[发明专利]耐热复合材料的制造方法及制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及含有碳化硅的耐热复合材料的制造方法及制造装置。

背景技术

碳化硅(SiC)由于耐绝缘破坏电压高，因而作为功率半导体的新一代材料而受到期待。此外，由于透过可见光，热膨胀系数、晶格常数与氮化镓(GaN)相似，因此还广泛用作GaN系LED用衬底，从而在半导体设备、陶瓷用途中是具有希望的材料。

这些碳化硅具有优异的耐热性，从而期待应用于在高温下使用的机械部件等。在这些应用中，往往要求高机械强度，因此提供了将碳化硅浸渍于陶瓷纤维的预制体来使韧性提高的耐热复合材料。

这样的耐热复合材料主要通过化学气相生长法(CVD)或化学气相浸渍法(CVI)并通过使碳化硅沉积于反应器内所容纳的预制体的微细结构上进行制膜而被制造。碳化硅的原料气体的选择方案有二种，混合硅烷(SiH₄)气体和碳化氢气体的情况和将甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃：MTS)这样的有机硅化合物作为原料气体的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2001-508388号公报

专利文献2：日本特许第3380761号公报

非专利文献

非专利文献1：福岛康之，保户塚梢，霜垣幸浩：SiC-CVD工艺反应机理的多尺度解析，化学工学会，第43回秋季大会，名古屋工业大学(2011)

非专利文献2：福岛康之，船门佑一，佐藤登，保户塚梢，百濑健，霜垣幸浩：SiC-CVD工艺反应机理的多尺度解析(2)，化学工学会，第77年会，工学院大学(2012)

非专利文献3：F.Loumagne等人,J.Crystal Growth,155(1995)205

非专利文献4：Yingbin Ge,Mark S.Gordon,Francine Battaglia和Rodney O.Fox,J.Phys.Chem.,114(2010)2384

发明内容

发明所要解决的课题

然而，如果使将碳化硅制膜于预制体的微细结构的生长速度增加，则损害碳化硅对微细结构的包埋均一性，反之，如果确保包埋均一性，则制膜的生长速度会降低，从而难以兼顾生长速度与包埋均一性。

此外，在以工业规模制造耐热复合材料时，会将多个预制体设置于长的反应器而同时制膜碳化硅。在这样的情况下，对于从反应器内的原料气体流动的上游侧至下游侧的位置，制膜速度分布不均一。

本发明是试图解决上述课题的发明，其目的是提供将碳化硅制膜于微细结构的生长速度与包埋均一性兼顾的耐热复合材料的制造方法及装置。

此外，本发明的目的是提供，即使在将多个制膜碳化硅的基材设置于反应器内，也会无关位置而使制膜的生长速度均一的耐热复合材料的制造方法及装置。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本申请的耐热复合材料的制造方法是使用化学气相沉积法或化学气相浸渍法将具有微细结构的基材容纳于反应炉并流动原料气体及运载气体从而使碳化硅沉积于上述基材来进行制膜的方法，并且是将添加气体加入上述原料气体及运载气体、通过该添加气体的添加量来控制上述碳化硅的制膜的生长速度及包埋均一性的方法。上述反应炉优选为热壁型炉。

上述碳化硅的制膜优选遵从一级反应，通过上述添加气体的添加量来控制相对于上述基材的制膜种的附着概率，从而控制上述碳化硅的制膜的生长速度及包埋均一性。优选对上述碳化硅的制膜的生长速度及包埋均一性进行最优化。

上述碳化硅的制膜优选遵从朗谬尔-欣谢伍德(Langmuir-Hinshelwood)型速度式，通过上述添加气体的添加量并以利用朗谬尔-欣谢伍德型速度式的零级反应区的方式进行控制，从而控制上述碳化硅的制膜的生长速度及包埋均一性。优选对上述碳化硅的制膜的生长速度及包埋均一性进行最优化。

优选通过上述添加气体添加量对于上述反应炉内的位置控制上述碳化硅的制膜的生长速度的分布。优选以上述生长速度的分布变为均一的方式进行最优化。

上述原料气体优选从上述反应炉的上游侧至下游侧的多个位置进行供给。

上述原料气体优选含有甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯化硅、硅烷及丙烷中的至少1种。上述运载气体优选含有氢气、氮气、氦气及氩气中的至少1种。