JP2012117096A - タンタル容器の浸炭処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タンタル容器の各箇所における浸炭処理の厚みを容易に制御することができ、均一な厚みで浸炭処理することができるタンタル容器の浸炭処理方法を提供する。
【解決手段】タンタルまたはタンタル合金からなるタンタル容器１に炭素を浸透させる浸炭処理方法であって、タンタル容器１を、チャンバー３内に設けられた支持部材５，６で支持し、チャンバー３内に配置する工程と、チャンバー３内を減圧及び加熱する工程とを有し、浸炭処理されにくい箇所の近傍に炭素源を設けることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンタルまたはタンタル合金からなるタンタル容器に、該容器の表面から内部に向かって炭素を浸透させる浸炭処理を施すための方法に関するものである。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の従来の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされており、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体材料として期待されている。

特許文献１においては、単結晶炭化ケイ素基板の表面を熱アニールする際、及び単結晶炭化ケイ素基板の上に炭化ケイ素の単結晶を結晶成長させる際に、表面に炭化タンタル層が形成されたタンタル容器をチャンバーとして用いることが提案されている。表面に炭化タンタル層を有するタンタル容器内に、単結晶炭化ケイ素基板を収納し、その表面を熱アニールしたり、あるいはその表面上に炭化ケイ素単結晶を成長させることにより、表面が平坦化され、かつ欠陥の少ない単結晶炭化ケイ素基板または炭化ケイ素単結晶層を形成することができる旨報告されている。

特許文献２及び特許文献３においては、タンタルもしくはタンタル合金の表面に存在する自然酸化膜であるＴａ_２Ｏ_５を昇華させて除去させた後、炭素を浸透させて表面にタンタル炭化物を形成する浸炭処理方法が提案されている。

しかしながら、チャンバー内で減圧及び加熱して浸炭処理する際、チャンバー内を真空排気ポンプにより排気することにより、チャンバー内に気流が発生し、炭素源からの炭素がこれに沿って移動するため、タンタル容器の表面を均一に浸炭処理することができないという問題があった。

また、タンタル容器表面を均一に浸炭処理する方法について、具体的な提案は従来なされていない。

特開２００８−１６６９１号公報 特開２００５−６８００２号公報 特開２００８−８１３６２号公報

本発明の目的は、チャンバー内にタンタル容器を設置し、減圧を行いながらの各箇所における浸炭処理の厚みを容易に制御することができ、均一な厚みで浸炭処理することができるタンタル容器の浸炭処理方法を提供することにある。

本発明の浸炭処理方法は、タンタルまたはタンタル合金からなるタンタル容器に炭素を浸透させる浸炭処理方法であって、タンタル容器を、チャンバー内に設けられた支持部材で支持し、チャンバー内に配置する工程と、チャンバー内を減圧及び加熱する工程とを有し、浸炭処理されにくい箇所の近傍に炭素源を設けることを特徴としている。

浸炭処理されにくい箇所の近傍としては、該箇所から０〜５０ｍｍの範囲であることが好ましく、さらには０．５〜５０ｍｍの範囲であることが好ましく、さらには５〜５０ｍｍの範囲であることが好ましい。本発明においては、タンタル容器における浸炭処理されにくい箇所を予め特定するため、上記炭素源を設ける工程より前に、タンタル容器の配置されたチャンバー内を減圧及び加熱し、上記炭素源を設けずにタンタル容器の浸炭処理を行うことにより、タンタル容器の浸炭処理されにくい箇所を特定してもよい。

本発明において、タンタル容器としては、例えば、底面部と、側壁部と、開口部とによって形成されているものを挙げることができる。このようなタンタル容器において、浸炭処理されにくい箇所としては、タンタル容器内側の底面部及び側壁部が挙げられる。タンタル容器内側の底面部及び側壁部が、浸炭処理されにくい箇所である場合には、上記炭素源を、タンタル容器の内側に配置することが好ましい。

また、上記タンタル容器において、浸炭処理されにくい箇所が、タンタル容器内側の底面部と側壁部から形成されるコーナ部である場合には、コーナ部の近傍に、上記炭素源が配置されていることが好ましい。

また、本発明において、タンタル容器は、開口部が下方になるように、チャンバー内に配置されていることが好ましい。この場合、支持部材が、タンタル容器内側の底面部を支持することにより、タンタル容器が支持されていることが好ましい。

本発明において、上記炭素源としては、連続開気孔を有する炭素源を用いることが好ましい。連続開気孔を有する炭素源としては、カーボンフォームを挙げることができる。

本発明において上記連続開気孔を有する炭素源として用いるカーボンフォームは、網目状の形態を有しており、表面積が大きな炭素源であるので、タンタル容器の所定の箇所に充分な炭素を供給することができる。また、様々な形状に容易に加工することができ、チャンバー内の所望の箇所に配置させることができる。従って、浸炭処理を促進したいタンタル容器の箇所の近傍に炭素源としてのカーボンフォームを配置することにより、所望の箇所への浸炭処理を促進することができる。このため、タンタル容器の各箇所における浸炭処理の厚みを容易に制御することができる。

本発明においては、チャンバー及び支持部材を炭素源から形成することが好ましい。この場合の炭素源としては、例えば黒鉛などの炭素材を挙げることができる。チャンバー及び支持部材は、少なくとも一部が炭素源であればよく、チャンバーはチャンバー内の内側面、すなわち内壁が炭素源であることが好ましい。

本発明に従い、浸炭処理されにくい箇所の近傍に炭素源を設けることにより、タンタル容器の各箇所における浸炭処理の厚みを容易に制御することができ、均一な厚みで浸炭処理することができる。

本発明に従う実施例１の浸炭処理方法を説明するための断面図。 図１に示す実施例１におけるカーボンフォーム及び支持棒の位置を示す平面図。 図１に示す実施例１において用いるタンタル容器を示す斜視図。 図３に示すタンタル容器に用いられるタンタル蓋を示す斜視図。 図３に示すタンタル容器の断面図。 図４に示すタンタル蓋の断面図。 図５に示すタンタル容器に、図６に示すタンタル蓋を取り付けた状態を示す断面図。 タンタル容器の底面部における浸炭処理の厚みの測定箇所を示す平面図。 タンタル容器の側壁部における浸炭処理の厚みの測定箇所を示す斜視図。 本発明に従う実施例１におけるタンタル容器の内面及び外面の各測定箇所における浸炭処理層の厚みを示す図。 比較例１における浸炭処理方法を説明するための断面図。 比較例１におけるタンタル容器の内面及び外面の各測定箇所における浸炭処理層の厚みを示す図。 本発明に従う実施例２における浸炭処理方法を説明するための断面図。 図１３に示す実施例２におけるカーボンフォーム及び支持棒の位置を示す平面図。 本発明に従う実施例２におけるタンタル容器の内面及び外面の各測定箇所における浸炭処理層の厚みを示す図。 本発明に従う実施例３における浸炭処理方法を説明するための断面図。 図１６に示す実施例３におけるカーボンフォーム及び支持棒の位置を示す平面図。 本発明に従う実施例３におけるタンタル容器の内面及び外面の各測定箇所における浸炭処理層の厚みを示す図。 本発明に従う実施例１における浸炭処理を説明するための断面図。

以下、本発明をより具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１における浸炭処理方法を説明するための断面図である。

タンタル容器１は、チャンバー容器３ａ及びチャンバー蓋３ｂからなるチャンバー３内に配置されている。

図３は、タンタル容器１を示す斜視図である。図４は、図３に示すタンタル容器１を密閉するのに用いるタンタルまたはタンタル合金からなるタンタル蓋２を示す斜視図である。

図５は、タンタル容器１を示す断面図である。図５に示すように、タンタル容器１は、底面部１ａと、底面部１ａの周縁から底面部１ａに対して略垂直方向に延びる側壁部１ｂを有している。側壁部１ｂの端部１ｃによって、タンタル容器１の開口部１ｄが形成されている。ここで、「略垂直方向」には、９０°±２０°の方向が含まれる。

図６は、図５に示すタンタル容器１の開口部１ｄを密閉するためのタンタル蓋２を示す断面図である。図６に示すように、タンタル蓋２は、上面部２ａと、上面部２ａから略垂直方向に延びる側壁部２ｂを有している。

図７は、図５に示すタンタル容器１の側壁部１ｂの端部１ｃの上に、図６に示すタンタル蓋２を載せ、タンタル容器１を密閉した状態を示す断面図である。図７に示すように、タンタル容器１の側壁部１ｂが、タンタル蓋２の側壁部２ｂの内側に配置されることにより、タンタル容器１の上に、タンタル蓋２が載せられ、タンタル容器１が密閉される。

図７に示すように、タンタル容器１の側壁部１ｂは、タンタル蓋２の側壁部２ｂの内側
に位置するので、図６に示すタンタル蓋２の側壁部２ｂ内側の内径Ｄは、図５に示すタンタル容器１の外径ｄより若干大きくなるように設計される。通常、タンタル蓋２の内径Ｄは、タンタル容器１の外径ｄより０．１ｍｍ〜４ｍｍ程度大きくなるように設計される。

タンタル容器１及びタンタル蓋２は、タンタルまたはタンタル合金から形成される。タンタル合金は、タンタルを主成分として含む合金であり、例えば、タンタル金属にタングステン又はニオブなどを含有した合金などが挙げられる。

タンタル容器１及びタンタル蓋２は、例えば、切削加工、薄板からの絞り加工、板金加工などから製造される。切削加工は、１個のタンタル金属の塊を削り出して容器状にする加工方法であり、高精度の形状を製作できる一方、切削される金属が多くなり材料コストは高くなる。絞り加工は、１枚のタンタル金属板を変形させて一度に容器状にする加工方法である。容器製造用のダイスとパンチの間に板状の金属を載置してパンチをダイスに向かって押し込むと、材料はダイスに押し込まれる形で変形して容器状となる。金属板が押し込まれていく時、外側にある金属板がシワにならないようにシワ押さえを設置しておく。切削加工に比べて短時間で仕上がり、削り屑の発生が少ないのでコスト等を抑えることができる。板金加工は、１枚の金属板を切る、曲げる、溶接することにより容器形状にする加工方法である。切削加工よりも材料面でコストを抑えることはできるが、絞り加工よりも製造時間は長くなる。

タンタル容器１及びタンタル蓋２をそれぞれ浸炭処理することにより、その表面から炭素を内部に浸透させ、炭素を内部に拡散することができる。炭素が浸透することにより、Ｔａ_２Ｃ層、ＴａＣ層などが形成される。表面に炭素含有率の高いタンタルカーバイド層が形成されるが、炭素が容器内部へ拡散することにより、表面はタンタル含有率の高いタンタルカーバイド層となることで、更に炭素を吸蔵させることができる。従って、浸炭処理したタンタル容器及びタンタル蓋からなるルツボ内で、炭化ケイ素の液相成長や気相成長を行うことにより、成長プロセス時に発生した炭素蒸気をルツボ壁内で吸蔵することができ、ルツボ内に不純物濃度の低いシリコン雰囲気を形成することができ、単結晶炭化ケイ素表面の欠陥を低減でき、表面を平坦化することができる。また、このようなルツボ内で単結晶炭化ケイ素基板の表面を熱アニーリングすることにより、欠陥を低減させ、表面を平坦化させることができる。

図１に戻り、本実施例における浸炭処理について説明する。

図１に示すように、チャンバー容器３ａ及びチャンバー蓋３ｂからなるチャンバー３内に、上記のタンタル容器１が配置されている。タンタル容器１は、チャンバー３内において、側壁部１ｂの端部１ｃが下方になるように配置されている。タンタル容器１は、タンタル容器１内側の底面部１ａを、複数の支持棒６で支持することにより、チャンバー３内で支持されている。

図１に示すように、支持棒６の先端部６ａは、先に近づくにつれて径が細くなるテーパー状に形成されている。先端部６ａをテーパー状に形成することにより、支持棒６の先端部６ａとタンタル容器１の底面部１ａとの接触面積を小さくすることができる。本実施例における支持棒６の先端部６ａと底面部１ａとの接触面積は０．２８ｍｍ^２である。先端部６ａの接触面積は、０．０３〜１２ｍｍ^２の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．１〜８ｍｍ^２の範囲内であり、さらに好ましくは０．２〜５ｍｍ^２の範囲内である。

タンタル容器に浸炭される炭素は、炭素源の表面から発生するため、タンタル容器の側壁に対向する形で炭素源をタンタル容器側面の近傍に設置することが好ましい。しかし、
浸炭処理されにくい箇所の近傍に炭素源を多量に設置しても、タンタル容器と炭素源との間において、炭素の拡散する空間が減少すると浸炭速度の大幅な向上は望めない。これは、タンタル容器と炭素源の接触している箇所においては炭素の発生が抑制されたり、他の箇所で発生した炭素の供給を当該炭素源によって阻害されるためと考えられる。このため、タンタル容器と炭素源との間に、炭素の拡散する空間を確保することでより効率的に浸炭処理を促進することができる。

浸炭処理されにくい箇所の近傍に設置する上記炭素源としては、上述のように、連続開気孔を有する炭素源がより好ましい。ここで、連続開気孔を有するとは、開気孔同士が炭素源の内部で繋がった多孔質材（例えばカーボンフォーム）のことをいう。なぜならば、同一の体積において炭素を発生する表面積が多く、炭素の拡散する多くの気孔を炭素源が有しているためである。連続開気孔を有する炭素源を用いると、例えばチャンバー内壁に使われる黒鉛などのような炭素源に比べ、浸炭処理されにくい箇所の近傍に設置する量が少なくとも所望の浸炭速度を得ることが可能となる。

また、図１に示すように、支持棒６の間に、カーボンフォーム１０が本発明における連続開気孔を有する炭素源として配置されている。

図２は、カーボンフォーム１０及び支持棒６の配置状態を示す平面図である。図２に示すように、１３本の支持棒６が、底面部１ａに対し均等に分散した状態で配置されている。

カーボンフォーム１０は、番号（１）で示す支持棒６と、番号（２）〜（５）で示す４本の支持棒６との間に挟まるように配置されている。

カーボンフォーム１０は、本実施例において、網目ガラス状炭素（ＲＥＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＶＩＴＲＥＯＵＳ ＣＡＲＢＯＮ：ＲＶＣ）から形成されている。ＲＶＣは、ＥＲＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＡＥＲＯＳＰＡＣＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮなどから市販されている。ＲＶＣは、ポリウレタン樹脂の発泡体を焼成し、炭化する方法により製造されるものである。

本発明において用いるカーボンフォームは、炭素材料からなり、連続開気孔を有する炭素源として用いることができるものであれば特に限定されるものではない。このような連続開気孔を有する炭素源としては、ガラス状カーボンのものが好ましく用いられる。このようなガラス状カーボンとしては、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の樹脂発泡体を焼成する方法、フェノール樹脂やフラン樹脂硬化物を用いる方法、Ｃ／Ｃ複合材料前躯体から製造する方法などが知られており、本発明においてはこのような連続開気孔を有するガラス状カーボンをカーボンフォームとして用いることができる。

実施例において用いているカーボンフォーム１０は、上述のように、ＲＶＣから形成されたものであり、柱状形状（３０ｍｍ（縦）３０ｍｍ（横）、２５ｍｍ（高さ））の形状を有している。本実施例において用いているカーボンフォーム１０は、図２に示すように、番号（１）で示す支持棒６の周りに、番号（２）〜（５）で示す支持棒６との間で挟むようにして配置している。図２においては、模式的にカーボンフォーム１０の状態を示している。

ＲＶＣとしては、密度のグレードが８０ＰＰＩであるものを用いた。また、本実施例においては、柱状のカーボンフォーム１０を、１０本用いた。

図２に示すように、支持棒６の先端部は、タンタル容器１の内側の底面部１ａをほぼ均
等に支持するように、１３本の支持棒６が分散して配置されている。本発明においては、タンタル容器１の底面部１ａ全体を各支持棒６の先端部６ａがほぼ均等に支持するように、複数の支持棒６が分散して配置されていることが好ましい。これにより、浸炭処理によるタンタル容器１の変形を小さくすることができ、底面部の平坦度を良好な状態にすることができる。特に、底面部の面積１５００ｍｍ^２あたり１本以上の支持棒によって底面部１ａが支持されていることが好ましい。

支持棒６は、図１に示すように、支持台５によって支持されている。本実施例においては、支持台５に孔を開けることにより、この孔に支持棒６の下方端を挿入し、支持棒６を支持台５によって支持している。支持棒６と支持台５により、本発明における支持部材が構成されている。

本実施例においては、チャンバー３、すなわち、チャンバー容器３ａ及びチャンバー蓋３ｂが黒鉛から形成されている。従って、本実施例においては、チャンバー３が主たる炭素源となっている。

チャンバーを炭素源として用いる場合、例えば、少なくとも表面が黒鉛から形成されたチャンバーを用いることにより、チャンバーを炭素源として機能させることができる。チャンバーは高温で熱処理されるものであるので、黒鉛としては、等方性黒鉛材が好ましく用いられる。また、ハロゲン含有ガスなどを使用して高純度処理された高純度黒鉛材がさらに好ましい。黒鉛材中の灰分含有量は２０ｐｐｍ以下が好ましく、さらに好ましくは５ｐｐｍ以下である。かさ密度は１．６以上が好ましく、１．８以上がさらに好ましい。かさ密度の上限値としては、例えば、２．１である。等方性黒鉛材の製造方法の一例としては、石油系、石炭系のコークスをフィラーとして数μｍ〜数十μｍに粉砕し、これにピッチ、コールタール、コールタールピッチなどの結合材を添加して混練する。得られた混練物を、原料フィラーの粉砕粒径よりも大きくなるように数μｍ〜数十μｍに粉砕して粉砕物を得る。また、粒子径が１００μmを超えるような粒子は除去しておくことが好ましい。上記粉砕物を成形、焼成、黒鉛化して黒鉛材料を得る。その後、ハロゲン含有ガスなどを使用して高純度化処理を行い、黒鉛材料中の灰分量を２０ｐｐｍ以下にすることで、黒鉛材料からタンタル容器への不純物元素の混入を抑制することが出来る。

また、カーボンフォーム１０も、上記と同様にして、高純度化処理が行われている。本発明においては、浸炭処理されにくい箇所に配置される炭素源についても、高純度化処理を行うことが好ましい。

容器１の外側表面と、チャンバー３との間の間隔は、全体においてほぼ均等になるように、チャンバー３の寸法形状が設定されていることが好ましい。容器１の外側表面とチャンバー３との間の間隔は、５．０〜５０ｍｍの範囲であることが好ましい。これにより、炭素源であるチャンバーからの距離を全体においてほぼ同程度とすることができ、容器１の外側表面を全体にわたって均等に浸炭処理することができる。

また、タンタル容器１の側壁部１ｂの端部１ｃの下方には、隙間Ｇが形成されていることが好ましい。隙間Ｇが形成されることにより、タンタル容器１の内側にも、タンタル容器１の外側から炭素を供給することができる。隙間Ｇは、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。隙間が小さすぎると、タンタル容器内側に十分に炭素を供給することができず、タンタル容器内側の浸炭処理が不十分になる場合がある。また、隙間が上記の上限値より大きくなりすぎても、隙間をそれ以上に大きくすることによる効果が得られない。

本実施例において、支持棒６及び支持台５は、等方性黒鉛から形成されている。従って
、支持棒６及び支持台５も主たる炭素源となっている。本発明においては、上述のように、支持部材の少なくとも一部が炭素源であればよく、例えば支持棒６のみが炭素源であってもよい。

上記のようにして、タンタル容器１をチャンバー３内に配置し、チャンバー３内を減圧した後、加熱することにより、浸炭処理を施すことができる。

例えば、真空容器内にチャンバー３を配置して蓋をし、真空容器内を排気することにより、チャンバー３内を減圧することができる。チャンバー３内の圧力は、例えば、１０Ｐａ以下に減圧される。

次に、チャンバー３内を所定の温度に加熱する。加熱温度としては、１７００℃以上の範囲が好ましく、さらに好ましくは、１７５０℃〜２５００℃の範囲であり、さらに好ましくは、２０００℃〜２２００℃の範囲である。このような温度に加熱することにより、チャンバー３内は、一般に１０^−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の圧力となる。

上記所定の温度を保持する時間は、０．１〜８時間の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、０．５〜５時間の範囲であり、さらに好ましくは、１時間〜３時間の範囲である。保持温度により浸炭速度が変わるため、目標とする浸炭処理の厚みにより保持時間を調整する。

昇温速度及び冷却速度は、特に限定されるものではないが、一般に昇温速度は、１００℃／時間〜２０００℃／時間の範囲が好ましく、さらに好ましくは、３００℃／時間〜１５００℃／時間であり、さらに好ましくは、５００℃／時間〜１０００℃／時間である。冷却速度は４０℃／時間〜１７０℃／時間の範囲が好ましく、さらに好ましくは、６０℃／時間〜１５０℃／時間、さらに好ましくは８０℃／時間〜１３０時間／時間である。冷却は、一般には自然冷却で行われる。

図１に示すチャンバー３を用いて、タンタル容器１を浸炭処理した。タンタル容器１としては、図３に示す外径ｄが１５８ｍｍ、高さｈが６０ｍｍ、厚みｔが３ｍｍのものを用いた。従って、タンタル容器１の内側の底面部１ａの内径は１５２ｍｍであり、面積は１８１３６ｍｍ^２である。

本実施例においては、図２に示すように底面部１ａに対し１３本の支持棒６を配置している。従って、底面部１ａの面積１３９５ｍｍ^２あたり１本の支持棒６によって底面部１ａが支持されている。

チャンバー３としては、その内部が、直径２１０ｍｍ、高さ９０ｍｍの円柱状の空間となるチャンバー３を用いた。チャンバー容器３ａ及びチャンバー蓋３ｂの材質としては、かさ密度が１．８の等方性黒鉛材を用いた。

支持棒６は、直径６ｍｍ、長さ７５ｍｍのものを用いた。先端部６ａのテーパー状部分の長さは、１５ｍｍである。また、先端部６ａの接触面積は０．２８ｍｍ^２である。支持棒６及び支持台５の材質としては、上記と同様の等方性黒鉛を用いた。

タンタル容器１の側壁部１ｂの端部１ｃの下方の隙間Ｇは、１３ｍｍであった。

このようにしてタンタル容器１をチャンバー３内に配置し、そのチャンバー３を、φ８００ｍｍ×８００ｍｍのＳＵＳ製の真空容器８内に配置した。図１９は、チャンバー３を真空容器８に配置したときの状態を示す断面図である。図１９に示すように、真空容器８
内には、断熱材９が設けられており、断熱材９内に形成された空間２３内にチャンバー３が配置されている。断熱材９としては、商品名「ＤＯＮ−１０００」（大阪ガスケミカル社製、かさ密度０．１６ｇ／ｃｍ^３）を用いた。この断熱材は、ピッチ系炭素繊維に樹脂を含浸させて成形、硬化、炭化、黒鉛化処理したものであり、多孔質の断熱材である。

断熱材９によって囲まれた空間２３の上方には、カーボンヒーター２２が配置されており、カーボンヒーター２２は、カーボンヒーター２２に電流を流すための黒鉛電極２１によって支持されている。カーボンヒーター２２に電流を流すことにより、断熱材９によって覆われた空間２３内を加熱することができる。

真空容器８には、真空容器８内を排気するための排気口２０が形成されている。排気口２０は、図示しない真空ポンプに接続されている。

真空容器８内を排気してチャンバー３内を０．１Ｐａ以下となるように減圧した後、カーボンヒーター２２により７１０℃／時間の昇温速度で２１５０℃までチャンバー３内を加熱した。２１５０℃を２時間保持し、浸炭処理を行った。チャンバー３内は、０．５〜２．０Ｐａ程度の圧力であった。

浸炭処理後、自然冷却で室温まで冷却した。冷却時間は約１５時間であった。

浸炭処理後のタンタル容器１の内側表面（内面）及び外側表面（外面）における浸炭処理層の厚みを以下のように測定した。

浸炭処理層の厚みは、エルコメーター（Ｅｌｃｏｍｅｔｅｒ）社のエルコメーター４５６を用い、ブローブで発生させた高周波電界により渦電流の振幅及び位相の計測値（μｍ）を測定した後、浸炭ＴａＣの膜厚として係数６．９を乗算して換算し、算出を行なった。本係数６．９は、エルコメーター４５６にて算出された値と、実際に断面との測定値との相関関係より導き出したものである。

図８は、タンタル容器１の底面部１ａにおける測定箇所を示す平面図である。図９は、タンタル容器１の側壁部１ｂにおける浸炭処理層の厚みの測定箇所を示す斜視図である。

図１０は、本実施例における各測定箇所での浸炭処理層の厚みを示す図である。図１０において一点鎖線はタンタル容器１の内面における浸炭処理層の厚みを示しており、実線はタンタル容器１の外面における浸炭処理層の厚みを示している。図１０に示す１〜１３の測定箇所は、図８に示すように、底面部１ａにおける測定箇所を示している。図１０に示す１４〜２１の測定箇所は、図９に示すように、底面部１ａ近傍の側壁部１ｂの測定箇所を示しており、２２〜２９の測定箇所は、開口部１ｄ近傍の側壁部１ｂの測定箇所を示している。

図１０に示すように、本実施例においては、タンタル容器の内面及び外面がほぼ同程度の浸炭処理層の厚みとなるように浸炭処理がなされている。

（比較例１）
図１１は、比較例１における浸炭処理方法を説明するための断面図である。

図１１に示すように、本比較例においては、カーボンフォーム１０をチャンバー３内に配置しないこと以外は、上記実施例１と同様にしてタンタル容器１の浸炭処理を行った。

図１２は、本比較例における浸炭処理後の浸炭処理層の厚みを示す図である。図１２に
示す点線はタンタル容器の内面における浸炭処理層の厚みを示しており、実線はタンタル容器の外面における浸炭処理層の厚みを示している。

図１２に示すように、チャンバー３内に炭素源としてのカーボンフォームを配置していない本比較例においては、タンタル容器１の内面における浸炭処理層の厚みが薄くなっており、浸炭処理が充分になされていないことがわかる。

上記実施例１においては、炭素源となるカーボンフォーム１０を、タンタル容器１の開口部１ｄの内側に配置しているので、カーボンフォーム１０から炭素をタンタル容器１の内面に供給することができる。このため、タンタル容器１の内面の浸炭処理を促進することができ、タンタル容器１の外面と同程度に、タンタル容器１の内面においても浸炭処理することができる。

（実施例２）
図１３は、本発明に従う実施例２における浸炭処理方法を説明するための断面図である。図１３に示すように、本実施例においては、柱状のカーボンフォーム１０に代えて、円筒状のカーボンフォーム１１をチャンバー３内に配置している。

円筒状のカーボンフォーム１１としては、外径１８０ｍｍ、内径１４０ｍｍ、高さ２５ｍｍの円筒状のカーボンフォームを用いた。

図１４は、図１３に示す実施例２におけるカーボンフォーム１１の配置状態を示す平面図である。

図１４に示すように、円筒状のカーボンフォーム１１は、６〜１３で示す支持棒６の先端部に当てて突き刺し、その後下方に移動させるようにして、チャンバー３内に配置されている。なお、カーボンフォーム１１は、上記実施例１における柱状のカーボンフォーム１０と同様の材質から形成している。

図１５は、本実施例における各測定箇所の浸炭処理層の厚みを示す図である。

図１５に示すように、比較例１に比べ、タンタル容器１の内面が、タンタル容器１の外面と同様に浸炭処理されていることがわかる。

実施例１（図１０）と比較すると、タンタル容器１の底面部１ａの内面（１〜１３で示す測定箇所）及びタンタル容器１の開口部１ｄに近い側壁部１ｂの内面（２２〜２９で示す測定箇所）において、浸炭処理層の厚みが厚くなっている。これは、本実施例においては、円筒状のカーボンフォーム１１を用い、タンタル容器１の側壁部１ｂに近い位置において、側壁部１ｂに沿うようにカーボンフォームが配置されているためであると考えられる。

一方、図１５から明らかなように、タンタル容器１の底面部１ａに近い側壁部１ｂの内面（１４〜２１で示す測定箇所）においては、他の箇所に比べ、浸炭処理層の厚みが薄くなっている。これは、タンタル容器１の底面部１ａに近い側壁部１ｂの内面に、炭素が供給されにくく、浸炭処理されにくい箇所になっているためであると考えられる。

（実施例３）
図１６は、本発明に従う実施例３における浸炭処理方法を説明するための断面図である。本実施例においては、図１６に示すようなカーボンフォーム１２をチャンバー３内に配置している。

図１７は、底面部１ａに対するカーボンフォーム１２の配置状態を示す平面図である。図１７に示すように、本実施例におけるカーボンフォーム１２は、円筒状のカーボンフォーム１２ａと、円筒状のカーボンフォーム１２ａの上に載せる柱状のカーボンフォーム１２ｂから構成されている。図１７に示すように、柱状のカーボンフォーム１２ｂは、６〜１３で示す８本の支持棒６にそれぞれ突き刺して挿入するように配置されている。従って、８個の柱状のカーボンフォーム１２ｂが用いられている。カーボンフォーム１２ｂは、縦３０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの寸法形状を有している。

カーボンフォーム１２ａは、円筒状のカーボンフォームであり、外径１８０ｍｍ、内径４０ｍｍ、高さ５０ｍｍの寸法形状を有している。

まず、円筒状のカーボンフォーム１２ａを、６〜１３で示す支持棒６の先端部に配置し、支持棒６の先端部に突き刺した後、下方に移動させる。次に、６〜１３で示す支持棒６の先端部のそれぞれに柱状のカーボンフォーム１２ｂを配置し、突き刺した後下方に移動させる。これにより、図１６及び図１７に示すカーボンフォーム１２を構成することができる。

以上のように、カーボンフォーム１０に代えて、カーボンフォーム１２を用いる以外は、実施例１と同様にして、タンタル容器１の浸炭処理を行った。

図１８は、タンタル容器１の内面及び外面の各測定箇所における浸炭処理層の厚みを示す図である。

図１８に示すように、本実施例においては、タンタル容器１の内面とタンタル容器１の外面において、同程度の浸炭処理層の厚みとなるように、浸炭処理を行うことができる。

実施例２（図１５）と比較すると、タンタル容器１の底面部１ａに近い側壁部１ｂ（底面部１ａと側壁部１ｂから構成されるコーナ部）の内面（１４〜２１に示す測定箇所）において、特に浸炭処理が促進され、浸炭処理層の厚みが厚くなっていることがわかる。これは、本実施例において用いたカーボンフォーム１２が、タンタル容器１の底面部１ａの近傍の側壁部１ｂ（底面部１ａと側壁部１ｂから構成されるコーナ部）の内面に近い位置に、その一部が存在しているため、当該箇所における浸炭処理が促進されたものと考えられる。すなわち、カーボンフォーム１２の円筒状のカーボンフォーム１２ａの高さが、実施例２のカーボンフォーム１１よりも高く、かつその上に柱状カーボンフォーム１２ｂが設けられているためであると考えられる。

以上のことから、本発明によれば、炭素源であるカーボンフォームの配置を調整することにより、タンタル容器の各箇所における浸炭処理層の厚みを容易に制御できることがわかる。浸炭処理されにくい箇所と炭素源との間の間隔は５．０〜５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

本発明において用いる炭素源は、上記実施例において用いたカーボンフォームに限定されるものではなく、黒鉛なども用いることができる。

１…タンタル容器
１ａ…タンタル容器の底面部
１ｂ…タンタル容器の側壁部
１ｃ…タンタル容器の側壁部の端部
１ｄ…タンタル容器の開口部
２…タンタル蓋
２ａ…タンタル蓋の上面部
２ｂ…タンタル蓋の側壁部
３…チャンバー
３ａ…チャンバー容器
３ｂ…チャンバー蓋
５…支持台
６…支持棒
６ａ…支持棒の先端部
７…支持棒
８…ＳＵＳ製の真空容器
９…断熱材
１０，１１，１２，１２ａ，１２ｂ…カーボンフォーム
２０…排気口
２１…黒鉛電極
２２…カーボンヒーター
２３…断熱材によって覆われた空間

Claims (11)

1. タンタルまたはタンタル合金からなるタンタル容器に炭素を浸透させる浸炭処理方法であって、
   前記タンタル容器を、チャンバー内に設けられた支持部材で支持し、チャンバー内に配置する工程と、
   前記チャンバー内を減圧及び加熱する工程とを有し、
   浸炭処理されにくい箇所の近傍に炭素源を設けることを特徴とするタンタル容器の浸炭処理方法。
2. 前記チャンバーの少なくとも内壁が炭素源でできていることを特徴とする請求項１に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
3. 前記支持部材が炭素源でできていることを特徴とする請求項１に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
4. 前記箇所の近傍に炭素源を設ける工程より前に、前記タンタル容器の配置された前記チャンバー内を減圧及び加熱し、前記タンタル容器の浸炭処理されにくい箇所を予め特定する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
5. 前記タンタル容器が、底面部と、側壁部と、開口部とによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
6. 前記浸炭処理されにくい箇所が、前記タンタル容器内側の前記底面部及び前記側壁部であることを特徴とする請求項５に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
7. 前記炭素源を、前記タンタル容器の内側に配置することを特徴とする請求項６に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
8. 前記浸炭処理されにくい箇所が、前記タンタル容器内側の前記底面部と前記側壁部から構成されるコーナ部であり、前記コーナ部の近傍に前記炭素源が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の炭素容器の浸炭処理方法。
9. 前記タンタル容器の前記開口部が下方になるように、前記タンタル容器が前記チャンバー内に配置されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
10. 前記支持部材が、前記タンタル容器内側の前記底面部を支持することにより、前記タンタル容器が支持されていることを特徴とする請求項９に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
11. 前記炭素源が、カーボンフォームであることを特徴とする請求項１に記載のタンタル容器の浸炭処理方法。
    

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