(57)【要約】【課題】酸化珪素製造装置に用いられるより寿命の長い部材、それを用いた酸化珪素製造装置及び被膜を形成する方法を提供する。【解決手段】炭素材料の表面に熱分解炭素の被覆を有することを特徴とする酸化珪素製造装置用部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料の表面に熱分解炭素の被覆を有することを特徴とする酸化珪素製造装置用部材。
【請求項２】
被覆の厚さが１〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の酸化珪素製造装置用部材。
【請求項３】
熱分解炭素の密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の酸化珪素製造装置用部材。
【請求項４】
炭素材料の表面粗さＲaが、０．１〜１，０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の酸化珪素製造装置用部材。
【請求項５】
炭素材料が、黒鉛であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の酸化珪素製造装置用部材。
【請求項６】
炭素材料が、カーボンコンポジットであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の酸化珪素製造装置用部材。
【請求項７】
酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備えた酸化珪素製造装置であって、酸化珪素ガスと接触する部分に、請求項１〜６のいずれか１項に記載の部材を使用することを特徴とする酸化珪素製造装置。
【請求項８】
酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備え、酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなる酸化珪素製造装置に、上記加熱手段により８００℃以上に加熱した装置内に炭素含有ガスを供給し、上記酸化珪素ガスと接触する部分の炭素材料の表面に熱分解炭素の被膜が形成されたことを特徴とする酸化珪素製造装置。
【請求項９】
酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備え、酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなる酸化珪素製造装置に、上記加熱手段により８００℃以上に加熱した装置内に炭素含有ガスを供給し、上記酸化珪素ガスと接触する部分の炭素材料の表面に、熱分解炭素の被膜を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリアフィルムの蒸着源やリチウムイオン電池の負極材として使用される酸化珪素の製造装置用の部材、酸化珪素製造装置、及び被膜を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化珪素はバリアフィルムの蒸着源、リチウムイオン電池の負極材として使用されている。酸化珪素は組成ＳｉＯｘ（ｘ＝０．５〜１．５）で表される珪素と酸素の化合物であり、酸化珪素を８００℃以上に加熱すると不均化反応が起こりＳｉＯ2マトリックス中にＳｉナノ粒子が分散した構造のナノコンポジットマテリアルが生成するが、これも酸化珪素の範疇に含まれる。
【０００３】
酸化珪素の製造方法としては（１）珪素の酸化、（２）二酸化珪素の還元、（３）珪素と二酸化珪素との反応が挙げられる。これらの方法では、いずれも原料を高温に加熱することで酸化珪素のガスを発生し、そのガスを冷却・凝集して固体の酸化珪素として回収する。反応装置の材質としては高温に耐える材料である炭素材料が好適に用いられている。しかしながら、黒鉛材料は酸化珪素のガスと高温下で反応し表面付近から除徐に炭化珪素に変化してしまうため、表面と内部に熱膨張率差が発生し、昇降温にともなう熱応力により材料が割れてしまい、寿命が短いという問題があった。
【０００４】
その対策として、特許文献１（特開２００１−２２０１２４号公報）には、内部に原料容器内に収容された二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を、不活性ガスもしくは減圧下において１，１００〜１，６００℃に加熱して酸化珪素ガスを生成させる反応室が形成されたマッフルを有する反応炉と、この反応炉内に配設されて上記混合原料粉末を加熱するヒーターと、上記反応室で生成した酸化珪素ガスを、冷却基体が配設されてこの冷却基体に上記酸化珪素ガスを接触させることにより上記冷却基体上に酸化珪素粉末を析出させる析出室に搬送する搬送管とを具備してなり、上記マッフル、原料容器、ヒーター及び搬送管の少なくとも一つが高融点金属、高融点金属の化合物、又は炭化珪素膜で被覆された黒鉛により形成された、酸化珪素粉末の製造装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００９−０９１１９５号公報）には、少なくとも二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下１，１００〜１，６００℃の温度範囲で加熱し、一酸化珪素ガスを発生させ、該一酸化珪素ガスを１，０００℃以下の基体表面に析出させる一酸化珪素の製造方法に用いられる一酸化珪素の製造装置において、１，１００〜１，６００℃の一酸化珪素ガスが接触する構成部材（但し、該析出基体を除く）をＣ／Ｃコンポジット材で構成したことを特徴とする一酸化珪素の製造装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の高融点金属、高融点金属の化合物、又は炭化珪素膜で被覆された黒鉛においては、黒鉛と被覆材が異なる物質であるため、熱膨張率差により被覆が剥がれ易いという問題があり、特許文献２のＣ／Ｃコンポジット材においては、耐久性が改善されたものの、やはり積層間が炭化珪素化し劣化するという問題があり、実用化の障害となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２０１２４号公報
【特許文献２】特開２００９−０９１１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はそのような状況を鑑みてなされたものであり、酸化珪素製造装置に用いられるより寿命の長い部材、それを用いた酸化珪素製造装置、及び被膜を形成する方法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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、酸化珪素反応温度での耐熱性が十分にあり、かつ酸化珪素ガスとその温度で接触しても内部に化学変化が進行しにくい材料を種々探索した結果、表面に熱分解炭素の被覆を有する炭素材料が好適であることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【００１０】
従って、本発明は下記発明を提供する。
[１]．炭素材料の表面に熱分解炭素の被覆を有することを特徴とする酸化珪素製造装置用部材。
[２]．被覆の厚さが１〜５００μｍであることを特徴とする[１]記載の酸化珪素製造装置用部材。
[３]．熱分解炭素の密度が１．８ｇ／ｃｍ3以上であることを特徴とする[１]又は[２]記載の酸化珪素製造装置用部材。
[４]．炭素材料の表面粗さＲaが、０．１〜１，０００μｍであることを特徴とする[１]〜[３]のいずれかに記載の酸化珪素製造装置用部材。
[５]．炭素材料が、黒鉛であることを特徴とする[１]〜[４]のいずれかに記載の酸化珪素製造装置用部材。
[６]．炭素材料が、カーボンコンポジットであることを特徴とする[１]〜[４]のいずれかに記載の酸化珪素製造装置用部材。
[７]．酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備えた酸化珪素製造装置であって、酸化珪素ガスと接触する部分に、[１]〜[６]のいずれかに記載の部材を使用することを特徴とする酸化珪素製造装置。
[８]．酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備え、酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなる酸化珪素製造装置に、上記加熱手段により８００℃以上に加熱した装置内に炭素含有ガスを供給し、上記酸化珪素ガスと接触する部分の炭素材料の表面に熱分解炭素の被膜が形成されたことを特徴とする酸化珪素製造装置。
[９]．酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備え、酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなる酸化珪素製造装置に、上記加熱手段により８００℃以上に加熱した装置内に炭素含有ガスを供給し、上記酸化珪素ガスと接触する部分の炭素材料の表面に、熱分解炭素の被膜を形成する方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の酸化珪素製造装置用部材は、酸化珪素反応温度での耐熱性が十分にあり、かつ酸化珪素ガスとその温度で接触しても内部に化学変化が進行しにくいため、従来用いられてきた炭素材料に比べより長寿命となる。そのためそれを用いた酸化珪素製造装置は修繕コストを低減できダウンタイムも減少するため、製造コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】熱ＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。
【図２】酸化珪素製造装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係る熱ＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施例に係る酸化珪素製造装置を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施例に係る酸化珪素製造装置を示す概略図である。
【図６】実施例１及び比較例２の部材を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
[酸化珪素製造装置用部材]
本発明の酸化珪素製造装置用部材は、炭素材料の表面に熱分解炭素の被覆を有するものである。炭素材料としては、黒鉛やグラッシーカーボン、炭素繊維、カーボンコンポジット等が挙げられる。中でも、耐熱性と強度の観点から、黒鉛又はカーボンコンポジットが好ましい。黒鉛の材料としては、押し出し材、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（冷間静水圧プレス））材等が挙げられるが、表面熱分解炭素被膜にピンホールが生じ難いという点から、ＣＩＰ材がより好ましい。割れ難いという点からは、炭素繊維と炭素の複合材料であるカーボンコンポジットがより好ましい。
【００１４】
被覆膜である熱分解炭素は、高温で炭素含有ガスを熱分解することにより生成する炭素である。炭素材料の表面に熱分解炭素被覆を形成する方法としては、炭素含有ガスを供給しつつ加熱する、熱ＣＶＤ法が挙げられる。熱分解温度としては８００〜３，０００℃が好ましく、１，０００〜２，５００℃がより好ましく、１，５００〜２，０００℃がさらに好ましい。熱分解温度が８００℃未満では、熱分解炭素被膜の生成速度が遅すぎ、３，０００℃を超えると、熱分解炭素被膜の着きまわりが悪くピンホールが生成し易くなるおそれがある。
【００１５】
炭素含有ガスは特に限定されないが、炭化水素、アルコール類が好適であり、常温で液体のものも加熱やバブリング等により気化させることで使用できる。炭素含有ガスとしては、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、天然ガス、メタノール、エタノール、プロパノール、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン及びこれらの混合物等が挙げられ、１種単独で又は２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。さらに、炭素含有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。
【００１６】
熱分解の雰囲気は０．１Ｔｏｒｒ〜１ａｔｍ（１３．３Ｐａ〜１０１ｋＰａ）が好適であり、熱分解炭素被膜の均一性の点から、０．１〜１００Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ）がより好ましい。０．１Ｔｏｒｒより低いと熱分解炭素被膜の生成速度が遅すぎ、１ａｔｍ以上では気相成長した微粒子が混入し熱分解炭素被膜の緻密性が劣るため好ましくない。
【００１７】
熱分解炭素の被膜の厚さは、１〜５００μｍが好ましく、５〜３００μｍがより好ましく、１０〜１００μｍがさらに好ましい。１μｍ未満だと、酸化珪素ガスが炭素材料まで透過してしまう可能性があり、５００μｍを超えると、熱分解炭素被膜と炭素材料との熱膨張率差により昇降温時に剥離してしまう可能性がある。なお、熱分解炭素の被膜の厚さは、原料の種類、反応温度、反応圧力、反応時間等により適宜調整することができるが、一般的には反応時間によって調節するのが簡便である。なお、被膜の厚さは断面をＳＥＭで観察することにより求めることができる。
【００１８】
熱分解炭素の密度は１．８ｇ／ｃｍ3以上が好ましく、１．９ｇ／ｃｍ3以上がより好ましい。１．８ｇ／ｃｍ3未満だと、酸化珪素ガスが炭素材料まで透過するおそれがある。なお、上限は特に限定されないが、２．３ｇ／ｃｍ3以下程度である。熱分解炭素の密度は、原料の種類、反応温度、反応圧力等により調節することができる。一般的には反応温度が高く、反応圧力が低いほど高密度になる。なお、ここでの密度は２５℃での値とし、簡便な測定方法としては、被膜形成前後での重量増加を基材の表面積と被膜の厚さの積で割ることで求めることができる。また、より精度の高い測定方法として、被膜を厚く堆積させた後、基材から剥離させ、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０７：２０１２に規定された液中秤量法で測定することも可能である。
【００１９】
炭素材料の表面に熱分解炭素被覆を形成する前の炭素材料の表面粗さＲａは、０．１〜１，０００μｍが好ましく、０．５〜２００μｍがより好ましい。表面粗さＲａが０．１μｍ未満ではアンカー効果が弱く、熱分解炭素被膜が剥離する可能性があり、１，０００μｍを超えると、凹部にピンホールが発生する可能性がある。表面粗さは、例えばサンドブラストにより粗面化する等で調節が可能である。なお、表面粗さＲａはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に定義された測定方法で測定する。具体的には、表面粗さ測定機（例えば（株）小坂研究所製ＳＥ３５００）で測定することができる。
【００２０】
炭素材料の表面に熱分解炭素被覆を形成する装置としては、熱ＣＶＤ装置が挙げられる。熱ＣＶＤ装置の一例を、図１を用いて説明する。炭素材料１を入れ被覆を行う反応室２、反応室２に連結し、炭素含有ガスや不活性ガスを導入するガス導入管３、排気ガスを排出する排気管４、炭素材料を加熱するための加熱手段５、必要に応じて反応室を減圧にするための真空ポンプ６を備えている。
【００２１】
具体的には、反応室２に炭素材料１を入れ、加熱手段５により８００℃以上に加熱しつつ、ガス導入管３から反応室２内に炭素含有ガスを供給し、排気管４から排気ガスを排出し、場合によっては真空ポンプ６で反応室を減圧に排気しながら炭素材料１の表面に熱分解炭素の被膜を形成することができる。一方、熱ＣＶＤ装置の代わりに、図２に示すような一般的な酸化珪素製造装置自体を用いて被覆を施すこともできる。この方法については後述する。
【００２２】
[酸化珪素の製造方法]
酸化珪素の製造方法としては、（１）珪素の酸化、（２）二酸化珪素の還元、（３）珪素と二酸化珪素との反応が挙げられる。これらの方法では、いずれも原料を高温に加熱することで酸化珪素のガスが発生させ、そのガスを冷却・凝集して固体の酸化珪素として回収する。上記酸化珪素製造装置用部材は、酸化珪素ガスと接触する部分に用いられることで、その効果をより発揮することができる。
【００２３】
上記（３）珪素と二酸化珪素との反応について、具体的な例としては、金属珪素粉末と二酸化珪素粉末を含有する混合粉末を、不活性ガスもしくは不活性ガスの減圧下、１，２００〜１，８００℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを基体表面に析出させる方法が挙げられる。
【００２４】
金属珪素粉末と二酸化珪素粉末は下記の反応スキームによって進行する。
Ｓｉ（ｓ）＋ＳｉＯ2（ｓ）→２ＳｉＯ（ｇ）
【００２５】
二酸化珪素粉末の平均粒子径は０．１μｍ以下であり、通常０．００５〜０．１μｍ、好ましくは０．００５〜０．０８μｍである。また金属珪素粉末の平均粒子径は３０μｍ以下であり、通常０．０５〜３０μｍ、好ましくは０．１〜２０μｍである。二酸化珪素粉末の平均粒子径が０．１μｍより大きい、金属珪素粉末の平均粒子径が３０μｍより大きいと、反応性が低下し、生産性が低下するおそれがある。なお、本発明において、平均粒子径はレーザー光回折法による粒度分布測定における累積重量平均値Ｄ50（又はメジアン径）等として測定することができる。
【００２６】
上記混合原料粉末を反応室内において１，２００〜１，８００℃、好ましくは１，３００〜１，７００℃の温度に加熱、保持し、酸化珪素ガスを生成させる。反応温度が１，２００℃未満では反応が進行しがたく、生産性が低下する場合があり、一方、１，８００℃を超えると、混合原料粉末が溶融・凝集して２層に分離してしまい、反応が進まなくなる場合がある。
【００２７】
一方、炉内（反応室）雰囲気は、不活性ガスもしくは不活性ガスの減圧下（好ましくは１，０００Ｐａ以下）で行う。中でも、酸化珪素が蒸気として発生しやすい減圧下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。
【００２８】
上記反応室には、原料供給機構にて、上記混合原料粉末を適宜間隔ごと、又は連続的に供給し反応を連続的に行うものである。上記原料供給機構としては、スクリューフィーダー等による連続供給や、上下にダンパーを設けた中間ホッパーによる間欠供給、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２９】
上記反応室で生成した酸化珪素ガスは、酸化珪素を回収する回収室に供給される。この際、反応室と酸化珪素を回収する回収室を連結するための搬送管を介してもよい。本発明において、搬送管は反応室と同じ温度以上に保持されることが好ましい。
【００３０】
上記酸化珪素を回収する回収室の内壁面や、回収室に配置され基体に、酸化珪素ガスが接触し、冷却されることにより酸化珪素が析出する。回収室や基体の冷却温度は、全工程において１，０００℃以下が好ましく、析出のための温度（析出温度）は１，０００℃まで下げればよいが、冷却温度は２００〜１，０００℃が好ましい。基体の種類については特に限定されないが、金属材料が好ましく、加工性の点でステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金等の金属材料が好適に用いられる。
【００３１】
[酸化珪素製造装置]
本発明の酸化珪素製造装置としては、酸化珪素ガスと接触する部分に上記酸化珪素製造装置用部材を用いる必要があり、その部分を全面被覆するのがより好ましい。特に、カーボンコンポジットの場合は端面（炭素繊維の層に概ね垂直の面）から酸化珪素ガスが浸入し劣化しやすいため、端面も被覆するのが好ましい。全面を被覆するために支持点を変えながら複数回に分けて被覆してもよい。
【００３２】
本発明の酸化珪素製造装置を得る方法としては、[１]予め酸化珪素製造装置用部材を作製し、これを使用して酸化珪素製造装置を組み立ててもよい。また、[２]酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなり、既に組み立てられた酸化珪素製造装置を用いて、上記炭素材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成してもよい。[２]の場合は、別途熱ＣＶＤ装置を用意する必要がなく簡便であるとともに、必要な部分全体を一度に被膜することができるため特に有用である。
【００３３】
酸化珪素製造装置としては、酸化珪素原料（例えば、金属珪素粉末と二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末）を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備えた装置が挙げられる。さらに、上記反応室内に上記混合原料粉末を供給する原料供給機構、上記基体を冷却する冷却機構等を有していてもよい。
【００３４】
酸化珪素製造装置の一例を、図２を用いて説明する。
外気との気密を保つ真空容器７内に、酸化珪素反応室８が設けられている。酸化珪素反応室８を取り囲んで加熱手段１２が配設されている。酸化珪素反応室８には、ガス導入管１０が連結されており、炭素含有ガスや不活性ガスが導入される。酸化珪素反応室８の上端は開口し、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室９が連結され、この回収室９内壁面、特に上部内壁面が、析出基体（酸化珪素析出ゾーン）として構成される。酸化珪素反応室８と回収室９の間に搬送管が連結されていてもよい。さらに搬送管の加熱手段を配設してもよい。
【００３５】
排気ガスを排出する排気管１１により、排気ガスが排出され、この真空ポンプ１３に連結された排気管１１が真空容器７に連通されていることにより、上記真空ポンプ１３の作動で、回収室９、搬送管内及び酸化珪素反応室９がそれぞれ所定の減圧度となるように減圧されるものである。
【００３６】
この装置において、酸化珪素ガスと接触する部分として、少なくとも、酸化珪素反応室８、搬送管（設置されている場合）を、上記酸化珪素製造装置用部材を用いる必要があり、加熱手段１２、搬送管の加熱手段（設置されている場合）も上記酸化珪素製造装置用部材とすることが好ましい。
【００３７】
[１]予め酸化珪素製造装置用部材を作製し、これを使用して酸化珪素製造装置を組み立てる場合は、上記部分に酸化珪素製造装置用部材を用いればよい。
[２]既に組み立てられた酸化珪素製造装置を用いて、上記炭素材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成する場合は、酸化珪素原料を反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、反応室を加熱する加熱手段と、酸化珪素ガスを析出させて酸化珪素を回収する回収室とを備え、酸化珪素ガスと接触する部分が炭素材料からなる酸化珪素製造装置に、上記加熱手段により８００℃以上、好適には１，２００〜２，２００℃に加熱した装置内に炭素含有ガスを供給し、上記酸化珪素ガスと接触する部分の炭素材料の表面に、熱分解炭素の被膜を形成する方法が挙げられる。より具体的に図２を用いて説明すると、炭素材料からなる酸化珪素反応室８を加熱手段１２により８００℃以上に加熱しつつ、ガス導入管１０から酸化珪素反応室８内に炭素含有ガスを供給し、排気管１１から排気ガスを排出し、真空ポンプ１３で真空容器７内を減圧に排気しながら、炭素材料の表面に熱分解炭素の被膜を形成することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
図３に示す熱ＣＶＤ装置を用いて、酸化珪素製造装置用部材を調製した。図３に示す装置は、真空容器１５、炭素材料を入れ被覆を行う反応室１６、反応室１６に連結し、炭素含有ガスや不活性ガスを導入するガス導入管１７、排気ガスを排出する排気管１８、炭素材料を加熱するためのカーボンヒーター１９、反応室を減圧にするための真空ポンプ２０、圧力調節弁２１を備えている。
【００４０】
２０ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍの四角柱形状の炭素材料（ＣＩＰ黒鉛材）からなる、（被覆前の）酸化珪素製造装置用部材１４（表面の粗さＲａ０．３μｍ）を１００個（図３は配置を示す）、熱ＣＶＤ装置の反応室１６（直径８００ｍｍ×高さ１５００ｍｍ）内に入れ、真空ポンプ２０により真空容器１５内を０．１Ｔｏｒｒまで減圧した。カーボンヒーター１９により酸化珪素製造装置用部材１４を１，７００℃に加熱後、真空ポンプ２０により排気しつつ、ガス導入管１７からメタンガスを５Ｌ／ｍｉｎの速度で供給した。その状態で圧力調節弁２１により真空容器１５内の圧力を１Ｔｏｒｒに調整しながら６時間保持し、支持点を除く全面に熱分解炭素の被覆を施した。その後、メタンガス供給と加熱を停止し、室温まで放冷後、真空ポンプ２０を停止して常圧に復圧し、熱分解炭素の被覆が施された酸化珪素製造装置用部材を取り出した。この部材を縦半分に切って断面をＳＥＭで観察したところ、熱分解炭素被覆の厚さは４０〜６０μｍであった。この被覆の密度は１．９ｇ／ｃｍ3であった。
【００４１】
［実施例２］
図３に示す熱ＣＶＤ装置を用いて、酸化珪素製造装置用部材を調製した。
５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの四角板形状のカーボンコンポジットマテリアルからなる酸化珪素製造装置用部材（表面の粗さＲａ３．５μｍ）１００個を、図３に示す熱ＣＶＤ装置の反応室１６（直径８００ｍｍ×高さ１５００ｍｍ）内に入れ、真空ポンプ２０により真空容器１５内を０．１Ｔｏｒｒまで減圧した。カーボンヒーター１９により酸化珪素製造装置用部材を１，５００℃に加熱後、真空ポンプ２０により排気しつつガス導入管１７からメタンガスを１０Ｌ／ｍｉｎの速度で供給した。その状態で圧力調節弁２１により真空容器１５内の圧力を３Ｔｏｒｒに調整しながら２０時間保持し、支持点を除く全面に熱分解炭素の被覆を施した。その後、メタンガス供給と加熱を停止し、室温まで放冷後、真空ポンプ２０を停止して常圧に復圧し、熱分解炭素の被覆が施された酸化珪素製造装置用部材を取り出した。この部材を縦半分に切って断面をＳＥＭで観察したところ、熱分解炭素被覆の厚さは８０〜１００μｍであった。この被覆の密度は１．８ｇ／ｃｍ3であった。
【００４２】
［実施例３］
５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの四角板形状のカーボンコンポジットからなる酸化珪素製造装置用部材の表面にサンドブラスト処理を施し、表面の粗さＲａを５１０μｍとした以外は実施例２と同様に熱分解炭素の被覆を施した。この部材を縦半分に切って断面をＳＥＭで観察したところ、熱分解炭素被覆の厚さは７０〜１１０μｍであった。この被覆の密度は１．８ｇ／ｃｍ3であった。
【００４３】
［試験例］
図４に示す酸化珪素製造装置を用いて、炭素材料の表面に熱分解炭素の被覆を形成した部材の強度を確認した。
真空容器２４内に、酸化珪素反応室２５が設けられている。酸化珪素反応室２５を取り囲んでカーボンヒーター２９が配設されている。酸化珪素反応室２５には、ガス導入管２７が連結されている。酸化珪素反応室２５の上端は開口し、回収室２６が連結され、この回収室２６の内壁面、特に上部内壁面が、析出基体（酸化珪素析出ゾーン）として構成される。なお、３０は真空ポンプであり、この真空ポンプ３０に連結された排気管２８が上記回収室３６に連通されていることにより、上記真空ポンプ３０の作動で、回収室２６、搬送管（設置されている場合）内、及び酸化珪素反応室２５がそれぞれ所定の減圧度となるように減圧されるものである。
【００４４】
反応室２５（直径５００ｍｍ×高さ４００ｍｍ）内に金属珪素粉末（平均粒径３０μｍ）５ｋｇと二酸化珪素粉末（平均粒径１０μｍ）１０ｋｇを均一に混合した酸化珪素原料２３を入れ、その上に実施例１〜３の被覆済み部材２２を各５個配置した（図４は配置を示す）。真空ポンプ３０により真空容器２４内を０．１Ｔｏｒｒまで減圧した後、真空ポンプ３０により排気しつつカーボンヒーター２９により反応室２５を１，５００℃に加熱し、その状態で１０時間保持し酸化珪素ガスを発生させ、回収室２６で発生した酸化珪素ガスを冷却・凝固させて酸化珪素を回収した。その後、加熱を停止し、室温まで放冷後、真空ポンプ３０を停止して常圧に復圧し、実施例１〜３の被覆済み部材を取り出した。この操作を１０バッチ繰り返したところ、実施例１の部材には重量及び外観に変化は見られなかった（図６左）。また、実施例２及び３の部材にも重量変化や層間の亀裂などの劣化は見られなかった。
【００４５】
［比較例１］
熱分解炭素の被覆が施されていない２０ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍの四角柱形状の炭素材料（ＣＩＰ黒鉛材）からなる酸化珪素製造装置用部材及び５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍの四角板形状のカーボンコンポジットマテリアルからなる酸化珪素製造装置用部材を用いた以外は、試験例と同様の操作を１０バッチ繰り返した。その結果、熱分解炭素の被覆が施されていない炭素材料からなる部材は全ての角部が欠損し５質量％以上の重量減少がみられた（図６右）。また、カーボンコンポジットマテリアルからなる部材は層間に亀裂が発生していた。これらの表面を分析したところＳｉＣ化していることが確認された。
【００４６】
［実施例４］
図５に示す酸化珪素製造装置の真空ポンプ３８により真空容器３２内を０．１Ｔｏｒｒまで減圧した後、炭素材料（ＣＩＰ黒鉛材、表面の粗さＲａ１．２μｍ）からなる反応室３３（直径５００ｍｍ×高さ４００ｍｍ）を、カーボンヒーター（押出し黒鉛材、表面の粗さＲａ５．７μｍ）３７により１，５００℃に加熱しつつ、ガス導入管３５から真空容器３２内にメタンガスを１０Ｌ／ｍｉｎの速度で供給し、排気管３６から排気ガスを排出し、真空ポンプ３８で真空容器３２内を１Ｔｏｒｒ減圧に排気しながら１０ｈｒ（時間）保持し、反応室３３及びカーボンヒーター３７の表面に熱分解炭素の被膜を形成した。冷却後、金属珪素粉末（平均粒径３０μｍ）５ｋｇと二酸化珪素粉末（平均粒径１０μｍ）１０ｋｇを均一に混合した酸化珪素原料３１を反応室３３に入れ、真空ポンプ３８により真空容器３２内を０．１Ｔｏｒｒまで減圧した後、真空ポンプ３８により排気しつつカーボンヒーター３７により反応室３３を１，５００℃に加熱し、その状態で１０時間保持し酸化珪素ガスを発生させ、回収室３４で発生した酸化珪素ガスを冷却・凝固させて、酸化珪素を回収した。その後、加熱を停止し、室温まで放冷後、真空ポンプ３８を停止して常圧に復圧し、回収した酸化珪素を取り出した。この操作を２０バッチ繰り返したが、反応室３３及びカーボンヒーター３７の外観には全く損傷が見られなかった。
【００４７】
［比較例２］
熱分解炭素の被覆を施さない以外は実施例４と同様の操作を１５バッチ繰り返したところ、この熱分解炭素の被覆が施されていない反応室は一部割れが発生し、カーボンヒーターは減肉が見られ、これ以降の反応は困難であった。
【符号の説明】
【００４８】
１  炭素材料
２  反応室
３  ガス導入管
４  排気管
５  加熱手段
６  真空ポンプ
７  真空容器
８  酸化珪素反応室
９  回収室
１０  ガス導入管
１１  排気管
１２  加熱手段
１３  真空ポンプ
１４  酸化珪素製造装置用部材
１５  真空容器
１６  反応室
１７  ガス導入管
１８  排気管
１９  カーボンヒーター
２０  真空ポンプ
２１  圧力調節弁
２２  被覆済み部材
２３  酸化珪素原料
２４  真空容器
２５  酸化珪素反応室
２６  回収室
２７  ガス導入管
２８  排気管
２９  カーボンヒーター
３０  真空ポンプ
３１  酸化珪素原料
３２  真空容器
３３  反応室
３４  回収室
３５  ガス導入管
３６  排気管
３７  カーボンヒーター
３８  真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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