[发明专利]SiC被覆碳复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及包含石墨基材和覆盖该石墨基材的SiC被覆物的SiC被覆碳复合材料及其制造方法。

背景技术

对于半导体制造装置用部件、加热炉用部件等在高温下使用的结构材料来说，要求具有耐热性、化学稳定性、强度等。作为这样的材料，广泛使用了石墨。石墨虽然耐热性、化学稳定性、强度优异，但难于抵抗与氧的反应、容易发生氧化消耗；软、容易磨耗；在高温下与氢、氨等具有反应性；等等，并不是万能的材料。

为了弥补这种石墨的缺点，正在广泛使用在石墨的表面形成有SiC等陶瓷被覆物的陶瓷复合材料。在这种陶瓷复合材料中，石墨与陶瓷被覆物为异质材料，因而要求将陶瓷被覆物与石墨基材牢固地粘接，确保耐热冲击性。

为了解决这样的课题，专利文献1中记载了一种SiC被覆石墨部件，其为利用CVD法在石墨基材面附着有SiC被覆物的石墨部件，石墨基材具有平均气孔径为0.4μm～3μm、最大气孔径为10μm～100μm的气孔性状，距离石墨基材面深度为150μm的石墨基材表层部的SiC的占有率为15％～50％，SiC被覆物的平均结晶粒径为1μm～3μm。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-3285号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，关于专利文献1的SiC被覆石墨部件，由于距离石墨基材面深度为150μm的石墨基材表层部的SiC的占有率为15％～50％，因而预测可充分获得锚固效应。但是，作为石墨基材的石墨的占有率为剩余的85％～50％以下，因此容易因热膨胀差而产生翘曲。所以，表面具有陶瓷被覆物的陶瓷复合材料的壁越薄则尺寸精度越差。

另外，距离石墨基材面150μm处的SiC的占有率为15％～50％时，若该深度的石墨的气孔率不为15％～50％，则无法利用CVD法使SiC析出。为了使SiC的原料气体到达该深度，若石墨基材本身不具有更高的气孔率，则无法实现专利文献1的SiC被覆石墨部件。

这种气孔率高的石墨实质上固体部分的比例低，与之相伴，石墨基材本身的强度降低。因此，专利文献1的SiC被覆石墨部件在牺牲石墨基材的强度的情况下，将陶瓷被覆物与石墨基材牢固地粘接，获得优异的耐热冲击性。

另外，CVD-SiC膜会深深地渗透至气孔率高的石墨基材的表面，因此热膨胀差导致的变形也有可能变大。

本发明的目的在于提供一种SiC被覆碳复合材料及其制造方法，该SiC被覆碳复合材料使用具有可承受实际应用的强度的石墨基材，同时被覆物难以剥离，难以发生热变形。

用于解决课题的方案

本发明的SiC被覆碳复合材料为包含石墨基材、和覆盖上述石墨基材的CVD-SiC被覆物的SiC被覆碳复合材料，上述石墨基材的芯部的气孔率为12％～20％，并且，在上述芯部的周围具有从上述CVD-SiC被覆物延伸的SiC渗透层，上述SiC渗透层由从上述CVD-SiC被覆物侧的第1面向上述石墨基材侧的第2面依次按照Si的含量以阶梯状减小的方式配置的多个区域构成。

根据本发明的SiC被覆碳复合材料，使用了芯部的气孔率为12％～20％的石墨基材。若芯部的气孔率为12％以上，在CVD时原料气体容易渗透至气孔内部，能够容易地形成SiC渗透至气孔内部而成的SiC渗透层。另外，若芯部的气孔率为20％以下，作为结构用的石墨能够具有充分的强度。

另外，在石墨基材的芯部的周围具有从CVD-SiC被覆物延伸的SiC渗透层，SiC渗透层由从CVD-SiC被覆物侧的第1面向石墨基材侧的第2面依次按照Si的含量以阶梯状减小的方式配置的多个区域构成。因此，能够利用以阶梯状减小的多个区域来缓和在石墨基材的芯部与CVD-SiC被覆物之间产生的热膨胀差。

此外，本发明的SiC被覆碳复合材料的SiC渗透层按照Si的含量以阶梯状减小的方式构成，因而，通过适当调整该区域的宽度，能够以可进一步减小热膨胀差的影响的方式阶段性地形成SiC被覆碳复合材料的SiC渗透层。

需要说明的是，SiC渗透层的Si的含量是指来自SiC的Si，可以通过利用EDX(能量色散型X射线分析)测定强度来确认相对量。即，关于渗透至石墨基材的SiC，为了确认SiC的比例，若确认仅包含于SiC中的Si的强度则能够比较相对含量。

本发明的SiC被覆碳复合材料优选为下述方式。

(1)上述SiC渗透层由从上述第1面向上述第2面依次配置的第1区域～第i区域～第n区域构成，第i区域的Si含量大于第(i+1)区域的Si含量。