碳复合构件的制作方法

本发明涉及碳复合构件。

背景技术：

石墨等碳材料的化学稳定性、耐热性、机械特性优异，因此被用于半导体制造、化学工业、机械、原子能等许多领域中。另外，由于石墨本身为多孔体，因此在细孔的内部容易吸附气体、水分、杂质等，由此细孔内部容易被污染。因此，已知有按照这些污染物质不会从细孔中再释放的方式来实施热解碳的涂布，由此减轻石墨的不良影响的技术。

热解碳可形成质地坚硬、气体不发生渗透且致密的膜，因此特别适合于高纯度的环境下的使用。另外，近年来，半导体制造装置大型化，装置用部件也大型化。此处，专利文献1中，以被覆有热解碳的大型石墨材料在处理时容易下落为课题，作为其对策，提出了一种碳复合构件，其在碳基材上形成热解碳层，进一步在其表面形成多个以碳系粉末作为核且在其周围使热解碳结晶生长而成的突起，由此实施防滑加工而防止下落，改善作业性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-222456号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，由于专利文献1所记载的碳复合构件形成有以碳系粉末作为核并使热解碳结晶生长而成的突起，因此在对碳复合构件施加冲击而使突起发生破损的情况下，裂纹容易到达作为核的碳系粉末。另外，由于碳系粉末被置于基材上，因此该裂纹贯穿热解碳层，成为泄漏的原因。

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种碳复合构件，其是在石墨基材上形成有热解碳层的碳复合构件，该构件具备防滑功能，并且即使施加冲击，裂纹也不容易贯穿热解碳层。

用于解决课题的手段

用于解决上述课题的本发明的碳复合构件如下所述。

(1)一种碳复合构件，其是在石墨基材上形成有热解碳层的碳复合构件，其特征在于，

在上述热解碳层的至少一部分表面形成有多个热解碳的团簇。

根据本发明的碳复合构件，在热解碳层的至少一部分表面形成有多个热解碳的团簇，由于该团簇的存在而在热解碳层的表面形成突起而成为粗糙面，因此具有高防滑效果。另外，由于热解碳的团簇仅附着于热解碳层的表面，因此即使团簇发生剥落，也不容易产生贯穿热解碳层的裂纹。

另外，本发明的碳复合构件即使在其使用时与其他构件固结，发生固结的也仅为热解碳层表面的热解碳的团簇，因此能够容易地与其他构件分离，对热解碳层的损害减小。

另外，本发明的碳复合构件优选为下述(2)～(5)的方式。

(2)上述团簇为通过cvd法得到的沉积物。

通过使热解碳的团簇为通过cvd法得到的沉积物，其与热解碳层为同质材料，因此不容易产生内部应力，不容易成为裂纹的发生源。

(3)上述团簇的最大径为10～50μm。

通过使热解碳的团簇的最大径为上述范围，碳复合构件的尺寸精度高，可良好地发挥出防止固结和防滑效果。

(4)上述热解碳层的表面的算术平均粗糙度ra为1～3μm。

通过使热解碳层的表面的算术表面粗糙度ra为上述范围，团簇不容易被埋没在热解碳层中，容易发挥出防止固结和防滑效果。另外，对碳复合构件的尺寸所带来的影响小，可以作为尺寸精度高的碳复合构件使用。

(5)上述热解碳层的厚度为5～200μm。

通过使热解碳层的厚度为5μm以上，能够充分覆盖作为多孔体的石墨基材的凹凸，能够确保气体的不渗透性。另外，通过使热解碳层的厚度为200μm以下，能够防止因石墨基材与热解碳层的热变形所致的翘曲或剥落。

发明的效果

根据本发明的碳复合构件，在热解碳层的至少一部分表面形成有多个热解碳的团簇，由于该团簇的存在而在热解碳层的表面形成突起而成为粗糙面，因此具有高防滑效果。另外，由于热解碳的团簇仅附着于热解碳层的表面，因此即使团簇发生剥落，也不容易产生贯穿热解碳层的裂纹。

另外，本发明的碳复合构件即使在其使用时与其他构件固结，发生固结的也仅为热解碳层表面的热解碳的团簇，因此能够容易地与其他构件分离，对热解碳层的损害小。

附图说明

图1是本发明的实施方式的碳复合构件的截面示意图。

图2是对实施例1中得到的碳复合构件的表面进行拍摄得到的扫描电子显微镜照片。

图3是对比较例1中得到的碳复合构件的表面进行拍摄得到的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的碳复合构件的截面示意图。本实施方式的碳复合构件1在石墨基材2上形成有热解碳层3，进一步在热解碳层3的至少一部分表面形成多个热解碳的团簇4、即以热解碳作为原料的颗粒的沉积物。

因此，本实施方式的碳复合构件1的最外表面由于热解碳的团簇4的存在而在热解碳层3的表面形成突起、成为粗糙面，因此具有高防滑效果。另外，由于热解碳的团簇4仅附着于热解碳层3的表面，因此即使团簇4发生剥落，也不容易产生贯穿热解碳层3的裂纹。

进而，本实施方式的碳复合构件1即使在其使用时与其他构件固结，固结的也仅为热解碳层3的表面的热解碳的团簇4，因此能够容易地与其他构件分离，对热解碳层3的损害小。

热解碳的团簇4优选为通过cvd法得到的沉积物。通过使热解碳的团簇4为通过cvd法得到的沉积物，其与热解碳层3为同质材料，因此不容易产生内部应力，不容易成为裂纹的发生源。

热解碳的团簇4的最大径优选为10～50μm。热解碳的团簇4的最大径为10μm以上时，该团簇4不容易埋没在热解碳层3中，容易发挥出防止固结和防滑效果。另一方面，热解碳的团簇4的最大径为50μm以下时，对碳复合构件1的尺寸所带来的影响小，可作为尺寸精度高的构件使用。

因此，通过使热解碳的团簇4的最大径为10～50μm，能够提供尺寸精度高、良好地发挥出防止固结和防滑效果的碳复合构件1。另外，为了更好地发挥出这些效果，热解碳的团簇4的最大径更优选为20～40μm。

需要说明的是，热解碳的团簇4的大小(尺寸)可以如下进行测定。

关于热解碳的团簇4的大小，可以直接测定附着于热解碳层3的表面的团簇4，在团簇的数目多、无法进行各个团簇4的判别的情况下，剥取团簇4来进行确认。在剥取团簇4来进行确认的情况下，可以固定于胶带的表面利用电子显微镜放大并测定尺寸。

将剥取的团簇4固定于胶带的表面来进行测定的情况下，可以使用导电性的双面胶带或进行金蒸镀等来确保试样的导电性，由此得到鲜明的图像。

另外，由于热解碳的团簇4以平板状生长，因此以面状附着在热解碳层3的表面。因此，剥取的热解碳的团簇4以面状附着在导电带的表面。于是，在测定热解碳的团簇4的尺寸的情况下，将最长的方向的尺寸、例如若为椭圆则将长径作为最大径。

接着，作为表示形成有多个热解碳的团簇4的状态、即该团簇4散布而成的状态的指标，可以由热解碳层3的表面的算术平均粗糙度ra来表示。本实施方式的碳复合构件1中，优选算术平均粗糙度ra＝1～3μm。

算术表面粗糙度ra为1μm以上时，团簇4不容易埋没在热解碳层3中，容易发挥出防止固结和防滑效果。另一方面，算术平均粗糙度ra为3μm以下时，对碳复合构件1的尺寸所带来的影响小，能够作为尺寸精度高的构件使用。

需要说明的是，算术平均粗糙度ra可以依据jisb0031进行测定。

另外，本实施方式中，在求得上述算术平均粗糙度ra时，设基准长度为0.5mm，基于在热解碳层3的表面的任意3处测定的算术平均粗糙度ra的平均值进行判断。

热解碳层3的厚度优选为5～200μm。热解碳层3的厚度为5μm以上时，能够充分覆盖作为多孔体的石墨基材2的凹凸，气体、水分、杂质等不容易被吸附到细孔内部，能够确保这些气体或杂质的不渗透性。另一方面，热解碳层3的厚度为200μm以下时，能够防止因热解碳层3的热变形所致的翘曲、剥落。

为了更好地发挥这些效果，热解碳层3的厚度更优选为10～100μm、进一步优选为20～50μm。

需要说明的是，热解碳层3的厚度可以使用偏光显微镜、扫描电子显微镜等根据与标准刻度(標準スケール)的比较来进行测定。在扫描电子显微镜等中标准刻度已经被显示的情况下，可以使用其计算出厚度。

需要说明的是，作为本实施方式的碳复合构件1中的石墨基材2，优选为各向同性石墨材料。各向同性石墨中，特性的各向异性小，因此其与热解碳层3的热膨胀系数之差因位置、方向所致的差异小，能够使其不容易剥落。

接着，本实施方式的碳复合构件1例如可以如下得到。

首先准备目的形状的石墨基材2。在石墨基材2上形成热解碳层3时，厚度相应地增大，因此优选与作为碳复合构件1的最终厚度、或者所形成的热解碳层3的厚度相应地进行减薄加工。另外，为了提高与热解碳层3的密合性，可以将石墨基材2的表面加工成粗糙面。

之后，将石墨基材2置于cvd炉中，升高至成膜温度，然后导入原料气体。成膜温度没有特别限定，例如可以为800～2000℃。用于得到热解碳层3的原料气体只要为烃就没有特别限定。例如可以使用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等烷烃、乙烯、丙烯等烯烃、乙炔等炔、以及苯、甲苯等芳香族系的原料气体。

之后保持成膜温度，以一定时间导入原料气体，由此在石墨基材2的表面进行热解碳层3的成膜。需要说明的是，作为载气，可以使用ar等惰性气体。

接着，在热解碳层3达到了规定厚度的阶段，在该热解碳层3的表面生成热解碳的团簇4。热解碳的团簇4是通过使在空中生成的热解碳的颗粒(细块)沉降并堆积(即沉积)在热解碳层3的表面而生成的。

该团簇4的生成方法没有特别限定，例如可以通过升高cvd炉内的压力、升高温度、或者提高烃的分压使热解反应的平衡暂时崩溃而促进热解，在空中生成热解碳的颗粒，使它们发生沉积，由此在热解碳层3的表面形成多个热解碳的团簇4。

另外，由于热解碳的颗粒不仅在热解碳层3的上部空间产生，而且在下落至热解碳层3的表面后仍可生长，因此热解碳的颗粒在沉积于热解碳层3的表面的同时与热解碳层3一体化。即，热解碳层3与在其表面形成的热解碳的团簇4进行一体化。

作为用于生成该热解碳的颗粒并使其沉积的条件的一例，可以举出使cvd炉内的压力为10～10000pa、温度为800～2000℃。

另外，为了使更多的热解碳的颗粒沉积在热解碳层3的表面，在cvd炉中使热解碳层3的上部空间变宽。上部空间变宽时，所生成的热解碳的颗粒的量增多，能够使更多的热解碳的颗粒沉积在热解碳层3的表面并一体化。

进而，通过对石墨基材2施加电荷、或者使石墨基材2在cvd炉内翻转，不仅在热解碳层3的上表面、而且在石墨基材2的侧面和下表面也可形成热解碳层3，还能够使团簇4散布。

像这样得到的附着在热解碳层3的表面并一体化的团簇4是在热解碳层3的成膜的最后进行附着的，因此热解碳层3的结晶方向的紊乱仅限定于表面，不会对内部的结构带来很大影响。因此，即使施加热解碳的团簇4发生剥离的力，热解碳层3所受到的损害也很小，能够确保基于热解碳层3的气密性，防止气体或杂质针对石墨基材2的吸附和放出。

以下为了明确本发明的碳复合构件的特征，举出实施例和比较例进一步进行说明。

(实施例1)

将各向同性石墨材料加工成50×50×5mm的尺寸，作为石墨基材。将所得到的石墨基材置于cvd炉内，一边利用真空泵减压一边加热至1200℃以上，供给由烃形成的原料气体使cvd炉内的气体压达到1kpa以下，开始热解碳层的形成。

接着，在达到了热解碳层的厚度生长至20μm的时间的时刻，骤然停止原料气体的供给。

需要说明的是，在将原料气体向炉内供给的时刻，由于是从高压储瓶中向减压炉内供给，因此具有剧烈地夺取热并发生膨胀而将炉内冷却的作用。因此，在骤然停止原料气体的供给时，冷却能力降低，在减压下，热容量小的炉内气氛暂时被加热而成为容易产生形成突起的团簇的环境。暂时产生的团簇沉积在热解碳层上。

这样，在空中形成的热解碳的颗粒沉积在了热解碳层的表面。需要说明的是，这样的稀薄的气氛气体的瞬间温度变动的有无难以利用热电偶放射温度计进行检测，而可以通过有无生成热解碳的团簇来进行确认。

将这样得到的碳复合构件的表面利用扫描电子显微镜(sem)确认。将所拍摄的扫描电子显微镜照片(倍率：500倍)示于图2。图2中，图中的细块为热解碳的团簇，可知在图中观察为大径的半球状的热解碳层的表面散布地形成有多个热解碳的团簇。另外可知，该热解碳的颗粒在上述清洗中未被除去，而与热解碳层一体化。另外，由该照片(参照左下的刻度)读取出该团簇的最大径落入10～50μm的范围。

进一步使用依据jisb0031的表面粗糙度计，对热解碳层的表面的任意3处进行算术平均粗糙度ra测定，结果分别为1.438μm、1.642μm、1.770μm，其平均值为1.62μm。

将该碳复合构件套上由乳胶形成的防尘手套，确认到了表面的摩擦，能够确认即使施加很强的力也能够充分保持。

(比较例1)

与实施例1同样地形成碳复合构件。但是，在热解碳层形成后，用时10分钟缓慢地缩减原料气体的供给。因此认为，因原料气体的供给停止所致的急剧的温度上升被平均化，未引起团簇的生成。

利用扫描电子显微镜(sem)对这样得到的碳复合构件的表面进行确认。将所拍摄的扫描电子显微镜照片(倍率：500倍)示于图3。图3中，碳复合构件的表面显示为从基材侧的核呈扇状生长的平滑的生长面，未观察到热解碳的团簇。

进一步使用依据jisb0031的表面粗糙度计，对热解碳层的表面的任意3处进行算术平均粗糙度ra测定，结果分别为0.795μm、1.049μm、0.753μm，其平均值为0.87μm。

将该碳复合构件套上由乳胶形成的防尘手套，抓住形成有热解碳层的面并提起，确认到仅利用表面的摩擦力时容易打滑，若施加较强的力则无法充分保持。

需要说明的是，本发明并不限于上述的实施方式，可以适宜地进行变形、改良等。此外，只要能够实现本发明，则上述实施方式中的各构成要素的材质、形状、尺寸、数值、形态、数目、配置位置等是任意的，并无限定。

工业实用性

本发明的碳复合构件具备防滑功能，因此即使制成大型的装置用部件也不容易下落，处理性良好，进而即使施加冲击，裂纹也不容易贯穿热解碳覆膜，因此在半导体制造、化学工业、机械、原子能等许多领域中是有效的。

符号的说明

1碳复合构件

2石墨基材

3热解碳层

4团簇