(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のａ）〜ｄ）：
ａ）蒸着室中で固体の基体の表面の付近に炭化ケイ素前駆体ガスを供給すること；
ｂ）前記炭化ケイ素前駆体ガスを反応させて、前記基体の前記表面の予定された蒸着ゾーンに炭化ケイ素蒸着物を形成すること；
ｃ）その後、前記蒸着室から前記炭化ケイ素蒸着物を伴う前記基体を取り出すこと；及び
ｄ）前記基体から前記蒸着物を分離することによりこれを取り出すこと；
を含む化学蒸着による炭化ケイ素物品の製造方法であって、
次のｅ）〜ｇ）：
ｅ）分離装置が回転プラットフォームと前記基体の間に配置され、前記分離装置は境界ゾーン上に延びる外壁部を含むこと；
ｆ）前記境界ゾーンは、前記蒸着室中の前記予定された蒸着ゾーンと前記外壁部の間に位置すること；及び
ｇ）前記予定された蒸着ゾーンに、前記境界ゾーン中に形成された蒸着物よりも厚い炭化ケイ素蒸着物を形成すること；
を含む方法。
【請求項２】
前記境界ゾーン中に形成された前記蒸着物の厚さが、この蒸着物が前記蒸着ゾーンから遠ざかるに従って減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外壁部に最も近い前記境界ゾーンの部分には本質的に何らの蒸着物も形成されない、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
次のｉ）〜ｖｉ）を含む炭化ケイ素物品の製造方法：
ｉ）蒸着室中の固体基体の表面に予定された蒸着ゾーンに近接して炭化ケイ素前駆体ガスを供給すること；
ｉｉ）前記炭化ケイ素前駆体ガスを反応させて、前記予定された蒸着ゾーンに炭化ケイ素蒸着物を形成すること；
ｉｉｉ）回転プラットフォームと前記固体基体の間に配置された分離装置であって、外壁部を含む分離装置を提供すること；
ｉｖ）前記予定された蒸着ゾーンに隣接する前記表面に蒸着物の厚さの減少していく境界ゾーンを画定すること；
ｖ）前記境界ゾーンを覆う開いた溝を設け、この開いた溝は（ａ）前記境界ゾーン、（ｂ）前記境界ゾーンから間隔を空けて、前記境界ゾーン上に伸びる前記外壁部、（ｃ）前記境界ゾーン及び前記外壁部の間に伸びる閉じた端部、並びに（ｄ）前記閉じた端部と反対側にあり、前記蒸着ゾーンに隣接している開いた端部によって画定されていること；並びに
ｖｉ）前記基体表面から前記炭化ケイ素蒸着物を回収すること。
【請求項５】
前記溝のその開口端部での幅（ｗ１）が、前記回収される蒸着物の厚さの１〜２倍である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記溝の開口端部及びその閉じた端部の間の距離（ｈ）が、前記溝の開口端部の幅（ｗ１）の１．５〜５倍である、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記溝の開口端部の幅（ｗ１）が、その閉じた端部の幅（ｗ２）の少なくとも２倍である、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記基体が前記蒸着室中の他の固体表面から分離装置によって分離され、前記外壁部及び前記閉じた端部が、前記分離装置の一体となった部品である、請求項４〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記基体が前記分離装置によって支持されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記分離装置が前記他の固体表面によって支持されている請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記分離装置が２つの基体を分離している、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記基体が中空コアの周りに伸びている、請求項４〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記基体が円筒形又は円錐台形の形状をしている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基体が前記中空コアの周りに伸びる一連の平坦な壁を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記外壁部及び前記閉じた端部が分離装置の一体の部品であり、この分離装置は前記基体の内部中空コアを、前記蒸着室中で前記炭化ケイ素前駆体ガスから分離するものである、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
次のａ）〜ｄ）を含む、ガス状前駆体から固体の蒸着物を形成するための装置：
ａ）固体の基体；
ｂ）蒸着室であって、前記固体の基体の挿入と取り出しを充分に可能にする開閉ができるもの；
ｃ）前記蒸着室に操作可能に連結されたガス状前駆体材料の源；及び
ｄ）前記固体の基体と前記蒸着室中の回転プラットフォームの間に配置された外壁部を含む分離装置であって、前記基体と協同して、前記分離装置の前記外壁部に最も近い前記基体の境界に近接して伸びる境界ゾーンの上での前記ガス状前駆体材料の流れを制限する分離装置。
【請求項１７】
開いた端部から閉じた端部まで前記境界ゾーンから間隔を空けて、前記境界ゾーン上に伸びる前記外壁部を有し、前記閉じた端部は前記基体と前記外壁部の間に伸びている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記外壁部が、前記閉じた端部での前記基体から間隔をおかれた距離（ｗ２）よりも大きな、前記開いた端部での前記基体からの距離（ｗ１）、間隔をおかれている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記外壁部の前記開いた端部が前記閉じた端部から、この外壁部がこの開いた端部で前記基体から間隔をおかれている距離ｗ１の２〜５倍の距離、間隔をおかれている、請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記蒸着室中で２つの固体の基体が一方が他方の上に載せて配置され、前記分離装置は前記２つの基体の隣り合った固体表面の間に配置されている、請求項１７〜１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記基体が円柱形又は円錐台形である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記基体が前記蒸着室中で、前記分離装置によって支持されている、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
炭化ケイ素の諸性質の特異な組み合わせは、それを半導体、光学、エレクトロニクス及び化学的加工の分野において、種々の用途について、特に適当な材料としている。更に、化学蒸着（ＣＶＤ）法は、種々の物品上の種々の材料の薄膜及び皮膜を提供するために広く使用されてきた。化学蒸着（ＣＶＤ）加工によって製造された炭化ケイ素物品は、優れた機械的、熱的、物理的及び光学的性質を示すものと認識されている。本発明は、支持なしに立ち、自己支持性の炭化ケイ素物品における改善に関し、特に円筒形、円錐台形又は他の形状の中空シェルの製造に適合するものである。そのようなシェルはＸ線望遠鏡、半導体加工炉、熱交換機、レーザー管（ｌａｓｅｒ  ｔｕｂｅｓ）及び化学的加工装置に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
天体Ｘ線望遠鏡用の製作材料としての炭化ケイ素の利点、及び円錐形炭化ケイ素シェルを調製するための小規模のＣＶＤ加工の実験的使用は、Ｇｅｒｉｌ  ｅｔ  ａｌ．によって”Ｔｈｉｎ  Ｓｈｅｌｌ  Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒａｚｉｎｇ  Ｉｎｃｉｄｅｎｔ  （Ｗｏｌｔｅｒ  Ｔｙｐｅ  Ｉ）  ＳｉＣＭｉｒｒｏｒｓ”，ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃ．，２４７８，  ２１５（１９９５）に最近記載されている。
【０００３】
高度の表面平滑性及び艶出し性を要求する用途におけるＣＶＤ法で製造された支持なしで立つ炭化ケイ素材料の利点は、米国特許Ｎo.５３７４４１２に記載されている。前記特許は、支持なしで立つ炭化ケイ素物品のＣＶＤ製造において使用される装置及びプロセス条件を記載している。この特許は、マンドレル上にＳｉＣを熱分解蒸着することにより、支持なしで立つ炭化ケイ素材料を製造する方法を更に記載しているものとして、先行の米国特許Ｎo.４９９０３７４、４９９７６７８、及び５０７１５９６をも引用している。
【０００４】
化学蒸着の間、基体の意図した側への炭化ケイ素の蒸着を制御し又は分離する幾つかの方法が、米国特許Ｎo.４９６３３９３、及び４９９０３７４に記載されている。米国特許Ｎo.４９６３３９３には、基体の裏側を、流通する反応した前駆体ガスの流れから隠蔽するために、可撓性グラファイト布のカーテンを配置し、これによって炭化ケイ素が基体の裏側に蒸着するのを回避している。米国特許Ｎo.４９９０３７４では、非反応性ガスの向流が基体の後ろから基体の周辺縁を流通するように誘導し、これによって蒸着を前記基体の前面に限定している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
化学蒸着（ＣＶＤ）が、炭化ケイ素の、支持なしで立つ物品及び被膜の両方を製造するのに使用されてきた。典型的には、この方法は、蒸気状又はガス状化学的前駆体が基体の付近で反応させて基体上に蒸着させることを含む。この蒸着反応は、蒸着物が望みの厚さに達するまで継続する。被覆された物品が望まれるときは、前記基体は被覆される物品であり、前記皮膜は比較的薄い。もし支持なしで立つ物品又は炭化ケイ素本体（ｂｕｌｋ）材料が望まれるときは、基体上にシェルとして比較的厚い蒸着物が形成され、次いで基体から分離されて炭化ケイ素物品が提供される。
【０００６】
典型的な炭化ケイ素本体材料の製造の運転において、炭化ケイ素前駆体のガス又は蒸気は蒸着室に供給され、ここでそれらは、反応して炭化ケイ素を生じる温度に加熱される。固体マンドレル又は他の基体の上のシェルとしての炭化ケイ素蒸着物は、前記蒸着室内で提供される。前記蒸着は、炭化ケイ素の望みの厚さが前記基体又はマンドレルの上に蒸着されるまで継続される。適当な形状の基体又はマンドレルの型を用いるそのような化学蒸着（ＣＶＤ）法を適用することによって、モノリスの炭化ケイ素板及び円筒が製造されてきた。
【０００７】
一旦前記炭化ケイ素前駆体のガス又は蒸気が適当な条件におかれ反応させられると、それらは炭化ケイ素を生じ、次いで何らかの有効な表面に堆積する。前記堆積は、一般にマンドレルの意図された表面に限られず、そのような表面を越えて隣接した表面に伸び、また蒸着室の壁及びハウジングに蒸着する。過去において、前記炭化ケイ素蒸着物は前記マンドレルの寸法限界を越えて、マンドレルを蒸着室内の所定の位置に保持し又は支持する隣接部分に伸びていた。その場合は、マンドレルを蒸着室から取り出すためには、そのような蒸着物を壊す必要があった。この蒸着物の破壊は、しばしば、破壊の点から蒸着物の中に伝播するクラックの形成をもたらす。そのようなクラックは炭化ケイ素物品の意図された用途に許容されず、通常、拒絶される物品を生じる。炭化ケイ素の比較的厚い化学蒸着物における伝播したクラックの横行は、この方法で商業的に製造し得る物品のサイズを制限してきた。ＣＶＤ炭化ケイ素蒸着物が隣り合って積み重ねられたマンドレルの間の何らかの接合点を橋架けする潜在的能力、及びその後の個々のマンドレルのそのような積み重ねからの分離と取り出しの困難性の認識は、炭化ケイ素物品の商業生産における積み重ねられたマンドレルの使用を妨げてきた。
【０００８】
最適蒸着条件のためには、一般に大気圧未満の条件が必要であり、このためには蒸着が真空室中で行われることが必要である。真空室の製造体積を、水平の、又は床スペース占有の寸法を増すよりも鉛直方向の寸法を増すことによって、増加する方が一般に安価である。従って、複数のマンドレル上に炭化ケイ素蒸着物を作りだし、ここにこのマンドレルは単一の鉛直に伸びる蒸着室内に鉛直に積み重ねられているのが、経済的に有利であろう。しかしながら、これは、少なくとも部分的には１つのマンドレルを隣接するマンドレル上に形成された蒸着物から分離するのが困難であったために、過去においては行われなかった。
【０００９】
本発明は、前記マンドレルの寸法上の限界を越えて伸びる蒸着物の形成を大きく制限し、好ましくは完全に回避する方法、及びそれに関連する装置に関する。そのような蒸着物の形成を制限し、又は回避することによって、前記蒸着室からマンドレルを取り出しても、前記蒸着物の中に伝播するクラックを生じることはない。本発明を実施して、マンドレルの寸法的限界で、又はそれに隣接するところで蒸着物の形成が回避されれば、このマンドレルはこの蒸着物を壊すことなく蒸着室から取り出すことができる。大きく限定された蒸着物がこのマンドレルの寸法的限界で生成するときは、それは蒸着物の主ボデーよりも実質的に薄い皮膜を形成し、その破壊はこの蒸着物の主ボデー中に伸びるクラックを生じない。
【００１０】
本発明は、複数の基体又はマンドレルが１つの上に１つが載せられて鉛直方向に配列されるので、それらの上に炭化ケイ素が形成される、方法をも提供する。次いで、これらのマンドレルはこの積み重ねから取り出され、蒸着物はこれらマンドレルから分離され、支持なしに立つ緻密な炭化ケイ素物品を生じる。
【００１１】
本発明は、アスペクト比、即ち、壁厚さに対するシェル直径が５０又はそれ以上の緻密な炭化ケイ素の、剛性で薄壁の円筒形又は円錐台形のシェルの製造を更に提供する。それはまた、大直径の、即ち、直径１８インチ又はそれ以上の円筒形若しくは円錐台形の緻密な炭化ケイ素のシェルの商業生産を可能にした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による炭化ケイ素シェルを製造するために備えつけられた化学蒸着（ＣＶＤ）炉を、図１に示す。炉１０は真空室１２を画定する外側ハウジングを有し、このハウジングは排出口１４を通って真空源に連結されている。前記真空室中に設けられた蒸着室１６は、側壁１８、頂部壁２０及び底２２によって画定される。この底２２は、真空室１２の底付近に設けられている床板２６から上方に伸びる円筒２４に支持されている。回転プラットフォーム２８は、テーブル３４上の溝３２中に伸びるレールによって支持されている。シャフト３６は、モーター／動力伝達装置（図示していない）からプラットフォーム２８を回転するための駆動力を伝達する。ガス注入器装置３８は、頂部壁２０を通して蒸着室１６中に蒸着物前駆体ガスを供給する。典型的には、前記注入器装置３８は、中央注入器の周りに配置された多数の注入器を包含する。２つのマンドレル４０及び４２の積み重ねが回転プラットフォーム上に配置されている。これらマンドレルの各々は、中空の円錐形グラファイト型から形成されており、この型は小さな端４６から大きな型４８に伸びている。前記小さな端４６でのマンドレルの直径は、その大きな端４８での直径よりも小さい。図１に配列されているように、これらマンドレルは相互に隣接するそれらの大きな端部４８で積み重ねられている。適当な加熱手段（図示していない）は、マンドレル表面に望みの蒸着温度を供給する。これらマンドレルの側壁に沿って、また底の下に配置されたグラファイト電気抵抗ヒーターは、このマンドレル表面にわたって比較的均一な温度分布を提供した。
【００１３】
典型的な炭化ケイ素製造操作において、１つのマンドレル４２が回転プラットフォーム２８上に配置され、蒸着室１６が組み立てられ、真空室１２が閉じられる。この真空室は、この室を真空で引き（ｄｒａｗ  ａ  ｖａｃｕｕｍ）、ガス注入器３８を通して不活性ガスを注入し、真空で再度引くことによって、大気ガスを排除する。次いで、プラットフォーム２８の回転を開始し、前記マンドレルを目標蒸着温度に加熱し、反応性被膜前駆体ガスの流れを開始し、目標炉圧を達成する。前記前駆体ガスの流れ、目標マンドレル温度及び目標炉圧力を、蒸着物が望みの厚さに達するまで維持し、達した時点で皮膜前駆体の流れを停止し、マンドレル温度及び炉圧を通常のもの、即ち周囲のものに戻す。次いで、この真空室を開き（通常底から）、前記回転プラットフォームを下げ、マンドレルをそれから取り出す。次いで、炭化ケイ素蒸着物を前記マンドレルから分離し、回収する。過去においては、前記マンドレルの回転プラットフォームからの取り外しは、マンドレル上に形成されるだけでなく、マンドレルの端部を超えて回転プラットフォーム２８の上表面に沿って伸びる炭化ケイ素のために、複雑であった。マンドレルを取り外すにはこの比較的厚い蒸着物を壊す必要があり、このために、今度は壊れた点から前記蒸着物の全体に伝播する可能性があり、多くの場合炭化ケイ素物品をその意図された用途に使用することを妨げる。
【００１４】
本発明において、分離装置５０が下部マンドレル４２及び回転プラットフォーム２８の間に設けられる。図２に最もよくみられるように、前記分離装置５０は側壁部即ち外壁部５２及び閉じた端部５４を有する。前記外壁部５２は前記マンドレル４２から間隔をあけられ、閉じた端部５４から開いた端部５６に伸びている。前記閉じた端部は、マンドレル４２と外壁部５２の間に伸びている。前記外壁部５２、閉じた端部５４及びマンドレルは互いに、閉じた端部から開いた端部５６に伸びる開いた溝５８を画定する。図３に最もよく見られるように、その開いた端部５６で、前記開いた溝ｗ1 、又は前記外壁部５２及びマンドレル４２の間の距離は、最終炭化ケイ素蒸着物５７の意図された厚さの１〜２倍である。好ましくは、閉じた端５４でのこの溝の幅ｗ2 は、幅ｗ1 の１／２未満である。比較的小さな溝幅ｗ2 を閉じた端部に設けると、この閉じた端部５４に近いマンドレルの上に何らの蒸着物も形成されないようにする。閉じた端５４から開いた端５６までの開いた端の高さｈは、幅ｗ1 よりも大きく、好ましくは幅ｗ1 の約１．５〜５倍である。
【００１５】
前記開いた溝５８は、この開いた溝に近接した前記マンドレル、又は基体の部分、即ち、分離装置５０の外壁部５２の下に伸びるマンドレルの部分にある境界ゾーン６０を画定する。前記境界ゾーン６２は、反応性皮膜前駆体ガスが入手しにくくて、その結果前記境界ゾーンでの実質的に比較的薄い炭化ケイ素蒸着物の形成を生じることにより、前記マンドレル表面の残りの部分（この部分を蒸着ゾーン６２と呼ぶ）から区別される。前記境界ゾーン内の蒸着物の厚さは、それが前記溝の開口端５６から遠い程、減少する。好ましくは、前記蒸着物の厚さは充分に減少して、前記溝の閉じた端部５４の近傍には何らの蒸着物も形成されない。
【００１６】
本発明方法における前記マンドレル４２とプラットフォーム２８の間に分離装置５０を利用すると、蒸着ゾーン６２と前記回転プラットフォーム２８の支持固体表面に最も近いマンドレルの部分との間に蒸着物厚さの薄い境界ゾーン６０を提供する。好ましくは、前記蒸着物の厚さは、前記プラットフォーム２８に最も近いマンドレルの端部で本質的にゼロになるように減少する。従って、その上に炭化ケイ素蒸着物を載せたマンドレル４２を取り出しても、前記蒸着物の厚い延長部の破壊とそれに伴う製品中の伝播性クラックの発生の可能性は必要でない。それによって、前記取り出し可能なマンドレルが前記炉の部品の取り出しできない部品に接している所での炭化ケイ素蒸着物の最小化又は排除によって、許容できる製品の収率は実質的に高められる。
【００１７】
分離装置５０と本質的に同じの分離装置６４が、上部マンドレル４０の頂部に設けられ、ここでそれは炭化ケイ素蒸着物が上部縁を超えてこの中空上部マンドレル４０の内部表面に伸びるのを防ぐ。分離装置６４の閉じた端部は、装置５０のように、前記外壁によって画定されるスペースに伸びる皿状連続的固体シートである。従って、前記分離装置６４は、前記積み重ね体の上部端を本質的に閉じ、これによって前記反応性前駆体ガスが中空マンドレル４０及び４２の積み重ね体の内部にアクセスするのを拒否し、この中空マンドレルの内部表面上に望ましくない蒸着物が生成するのを回避する。
【００１８】
更なる分離装置６６が、前記積み重ねられたマンドレル４０及び４２の間に設けられる。前記分離装置５０及び６４は、単一のマンドレルと共同してそのようなマンドレルの周縁に近接する境界ゾーンを画定するように設計される。分離装置６６は、２つの積み重ねられたマンドレルと共同してそれぞれに分離ゾーンを設けるように設計される。図４に最もよく見られるように、分離装置６６は、円周方向に伸びる外壁部７０とこの外壁部の内面の中心から内側に伸びる半径方向に配置された閉じた端部７２とを包含し、概してＴ字型の断面を有するようになっている環状リングを包含する。上記説明のように、半径方向に配置された閉じた端部７２は、下部マンドレル４２の上部縁の上に配置され、上部マンドレル４０の下部縁は、前記閉じた端部７２の上部に配置される。円周方向に伸びる外壁部７０は、下部及び上部のマンドレルの両方の周りに伸び、それらの各々及び前記閉じた端部７２と共に、前記マンドレルの各々の近接する端部の所で、境界ゾーン６０を画定するように機能する。蒸着過程において、前記分離装置は反応性前駆体ガスがこれら境界ゾーンに流れるのを制限し、これによって前記境界ゾーンの各々に形成される蒸着物の厚さは、前記蒸着物が前記閉じた端部に接近するにつれて徐々に減少し、好ましくはゼロになる。前記蒸着は、閉じた端部に到達する前に本質的に完了し、前記分離装置を有するマンドレルの連結点を横切って伸びることはないので、前記運転を終了したとき前記マンドレルを前記分離装置から分離しても、前記蒸着物を通して伝播するクラックを生じない。図４に示した分離装置において、前記半径方向に配置された閉じた端部７２は、下部マンドレル４２によって充分に支持され、上部マンドレル４０に充分な支持を与えるに充分長いが、図示した分離装置５０及び６４のように一方の側から他方の側に伸びることはない。前記装置６６は、前記隣り合うマンドレルの内部を完全に分離するように設計され得る一方で、重量、材料及びコストの節約は、装置６６に図示の環状の閉じた端部７２を設けることによって達成される。前記装置６６の閉じた端部はそれがマンドレルと接触する場所よりも、その外側端部７０の近くで厚い。厚さの変化は段７４の所で起こり、この段は、関係するマンドレルの外径プラス意図されたｗ2 の寸法、即ち、前記溝の閉じた端部での意図された幅の２倍に等しい直径の所に位置する。
【００１９】
当業者は、上部及び下部のマンドレルが異なった長さ、幅及び厚さ寸法を持っても良いことを理解するであろう。この分離装置の寸法は、分離されるべき特定のマンドレルの寸法から容易に決定することができる。
【００２０】
図１の具体例においては２つのマンドレルの鉛直方向の積み重ねが示されている。この積み重ねは、複数のマンドレルが各隣接点にて分離装置で分離されるならば、 4個、６個、又はどんな数のマンドレルも含み得る。鉛直方向に積み重ねられた多数のマンドレルの加工が可能になれば、同じ容量の水平方向に配列された真空炉よりも小さい床面積、少ない資本及び少ないメンテナンス費用を一般に必要とする鉛直方向に配列された真空炉中でこの過程を行うことが可能になる。
【００２１】
前記基体、又はマンドレルは、それらのコスト及び重量を最小にするために、典型的には中空のコアの周りに形成される。これらマンドレルは、円筒形又は円錐台形のマンドレルにおけるように、一般に円形又は環状の断面を有することができる。更に、これらマンドレルはそれらの軸方向の長さに沿って伸びるに従って、幾つかの異なった形状を有してもよい。異なった側壁角を有する２つの円錐がマンドレルの中央部で収束する二重円錐台形のマンドレルが使用されてきた。その代わりに、炭化ケイ素の平坦なシートが製造されるべきときは、このマンドレルは、箱の４面壁のように、中空のコアの周りに伸びる一連の連結された平坦な壁を含んでも良い。
【００２２】
これらマンドレルは、適当な高温材料、例えばアルミナ、グラファイト、モリブデン又はタングステンから製作される。グラファイトは、その熱膨張率が炭化ケイ素のそれと近似していること、その高温性及びそれが大きなサイズで入手できることから、一般に好ましい。前記蒸着物が前記マンドレルの外表面に形成されるときは、東洋鍛造（株）によって製造されたＳｉＣ−１２グレードのグラファイトが特に好ましい。このグレードのグラファイトの熱膨張率は、炭化ケイ素の熱膨張率よりほんの少し大きく、このマンドレルが、冷却中に蒸着物よりもすこし余計に収縮するのを確保する。グラファイトマンドレルが使用されるときは、このマンドレルからの蒸着物の除去は、通常、６００℃〜８００℃の温度でグラファイトを燃焼除去することにより達成される。前記分離装置は類似の材料から製作することができる。通常、より廉価なグレード、即ち、他の点では蒸着条件でこれら材料の小さなクラックを形成し得るグレードは、それらが製品の形成に寄与しないので、前記分離装置に使用することができる。
【００２３】
前記蒸着法は、上に説明したように、前記マンドレルの外側の蒸着物として意図された物品を製造しても良いし、また、中空基体の内部に蒸着物製品を生成しても良い。前記蒸着物は、マンドレルの取り出しの後、その最終寸法に通常機械加工される。しかしながら、取り出された蒸着物を機械加工することが意図されていないときは、より臨界的な表面寸法を持った物品の表面が、通常、前記基体に直接隣接して形成される。
【００２４】
特に、大きなサイズの物品が蒸着されるときは、蒸着の開始の前に、基体表面に離型剤皮膜が有利に適用される。無定形の、ガラス状の又は熱分解性カーボンは、グラファイトマンドレルに使用するに適した離型剤である。
【００２５】
嵩高い、又は支持なしに立つ炭化ケイ素物品は、炭化ケイ素前駆体ガスの混合物、例えばメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）及びＨ2 、並びに任意の不活性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム又は窒素の混合物を、加熱された反応器／蒸着室で圧力約１８０〜２２０トル、及び温度約１３４０〜１３８０℃に維持されているものに供給することを含む。このマンドレルは、１〜５ｒｐｍの範囲の速度で回転されている。Ｈ2 ／ＭＴＳの相対的分圧流量比は、約４〜１０の範囲に維持される。炭化ケイ素は、前記マンドレルに蒸着速度約１．０〜約２．０μｍ／分で蒸着され、望みの厚さのＳｉＣが蒸着されるまで継続される。単に前記蒸着を充分な時間継続することによってどんな望みの厚さも作ることができるが、重量、コスト及び他の要件に基づいて、一般に比較的薄い壁のシェルが望ましい。
【００２６】
前記回転プラットフォームから前記蒸着物を伴うマンドレルを取り出した後、その上に蒸着物を伴うマンドレルを必要な長さに切断し、この蒸着物の外表面を機械加工してもよい。次いで、前記グラファイトを燃焼することによって、このマンドレルを取り出す。要すれば、この蒸着物の内表面をその要求される仕様に機械加工することができる。
【００２７】
【実施例】
（例）
ＳｉＣ−１２グレードのグラファイトから製作された２つのグラファイトシェルマンドレルを機械加工して、直径６００mm及び長さ２４０mmの最終寸法にした。次いで、これらを図１に示されているのと同様にＣＶＤ−炉中に積み重ねた。分離装置は、図３に示した寸法が、ｗ1 が約９／１６インチであり、高さｈが約１インチであり、ｗ2 が約３／１６インチであった。反応性前駆体ガスを配列された７つの注入器を通して注入した。この内、６つは直径約３６インチの円周上に等間隔に配置され、１つはこの円の中心に配置されていた。各注入器を通して、メチルトリクロロシラン４．４標準リットル／分（ｓｌｐｍ）、Ｈ2 ２２ｓｌｐｍ、及びＡｒ５６．５ｓｌｐｍの流速で、前駆体ガス混合物を供給した。これらマンドレルは１．５ｒｐｍの速度で回転し、目標温度１３５０℃で９０分維持した。前記２つのマンドレル蒸着ゾーンに生じた蒸着物は、軸方向に０．１４９〜０．３４８インチで変化した。半径方向における厚さ変化は７％であった。この炉を開き、前記マンドレル及び分離装置を、前記蒸着物の全体を通して伝播するようなクラックを導入することなしに、取り出した。次いで、前記蒸着物を仕様の長さ２４０mmに切断し、外表面を仕様に従って機械加工した。次いで、このグラファイトマンドレルを、６００〜８００℃の温度の範囲で燃焼することにより取り出した。次いで、ＳｉＣシェルの内表面を機械加工して、直径６００mm、長さ２４０mm、壁厚さ３mmの仕上げシェルとした。
【００２８】
本発明は、比較的緻密で、大直径で、薄壁の炭化ケイ素の円筒形又は円錐台形シェル又は管の商業的製作を可能にする。化学蒸着法は、理論密度の少なくとも９８％に対応する３．１５ｇ／ｃｃ及びそれより大きな密度の蒸着物を提供する。ＣＶＤ工程の間の分離装置を使用すれば、直径１８インチ又はそれ以上の中空シェル（即ち、外周長６０インチ又はそれ以上のシェル）の調製を以前には排除してきた蒸着物全体にわたって伝播したクラックの形成を回避し、又は少なくとも最小にする。先の例に示したように、直径２４インチ、壁厚さ３mm及びアスペクト比（シェル直径／壁厚さ）約２０３を有するシェルがこの方法により調製された。本発明は、外周（即ち、円周）が５０インチ又はそれ以上、特に６５インチ又はそれ以上；及びアスペクト比が５０又はそれ以上、好ましくは１００又はそれ以上、最も好ましくは２００又はそれ以上の緻密な炭化ケイ素のシェルを包含する。
【００２９】
上述のことは、当業者が本発明を実施できるようにするために、また現在のところ本発明を実施する最良の態様であると考えられるものを記述するために与えられたものである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の比較的緻密で、薄壁で、大きな炭化ケイ素シェルを製造するための本発明の方法及び装置を利用した炉の部分断面概略図である。
【図２】ＣＶＤ炉中に配置され、マンドレル表面上に蒸着物のある、本発明の１つのタイプの分離装置の断面図。
【図３】図２に示されたマンドレル及び分離装置の他の断面図。
【図４】本発明の分離装置の他のタイプの断面図。
【符号の説明】
１０…炉
１２…真空室
１４…排出口
１６…蒸着室
１８…側壁
２０…頂部壁
２２…底
２８…回転プラットフォーム
３８…注入器装置
４０、４２…マンドレル
４６…小さな端
４８…大きな端
５０、６４、６６…分離装置
５２…外壁部
５４…閉じた端部
５６…開いた端部
５７…最終炭化ケイ素蒸着物
５８…溝
６０…境界ゾーン
６２…蒸着ゾーン
７０…外壁部
７２…閉じた端部
７４…段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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