專利名稱：碳材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳材料及其制造方法，尤其涉及被表面改性且抑制了雜質(zhì)的放出的碳材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
碳材料輕量且化學(xué)穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性方面良好，具有雖為非金屬但導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性良好這一特性。另一方面，碳材料存在具有發(fā)塵性的問題，必須在表面制作被覆層來抑制發(fā)塵。然而，在碳材料上形成與碳不同的金屬等材質(zhì)的層的情況下，在碳材料與其他層之間的密接性方面存在問題?？紤]這樣的問題，例如提出了通過利用鹵化鉻氣體對(duì)碳基材進(jìn)行處理而在表面上設(shè)置由Cr23C6構(gòu)成的碳化鉻層，并在該碳化鉻層上熔射覆蓋金屬的方案(參照下述專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2)。然而，在如上述現(xiàn)有的方法那樣使用鹵系氣體進(jìn)行處理的情況下，在處理后的碳材料中存在雜質(zhì)。因此，在半導(dǎo)體領(lǐng)域等使用上述碳材料的情況下，產(chǎn)生不良狀況。例如，在將使用氯作為鹵系氣體的碳材料用于使用了鋁的半導(dǎo)體的制造時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鋁可能腐蝕的不良情況。此外，不限于半導(dǎo)體用途，當(dāng)使用性能被處理環(huán)境影響的材料時(shí)，存在因由處理裝置等周邊的構(gòu)件產(chǎn)生的雜質(zhì)而發(fā)生缺陷的可能性，故對(duì)不放出反應(yīng)性高的氯的材料尤其有需求。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開平8-143384號(hào)專利文獻(xiàn)2日本特開平8-143385號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而作出的，其目的在于提供一種在使用鹵素氣體進(jìn)行處理的情況下能夠抑制在處理后存在雜質(zhì)(鹵素)的碳材料的制造方法及該碳材料。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于，從碳材料產(chǎn)生的氯的濃度為5ppb以下。如果放出的氯的濃度為5ppb以下，則在將碳材料用于使用了鋁等的半導(dǎo)體的制造的情況下，也能夠抑制產(chǎn)生鋁腐蝕等不良情況，并且能夠抑制周圍的環(huán)境污染。因此，能夠?qū)⒈景l(fā)明的碳材料適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域等。需要說明的是，在上述氯的濃度的測(cè)定中使用通過離子色譜法測(cè)定將碳材料(樣品的大小為2mmX3. 5mmX50mm)浸潰到水(IOOmL)中規(guī)定的時(shí)間(24小時(shí))而放出的氯的濃度的方法。此外，也可以使用將在向碳材料(樣品的大小為2mmX3mmX30mm)照射能量線(波長為193nm的激光)時(shí)放出的氣體導(dǎo)入到純水(160mL)中而提取離子，并通過離子色譜法測(cè)定氯的濃度的方法。優(yōu)選在表面形成有過渡金屬碳化物的層(碳化金屬層)。若在形成過渡金屬的碳化物的層時(shí)使用氯化氫氣體，則效率高，但當(dāng)利用這樣的制法形成過渡金屬碳化物的層時(shí)，在碳材料上容易殘留氯，難以作為用于半導(dǎo)體制造的材料使用。但是，在利用這樣的方法形成過渡金屬碳化物的層時(shí)，只要氯濃度為5ppb以下，則也能夠?qū)⑻疾牧献鳛橛糜诎雽?dǎo)體制造的材料使用。該氯濃度更優(yōu)選為0. 5ppb以下。本發(fā)明的特征還在于，對(duì)碳材料在還原氣體氣氛中以500°C以上且1200°C以下進(jìn)行退火處理。若對(duì)碳材料在還原氣體氣氛中進(jìn)行退火處理，則能夠降低從碳材料放出的鹵素濃度。此外，能夠抑制碳材料的發(fā)塵。并且，即使在對(duì)碳材料進(jìn)行了加工的情況下等，也能夠抑制碳材料的變形，改善平坦度。在此，將退火處理時(shí)的溫度限制在500°C以上且1200°C以下是因?yàn)?，若該溫度小?00°C則無法發(fā)揮鹵素放出降低效果，而該溫度超過1200°C也無法更進(jìn)一步地提高鹵素放出降低效果，并且，能量的損失變大，碳材料的制造成本高漲。需要說明的是，為了充分發(fā) 揮鹵素放出降低效果，優(yōu)選該溫度為800°C以上。優(yōu)選上述退火處理在減壓下進(jìn)行，且該壓力為IPa以上且IOOOOPa以下。如此進(jìn)行限制是因?yàn)?，如果壓力超過IOOOOPa或小于IPa，則在裝置或處理中使用的氣體等的成本花費(fèi)過多，導(dǎo)致不實(shí)用。如果為10 IOOOPa的壓力，則裝置上的結(jié)構(gòu)變得簡單，且能夠充分發(fā)揮鹵素放出降低效果，故優(yōu)選。優(yōu)選上述退火處理的時(shí)間為I分鐘以上且20小時(shí)以下。如此進(jìn)行限制是因?yàn)?，如果退火處理的時(shí)間小于I分鐘，則無法充分發(fā)揮鹵素放出降低效果和平坦度的改善效果，而超過20小時(shí)，也無法更進(jìn)一步地發(fā)揮鹵素放出降低效果和平坦度的改善效果。從這一觀點(diǎn)及抑制能量損失的觀點(diǎn)考慮，特別優(yōu)選退火處理的時(shí)間為5小時(shí)以上且10小時(shí)以下。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在使用鹵素氣體處理碳材料的情況下，也能夠抑制處理后存在雜質(zhì)(鹵素)的情況，且能夠抑制碳材料的發(fā)塵，此外，具有無論碳材料的形狀如何都能夠改善碳材料的平坦度的良好效果。


圖I是表示在本發(fā)明的碳材料的制造方法中使用的裝置的一例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明的特征在于，對(duì)碳材料在還原氣體氣氛中以500°C以上且1200°C以下進(jìn)行退火處理，此外，如上所述，優(yōu)選退火處理在壓力為IPa以上且IOOOOPa以下的減壓下進(jìn)行，并且，優(yōu)選退火處理的時(shí)間為I分鐘以上且20小時(shí)以下。以下，對(duì)退火處理前的碳材料進(jìn)行說明。上述碳材料(退火處理前的碳材料)例如可以通過將碳基材與該碳基材以外的碳構(gòu)件一起進(jìn)行加熱處理來制造，所述碳基材被埋入包括含有過渡金屬的金屬粒子和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑等的表面改性劑(粉體狀)中。作為上述碳構(gòu)件可以舉出石墨坩堝等由碳構(gòu)成的容器、碳粉末等。如此，通過將需要處理的碳基材與碳構(gòu)件一起進(jìn)行加熱處理，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)在碳基材上形成碳化金屬層。對(duì)于熱處理的時(shí)間，可以通過小于I小時(shí)的處理在碳基材上無顏色不均而大致均勻地形成碳化金屬層。該碳化金屬層只要30分即可充分形成。對(duì)于該處理時(shí)間而言，在需要將碳化金屬層形成得厚的情況下也可以為更長的時(shí)間，例如I小時(shí)以上。此外，上述加熱處理優(yōu)選在800°C以上且1200°C以下進(jìn)行。通過在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行處理，能夠高效地處 理碳基材。此外，上述加熱處理優(yōu)選在常壓下進(jìn)行。由于能夠在常壓下進(jìn)行處理，因此不需要真空泵等設(shè)備，不需為了減壓而花費(fèi)時(shí)間，不僅處理變得簡單，而且處理時(shí)間縮短。以下，對(duì)在本發(fā)明中使用的各構(gòu)件示出一例。作為上述碳基材沒有特別的限定，例如可以舉出各向同性石墨材料、各向異性石墨材料、碳纖維材料等。該碳基材優(yōu)選視密度為I. 0 2. lg/cm3,氣孔率為40%以下。上述熱分解性鹵化氫發(fā)生劑是指在常溫 常壓下保持固體狀態(tài)，通過加熱而分解，產(chǎn)生氯化氫、氟化氫、溴化氫等鹵化氫的材料。作為該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的熱分解溫度，由于200°C以上的溫度容易進(jìn)行加熱前的處理，因而優(yōu)選200°C以上的溫度。由該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑產(chǎn)生的鹵化氫在加熱處理中與過渡金屬反應(yīng)而產(chǎn)生鹵化金屬氣體。通過利用該鹵化金屬氣體處理碳基材，能夠在碳基材的表面上形成碳化金屬層。由于碳基材的處理如上述那樣是通過氣體進(jìn)行的，因此即使在碳基材上形成了孔、槽等復(fù)雜的形狀的情況下，也能夠在碳基材上大致均勻地形成碳化金屬層。作為該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑，從容易獲取的角度考慮優(yōu)選氯化銨。作為上述含有過渡金屬的金屬粒子，只要含有過渡金屬即可，例如可以舉出過渡金屬與其他金屬的混合粉末或合金粉末。作為上述過渡金屬可以舉出Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ta等，只要是與上述鹵化氫反應(yīng)而產(chǎn)生鹵化金屬氣體的材料即可，沒有特別的限定。然后，產(chǎn)生的鹵化金屬氣體與碳基材表面的碳反應(yīng)，生成金屬碳化物。作為上述的過渡金屬，從反應(yīng)性高的角度考慮優(yōu)選含有Cr。作為金屬粒子優(yōu)選含有Cr的合金粉末，例如可以舉出不銹鋼等。尤其是在使用由作為含有Cr、Ni及Fe的合金的不銹鋼構(gòu)成的金屬粒子的情況下，可以通過一次加熱處理在碳基材的表面上形成含有碳化鉻及Ni、Fe的層。作為上述碳構(gòu)件，例如可以舉出石墨坩堝等由碳構(gòu)成的容器、碳粉末等。通過使用碳構(gòu)件，能夠縮短碳基材的處理時(shí)間，并且可以不需要?dú)錃獾墓┙o，能夠更簡單地對(duì)碳基材進(jìn)行表面改性。由此，能夠提高與之后在表面上形成的金屬等的層的密接性，且能夠比碳基材進(jìn)一步提高強(qiáng)度。此外，無需進(jìn)行減壓，可以在常壓下(大氣壓中)進(jìn)行加熱處理，能夠簡化處理。作為上述碳構(gòu)件，優(yōu)選使用石墨坩堝。通過在處理時(shí)使用石墨坩堝，能夠抑制被埋入的碳基材的周圍的氣體流動(dòng)，能夠在碳基材的表面無顏色不均而均勻地形成碳化金屬層。此外，由于由粉末體產(chǎn)生的氣體一定程度地殘留在石墨坩堝內(nèi)，因此能夠有效地利用產(chǎn)生的氣體。優(yōu)選在該石墨坩堝上設(shè)置蓋，通過該蓋能夠進(jìn)一步抑制碳基材的周圍的氣體的流動(dòng)。作為該蓋，可以舉出石墨制的構(gòu)件、由石墨構(gòu)成的片等。此外，為了放掉在容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體，優(yōu)選在容器或蓋上設(shè)置通氣孔。需要說明的是，在使用由石墨構(gòu)成的片的情況下，由于僅單純地覆蓋，因此無需特別設(shè)置通氣孔。在作為碳構(gòu)件使用碳粉末的情況下，將包括含有過渡金屬的金屬粒子、熱分解性鹵化氫發(fā)生劑及碳粉末的粉末體填充到容器中，向填充到該容器中的粉末體埋入碳基材并進(jìn)行加熱處理即可。需要說明的是，在作為該碳構(gòu)件使用碳粉末的情況下，容器沒有特別的限定。并且，在處理時(shí)，可以設(shè)置蓋或覆蓋由石墨構(gòu)成的片等來抑制容器內(nèi)的氣體的流動(dòng)。此外，作為容器也可以使用上述的石墨坩堝。如上述說明那樣，不向埋入有碳基材的容器中吹入直接導(dǎo)入氣體。相反地，當(dāng)要在導(dǎo)入氫氣的同時(shí)進(jìn)行處理時(shí)，石墨坩堝等容器成為氫氣的障礙，難以高效地進(jìn)行使用氫氣的處理。接下來，利用圖I說明碳材料(退火處理前的碳材料)的制造及在退火處理中使用的裝置的一例。在此，對(duì)在碳材料(退火處理前的碳材料)的制造中作為碳構(gòu)件使用石 墨坩堝的情況進(jìn)行說明。(I)用于碳材料(退火處理前的碳材料)的制造的情況上述裝置構(gòu)成為，具備具有加熱器的加熱爐I，對(duì)載置于該加熱爐I內(nèi)的處理物進(jìn)行加熱處理。在該加熱爐I上設(shè)有吸氣口 4及排氣口 5。從上述吸氣口 4可以導(dǎo)入氮?dú)?、氬氣等惰性氣體，另一方面，上述惰性氣體等自然地從上述排氣口 5排出。此外，在本裝置中，在加熱爐I內(nèi)配置有石墨坩堝6。在該石墨坩堝6中填充有粉末體(表面改性劑)3，在該填充的粉末體3中埋入被處理的碳基材2。在上述粉末體3中含有熱分解性鹵化氫發(fā)生劑及含有過渡金屬的金屬粉末(金屬粒子)。需要說明的是，上述石墨坩堝6由蓋體7覆蓋，且在該蓋體7上設(shè)置有通氣孔。在利用上述圖I的裝置制造碳材料(退火處理前的碳材料)的情況下，向作為碳構(gòu)件的石墨坩堝6填充粉末體3，向該填充的粉末體3中埋設(shè)碳基材2，并設(shè)置蓋體7。然后，將該石墨坩堝6配置在裝置中并進(jìn)行加熱。由此，能夠?qū)嵤┨疾牧系闹圃旆椒ā?2)用于退火處理的情況僅對(duì)與用于碳材料(退火處理前的碳材料)的制造時(shí)的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。在進(jìn)行退火處理時(shí)，能夠從上述吸氣口 4導(dǎo)入H2氣體等還原氣體，另一方面，上述排氣口 5與未圖示的真空泵連結(jié)，能夠?qū)訜釥tI內(nèi)進(jìn)行減壓。碳材料(退火處理前的碳材料)配置于在與石墨坩堝6之間配置的未圖示的由碳材料構(gòu)成的支承板上。
在利用上述圖I的裝置進(jìn)行退火處理的情況下，在將碳材料直接配置在裝置內(nèi)后，利用真空泵將裝置內(nèi)的壓力減壓至IPa以上且IOOOOPa以下。接下來，從吸氣口 4導(dǎo)入H2氣體等還原氣體，使裝置內(nèi)的溫度上升至500°C以上且1200°C以下。保持這樣的狀態(tài)I分鐘以上且20小時(shí)以下，由此實(shí)施退火處理。(其他事項(xiàng))(I)在上述方式中，作為碳材料(熱處理前的碳材料)，使用將埋入到包括含有過渡金屬的金屬粒子和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑等的表面改性劑中的碳基材與該碳基材以外的碳構(gòu)件一起進(jìn)行加熱處理而制造出的材料，但不局限于此，當(dāng)然還可以將本發(fā)明適用于在上述專利文獻(xiàn)I和上述專利文獻(xiàn)2中示出的材料等利用任意制法制造的碳材料。實(shí)施例以下，基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地進(jìn)行說明，但本發(fā)明不局限于此。
<實(shí)施例>使用圖I所示的裝置，在石墨坩堝(東洋炭素株式會(huì)社制，型號(hào)IG-11)中填充由不銹鋼粉末(SUS314粉末)、氯化銨(NH4Cl)、氧化鋁粉末(Al2O3)組成的混合粉末體，向該填充的混合粉末體埋入碳基材(經(jīng)過了冷等靜壓加壓成形的致密質(zhì)各向同性石墨；視密度為I. 8g/cm3,平均氣孔半徑為5 u m,氣孔率為20 % )，設(shè)置蓋并配置到加熱爐上進(jìn)行加熱處理。在加熱時(shí)，從吸氣口導(dǎo)入氮，從排氣口使其自然排氣。由此，制造出碳材料。需要說明的是，上述加熱處理中的溫度為1000°C，處理時(shí)間為30分鐘。接下來，使用同一裝置，將如上述那樣制造出的碳材料直接配置在裝置內(nèi)后，利用真空泵將裝置內(nèi)的壓力減壓至150Pa。接下來，從吸氣口 4導(dǎo)入H2氣體，并使裝置內(nèi)的溫度上升至1200°C，保持這樣的狀態(tài)20小時(shí)，由此進(jìn)行退火處理。以下，將這樣制造出的碳材料稱為本發(fā)明材料A。<比較例>除了不實(shí)施退火處理以外，與上述實(shí)施例相同。以下，將這樣制造出的碳材料稱為比較材料Z。< 實(shí)驗(yàn) 1>測(cè)定了在上述本發(fā)明材料A與比較材料Z中放出的Cl—離子濃度，其結(jié)果在表I中示出。需要說明的是，在實(shí)驗(yàn)中，將各樣品(大小為2mmX3. 5mmX 50mm)浸潰在純度18MQcm的超純水100mL(水溫為60°C )中24小時(shí)，利用離子色譜法分析了得到的提取液。表I
權(quán)利要求
1.ー種碳材料，其特征在干，放出的氯的濃度為5ppb以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳材料，其特征在干，在表面形成有過渡金屬碳化物的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的碳材料，其特征在干，所述氯的濃度為，利用離子色譜法測(cè)定將碳材料(樣品的大小為2_X3. 5mmX50mm) 浸潰在水(IOOmL)中規(guī)定的時(shí)間(24小時(shí))而放出的氯的濃度所得到的值，或者為，將在向碳材料(樣品的大小為2mmX3mmX30mm)照射能量線(波長為193nm的激光) 時(shí)放出的氣體導(dǎo)入純水(160mL)中而提取離子，并利用離子色譜法測(cè)定氯的濃度所得到的值。
4.ー種碳材料的制造方法,其特征在于，對(duì)碳基材在還原氣體氣氛中以500°C以上且1200°C以下進(jìn)行退火處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳材料的制造方法，其特征在干，上述退火處理在減壓下進(jìn)行，且其壓カ為IPa以上且IOOOOPa以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的碳材料的制造方法，其特征在干，上述退火處理的時(shí)間為I分鐘以上且20小時(shí)以下。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種尤其在使用鹵素氣體進(jìn)行處理的情況下也能夠抑制處理后的雜質(zhì)的放出的碳材料及其制造方法。將碳材料在1Pa以上且10000Pa以下的減壓下的H2氣體氣氛中以500℃以上且1200℃以下進(jìn)行退火處理。退火處理時(shí)間為1分鐘以上且20小時(shí)以下。由此，能夠使氯等鹵素的放出濃度為5ppb以下。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102666375SQ201080052768
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者松永纮明, 武田章義, 瀨谷薰, 石井琢悟 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社