可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法
【課題】可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法を提供する。
【解決手段】カーボンルツボの中敷は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ及び不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、さらに線対称形状である膨張黒鉛シートを用いた可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。また、前記膨張黒鉛シートは非線対称形状のものであってもよい。さらに、カーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、線対称形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にする方法である。
【解決手段】カーボンルツボの中敷は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ及び不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、さらに線対称形状である膨張黒鉛シートを用いた可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。また、前記膨張黒鉛シートは非線対称形状のものであってもよい。さらに、カーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、線対称形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にする方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、膨張黒鉛シートは、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等を硫酸、硝酸等の混合溶液で処理し、水洗、乾燥後、膨張炉で約１０００℃に膨張化処理させ、これをロール等で圧延によりシート化されている。膨張黒鉛シートは、耐熱性に優れ、気液不浸透性に優れているのでパッキン、バルブシート、ガスケット、燃料電池用セパレーター等に使用されている。
【０００３】
また、この膨張黒鉛シートを２０００℃以上のハロゲンガス雰囲気下で高純度化処理し、不純物の含有量が１５ｐｐｍ以下の高純度膨張黒鉛シートを得ることが特許文献１に開示されており、このものは半導体製造工程でも使用されている。
【０００４】
以下、半導体製造工程で使用される高純度膨張黒鉛シートを例にとって説明する。代表的な単結晶引き上げ方法であるチョクラルスキー（以下、ＣＺという。）法にも高純度膨張黒鉛シートが使用されている。ＣＺ装置の要部断面を図１に示す。ＣＺ装置は、石英ルツボ１を支持するカーボンルツボ５、ヒーター２、アッパーリング６、インナーシールド７等の部品によって構成されている。ＣＺ装置では、石英ルツボ１内に充填した多結晶シリコンを高温に加熱してシリコン融液３とし、この原料融液３にシードチャックの先端を接触させて引き上げながら単結晶シリコン４を引き上げしている。
【０００５】
図１に示すように、黒鉛あるいは炭素繊維強化炭素複合材料で構成されたカーボンルツボ（以下、カーボンルツボと総称する。）５は石英ルツボ１と直に接触しているので、石英ルツボ１とカーボンルツボ５との反応、あるいはシリコン蒸気と黒鉛ルツボとの反応によりカーボンルツボ５の表面が徐々に炭化ケイ素（以下、ＳｉＣという。）化し、カーボンとＳｉＣの熱膨張係数の違いによりカーボンルツボに割れ等が発生する。また、石英ルツボ１がカーボンルツボ５に固着し、石英ルツボ５の取り出しが困難になる。
【０００６】
このような問題を解決するための一手段として、石英ルツボ１とカーボンルツボ５の間に高純度膨張黒鉛シートを中敷として介装することが特許文献２に開示されている。
【０００７】
通常、膨張黒鉛シートの純度を向上させるために高純度化処理を行うと、膨張黒鉛シートが有する可撓性を損なってしまうため、可撓性を必要とする部材として使用できない。このため、可撓性を回復させるために圧縮成形することが特許文献１に開示されているが、圧縮成形による高純度膨張黒鉛シートの純度低下、可撓性が十分に回復していない高純度膨張黒鉛シートをカッター等で複雑な形状に加工する場合、シートの端部等に割れ、欠けが発生するという問題もある。
【０００８】
また、カーボンルツボ５の内面をすべて膨張黒鉛シートで覆ってしまうと、石英ルツボ１の加熱効率が低下する。したがって、近年では中敷の形状を様々な複雑な形状に加工して石英ルツボの加熱効率を向上できるようにするケースが増加している。また、中敷は、基本的に１回の単結晶製造で１枚消費するので、量産性に優れた高純度膨張黒鉛シートの製造方法を提供することも重要である。
【０００９】
【特許文献１】特許第２６２０６０６号公報
【特許文献２】特許第２５２８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は可撓性を有し且つ高純度の膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、それに加えて量産性に優れたカーボンルツボの中敷の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を加えた結果、かさ密度がある一定の範囲にある膨張黒鉛シートを高純度化処理すると、高純度処理後も可撓性を殆ど損なわない高純度膨張黒鉛シートを得られることを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、（１）本発明に係るカーボンルツボの中敷は、膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、前記膨張黒鉛シートが、線対称形状である可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。特に、前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円径部の中心に対して９０度間隔で設けられている帯形状部とを有するもの、楕円形、星型又は菊花御紋であることが好ましい。
【００１２】
（２） 別の観点として、本発明に係るカーボンルツボの中敷は、膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、前記膨張黒鉛シートが、非線対称形状である可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。特に、前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円形部の中心に対して１２０度間隔で設けられている略湾曲した帯形状部とを有するものであることが好ましい。
【００１３】
上記（１）、（２）において、高純度膨張黒鉛シートは、例えば鱗片状黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等をフィラーとし、濃硫酸あるいは濃硝酸等を加えた混酸に浸漬して酸化処理を施し、水洗、乾燥後、加熱膨張化処理して膨張化黒鉛とし、これをプレスまたはロールで圧縮成形してかさ密度がおよそ０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3となるように調整する必要がある。かさ密度が０．７ｇ／ｃｍ3よりも低い膨張黒鉛シートは高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上にできないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ3よりも高い膨張黒鉛シートは高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。その中でも、かさ密度が０．８〜１．３ｇ／ｃｍ3、特に好ましくは、かさ密度が０．９〜１．３ｇ／ｃｍ3に調整した膨張黒鉛シートを高純度化処理する。高純度化処理の方法自体は公知の方法が例示でき、たとえばハロゲンガス雰囲気下２０００℃以上に加熱して膨張黒鉛シート中の金属を蒸気圧の高いハロゲン化金属化合物にして蒸発・揮散させることで不純物含有量が１０ｐｐｍ以下で且つ可撓性が１０回以上の可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを得ることができる。膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等である。なお、可撓性の測定装置は図４に概略を示す。試料となる１０×１００（ｍｍ）の高純度膨張黒鉛シート２１の先端に５０ｇの錘２２をつけ、直径６ｍｍの曲げ体２４で折り曲げ、その回数を数えた。この折り曲げ回数を縦方向の可撓性とした。また、膨張黒鉛シートは、高純度処理前に、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３、シート１枚あたりの厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを積層して所望する形状に加工すると、高純度化処理後も可撓性を損なわない。
【００１４】
（１）及び（２）は、上記可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートをカーボンルツボの中敷として使用するものである。すなわち、可撓性を有し不純物含有量が少ない高純度膨張黒鉛シートをカーボンルツボの中敷として使用するので石英ルツボのすわりが良く、一酸
化珪素ガスが侵入するのを抑制できるので、カーボンルツボの炭化珪素化が抑制でき高価なカーボンルツボの寿命が向上するのである。また、カーボンルツボの内面をすべて膨張黒鉛シートで覆ってしまうものでないので、石英ルツボの加熱効率が低下することを抑制することができる。さらに、上記（１）又は（２）に記載の様々な複雑な形状に加工することによって、石英ルツボの加熱効率を向上させることができる。
【００１５】
（３） 本発明に係るカーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、上記（１）又は（２）に記載の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にすることを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法である。膨張黒鉛シートの厚みが０．７ｇ／ｃｍ3以下であると前述したように高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上とすることができないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ3よりも高い膨張黒鉛シートを高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。さらに、高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍとすることが好ましい。高純度化処理する前の膨張黒鉛シートの厚みが０．２ｍｍよりも薄いと高純度化処理後の可撓性や強度の低下が著しく、割れ等が発生しやすくなる。膨張黒鉛シートの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと高純度化処理により十分に不純物を低減させることができない。高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは０．３〜０．９ｍｍとすることがさらに好ましく、０．５〜０．８ｍｍの膨張黒鉛シートを高純度化処理することが特に好ましい。なお、（１）又は（２）に記載の形状というのは、例えば図２に示すような形状や、楕円、星型、菊花御紋等の線対称形状や、線対称でない形状等が例示できる。
【００１６】
（４） 本発明に係るカーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを複数枚積層した積層体を、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工およびウォータージェット加工から選ばれる１種類で、１回の加工で上記（１）又は（２）に記載の形状に加工した後に高純度化処理することを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法である。膨張黒鉛シートを複数枚重ね、上述した加工方法で１回で加工することによって、上記（１）又は（２）に記載の同一形状で且つ複雑な形状の膨張黒鉛シートの量産性を向上できるので好ましい。また、中敷は、基本的に１回の単結晶製造で１枚消費するので、量産性に優れた高純度膨張黒鉛シートの製造方法を提供することができる。なお、１枚あたりの膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを積層することが好ましい。膨張黒鉛シートの１枚あたりの厚みが０．２ｍｍよりも低いと膨張黒鉛シートの可撓性や強度が得られず、割れ等が発生しやすくなる。また、１枚あたりの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと、高純度化処理によって十分に不純物を低減させることができないので好ましくない。また、高純度化処理を行う前の膨張黒鉛シートのかさ密度は、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3とすることが好ましい。
【００１７】
さらに、膨張黒鉛シートの加工方法が、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工から選ばれる一種類であることを特徴とするものである。なお、量産性を考慮すると、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工が時間を短縮でき、しかも膨張黒鉛シートの純度を低下させる恐れが少なく、しかも量産性に優れるので好ましい。ここで、積層してウォータージェット等により加工することで加工の作業時間を従来の１／１０以下に短縮でき、不純物含有量も１／１０以下に低減させることができる。したがって、半導体関連産業であるＣＺ装置やＣＶＤ化炉等高い純度が要求され且つ可撓性が要求されるカーボンルツボの中敷、原子力産業関連用途で可撓性に加えて高純度であることが要求される炉内部品として有用である。さらに付け加えると、トムソン型等で打ち抜き加工を行った場合には、膨張黒鉛シートの加工面（切断面）に付着した加工粉を除去するため水、アルコール等に浸漬して超音波洗浄を行って加工粉を除去し、乾燥して水分を蒸発させた後に高純度化処理を行うことが好ましい。
【実施例】
【００１８】
本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×１０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２０】
（実施例２）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２１】
（実施例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２２】
（実施例４）
実施例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２３】
（実施例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２４】
（実施例６）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスで５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２５】
（実施例７）
実施例１で使用したものと同じ材質同じ寸法の膨張黒鉛シートを１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２６】
（実施例８）
実施例１で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２７】
（実施例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２８】
（実施例１０）
実施例３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃に加熱し１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２９】
（実施例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３０】
（実施例１２）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォ一タージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３１】
（実施例１３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、寸法：１０００×１０００×０．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３２】
（実施例１４）
実施例１３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用い５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３３】
（実施例１５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間
保持して高純度化処理を行った。
【００３４】
（実施例１６）
実施例１５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３５】
（実施例１７）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化
処理を行った。
【００３６】
（実施例１８）
実施例１７で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し高純度化処理を行った。
【００３７】
（実施例１９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、寸法：１０００×１０００×１．０（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３８】
（実施例２０）
実施例１９で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３９】
（実施例２１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このものをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にシートをウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４０】
（実施例２２）
実施例２１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４１】
（実施例２３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４２】
（実施例２４）
実施例２３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４３】
（実施例２５）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。加工に要する時間は５分間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分問乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４４】
（比較例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×ｌ０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４５】
（比較例２）
比較例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４６】
（比較例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１０、寸法：１０００×１０００×０．１（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４７】
（比較例４）
比較例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４８】
（比較例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１２０、寸法：１０００×１０００×１．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４９】
（比較例６）
比較例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００５０】
（比較例７）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体を人手によりカッターで図２に示す形状に加工した。加工に要する時間は１時間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分問行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分間乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５１】
（比較例８）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５２】
（比較例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５３】
（比較例１０）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５４】
（比較例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６９／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５５】
上記実施例１乃至２５、比較例１乃至１１について、膨張黒鉛シートのかさ密度、シートの厚み、積層枚数、加工方法、縦方向の可撓性、高純度化後の純度を表１にまとめた。なお、膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等であった。
【００５６】
また、高純度化処理後の膨張黒鉛シートの不純物含有量は、磁性ルツボに高純度膨張黒鉛シート１５ｇ以上を秤量しこれを電気炉に入れ、８５０℃で４８時間加熱し、加熱前の質量と加熱後の質量から不純物量を測定した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１から明らかなように、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3、シート１枚あたりの厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートであれば、高純度処理後も可撓性の低下が少なく、純度が低下することも防止できることがわかる。
【００５９】
上記実施例２５と比較例３で製作した高純度膨張黒鉛シートをＣＺ装置の中敷として使用しシリコン単結晶の引き上げ実験を実施した。その結果、実施例２５で製作した中敷を使用した場合は、比較例３で製作した中敷を使用した場合に比べてカーボンルツボの黄色に変色し炭化珪素化された部分の面積は少ないことが目視確認できた。これは、比較例３の高純度膨張黒鉛シートが可撓性を有さずシートに割れが発生したためである。
【００６０】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】結晶引き上げ装置の断面模式図である。
【図２】単結晶引き上げ装置の中敷として使用される高純度膨張黒鉛シートの加工の一例を示す図である。
【図３】単結晶引き上げ装置の中敷として使用される高純度膨張黒鉛シートの他の加工一例を示す図である。
【図４】可撓性測定装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 石英ルツボ
２ ヒーター
３ シリコン融液
４ シリコン単結晶
５ カーボンルツボ
６ アッパーリング
７ インナーシールド
８ ロアーリング
９ ボトムヒーター
１０ ヒートインシュレーター
１１ スピルトレー
２１ 試料（高純度膨張黒鉛シート）
２２ 錘
２３ 曲げ方向
２４ 曲げ体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、膨張黒鉛シートは、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等を硫酸、硝酸等の混合溶液で処理し、水洗、乾燥後、膨張炉で約１０００℃に膨張化処理させ、これをロール等で圧延によりシート化されている。膨張黒鉛シートは、耐熱性に優れ、気液不浸透性に優れているのでパッキン、バルブシート、ガスケット、燃料電池用セパレーター等に使用されている。
【０００３】
また、この膨張黒鉛シートを２０００℃以上のハロゲンガス雰囲気下で高純度化処理し、不純物の含有量が１５ｐｐｍ以下の高純度膨張黒鉛シートを得ることが特許文献１に開示されており、このものは半導体製造工程でも使用されている。
【０００４】
以下、半導体製造工程で使用される高純度膨張黒鉛シートを例にとって説明する。代表的な単結晶引き上げ方法であるチョクラルスキー（以下、ＣＺという。）法にも高純度膨張黒鉛シートが使用されている。ＣＺ装置の要部断面を図１に示す。ＣＺ装置は、石英ルツボ１を支持するカーボンルツボ５、ヒーター２、アッパーリング６、インナーシールド７等の部品によって構成されている。ＣＺ装置では、石英ルツボ１内に充填した多結晶シリコンを高温に加熱してシリコン融液３とし、この原料融液３にシードチャックの先端を接触させて引き上げながら単結晶シリコン４を引き上げしている。
【０００５】
図１に示すように、黒鉛あるいは炭素繊維強化炭素複合材料で構成されたカーボンルツボ（以下、カーボンルツボと総称する。）５は石英ルツボ１と直に接触しているので、石英ルツボ１とカーボンルツボ５との反応、あるいはシリコン蒸気と黒鉛ルツボとの反応によりカーボンルツボ５の表面が徐々に炭化ケイ素（以下、ＳｉＣという。）化し、カーボンとＳｉＣの熱膨張係数の違いによりカーボンルツボに割れ等が発生する。また、石英ルツボ１がカーボンルツボ５に固着し、石英ルツボ５の取り出しが困難になる。
【０００６】
このような問題を解決するための一手段として、石英ルツボ１とカーボンルツボ５の間に高純度膨張黒鉛シートを中敷として介装することが特許文献２に開示されている。
【０００７】
通常、膨張黒鉛シートの純度を向上させるために高純度化処理を行うと、膨張黒鉛シートが有する可撓性を損なってしまうため、可撓性を必要とする部材として使用できない。このため、可撓性を回復させるために圧縮成形することが特許文献１に開示されているが、圧縮成形による高純度膨張黒鉛シートの純度低下、可撓性が十分に回復していない高純度膨張黒鉛シートをカッター等で複雑な形状に加工する場合、シートの端部等に割れ、欠けが発生するという問題もある。
【０００８】
また、カーボンルツボ５の内面をすべて膨張黒鉛シートで覆ってしまうと、石英ルツボ１の加熱効率が低下する。したがって、近年では中敷の形状を様々な複雑な形状に加工して石英ルツボの加熱効率を向上できるようにするケースが増加している。また、中敷は、基本的に１回の単結晶製造で１枚消費するので、量産性に優れた高純度膨張黒鉛シートの製造方法を提供することも重要である。
【０００９】
【特許文献１】特許第２６２０６０６号公報
【特許文献２】特許第２５２８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は可撓性を有し且つ高純度の膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、それに加えて量産性に優れたカーボンルツボの中敷の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を加えた結果、かさ密度がある一定の範囲にある膨張黒鉛シートを高純度化処理すると、高純度処理後も可撓性を殆ど損なわない高純度膨張黒鉛シートを得られることを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、（１）本発明に係るカーボンルツボの中敷は、膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、前記膨張黒鉛シートが、線対称形状である可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。特に、前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円径部の中心に対して９０度間隔で設けられている帯形状部とを有するもの、楕円形、星型又は菊花御紋であることが好ましい。
【００１２】
（２） 別の観点として、本発明に係るカーボンルツボの中敷は、膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、前記膨張黒鉛シートが、非線対称形状である可撓性を有するカーボンルツボの中敷である。特に、前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円形部の中心に対して１２０度間隔で設けられている略湾曲した帯形状部とを有するものであることが好ましい。
【００１３】
上記（１）、（２）において、高純度膨張黒鉛シートは、例えば鱗片状黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等をフィラーとし、濃硫酸あるいは濃硝酸等を加えた混酸に浸漬して酸化処理を施し、水洗、乾燥後、加熱膨張化処理して膨張化黒鉛とし、これをプレスまたはロールで圧縮成形してかさ密度がおよそ０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3となるように調整する必要がある。かさ密度が０．７ｇ／ｃｍ3よりも低い膨張黒鉛シートは高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上にできないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ3よりも高い膨張黒鉛シートは高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。その中でも、かさ密度が０．８〜１．３ｇ／ｃｍ3、特に好ましくは、かさ密度が０．９〜１．３ｇ／ｃｍ3に調整した膨張黒鉛シートを高純度化処理する。高純度化処理の方法自体は公知の方法が例示でき、たとえばハロゲンガス雰囲気下２０００℃以上に加熱して膨張黒鉛シート中の金属を蒸気圧の高いハロゲン化金属化合物にして蒸発・揮散させることで不純物含有量が１０ｐｐｍ以下で且つ可撓性が１０回以上の可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを得ることができる。膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等である。なお、可撓性の測定装置は図４に概略を示す。試料となる１０×１００（ｍｍ）の高純度膨張黒鉛シート２１の先端に５０ｇの錘２２をつけ、直径６ｍｍの曲げ体２４で折り曲げ、その回数を数えた。この折り曲げ回数を縦方向の可撓性とした。また、膨張黒鉛シートは、高純度処理前に、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３、シート１枚あたりの厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを積層して所望する形状に加工すると、高純度化処理後も可撓性を損なわない。
【００１４】
（１）及び（２）は、上記可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートをカーボンルツボの中敷として使用するものである。すなわち、可撓性を有し不純物含有量が少ない高純度膨張黒鉛シートをカーボンルツボの中敷として使用するので石英ルツボのすわりが良く、一酸
化珪素ガスが侵入するのを抑制できるので、カーボンルツボの炭化珪素化が抑制でき高価なカーボンルツボの寿命が向上するのである。また、カーボンルツボの内面をすべて膨張黒鉛シートで覆ってしまうものでないので、石英ルツボの加熱効率が低下することを抑制することができる。さらに、上記（１）又は（２）に記載の様々な複雑な形状に加工することによって、石英ルツボの加熱効率を向上させることができる。
【００１５】
（３） 本発明に係るカーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、上記（１）又は（２）に記載の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にすることを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法である。膨張黒鉛シートの厚みが０．７ｇ／ｃｍ3以下であると前述したように高純度化処理を行っても可撓性を１０回以上とすることができないので好ましくない。また、かさ密度が１．３ｇ／ｃｍ3よりも高い膨張黒鉛シートを高純度化処理してもその中に含まれる不純物を１０ｐｐｍ以下にできないので好ましくない。さらに、高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍとすることが好ましい。高純度化処理する前の膨張黒鉛シートの厚みが０．２ｍｍよりも薄いと高純度化処理後の可撓性や強度の低下が著しく、割れ等が発生しやすくなる。膨張黒鉛シートの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと高純度化処理により十分に不純物を低減させることができない。高純度化処理する膨張黒鉛シートの厚みは０．３〜０．９ｍｍとすることがさらに好ましく、０．５〜０．８ｍｍの膨張黒鉛シートを高純度化処理することが特に好ましい。なお、（１）又は（２）に記載の形状というのは、例えば図２に示すような形状や、楕円、星型、菊花御紋等の線対称形状や、線対称でない形状等が例示できる。
【００１６】
（４） 本発明に係るカーボンルツボの中敷の製造方法は、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを複数枚積層した積層体を、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工およびウォータージェット加工から選ばれる１種類で、１回の加工で上記（１）又は（２）に記載の形状に加工した後に高純度化処理することを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法である。膨張黒鉛シートを複数枚重ね、上述した加工方法で１回で加工することによって、上記（１）又は（２）に記載の同一形状で且つ複雑な形状の膨張黒鉛シートの量産性を向上できるので好ましい。また、中敷は、基本的に１回の単結晶製造で１枚消費するので、量産性に優れた高純度膨張黒鉛シートの製造方法を提供することができる。なお、１枚あたりの膨張黒鉛シートの厚みは、０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを積層することが好ましい。膨張黒鉛シートの１枚あたりの厚みが０．２ｍｍよりも低いと膨張黒鉛シートの可撓性や強度が得られず、割れ等が発生しやすくなる。また、１枚あたりの厚みが１．０ｍｍよりも厚いと、高純度化処理によって十分に不純物を低減させることができないので好ましくない。また、高純度化処理を行う前の膨張黒鉛シートのかさ密度は、０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3とすることが好ましい。
【００１７】
さらに、膨張黒鉛シートの加工方法が、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工から選ばれる一種類であることを特徴とするものである。なお、量産性を考慮すると、トムソン型による打ち抜き加工、ウォータージェット加工が時間を短縮でき、しかも膨張黒鉛シートの純度を低下させる恐れが少なく、しかも量産性に優れるので好ましい。ここで、積層してウォータージェット等により加工することで加工の作業時間を従来の１／１０以下に短縮でき、不純物含有量も１／１０以下に低減させることができる。したがって、半導体関連産業であるＣＺ装置やＣＶＤ化炉等高い純度が要求され且つ可撓性が要求されるカーボンルツボの中敷、原子力産業関連用途で可撓性に加えて高純度であることが要求される炉内部品として有用である。さらに付け加えると、トムソン型等で打ち抜き加工を行った場合には、膨張黒鉛シートの加工面（切断面）に付着した加工粉を除去するため水、アルコール等に浸漬して超音波洗浄を行って加工粉を除去し、乾燥して水分を蒸発させた後に高純度化処理を行うことが好ましい。
【実施例】
【００１８】
本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×１０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２０】
（実施例２）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２１】
（実施例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２２】
（実施例４）
実施例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２３】
（実施例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２４】
（実施例６）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスで５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２５】
（実施例７）
実施例１で使用したものと同じ材質同じ寸法の膨張黒鉛シートを１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２６】
（実施例８）
実施例１で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２７】
（実施例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２８】
（実施例１０）
実施例３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃に加熱し１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００２９】
（実施例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、厚さ０．４ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３０】
（実施例１２）
実施例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォ一タージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３１】
（実施例１３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、寸法：１０００×１０００×０．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３２】
（実施例１４）
実施例１３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用い５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３３】
（実施例１５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間
保持して高純度化処理を行った。
【００３４】
（実施例１６）
実施例１５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３５】
（実施例１７）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−２０、厚さ０．２ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化
処理を行った。
【００３６】
（実施例１８）
実施例１７で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し高純度化処理を行った。
【００３７】
（実施例１９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、寸法：１０００×１０００×１．０（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３８】
（実施例２０）
実施例１９で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００３９】
（実施例２１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度１．０ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このものをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にシートをウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４０】
（実施例２２）
実施例２１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を、ノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４１】
（実施例２３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１００、厚さ１．０ｍｍ、かさ密度０．７ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４２】
（実施例２４）
実施例２３で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４３】
（実施例２５）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。加工に要する時間は５分間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分間行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分問乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４４】
（比較例１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−５０、寸法：１０００×ｌ０００×０．５（ｍｍ）、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４５】
（比較例２）
比較例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４６】
（比較例３）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１０、寸法：１０００×１０００×０．１（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４７】
（比較例４）
比較例３で使用したのと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４８】
（比較例５）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−１２０、寸法：１０００×１０００×１．２（ｍｍ）、かさ密度１．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートを油圧プレスを用いて１０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００４９】
（比較例６）
比較例５で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体を油圧プレスを用いて５０ＭＰａの圧力でトムソン型を用いて図２に示す形状に打ち抜き加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持して高純度化処理を行った。
【００５０】
（比較例７）
実施例１で使用したものと同じ材質、同じ寸法の膨張黒鉛シート５枚を積層した積層体を準備した。この積層体を人手によりカッターで図２に示す形状に加工した。加工に要する時間は１時間であった。その後、４３ｋＨｚで超音波洗浄を３分問行って膨張黒鉛シートの切断粉を除去した後、１００℃で３０分間乾燥して水分を蒸発させた。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５１】
（比較例８）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で、図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５２】
（比較例９）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．３ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５３】
（比較例１０）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１０枚を積層した積層体を準備した。この積層体をノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ，３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５４】
（比較例１１）
東洋炭素（株）製膨張黒鉛シート（グレード名：ＰＦ−４０、寸法：１０００×１０００×０．４（ｍｍ）、かさ密度０．６９／ｃｍ3、灰分０．２ｍａｓｓ％）１枚を準備した。このシートをノズルの噴射孔の直径０．１ｍｍ、３０００ｋｇ／ｃｍ2の水圧で図２に示す形状にウォータージェット加工した。その後、塩素ガスを供給しながら２０００℃で１０時間保持し、高純度化処理を行った。
【００５５】
上記実施例１乃至２５、比較例１乃至１１について、膨張黒鉛シートのかさ密度、シートの厚み、積層枚数、加工方法、縦方向の可撓性、高純度化後の純度を表１にまとめた。なお、膨張黒鉛シートを高純度化処理することによってかさ密度やシートの厚みは殆ど変化せず高純度化処理前後で同等であった。
【００５６】
また、高純度化処理後の膨張黒鉛シートの不純物含有量は、磁性ルツボに高純度膨張黒鉛シート１５ｇ以上を秤量しこれを電気炉に入れ、８５０℃で４８時間加熱し、加熱前の質量と加熱後の質量から不純物量を測定した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１から明らかなように、かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ3、シート１枚あたりの厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートであれば、高純度処理後も可撓性の低下が少なく、純度が低下することも防止できることがわかる。
【００５９】
上記実施例２５と比較例３で製作した高純度膨張黒鉛シートをＣＺ装置の中敷として使用しシリコン単結晶の引き上げ実験を実施した。その結果、実施例２５で製作した中敷を使用した場合は、比較例３で製作した中敷を使用した場合に比べてカーボンルツボの黄色に変色し炭化珪素化された部分の面積は少ないことが目視確認できた。これは、比較例３の高純度膨張黒鉛シートが可撓性を有さずシートに割れが発生したためである。
【００６０】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】結晶引き上げ装置の断面模式図である。
【図２】単結晶引き上げ装置の中敷として使用される高純度膨張黒鉛シートの加工の一例を示す図である。
【図３】単結晶引き上げ装置の中敷として使用される高純度膨張黒鉛シートの他の加工一例を示す図である。
【図４】可撓性測定装置の模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 石英ルツボ
２ ヒーター
３ シリコン融液
４ シリコン単結晶
５ カーボンルツボ
６ アッパーリング
７ インナーシールド
８ ロアーリング
９ ボトムヒーター
１０ ヒートインシュレーター
１１ スピルトレー
２１ 試料（高純度膨張黒鉛シート）
２２ 錘
２３ 曲げ方向
２４ 曲げ体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、
前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、
前記膨張黒鉛シートが、線対称形状であることを特徴とする可撓性を有するカーボンルツボの中敷。
【請求項２】
前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円径部の中心に対して９０度間隔で設けられている帯形状部とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項３】
前記膨張黒鉛シートが、楕円形、星型又は菊花御紋であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項４】
膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、
前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、
前記膨張黒鉛シートが、非線対称形状であることを特徴とする可撓性を有するカーボンルツボの中敷。
【請求項５】
前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円形部の中心に対して１２０度間隔で設けられている略湾曲した帯形状部とを有するものであることを特徴とする請求項４に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項６】
かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にすることを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法。
【請求項７】
かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを複数枚積層した積層体を、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工およびウォータージェット加工から選ばれる１種類で、１回の加工で請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状に加工した後に高純度化処理することを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法。
【請求項１】
膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、
前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、
前記膨張黒鉛シートが、線対称形状であることを特徴とする可撓性を有するカーボンルツボの中敷。
【請求項２】
前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円径部の中心に対して９０度間隔で設けられている帯形状部とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項３】
前記膨張黒鉛シートが、楕円形、星型又は菊花御紋であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項４】
膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷であって、
前記膨張黒鉛シートにおいて、かさ密度が０．７〜１．３ｇ/ｃｍ３、厚みが０．２〜１．０ｍｍ、不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり、
前記膨張黒鉛シートが、非線対称形状であることを特徴とする可撓性を有するカーボンルツボの中敷。
【請求項５】
前記膨張黒鉛シートが、円形部と、前記円形部に延設しかつ前記円形部の中心に対して１２０度間隔で設けられている略湾曲した帯形状部とを有するものであることを特徴とする請求項４に記載のカーボンルツボの中敷。
【請求項６】
かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３及び厚みが０．２〜１．０ｍｍの膨張黒鉛シートを、請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状に加工した後に高純度化処理して、不純物含有量を５ｐｐｍ以下にすることを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法。
【請求項７】
かさ密度が０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の膨張黒鉛シートを複数枚積層した積層体を、スリット機による加工、トムソン型による打ち抜き加工およびウォータージェット加工から選ばれる１種類で、１回の加工で請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状に加工した後に高純度化処理することを特徴とする可撓性を有する高純度膨張黒鉛シートを用いたカーボンルツボの中敷の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８００（Ｐ２００８−２８００Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０４０４５（Ｐ２００７−２０４０４５）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【分割の表示】特願２００３−１６７６６２（Ｐ２００３−１６７６６２）の分割
【原出願日】平成１５年６月１２日（２００３．６．１２）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【分割の表示】特願２００３−１６７６６２（Ｐ２００３−１６７６６２）の分割
【原出願日】平成１５年６月１２日（２００３．６．１２）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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