに含まれる、請求項27に記載の材料、物品又は組立品。
- LED成長装置のためのサセプタを含み、前記複合材の前記炭化ケイ素マトリックス材料が、前記サセプタの表面の少なくとも一部である、請求項23に記載の材料、物品又は組立品。
- 前記サセプタが、その内部に貫通孔(一又は複数)を含み、前記複合材の前記炭化ケイ素マトリックス材料が、前記孔(一又は複数)の内面にある、請求項29に記載の材料、物品又は組立品。
- 黒鉛物品を一酸化ケイ素(SiO)ガスと、前記黒鉛物品の外側部分をその内部の介在物中に黒鉛が存在する炭化ケイ素マトリックス材料へと変換するのに効果的である化学反応条件下で接触させる工程を含み、前記炭化ケイ素マトリックス材料及び内側バルク黒鉛材料がそれらの間の界面領域で互いに相互浸透している、炭化ケイ素−黒鉛複合材の製造方法。
- 前記黒鉛物品が、接触させる工程のために所定の形状又は形態で提供される、請求項31に記載の方法。
- 出発黒鉛物品を機械加工して、それに前記所定の形状又は形態を与えることによって前記所定の形状又は形態が与えられる、請求項32に記載の方法。
- 機械的、化学的及び/又は光学的に出発黒鉛物品から材料を除去して、それに前記所定の形状又は形態を与えることによって前記所定の形状又は形態が与えられる、請求項32に記載の方法。
- 前記材料が、前記出発黒鉛物品のレージングによって光学的に除去される、請求項34に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、1400−2000℃の範囲内の温度を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、1600−1900℃の範囲内の温度を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、1750−1850℃の範囲内の温度を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、1400−1800℃の範囲内の温度を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、1500−1750℃の範囲内の温度を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触させる工程が、全体積に基づいて5−50体積%の濃度のガス混合物中の一酸化ケイ素を用いて行われる、請求項31に記載の方法。
- 前記ガス混合物がCOをさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記ガス混合物が不活性ガスをさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記不活性ガスが窒素を含む、請求項43に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、650torr−1.3barの範囲内の圧力を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、0.9−1.2barの範囲内の圧力を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記接触化学反応条件が、前記化学反応を行うために利用される堆積反応器システム及び関連する流れ回路の圧力損失を克服するのに周囲圧力を基準にして十分に正である圧力を含む、請求項31に記載の方法。
- 炭素及び二酸化ケイ素の固体混合物を加熱することによって前記SiOガスを発生させる、請求項31に記載の方法。
- 前記炭素が、微粒子状、粒状、又は他の微粉化された形態である、請求項48に記載の方法。
- 前記二酸化ケイ素が、微粒子状、粒状、又は他の微粉化された形態である、請求項48に記載の方法。
- 前記二酸化ケイ素がヒュームドシリカを含む、請求項48に記載の方法。
- SiO蒸気が流入する反応チャンバー内で前記化学反応が行われる、請求項31に記載の方法。
- スイープガスも前記反応チャンバーに流入する、請求項52に記載の方法。
- 一酸化炭素も前記反応チャンバーに流入する、請求項52に記載の方法。
- 不活性ガスも前記反応チャンバーに流入する、請求項52に記載の方法。
- 前記不活性ガスが、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン及び窒素のうちの一又は複数を含む、請求項55に記載の方法。
- 黒鉛物品を一酸化ケイ素(SiO)ガスと、前記黒鉛物品の外側部分をその内部の介在物中に黒鉛が存在する炭化ケイ素マトリックス材料へと変換するのに効果的である化学反応条件下で接触させる工程を含み、前記炭化ケイ素マトリックス材料及び内側バルク黒鉛材料がそれらの間の界面領域で互いに相互浸透しており、前記化学反応条件が、前記炭化ケイ素−黒鉛複合材を与えるのに効果的であり、前記複合材が、
(i)前記外側炭化ケイ素マトリックス材料の厚さに対する前記内側バルク黒鉛材料の厚さの比が5−10,000の範囲内にある;
(ii)前記外側炭化ケイ素マトリックス材料が、150−1000μmの範囲内の厚さを有する;
(iii)前記炭化ケイ素−黒鉛複合材内の黒鉛の結晶粒サイズが5−20μmの範囲内にある;
(iv)前記炭化ケイ素−黒鉛複合材の密度が、前記複合材1cc当たり1.6−2.4gの範囲内にある;
(v)前記複合材の熱膨張係数(CTE)が4−6.5×10−6/℃の範囲内にある;
(vi)Cp=Wg/[S/V]
(式中、
Wgは、前記複合材を生成する反応を起こすために一酸化ケイ素と接触させる前記黒鉛材料の重量増加パーセント(%)であり、
S/Vは、前記生成複合材の表面積対体積比であり、Sは、平方センチメートル単位の前記複合材の表面積であり、Vは、立方センチメートル単位の前記複合材の体積である。)
の関係によって定義される前記複合材の特性評価パラメータCpが0.5−3.2%/cm−1の範囲内にある;
(vii)前記複合材には、その上に全く炭化ケイ素キャッピング層がない;
(viii)前記複合材が、ガラス質炭素フリーの複合材である;
(ix)前記複合材の生成が、前記内側バルク黒鉛材料の気孔内の黒鉛ダスト結晶粒の変換結合を含んでいる;
(x)前記複合材が遊離ケイ素を含まない;及び
(xi)前記複合材に窒素がドープされている
からなる群から選択される任意の2つ以上の特性によって特徴付けられる炭化ケイ素−黒鉛複合材の製造方法。 - 前記黒鉛物品が、イオン注入システムの構造的物品としての使用のために構成され、前記複合材の前記炭化ケイ素マトリックス材料が、前記構造的物品の表面の少なくとも一部を形成する、請求項57に記載の方法。
- 前記イオン注入システムの前記構造的物品が、前記イオン注入システムのビームライン組立品、ビームステアリングレンズ、イオン化チャンバーライナー、ビームストップ及びイオン源チャンバーのうちの1つに含まれるように構成される、請求項58に記載の方法。
- 前記黒鉛物品が、LED成長装置のためのサセプタとしての使用のために構成され、前記複合材の前記炭化ケイ素マトリックス材料が、前記サセプタの表面の少なくとも一部を形成する、請求項57に記載の方法。
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