专利名称：碳纤维强化碳复合材坩埚及碳纤维强化碳复合圆筒部件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及碳纤维强化碳复合材坩埚及在其中使用的碳纤维强化碳复合圆筒部件，涉及例如在提拉半导体材料等单晶的装置或制造太阳能电池材料等多晶的装置中为了支承保持收容熔融材料的坩埚而使用的碳纤维强化碳复合材坩埚及在其中使用的碳纤维强化碳复合圆筒部件。
背景技术：
例如，在制造半导体材料等单晶的情况下，广泛地使用CZ法(切克劳斯基单晶生长法)。该CZ方法如图10所示，是使籽晶P接触在收容于石英玻璃坩埚50内的硅的熔融液M的表面上、通过使石英玻璃i甘祸50旋转、并且将该籽晶P —边向相反方向旋转一边向 上方提拉、在籽晶P的下端形成单晶C的方法。该石英玻璃坩埚50随着硅单晶C的培养，通过包围周围的加热器52的热、硅熔融液M的热而软化。因此，将石英玻璃坩埚50收容支承在石墨坩埚51内。并且，如果硅单晶提拉结束，则将石英玻璃坩埚50及石墨坩埚51冷却。此时，由于上述石墨坩埚51的热膨胀系数比石英玻璃坩埚50大，所以如果将两者在紧贴的状态下冷却，则有在石墨坩埚51上发生龟裂最终发生破裂的课题。对于这样的课题，例如在特开平11 - 60373号公报中，提出了代替以往的石墨坩埚51而使用由碳纤维强化碳复合材(也称作C/C材)构成的坩埚(以下，称作碳纤维坩埚)的技术。作为上述坩埚的C/C材的碳纤维，使用价格便宜、并且具有柔软性、容易处置的PAN类的碳纤维。由该PAN类的碳纤维构成的C/C材的线热膨胀系数比石墨材接近于石英玻璃坩埚的线热膨胀系数、此外机械的强度比石墨材高，所以能够抑制冷却时的破裂的发生。但是，由该PAN系的碳纤维构成的C/C材的线热膨胀系数虽然如上述那样比石墨材接近于石英玻璃坩埚的线热膨胀系数，但一般在高温域比石英玻璃坩埚的线热膨胀系数大，从常温升温到1000°c时的线热膨胀系数为石英玻璃的2倍左右。因此，当硅单晶提拉结束、将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚冷却时，如果将两者在紧贴的状态下冷却，则石英玻璃坩埚咬入(牢固地嵌合)到碳纤维坩埚中，有不能将石英坩埚从碳纤维坩埚拆下的课题。此外，为了将上述碳纤维坩埚再利用，需要将石英玻璃坩埚从碳纤维坩埚拆下，但由于如上述那样石英玻璃坩埚咬入(牢固地嵌合)到碳纤维坩埚中，所以必须将石英坩埚破坏而将上述石英玻璃坩埚取出，有在将上述碳纤维坩埚再利用时花费工夫的课题。进而，C/C材的碳纤维如果在硅单晶提拉工序中接触到氧化硅气体，则硅化发展，该硅化部分的热膨胀变得更大。结果，在将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚冷却时，有通过石英玻璃坩埚与硅化部分的热膨胀的差而在碳纤维坩埚上发生龟裂、破裂的课题。[0012]本申请人对于在将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚冷却时、石英玻璃坩埚不会咬入到碳纤维坩埚中、此外能够将石英玻璃坩埚从碳纤维坩埚容易地拆下、还能够抑制硅化的碳纤维坩埚进行了专心研究。并且，本申请人认为，如果是具备由具有特定的物理性能的碳纤维强化碳复合材构成的直体部的坩埚，则能够抑制石英玻璃坩埚的咬入、能够不将石英玻璃坩埚破坏而将石英玻璃坩埚从碳纤维坩埚容易地取出、还能够抑制硅化，实现完成了本实用新型。
实用新型内容本实用新型是在上述那样的情况下做出的，目的是提供一种能够抑制冷却时的石英玻璃坩埚的咬入、能够不将石英玻璃坩埚破坏而将石英玻璃坩埚容易地拆下、还能够抑制硅化的碳纤维强化碳复合材坩埚及在其中使用的碳纤维强化碳复合圆筒部件。在为了解决上述课题而做出的有关本实用新型的在将收容熔融材料的石英玻璃坩埚支承、保持的坩埚中使用的、由碳纤维强化碳复合材形成的碳纤维强化碳复合圆筒部·件中，其特征在于，上述碳纤维强化碳复合材是包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材；并且，从常温升温到800°C时的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。有关本实用新型的碳纤维强化碳复合圆筒部件能够在保持石英玻璃坩埚的坩埚的直体部中使用，在该碳纤维强化碳复合圆筒部件中，由包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成。这样将上述碳纤维强化碳复合圆筒部件用包括特定的浙青类碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成是为了使从常温升温到800°C时的平均线热膨胀系数为石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。另外，在将上述碳纤维强化碳复合圆筒部件用包括PAN类碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成、在坩埚的直体部中使用的情况下，难以与石英玻璃的平均线热膨胀系数大致相同、或者成为更小的平均线热膨胀系数，是不优选的。此外，在单晶提拉炉内，产生的氧化硅气体与上述坩埚化学反应而使坩埚消耗。同时，使用PAN类碳纤维的碳纤维强化碳复合材料与使用浙青类碳纤维的碳纤维强化碳复合材料相比有容易与氧化硅气体反应的倾向，在这一点上也不优选。在如上述那样将碳纤维强化碳复合圆筒部件用在保持石英玻璃坩埚的坩埚的直体部中的情况下，由于碳纤维强化碳复合圆筒部件的平均线热膨胀系数是从常温升温到800°C时的石英玻璃的平均线热膨胀系数以下，所以即使将石英玻璃坩埚及碳纤维强化碳复合圆筒部件在紧贴的状态下冷却，石英玻璃坩埚也不会咬入(牢固地嵌合)到上述圆筒部件(直体部)中，能够将石英玻璃坩埚从坩埚容易地取出。此外，为了解决上述课题而做出的有关本实用新型的碳纤维强化碳复合材坩埚，是为了将收容熔融材料的石英玻璃坩埚支承、保持而使用、具有底部和设在上述底部的上方的直体部的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，至少上述直体部由包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成，并且从常温升温到800°C时的直体部的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。[0021]在有关本实用新型的碳纤维强化碳复合材坩埚中，至少直体部由包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成。这样至少将直体部用包括特定的浙青类碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成是为了使从常温升温到800°C时的平均线热膨胀系数成为石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。另外，在将上述直体部用包括PAN类碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成的情况下，难以与石英玻璃的平均线热膨胀系数大致相同、或者成为更小的平均线热膨胀系数，是不优选的。此外，在单晶提拉炉内，产生的氧化硅气体与上述坩埚化学反应而使坩埚消耗。同时，使用PAN类碳纤维的碳纤维强化碳复合材料与使用浙青类碳纤维的碳纤维强化碳复合材料相比有容易与氧化娃气体反应的倾向， 在这一点上也不优选。如上所述，碳纤维强化碳复合材坩埚的直体部是从常温升温到800°C时的石英玻璃的平均线热膨胀系数以下，所以即使将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚在紧贴的状态下冷却，石英玻璃坩埚也不会咬入(牢固地嵌合)到上述直体部中，能够将石英玻璃坩埚从碳纤维强化碳复合材坩埚容易地取出。可是，构成为，使上述碳纤维强化碳复合圆筒部件的拉伸弹性率、碳纤维强化碳复合材坩埚的直体部的拉伸弹性率为400 900GPa。在该直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)的拉伸弹性率不到400GPa的情况下，碳纤维内的石墨取向不发达，难以使从常温升温到800°C时的坩埚周向的平均线热膨胀系数与石英玻璃的平均线热膨胀系数大致相同、或比其小，所以并不优选。另一方面，如果直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)的拉伸弹性率超过900GPa，则碳纤维变脆，在成形时在组织内部碳纤维折断，伴随着组织破坏的机械的强度下降，所以不优选。此外，优选的是，坩埚的底部通过包括浙青类碳纤维布的碳纤维强化碳复合材与直体部一体地形成，并且上述底部及直体部的从常温升温到800°C时的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下，拉伸弹性率是400 900GPa。S卩，优选的是不仅上述直体部、将上述底部也同样形成，是由碳纤维强化碳复合材形成的一体形状的碳纤维强化碳复合材坩埚。另外，上述底部也可以由石墨材形成。此外，更优选的是，上述坩埚的直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)的周向上的平均线热膨胀系数在从常温升温到800°C时是O. 5X10 —6/°C以下。此外，优选的是，上述直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)、上述底部的平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的系数，在从室温到400°C的范围中热收缩。这样，如果上述直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)、上述底部的平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的系数，则在从室温到400°C的范围中热收缩，所以在上述坩埚的内表面与石英玻璃坩埚外表面之间发生空隙，能够将石英玻璃坩埚更简单地拆下。此外，优选的是，上述浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量是200 600g/m2。这样，在浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量不到200g/m2的情况下，纤维间的间隙变大，促进了基质部的硅化，所以不优选。另一方面，在浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量超过600g/m2的情况下，碳纤维纺织布变厚，所以对应于规定厚度的层叠片数减少，通过发生向层叠的碳纤维纺织布间的基质部的应力集中而强度下降，所以不优选。此外，在为较厚的纺织布的情况下，纤维的曲率变大，在制造时或使用时纤维容易折断，机械的强度下降，所以不优选。此外，优选的是，形成上述坩埚的碳纤维强化碳复合材料的体积密度是1.3g/cm3 1. 8g/cm3。在体积密度是1. 3g/cm3以下的情况下，由于组织较稀疏，所以氧化硅气体侵入到组织内部，促进消耗，所以不优选。另一方面，在体积密度是1. 8g/cm3以上的情况下，由于组织较致密，所以热膨胀系数变高，难以使从室温升温到800°C时的平均线热膨胀系数为石英玻璃的平均线热膨胀系数以下，所以不优选。根据本实用新型，能够得到冷却时的石英玻璃坩埚的咬入被抑制、能够不损坏石英玻璃坩埚而将石英玻璃坩埚容易地拆下、还能够抑制硅化的碳纤维强化碳复合材坩埚及 在其中使用的碳纤维强化碳复合圆筒部件。
图1是在有关本实用新型的坩埚中使用的碳纤维纺织布的俯视图。图2是表示表示有关本实用新型的坩埚的实施方式的剖视图。图3是表示上述第I实施方式的变形例的剖视图。图4是在图2、图3所示的坩埚的直体部中使用的碳纤维纺织布的概念图。图5是用来说明图2、图3所示的碳纤维强化碳复合材的直体部的制造工序的图。图6用来说明图2、图3所示的碳纤维强化碳复合材坩埚的制造工序的图。图7是表示表示有关本实用新型的碳纤维强化碳复合材坩埚的第2实施方式的图，是将底部表示在上方的立体图。图8是图7所示的碳纤维强化碳复合材坩埚(包括成形用金属模)的概略剖视图。图9是用来说明图7所示的碳纤维强化碳复合材坩埚的制造工序的图。图10是用来进行在硅单晶提拉装置中使用的坩埚的说明的图。
具体实施方式
以下，基于附图对有关本实用新型的碳纤维强化碳复合材坩埚的实施方式进行说明。首先，基于图1对在该坩埚的直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)中使用的碳纤维纺织布进行说明。该碳纤维纺织布I是浙青类的碳纤维纺织布，是以直径5 y m 20 y m的浙青类的碳纤维1000根 36000根为纵丝la、以直径5 y m 20 y m的浙青类的碳纤维1000根 36000根为横丝lb、交替地织成的碳纤维纺织布，其单位面积重量形成为200g/m2 600g/m2,厚度形成为0.1臟 0. 6臟。该浙青类的碳纤维纺织布通过一般的制法制作。首先，将精制的原料的浙青加热而调整粘度及分子量以便能够纺丝，然后，加热而带来流动性，通过喷嘴，成形规定的直径(例如，IOiim)的纤维。在此状态下，实施附加氧的不熔化处理，通过在惰性气体环境中进行碳化处理，能够制造浙青类碳纤维。并且，如上述那样编织纵丝及横丝，形成图1所示那样的浙青类的碳纤维纺织布。作为该浙青类的碳纤维，例如可以使用日本7 9 7 r 4卜7 r 4 〃'一公司制的商品名XN — 80。一般而言，该浙青类的碳纤维纺织布的线热膨胀系数在常温下是一 1.5X10 —7°C，此外，拉伸弹性率是780GPa。接着，基于图2对有关本实用新型的碳纤维强化碳复合材坩埚10的实施方式进行说明。该坩埚10例如是在提拉半导体材料等单晶的单晶提拉装置(未图示)中、为了将收容硅熔融液的石英玻璃坩埚支承、保持而使用的坩埚。该坩埚10具有圆筒状的直体部11和底部12，上述直体部11安装在上述底部12 的上表面上。此外，接触在上述直体部11的下部内周面和上述底部12的内周缘上而设有环状的衬垫13。该底部12及衬垫13与以往同样由石墨材形成，直体部11由浙青类的碳纤维纺织布形成。在这样该底部12及衬垫13与以往同样由石墨材形成的情况下，由于热膨胀系数比碳纤维强化碳材料大，所以在冷却时不会咬入到直体部端部中，能够拆下，是优选的。另外，如图3所示，也可以为将底部及衬垫通过石墨材一体化的底部12。此外，也可以将底部12及衬垫13通过碳纤维强化碳材料、特别是浙青类的碳纤维强化碳材料形成。此外,也可以为将底部及衬垫通过碳纤维强化碳材料一体化的底部12。此外，图2所示的坩埚10的直体部11的下部外周面嵌合在上述底部12的立起部12a的内周上,上述直体部11固定在上述底部12上。相对于此,也可以如图3所示那样、坩埚10的直体部11的下部内周面嵌合在上述底部12的立起部12a的外周上、上述直体部11固定在上述底部12上。此外，上述直体部11的上部端部的内周侧优选的是进行R倒角(倒角为曲面形状)、或者进行C倒角(角去除)。在这样将上述直体部11的上部端部的内周侧R倒角(倒角为曲面形状)、或者C倒角(角去除)的情况下，即使在万一石英玻璃坩埚咬入到坩埚中、将石英玻璃坩埚破坏的情况下，也能够抑制直体部11的上部端部的内周侧的裂纹或缺口等，能够将直体部11供再利用。该碳纤维强化碳复合材坩埚10将多片上述碳纤维纺织布I担持热硬化性树脂与碳粉(例如石墨粉)的混合粘接剂(未图不)而贴合、然后通过实施热硬化、碳化、石墨化及闻纯度化处理而形成。具体而言，将图4所示的片状的碳纤维纺织布I在图5所示那样的坩埚成型用金属模14上贴合为多层，实施热硬化、碳化、石墨化及高纯度化处理而形成。关于具体的制造方法在后面叙述。该碳纤维强化碳复合材坩埚10的直体部11的拉伸弹性率构成为400 900GPa。在该直体部11的拉伸弹性率不到400GPa的情况下，碳纤维内的石墨取向不发达，难以使从常温升温到800°C时的坩埚周向的线热膨胀系数比石英玻璃的线热膨胀系数小，所以并不优选。[0066]当石英玻璃坩埚升温时，通过石英玻璃的软化，沿着坩埚10的内径发生变形，所以如果考虑向坩埚10的周向发生的拉伸应力，则该直体部11的拉伸弹性率优选的是400GPa 以上。另一方面，如果上述直体部的拉伸弹性率超过900GPa，则碳纤维变脆，在成形时在组织内部碳纤维折断，伴随着组织破坏的机械的强度下降，所以并不优选。基于附图对该碳纤维强化碳复合材坩埚(碳纤维强化碳复合圆筒部件)的制造方法的实施方式进行说明。首先，如图5所示那样准备坩埚成型用金属模14，在该金属模直体部14a上卷绕担持有热硬化性树脂(例如，酚醛树脂)与碳粉(例如，石墨粉)的混合粘接剂(未图示)的碳纤维纺织布I (图6的步骤SI)。此外，碳纤维纺织布I的碳纤维的轴线方向(纵丝la、横丝Ib的轴线方向)为与相
对于坩埚周向T平行方向直交的方向(坩埚的轴线方向)。此时，碳纤维纺织布I在与图5中用箭头表示的坩埚周向T平行方向上不伸长，此外在与坩埚周向T正交方向(坩埚的轴线方向)上也不伸长，但该金属模直体部14a的直径不变化，所以能够在金属模直体部14a上不折皱而粘贴碳纤维纺织布I。另外，反复多次进行碳纤维纺织布I的粘贴工序，层叠为规定的厚度(图6的步骤S2)。此时，既可以将短条的碳纤维纺织布I使用多片多次卷绕到金属模直体部14a上而形成，或者也可以将一片长条的碳纤维纺织布I多次卷绕到金属模直体部14a上而形成。如果这样的碳纤维纺织布I的粘贴(层叠)全部结束，则将最内层的碳纤维纺织布I的下端部(在坩埚使用时是上端部)向外周方向弯折、粘贴以使其覆盖坩埚端部，进行端部成形处理(图6的步骤S3)。为了进行该端部处理，将最内层的碳纤维纺织布I预先形成为比其他层的碳纤维纺织布I的下端部向下方长。这样，如果得到坩埚型的预成形坯，则在粘贴在坩埚成型用金属模14的周围上的状态下配置在真空炉内，在100°C 300°C的温度下进行热硬化(图6的步骤S4)。接着，将坩埚成型用金属模14拆下(图6的步骤S5)，将得到的成型体在惰性气体环境中在约1000°c的温度下进行碳化处理(图6的步骤S6)，然后，根据需要而含浸酚醛树脂或焦油浙青等，再次进行碳化处理。在碳化处理后，在2000°C以上的温度下加热，进行石墨化处理(图6的步骤S7)。并且，将通过石墨化得到的坩埚通常从1500°C加热到2500°C的温度，实施高纯度化处理，制造由碳纤维构成的圆筒状的直体部11。即，制造在坩埚10中使用的碳纤维强化碳复合圆筒部件。该圆筒状的直体部(碳纤维强化碳复合圆筒部件)11安装在由石墨构成的底部上，成为包括浙青类的碳纤维纺织布的坩埚10。另外，底部12、衬垫13通过以往的制法由石墨材形成。这样形成的上述直体部的周向的平均线热膨胀系数、上述底部的周向、径向的平均线热膨胀系数在从室温升温到800°C时是0. 5 X 10 — 6/°C以下。特别是，在从室温到400°C的范围中是0. 0X10 —6/°C以下，在从室温到400°C的范围中热收缩。S卩，在从400°C冷却到室温时膨胀。[0081]另一方面，构成上述石英玻璃坩埚的石英玻璃的从常温到800°C的平均线热膨胀系数是O. 5 X 10 — V0C O. 6 X 10 — V0C，在上述温度域中大致是一定，上述直体部、上述底部的平均线热膨胀系数具有与石英玻璃的平均线热膨胀系数近似或其以下的值。这样，坩埚的直体部由具有与石英玻璃的平均线热膨胀系数近似或其以下的较小的热膨胀系数的材料构成，所以在将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚冷却时，即使是将两者在紧贴的状态下冷却的情况，石英玻璃坩埚也不会咬入(牢固地嵌合)到上述直体部中，能够将石英玻璃坩埚从碳纤维强化碳复合材坩埚容易地取出。特别是，如果上述直体部、上述底部的平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的值、即不到O. 0X10 —6/°C，则在从400°C到室温的冷却过程中，碳纤维强化碳复合材坩埚膨胀，所以在与石英玻璃坩埚之间发生空隙，能够更简单地拆下。另外，上述浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量优选的是200 600g/m2。在这样浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量不到200g/m2的情况下，纤维间的间隙变大，促进基质部的硅化，所以不优选。另一方面，在浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量超过600g/m2的情况下，碳纤维纺织布变厚，所以对应于规定厚度的层叠片数减少，通过发生向层叠的碳纤维纺织布间的基质部的应力集中而强度下降，所以并不优选。此外，在为较厚的纺织布的情况下，纤维的曲率变大，在制造时或使用时纤维容易折断，机械的强度下降，所以不优选。此外,上述碳纤维强化碳复合材料优选的是体积密度为1. 3g/cm3 1. 8g/cm3。在体积密度是1. 3g/cm3以下的情况下，由于组织较稀疏，所以氧化硅气体侵入到组织内部，促进消耗，所以并不优选。另一方面，在体积密度是1. 8g/cm3以上的情况下，由于组织较致密，所以热膨胀系数变高，难以使从室温升温到800°C时的平均线热膨胀系数成为石英玻璃的平均线热膨胀系数以下，所以并不优选。接着，基于图7说明碳纤维强化碳复合材坩埚的第2实施方式。该第2实施方式使用与第I实施方式相同的浙青类的碳纤维纺织布形成为将直体部21与底部22 —体化的坩埚20。另外，在第2实施方式中，将第I实施方式的衬垫13省略。关于图7所示的碳纤维坩埚20，基于图4、图5、图7 图9对制造工序进行说明。另外，第2实施方式的碳纤维坩埚20和第I实施方式的碳纤维强化碳复合材坩埚10基本上通过相同的制造工序制造，所以根据需要而使用第I实施方式的图进行说明。首先，如图5所示，准备坩埚成型用金属模14，在该金属模直体部14a上卷绕担持有热硬化性树脂(例如，酚醛树脂)与碳粉(例如，石墨粉)的混合粘接剂(未图示)的图4所示的碳纤维纺织布I (图9的步骤SI)。此外，碳纤维纺织布I的碳纤维的轴线方向(纵丝la、横丝Ib的轴线方向)为与相对于坩埚周向T平行方向正交的方向(坩埚的轴线方向)。此时，碳纤维纺织布I在与图5中用箭头表示的坩埚周向T平行方向上不伸长，此外在与坩埚周向T正交方向(坩埚的轴线方向)上也不伸长，但由于该金属模直体部14a的直径不变化，所以能够在金属模直体部14a上没有折皱地粘贴碳纤维纺织布I。在第2实施方式中，如图8所示，在坩埚成 型用金属模14的底部14b上担持上述混合粘接剂，将圆形的碳纤维纺织布2粘贴覆盖，形成底部(图9的步骤S2)。该圆形的碳纤维纺织布2是将碳纤维纺织布I的外形做成圆形形状的结构。并且，进行粘贴，以使得形成碳纤维坩埚20的直体部21的碳纤维纺织布I与形成底部22的碳纤维纺织布2的边界部分不重叠、此外不发生间隙。在该圆形的碳纤维纺织布2的粘贴中，能够一边将碳纤维纺织布2在与碳纤维的轴线方向等不同的方向上拉伸一边粘贴。由此，弯曲后的部分也不折皱而粘贴。并且，从粘贴的碳纤维纺织布1、2的上方担持上述混合粘接剂，如图8所示那样粘贴碳纤维纺织布3，以使其将由碳纤维纺织布I形成的直体部21 (成形模14的直体部14a)和由碳纤维纺织布2形成的弯曲部覆盖(图9的步骤S3)。此时，使碳纤维纺织布3的碳纤维的轴线方向相对于坩埚周向T倾斜。将这样的碳纤维纺织布1、2、3的粘贴工序如图8的剖视图所示那样反复进行多次(在图8中是3次)，层叠为规定的厚度(图9的步骤S4)。如果碳纤维纺织布1、2、3的粘贴(层叠)全部结束，则将最内层的碳纤维纺织布I的下端部IA (在坩埚使用时是上端部)向图8所示的箭头方向弯折，进行粘贴以使其覆盖坩埚端部，进行端部成形处理(图9的步骤 S5)。这样，如果得到坩埚型的预成形坯，则在粘贴在坩埚成型用金属模14的周围的状态下配置在真空炉内，在100°C 300°C的温度下进行热硬化(图9的步骤S6)。接着，将坩埚成型用金属模14拆下(图9的步骤S7)，将得到的成型体在惰性气体环境中在约1000°c的温度下进行碳化处理(图9的步骤S8)，然后，根据需要而含浸酚醛树脂或焦油浙青等，再次进行碳化处理。在碳化处理后，在2000°C以上的温度下加热，进行石墨化处理(图9的步骤S9)。并且，将通过石墨化得到的坩埚通常从1500°C加热到2500°C的温度，实施高纯度化处理，得到包括浙青类的碳纤维纺织布的碳纤维坩埚20 (图9的步骤S10)。这样形成的上述直体部的周向的平均线热膨胀系数、上述底部的周向、径向的平均线热膨胀系数在从室温升温到800°c时是0. 5 X 10 — 6/°C以下。特别是，在从室温到400°C的范围中是0. 0X10 —6/°C以下，在从室温到400°C的范围中热收缩。S卩，在从400°C冷却到室温时膨胀。另一方面，构成上述石英玻璃坩埚的石英玻璃的从常温到800°C的平均线热膨胀系数是0. 5 X 10 — V0C 0. 6 X 10 — 6/°C、在上述温度域中大致是一定，上述直体部、上述底部的平均线热膨胀系数具有与石英玻璃的平均线热膨胀系数近似或其以下的值。这样，坩埚的直体部由具有与石英玻璃的平均线热膨胀系数近似或其以下的较小的热膨胀系数的材料构成，所以在将石英玻璃坩埚及碳纤维坩埚冷却时，即使是两者在紧贴的状态下冷却的情况，石英玻璃坩埚也不会咬入(牢固地嵌合)到上述直体部中，能够将石英玻璃坩埚从碳纤维强化碳复合材坩埚容易地取出。特别是，如果上述直体部、上述底部的平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的值、即不到0.0X10 —6/°C，则在从400°C到室温的冷却过程中，碳纤维强化碳复合材坩埚膨胀，所以在与石英玻璃坩埚之间发生空隙，能够更简单地拆下。另外，在第2实施方式中，也与第I实施方式同样，上述浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量优选的是200 600g/m2。此外，上述碳纤维强化碳复合材料优选的是体积密度为1. 3g/cm3 1. 8g/cm3。[0106][实施例1]从市场上出售的拉伸弹性率780GPa的浙青类碳纤维织造单位面积重量为400g/m2的碳纤维纺织布，在其上担持石墨粉与酚醛树脂的混合粘接剂而得到预成型料。将其通过粘贴层叠到Φ 500mm的圆筒形状的金属模上，在150°C下硬化，得到了圆筒形状的成型体。将其填埋到碳粉内，在约1000°C下烧成后，在2100°C下进行2次烧成及高纯度化处理。得到的碳纤维强化碳复合材圆筒的体积密度是1. 55g/cm3，从室温升温到800°C时的平均线热膨胀系数是0.31X10 — 7°C。将得到的碳纤维强化碳复合材圆筒安装到由石墨材构成的承接皿上，做成坩埚。在这些碳纤维强化碳复合材坩埚中放入装满多晶硅的石英玻璃坩埚，在1550°C下进行5小时热处理而逐渐冷却，确认与石英玻璃坩埚的嵌合的状态。结果，能够将石英玻璃坩埚比较 容易地拆下。[实施例2]从市场上出售的拉伸弹性率780GPa的浙青类碳纤维织造单位面积重量为400g/m2的碳纤维纺织布，在其上担持石墨粉与酚醛树脂的混合粘接剂，得到预成型料。将其通过粘贴层叠到Φ 500mm的圆筒形状的金属模上，在150°C下硬化，得到圆筒形状的成型体。将其填埋到碳粉内，在约1000V下烧成，含浸酚醛树脂而再次烧成后，在2100°C下进行2次烧成及高纯度化处理。得到的碳纤维强化碳复合材圆筒的体积密度是1. 55g/cm3，从室温升温到800°C时的平均线热膨胀系数是O. 49 X 10 — 7°C。将得到的碳纤维强化碳复合材圆筒安装到由石墨材构成的承接皿上，做成坩埚。在这些碳纤维强化碳复合材坩埚中放入装满多晶硅的石英玻璃坩埚，在1550°C下进行5小时热处理而逐渐冷却，确认与石英玻璃坩埚的嵌合的状态。结果，能够将石英玻璃坩埚比较容易地拆下。[比较例I]除了使用的碳纤维是市场上出售的拉伸弹性率240GPa的PAN类碳纤维以外，都与实施例1同样，得到碳纤维强化碳复合材圆筒。体积密度是1. 44g/cm3,从室温升温到800°C时的平均线热膨胀系数是O. 81 X 10 — 7°C。与实施例1同样，将得到的碳纤维强化碳复合材圆筒安装到由石墨材构成的承接皿上，做成坩埚。在这些碳纤维强化碳复合材坩埚中放入装满多晶硅的石英玻璃坩埚，在1550°C下进行5小时热处理而逐渐冷却，确认与石英玻璃坩埚的嵌合的状态。结果，在上述圆筒中，石英坩埚咬入，较难拆下，如果想要拆下，则在碳纤维强化碳复合材圆筒上发生缺口或裂纹而破损。附图标记说明I (浙青类)碳纤维纺织布2 (浙青类)碳纤维纺织布(圆形碳纤维纺织布)3 (浙青类)碳纤维纺织布10浙青类碳纤维强化碳复合材坩埚(碳纤维坩埚)11直体部(圆筒部件)12 底部14坩埚成型用金属模[0124]20浙青类碳纤维强化碳复合材坩埚(碳纤维坩埚)21直体部22 底部。
权利要求1.一种碳纤维强化碳复合圆筒部件，是在将收容熔融材料的石英玻璃坩埚支承、保持的坩埚中使用的、由碳纤维强化碳复合材形成的碳纤维强化碳复合圆筒部件，其特征在于， 上述碳纤维强化碳复合材是包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材； 并且，从常温升温到800°C时的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。
2.如权利要求1所述的碳纤维强化碳复合圆筒部件，其特征在于，上述碳纤维强化碳复合材的从常温升温到800°C时的周向的平均线热膨胀系数是0. 5X 10 —6/°C以下。
3.如权利要求1或2所述的碳纤维强化碳复合圆筒部件，其特征在于，上述平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的系数，上述碳纤维强化碳复合材在从400°C到室温的冷却过程中热膨胀。
4.如权利要求1所述的碳纤维强化碳复合圆筒部件，其特征在于，上述浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量是200 600g/m2。
5.如权利要求1所述的碳纤维强化碳复合圆筒部件，其特征在于，碳纤维强化碳复合材的体积密度是1. 3g/cm3以上1. 8g/cm3以下。
6.一种碳纤维强化碳复合材坩埚，是为了将收容熔融材料的石英玻璃坩埚支承、保持而使用、具有底部和设在上述底部的上方的直体部的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于， 至少上述直体部由包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成，并且从常温升温到800°C时的直体部的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。
7.如权利要求6所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述底部通过包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的浙青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材与直体部一体地形成，并且从常温升温到800°C时的上述底部及直体部的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。
8.如权利要求6所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述底部由石墨材形成。
9.如权利要求6或7所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述碳纤维强化碳复合材的从常温升温到800°C时的周向的平均线热膨胀系数是0. 5X 10 —6/°C以下。
10.如权利要求6或7所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述直体部、上述底部的平均线热膨胀系数在从室温到400°C的范围中是负的系数，上述碳纤维强化碳复合材在从400°C到室温的冷却过程中热膨胀。
11.如权利要求6或7所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述浙青类碳纤维纺织布的单位面积重量是200 600g/m2。
12.如权利要求6或7所述的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，碳纤维强化碳复合材的体积密度是1. 3g/cm3以上1. 8g/cm3以下。
专利摘要提供一种能够抑制冷却时的石英玻璃坩埚的咬入、能够不将石英玻璃坩埚破坏而将石英玻璃坩埚容易地拆下、还能够抑制硅化的碳纤维强化碳复合圆筒部件及碳纤维强化碳复合材坩埚。一种为了将收容熔融材料的石英玻璃坩埚支承、保持而使用的、具有底部和设在上述底部的上方的直体部的碳纤维强化碳复合材坩埚，其特征在于，上述底部由石墨材形成，并且，上述直体部由包括使用拉伸弹性率400GPa以上900GPa以下的沥青类碳纤维的碳纤维纺织布的碳纤维强化碳复合材形成，并且从常温升温到800℃时的直体部的周向的平均线热膨胀系数是石英玻璃的平均线热膨胀系数以下。
文档编号C30B15/10GK202830218SQ201220224890
公开日2013年3月27日 申请日期2012年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者津岛荣树, 吉光大志, 森隆员 申请人:科发伦材料株式会社