特許 6388515 熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388515

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/20 20170101AFI20180903BHJP

   C01B 32/205 20170101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/20

   C01B32/205

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-200836(P2014-200836)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-69230(P2016-69230A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年6月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000158

【氏名又は名称】イビデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100090343

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 百合子

(74)【代理人】

【識別番号】100192474

【弁理士】

【氏名又は名称】北島 健次

(74)【代理人】

【識別番号】100105474

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 弘徳

(72)【発明者】

【氏名】奥田 裕士

(72)【発明者】

【氏名】山田 明

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２１００８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７６１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６０１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０４５４７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３２／２０

Ｃ０１Ｂ ３２／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

黒鉛部材に、炭化水素ガスを用いてＣＶＤ法により熱分解炭素を被覆する熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法において、
前記ＣＶＤ法の前記黒鉛部材の温度は、２０００℃未満であって、
前記ＣＶＤ法は酸素の存在下で行い、
前記酸素の分圧は、炭化水素のガス分圧に対し１０００〜１７０００ｐｐｍである熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。

【請求項2】

前記ＣＶＤ法の前記黒鉛部材の温度は、１２００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。

【請求項3】

前記酸素は、前記炭化水素ガスにあらかじめ混合して供給する請求項１または２に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。

【請求項4】

前記炭化水素ガスは、メタンガスである請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

黒鉛材料は、耐熱温度が高く、化学的に安定であるため、半導体製造装置、高温炉、金属溶融用ルツボ、治具など様々な産業分野で使用されている。
このような黒鉛材料としては、コークスなどの粉体を原材料としてブロックに成形され焼成および黒鉛化して得られる多孔質の黒鉛材料が広く用いられている。
しかしながら、このような多孔質の黒鉛材料は、酸素、水などと反応しやすいので、加熱中にわずかの酸素、水などと反応して急速に消耗してしまう問題があり、熱分解炭素の被覆を施すことにより表面積を小さくして消耗速度を遅くする技術が知られている。

【0003】

特許文献１では、さらに消耗速度を遅くするために、黒鉛基材に１６００〜２２００℃の温度で２．０ｇ／ｃｍ^３以上のかさ密度を有する熱分解炭素を被覆し、次いで該熱分解炭素被覆黒鉛基材を２５００℃以上の温度で熱処理することを特徴とする熱分解炭素被覆黒鉛材の製造法が記載されている。
このような製造方法によれば、耐酸化性の優れた熱分解炭素被覆黒鉛材が得られると記載されている。

【0004】

一方、非特許文献１には、熱分解炭素（ＰＧ）は、その結晶のａ面（層面）がほぼ基材の沈積面に平行に配向しているが、沈積条件によって性質はかなり大幅に異なり、特に密度は沈積温度１６００℃前後で極小となり、２０００℃以上あるいは１２００℃以下では黒鉛の理論密度に近い値をとるようになることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６３−２１００８８号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】石川敏功、長沖通著、「新・炭素工業」、株式会社近代編集社発行、昭和５５年１０月２０日、ｐ９３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

つまり、１６００℃を中心として、１２００〜２０００℃の成膜条件で得られる熱分解炭素被膜は、密度が低く乱れた結晶構造をとり、酸化消耗の速度が速くなる。このため、成膜した後に２５００℃以上で熱処理を施すことにより熱分解炭素被膜の密度を高め、結晶化度を高めようとするのがその特許文献１の趣旨であることがわかる。

【0008】

ここで、黒鉛材料は一般に２０００℃以上の温度で顕著なクリープが認められるようになることが知られている（金順一著、「炭素の機械的性質」、炭素、Ｎｏ６６、炭素材料学会編、１９７１年、ｐ９９〜１０６）。このため、一旦精密に加工した黒鉛部材に２０００℃以上の熱を加えると、クリープ変形が生じ、寸法精度が低下してしまう。寸法精度が低下すると、治具では位置決め精度が悪くなり、高速回転する黒鉛部材では、芯ぶれによる振動などの原因となる。
このため特許文献１に記載の技術のように、熱分解炭素の消耗速度を遅くするために２０００℃以上、さらには２５００℃以上で加熱すると、黒鉛部材にクリープ変形が生じ様々な問題が生じるようになる。

【0009】

本発明は、黒鉛部材を高温に曝すことなく、クリープ変形を抑制しながら結晶化度の高い熱分解炭素被膜を黒鉛部材上に形成することのできる熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、黒鉛部材上に結晶化度の高い熱分解炭素被膜を有し、高い寸法精度および耐消耗性を有する熱分解炭素被覆黒鉛部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者は鋭意検討を重ねた結果、特定温度範囲の化学気相蒸着（ＣＶＤ）炉内で、かつ酸素の存在下で黒鉛部材に熱分解炭素を被覆し、熱分解炭素被膜を形成することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は、以下の通りである。
１．黒鉛部材に、炭化水素ガスを用いてＣＶＤ法により熱分解炭素を被覆する熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法において、
前記ＣＶＤ法の前記黒鉛部材の温度は、２０００℃未満であって、
前記ＣＶＤ法は酸素の存在下で行うことを特徴とする熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。
２．前記ＣＶＤ法の前記黒鉛部材の温度は、１２００℃以上である前項１に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。
３．前記酸素の分圧は、炭化水素ガスの分圧に対し１０００〜１７０００ｐｐｍである前項１または２に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。
４．前記酸素は、前記炭化水素ガスにあらかじめ混合して供給する前項１〜３のいずれか一項に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。
５．前記炭化水素ガスは、メタンガスである前項１〜４のいずれか一項に記載の熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法。
６．前項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法により製造された熱分解炭素被覆黒鉛部材。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、黒鉛部材を高温に曝すことなく、クリープ変形を抑制しながら結晶化度の高い熱分解炭素被膜を黒鉛部材上に形成することのできる熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、２０００℃未満の温度のＣＶＤ炉内で、黒鉛部材に、炭化水素ガスを用いて熱分解炭素を被覆し、そのとき、前記熱分解炭素の被覆を酸素の存在下で行うことを特徴としている。この構成によれば、黒鉛部材に熱分解炭素を被覆する温度が２０００℃未満の低温であっても、雰囲気中に酸素が存在しているので、熱分解炭素の結晶化度を高くすることができる。その理由は定かではないが、原料ガスが酸素によって直接酸化するのではなく、原料ガスが一旦、熱分解炭素として沈積したのち、酸素によって熱分解炭素の一部が酸化するプロセスがあるためであると考えられる。熱分解炭素は、完全な黒鉛の結晶ではなく、結晶構造が乱れて成長した部分を有している。希薄な酸素を含有していると、乱れて成長した部分が、選択的に酸化され取り除かれるという理由により、急速に熱分解炭素の結晶化度を高めることができるものと推測される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は実施例におけるＣＶＤ反応炉内の温度および圧力プロファイルを示す図である。

【図2】図２は実施例で測定されたラマンＲ値の結果を示すグラフである。

【図3】図３は実験例１で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。

【図4】図４は実験例１で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【図5】図５は実験例２で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。

【図6】図６は実験例２で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【図7】図７は実験例３で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。

【図8】図８は実験例３で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【図9】図９は実験例４で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。

【図10】図１０は実験例４で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【図11】図１１は実験例５で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。

【図12】図１２は実験例５で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に用いられる黒鉛部材は、一般的な人造黒鉛を使用することができ、その具体的なサイズや形状等は用途に応じて種々選択することができ、とくに制限されない。なお、熱分解炭素を被覆する前の黒鉛部材の表面粗さＲａは０．１μｍ〜１０μｍが好ましく、０．３μｍ〜３μｍがより好ましい。表面粗さＲａが０．１μｍ以上であれば、熱分解炭素被膜の密着性が高まるという効果を奏する。また、表面粗さＲａが１０μｍ以下であれば、より精密な形状が得られ、寸法精度を高くすることができる。なお、表面粗さＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１により測定することができる。
また、黒鉛部材の熱膨張係数は、３．０〜５．０×１０^−６／℃であることが好ましい。熱膨張係数がこの範囲にあれば、黒鉛部材と熱分解炭素被膜との強い密着力を得ることができ、剥がれにくくすることができる。
さらに、黒鉛部材のかさ密度は、１．６〜１．８ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。かさ密度が１．６ｇ／ｃｍ^３以上にあれば、黒鉛部材の強度上の欠陥となる気孔が少ないので高強度の熱分解炭素被覆黒鉛部材を得ることができる。かさ密度が１．８ｇ／ｃｍ^３以下にあれば、熱分解炭素被膜のアンカーとなる気孔を充分に確保することができるので、熱分解炭素を剥がれにくくすることができる。なお、熱分解炭素被膜のかさ密度は、水中置換法で求めることができる。

【0014】

黒鉛部材上への熱分解炭素の被覆は、ＣＶＤ炉内で行われる。ＣＶＤ炉は公知のように、熱分解炭素の被覆を行う反応室、反応室に連結されるとともに炭化水素ガスや他のパージガスを導入するガス導入管、排気ガスを排出する排気管、黒鉛部材を加熱するための加熱手段、必要に応じて反応室を減圧にするための真空ポンプを備えている。具体的には、反応室に黒鉛部材を入れ、加熱手段によりＣＶＤ炉内を２０００℃未満の温度に加熱しつつ、ガス導入管から反応室内に炭化水素ガスを供給し、排気管から排気ガスを排出し、必要に応じて真空ポンプで反応室を減圧にしながら酸素存在下で黒鉛部材の表面に熱分解炭素被膜を形成するものである。

【0015】

前記のように、黒鉛部材上への熱分解炭素の被覆は、２０００℃未満の温度のＣＶＤ炉内で実施される。該温度が２０００℃未満であると、黒鉛部材が、クリープ変形を起こしにくく、一旦精密に加工された黒鉛部材が熱分解炭素を被覆しても高い寸法精度を維持することができる。

【0016】

さらに、黒鉛部材上への熱分解炭素の被覆は、１２００℃以上の温度のＣＶＤ炉内で実施されることが好ましい。該温度が１２００℃以上であると、炭化水素ガスの熱分解が促進され充分な成膜速度を得ることができる。さらに好ましい温度の範囲は、１３００〜１８００℃である。該温度が１３００℃以上であると、さらに炭化水素ガスの熱分解が促進され、さらに充分な成膜速度を得ることができる。該温度が１８００℃以下であると、黒鉛部材が、さらにクリープ変形を起こしにくく、一旦精密に加工された黒鉛部材が熱分解炭素を被覆してもさらに高い寸法精度を維持することができる。

【0017】

炭化水素ガスはとくに制限されないが、例えば、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、エチレンガス、アセチレンガス、これらの混合物等が挙げられる。中でも好ましくは、一分子に含まれる炭素原子が最も少ないという理由からメタンガスを使用するのがよい。一分子に含まれる炭素原子が少ないと、１回の分解反応で付着する炭素原子の数を少なくすることができるので、乱れた構造の熱分解炭素被膜の成長を抑制することができると考えられる。また必要に応じて、炭化水素ガスと共に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを供給することもできる。

【0018】

熱分解時のＣＶＤ炉内の圧力は、例えば１００〜３０００Ｐａであり、２００〜１０００Ｐａであるのがより好ましい。ＣＶＤ炉内の圧力が１００Ｐａより低いと、熱分解炭素被膜の生成速度が遅くなるうえに酸素の圧力も同時に低下するので、酸素による乱れた結晶構造の修復能力も低下すると考えられる。熱分解時のＣＶＤ炉内の圧力が３０００Ｐａを超えると、炭化水素ガスの平均自由行程が短くなり、黒鉛部材に炭化水素ガスの分子が衝突する前に熱分解し、煤が発生しやすくなり、乱れた構造の熱分解炭素被膜ができやすくなる。また、熱分解炭素被膜を形成する前に炭化水素ガスとの反応により酸素が消費され、結晶欠陥の除去作用が小さくなると考えられる。
ＣＶＤ炉内の圧力が２００Ｐａ以上であると、熱分解炭素被膜の生成速度を早くできるうえに酸素の圧力も同時に高くなるので、酸素による乱れた結晶構造の修復能力も向上すると考えられる。熱分解時のＣＶＤ炉内の圧力が１０００Ｐａ以下であると、炭化水素ガスの平均自由行程が長くなるので、黒鉛部材に炭化水素ガスの分子が衝突する前に熱分解しにくく、乱れた構造の熱分解炭素被膜ができにくくできる。また熱分解炭素被膜を形成する前に炭化水素ガスとの反応により酸素が消費され、酸素による結晶欠陥の除去作用を大きくできると考えられる。

【0019】

本発明では、熱分解炭素の被覆は酸素の存在下で行われる。酸素の分圧は、炭化水素ガスの分圧に対し、１０００〜１７０００ｐｐｍであるのが好ましい。炭化水素ガスの分圧に対する酸素の分圧が、１７０００ｐｐｍ以下であると、過剰に熱分解炭素被膜を酸化させず、熱分解炭素の結晶欠陥部分のみを選択的に取り除くことができると考えられるので、充分な熱分解炭素被膜の成膜速度を得ることができると考えられる。また、酸素と可燃性ガスである炭化水素ガスとを混合することになるので、この範囲であれば炭化水素ガスの燃焼範囲から遠ざけることができるので、急激な反応を防止することができる。一方、炭化水素ガスの分圧に対する酸素の分圧が、１０００ｐｐｍ以上であると、生成する熱分解炭素の乱れた結晶構造部分を効率良く除去することができると考えられるので、結晶化度の高い熱分解炭素被膜を容易に得ることができると考えられる。また、酸素は、炭化水素ガスにあらかじめ混合してＣＶＤ炉内に供給するのが好ましい。この形態によれば、酸素濃度に濃淡が生じにくいので、酸素による乱れた結晶構造部分の除去能力に偏りが生じにくいので、結晶構造の乱れた部分の少ない熱分解炭素被膜を容易に得ることができると考えられる。

【0020】

熱分解炭素被膜の厚さは、３μｍ〜２００μｍが好ましい。熱分解炭素被膜の厚さが、３μｍ以上であると、厚さの薄い部分ができにくいので、基材である黒鉛部材が露出しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが、２００μｍ以下であると、結晶が層構造をなした熱分解炭素被膜の層間剥離を起きにくくすることができる。さらに、熱分解炭素被膜の厚さは、５μｍ〜５０μｍであることがさらに好ましい。熱分解炭素被膜の厚さが、５μｍ以上であると、さらに厚さの薄い部分ができにくいので、基材である黒鉛部材が露出しにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さが、５０μｍ以下であると、結晶が層構造をなした熱分解炭素被膜の層間剥離をさらに起きにくくすることができる。熱分解炭素被膜の厚さの測定方法は、熱分解炭素被覆黒鉛部材を破断し、破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することによって得ることができる。具体的には、長さが既知であるスケールを同一の方法で観察し、スケールの間隔と、熱分解炭素被膜の厚さとを対比することにより求めることができる。

【0021】

このようにして本発明の熱分解炭素被覆黒鉛部材を製造することができる。該熱分解炭素被覆黒鉛部材は、クリープ変形させることなく黒鉛部材上に結晶化度の高い熱分解炭素被膜を形成することができるので、高い寸法精度および耐消耗性を有する。

【0022】

以上のように本発明によれば、黒鉛部材を高温に曝すことなく、クリープ変形を抑制しながら結晶化度の高い熱分解炭素被膜を黒鉛部材上に形成することのできる熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法を提供することができる。
また本発明によれば、黒鉛部材上に結晶化度の高い熱分解炭素被膜を有し、高い寸法精度および耐消耗性を有する熱分解炭素被覆黒鉛部材を提供することができる。

【実施例】

【0023】

以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

【0024】

図１に示す温度および圧力プロファイルに従い、水準を変えて下記の実験を行った。(実験例１〜５)
ＣＶＤ炉の反応室に、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５ｍｍの矩形状の等方性黒鉛からなる黒鉛部材（イビデン（株）製ＥＴＵ−１０、表面粗さＲａ＝０．６μｍ、熱膨張係数４．２×１０^−６／℃）を入れ（炉詰め）、真空引きを行い、炉内の圧力を１００Ｐａ以下とした。続いてＣＶＤ炉内を室温から１５００℃まで２時間かけて昇温させた。
次に、ＣＶＤ炉内温度を維持したまま、原料ガスであるメタンガスと、キャリアガスである水素とを導入し、時間、熱分解炭素の被覆工程を行った（成膜）。水素の流量は１．６Ｌ／ｍｉｎ、メタンガスの流量は５．０Ｌ／ｍｉｎであり、導入を開始すると炉圧は５００Ｐａに上昇した。なお、メタンガスに対する酸素の濃度は、あらかじめＣＶＤの炉外で混合器で調整し、原料ガスとして用いた。実験例１〜５におけるメタンガスに対する酸素の濃度は、表１に示す。成膜終了後、メタンガスおよび水素の導入を停止した。その後、ＣＶＤ炉内の圧力を１００Ｐａ以下に維持したまま、室温まで４時間かけて冷却を行った。冷却完了後、ＣＶＤ炉内の復圧を行い、熱分解炭素被覆黒鉛部材をＣＶＤ炉内から取り出した（炉出し）。
得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材について、断面および表面をＳＥＭを用いて観察した。
図３は実験例１で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。図４は実験例１で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。図５は実験例２で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。図６は実験例２で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。図７は実験例３で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。図８は実験例３で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。図９は実験例４で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。図１０は実験例４で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。図９は実験例５で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の断面の拡大写真である。図１０は実験例５で得られた熱分解炭素被覆黒鉛部材の表面の拡大写真である。

【0025】

＜結晶化度の評価方法＞
製造された各熱分解炭素被覆黒鉛部材について、ラマンＲ値を測定した。ラマンＲ値は、結晶のエッジの多さを示す指数であり、指数が小さくなるほど構造的な欠陥が少なく、結晶化度（黒鉛化度）が高いことを意味する。Ｒ値は、２つのラマンバンドの強度比（Ｉ_１３６０／Ｉ_１５８０）である。グラファイト構造に乱れが生じると、１５８０ｃｍ^−１のラマンバンドの他に１３６０ｃｍ^−１および１６２０ｃｍ^−１にラマンバンドが認められるようになり、構造の乱れが大きくなるとともにこれらのバンドの１５８０ｃｍ^−１のラマンバンドに対する相対強度が増し、全体にブロードな形状となってゆくことは知られている。１３６０ｃｍ^−１および１６２０ｃｍ^−１のバンドは構造の乱れ（Ｄｉｓｏｒｄｅｒ）に起因するものとして、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）本来のＧバンド（１５８０ｃｍ^−１）に対して、Ｄバンド（１３６０ｃｍ^−１）、Ｄ’バンド（１６２０ｃｍ^−１）と略称されている。このようにグラファイトのラマンスペクトルは、他の化合物には例がないほど構造欠陥に対して著しく敏感であり、炭素材料の評価手法として有用であることが知られている。
図２は実施例で測定されたラマンＲ値の結果を示すグラフである。
ラマンＲ値の測定機器および測定条件を以下に示す。
測定機器：ＨＯＲＩＢＡ ＨＲ８００
測定条件：測定光波長 ６３２．８１ｎｍ
フィルター 無し
測定範囲 １２５０〜１７５０ｃｍ^−１
測定時間×測定数 ５秒×１０回

【0026】

＜膜厚の評価方法＞
膜厚は、同時にＣＶＤ炉に入れた膜厚測定用の試験片（７×７×２０ｍｍ）を折り、破断面に現れた熱分解炭素被膜の厚さを、ＳＥＭを用いて測定した。

【0027】

＜成膜速度＞
上記の方法で得られた各水準における膜厚を、成膜に要した時間で割り、１時間当たりの成膜速度を算出した。

【0028】

＜剥離試験＞
剥離試験は、熱分解炭素被覆黒鉛部材を３５０℃に熱した後、２５℃の水中に投下して剥離の有無を確認した。

【0029】

各実験例の各製造条件と、評価結果を表１に示す。

【0030】

【表1】

【0031】

表１及び図２の結果より、ラマンスペクトルのＲ値は、炭化水素ガスに対する酸素の分圧が０ｐｐｍの範囲（実験例１）においては１．７８であったのに対し、炭化水素ガスに対する酸素の分圧を増やしていくにつれて、２００〜１７０００ｐｐｍ（実験例２〜５）ではラマンスペクトルのＲ値は低下し、結晶構造の乱れが少なくなっていることがわかる。特に、１０００〜１７０００ｐｐｍ（実験例４、５）ではＲ値は格段に低下した。また、実験例４、５では、原料ガスに酸素が混入しているにもかかわらず、熱分解炭素被膜の成膜は、速度が遅くなるが、成膜自体は可能であった。また、実験例２〜５は、実験例１と同様に剥離試験において剥離する現象はなく、一定の剥離強度を確保していることが確認された。

【0032】

以上の結果より、黒鉛部材に、炭化水素ガスを用いてＣＶＤ法により熱分解炭素を被覆する熱分解炭素被覆黒鉛部材の製造方法において、黒鉛部材の温度が、２０００℃未満であっても、酸素の存在下で行うことにより、結晶化度の高い熱分解炭素被覆黒鉛部材が得られる効果があることが確認された。

【0033】

この効果は、原料ガスが酸素によって直接酸化するのではなく、原料ガスが一旦、熱分解炭素として沈積したのち、酸素によって熱分解炭素の一部が酸化するプロセスがあるためであると考えられる。熱分解炭素は、完全な黒鉛の結晶ではなく、結晶構造が乱れて成長した部分を有している。希薄な酸素を含有していると、乱れて成長した部分が、選択的に酸化され取り除かれるという理由により、急速に熱分解炭素の結晶化度を高めることができるものと推測される。
また、この効果は、上記メカニズムにより得られると考えられるので、炭化水素ガスの種類、炭化水素ガスに対する酸素の分圧、混合の方法、温度などの成膜の条件は本実施例の範囲に限定されず、適用することができる。

【0034】

以上説明したように、本発明によれば、黒鉛部材を高温に曝すことなく、クリープ変形を抑制しながら結晶化度の高い熱分解炭素被膜を黒鉛部材上に形成可能であり、これにより、高い寸法精度および耐消耗性を有する熱分解炭素被覆黒鉛部材を提供できることが分かった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】