專利名稱：容器保持部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于保持容納高溫熔融物(如金屬、玻璃或硅)的容器 的容器保持部件，特別是涉及用于保持硅單晶拉制用石英坩堝的坩堝保 持部件。
背景技術(shù)：
迄今為止，碳材料己經(jīng)廣泛用在硅單晶拉制設(shè)備中，原因是碳材料 具有較高的耐熱性和較高的熱沖擊性，而且碳材料幾乎不會污染硅。特 別是，各向同性的石墨材料由于其高密度所致而很難與設(shè)備中生成的諸 如SiO等反應(yīng)性氣體反應(yīng)，并且各向同性的石墨材料與作為用于容納硅 熔融物的石英坩堝的材料的Si02的反應(yīng)速率較低。因此，各向同性的石 墨材料一直用作用于保持石英坩堝的外周的石墨坩堝。
近年，為了增大產(chǎn)率和改善生產(chǎn)性，已經(jīng)在推進(jìn)硅晶片的大直徑化， 300 mm的晶片日益變成主流。此外也進(jìn)行了更大徑化(超過400 mm) 的晶片的開發(fā)。隨著硅晶片的直徑的增大，硅單晶拉制設(shè)備的尺寸變大， 因而用在拉制設(shè)備中的石墨坩堝的重量變得極重，導(dǎo)致難以進(jìn)行諸如在 設(shè)備中安裝石墨坩堝等操作。
此外，各向同性石墨材料的制造方法需要在靜水壓下的擠壓過程， 并且需要尺寸為石墨產(chǎn)品直徑的大約1.5倍的冷等靜壓機(Cold Isostatic Press, CIP)設(shè)備。傳統(tǒng)的CIP設(shè)備的直徑對于作為大尺寸石墨坩堝的各 向同性石墨材料來說是不夠的，因而必需更大的設(shè)備。
作為不使用CIP設(shè)備來制造大尺寸石墨坩堝的技術(shù)，已經(jīng)提出了包括通過長絲巻繞法使碳纖維成形為坩堝形狀、用樹脂或瀝青作為基質(zhì)將 其浸漬、然后進(jìn)行燒制以制造由碳/碳纖維復(fù)合材(以下稱為C/C復(fù)合材)
制成的坩堝的技術(shù)(例如參見日本特開平10-152391號公報或特開平 11-60373號公報)，以及包括將碳纖維布貼附在成形模上、進(jìn)行成型和固 化以獲得碳纖維強化型塑料、然后浸漬并燒制以制造由C/C復(fù)合材制成 的坩堝的技術(shù)(例如參見日本特開平10-245275號公報)，等等。
在硅單晶拉制設(shè)備中，使硅熔融的同時制備單晶錠，因此必須加熱 設(shè)備的內(nèi)部至等于或高于硅的熔點(1420°C)的溫度。硅熔融時，石墨 坩堝和插入其中的石英坩堝軟化，導(dǎo)致二者互相緊密接觸。
石英玻璃的熱膨脹系數(shù)是0.6xlO—，C， C/C復(fù)合材的熱膨脹系數(shù)通常 與其相同程度。因此，在完成單晶錠的拉制并且?guī)缀跻瞥枞廴谖镏?冷卻設(shè)備時，二者均被冷卻而沒有彼此強烈約束。
然而，當(dāng)拉制開始之后即刻發(fā)生的停電等故障導(dǎo)致硅熔融物凝固時， 硅具有伴隨凝固而膨脹(約9.6%的體積膨脹)的性質(zhì)。這起到擴大石英 坩堝和石墨坩堝的作用。
在用于拉制小直徑單晶錠的設(shè)備的情況中，即使出現(xiàn)這樣的故障， 冷卻也只進(jìn)行較短的時間，此外，漏出的未凝固的熔融物的量較少。不 過，在用于拉制大直徑單晶錠的設(shè)備的情況中，出現(xiàn)這種故障時，冷卻 很耗費時間，且一旦硅熔融物漏出，大量硅熔融物流出到達(dá)設(shè)備的底部， 這會造成明顯損害。
由通過使用在上面提及的文獻(xiàn)日本特開平10-152391號公報或特開 平11-60373號公報中描述的長絲巻繞法制備的C/C復(fù)合材制成的坩堝， 因為在其圓周方向的平行方向巻繞的大量碳纖維的存在，因而具有極高 的強度，所以該坩堝適合于大尺寸的石墨坩堝。不過，出現(xiàn)上述故障時， 硅熔融物在凝固時膨脹。因此，這起到使沿圓周方向?qū)R的碳纖維斷裂 的作用，因而可能發(fā)生由于碳纖維的斷裂而導(dǎo)致的C/C復(fù)合材制成的坩 堝的破裂。
此外，同樣在如上面提及的文獻(xiàn)日本特開平10-245275號公報中描述 的通過貼附碳纖維布而制備的坩堝中，存在大量的沿圓周方向?qū)R的碳纖維。因此，與上述情況類似，可能發(fā)生由于在圓周方向施加的張力所
導(dǎo)致的c/c復(fù)合材制成的坩堝的破裂。
此外，在上面提及的文獻(xiàn)中描述的c/c復(fù)合材制成的坩堝的制造方
法中，將碳纖維巻繞在成形模上或?qū)⑻祭w維布貼附在成形模上以成形， 用樹脂等基質(zhì)前體浸漬碳纖維或碳纖維布，與成形模一起進(jìn)行加熱固化 和燒制炭化，隨后從成形模剝離。
在這些步驟中，由于成形模與c/c復(fù)合材制成的坩堝之間的熱膨脹
系數(shù)差異所致碳纖維也被施加了很強的張力，這可能造成碳纖維的斷裂。 所述不利之處并不限于用于硅單晶拉制設(shè)備的石墨坩堝。在上述的 各領(lǐng)域(一容器容納另一容器，內(nèi)部的容器與外部的容器的熱膨脹系數(shù) 不同)中也會發(fā)生類似的問題。因此需要開發(fā)一種容器保持部件，所述 部件具有足夠的強度以支撐大重量的容器，并且防止即使沿著所述容器 保持部件的圓周方向出現(xiàn)張力時而發(fā)生的破裂等。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題本發(fā)明得以完成，本發(fā)明的一個目的是提供容器保 持部件，在確保足夠的強度的同時，即使強張力作用于圓周方向時其也 具有穩(wěn)定的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的方案，提供一種用于保持容納高溫熔融物的容器的容
器保持部件，所述容器保持部件包含籃樣網(wǎng)狀體和基質(zhì)，所述籃樣網(wǎng)
狀體具有封閉端并通過將多根繩股編織成相對于所述網(wǎng)狀體的中心軸斜 向?qū)R而形成，所述繩股的每一根均包含多根碳纖維，所述基質(zhì)充填在 所述碳纖維之間的空隙中。
根據(jù)上述構(gòu)成，能夠確保高強度，這是因為所述網(wǎng)狀體是通過編織 各自使多根碳纖維成束得到的繩股而形成。此外，上述繩股相對于所述 網(wǎng)狀體的中心軸斜向?qū)R，因而即使在使得在圓周方向膨脹的力作用于 容器保持部件時，所述網(wǎng)狀體在圓周方向變大，從而能夠吸收圓周方向 的膨脹，而不會發(fā)生容器保持部件的整體形狀的大量喪失。因此，能夠 提供具有優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性的容器保持部件，同時確保高強度。此外，根據(jù)上述構(gòu)成，通過改變斜向?qū)R的繩股的傾斜角度，可以 改變各部分的圓周方向的剛性，或者對應(yīng)用途改變圓周方向的剛性。


本發(fā)明的上述和其他方案將由參照下列附圖進(jìn)行的本發(fā)明的示例性 實施方式的以下描述而變得更加清楚且更容易理解，其中
圖1A和1B分別是顯示本發(fā)明的示例性實施方式的三軸編織網(wǎng)狀體 的透視圖和平面圖2是顯示示例性實施方式的容器保持部件的制造過程的流程圖3是顯示示例性實施方式的容器保持部件的制造方法的一個實例 的示意圖4是顯示使用示例性實施方式的容器保持部件的硅單晶拉制設(shè)備 的截面圖5是顯示本發(fā)明的另一個示例性實施方式的網(wǎng)狀體的平面圖； 圖6是顯示又一個示例性實施方式的網(wǎng)狀體的平面圖； 圖7顯示實施例1的容器保持部件的應(yīng)力分布的分析結(jié)果；和 圖8顯示比較例1的容器保持部件的應(yīng)力分布的分析結(jié)果。
具體實施例方式
下面，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的容器保持部件的示例性實施方式。
示例性實施方式的容器保持部件包括由碳纖維形成的網(wǎng)狀體和充填 在所述碳纖維之間的空隙中的基質(zhì)。該示例性實施方式的網(wǎng)狀體顯示在 圖1A和1B中。圖1A和1B中所示的網(wǎng)狀體IO基本上呈具有封閉底部 的籃樣形狀。具體而言，網(wǎng)狀體10包括基本上為圓筒形的主體部分10A 和碗形底部IOB。該網(wǎng)狀體IO使用各自通過使多根碳纖維成束得到的帶 狀繩股12作為編絲進(jìn)行三軸編織而形成。也就是說，網(wǎng)狀體10具有三 軸編織結(jié)構(gòu)，其包括沿相對于網(wǎng)狀體10的中心軸L為+e (0<6<90°)的傾 斜角度對齊的第一繩股12A、沿-e的傾斜角度對齊的第二繩股12B和與中心軸L基本上平行對齊的縱向繩股12C，如圖1B所示。換言之，第一 繩股12A沿相對于中心軸L為第一角度的第一方向?qū)R，第二繩股12B 沿相對于中心軸L為第二角度的第二方向?qū)R，其中，第二角度與第一 角度相同，并且第一方向與第二方向相對于中心軸L相反。
該網(wǎng)狀體10能夠確保高強度，因為第一繩股12A和第二繩股12B 以編織物(braid)狀彼此交織，能夠牢固的保持容器。此外，第一繩股 12A和第二繩股12B相對于網(wǎng)狀體10的中心軸L斜向?qū)R，而不是沿垂 直于中心軸的方向(也就是，沿網(wǎng)狀體10的圓周方向)對齊，因而得到 圓周方向的剛性較低的結(jié)構(gòu)。鑒于此，即使由于某種原因而導(dǎo)致在使得 沿圓周方向膨脹的力作用于容器保持部件時，由第一繩股12A和第二繩 股12B形成的格子扭曲，由此網(wǎng)狀體10能夠沿圓周方向變大，從而能夠 吸收圓周方向的膨脹。因此，不可能發(fā)生碳纖維的斷裂，形狀不會在很 大程度上喪失，所以容器保持部件具有優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性。
此外，在網(wǎng)狀體10中，第一繩股12A和第二繩股12B相對于中心 軸L的傾斜角度e可適當(dāng)變化，這取決于容器保持部件各部分所需的剛性。 通過改變傾斜角度e可以調(diào)節(jié)網(wǎng)狀體10的圓周方向的剛性，因此圓周方
向的剛性可以對應(yīng)于用途或者根據(jù)網(wǎng)狀體10的各部分而改變。換言之， 第一角度和第二角度隨中空網(wǎng)狀體的不同部分而變化。
網(wǎng)狀體IO通過三軸編織形成，并具有沿與中心軸平行的方向?qū)R的 縱向繩股12C。具有大重量的石英坩堝可通過具有縱向繩股12C得到牢 固保持，由此能夠提供適合于大尺寸硅單晶拉制設(shè)備的容器保持部件。
繩股12各自通過使約數(shù)萬根碳纖維成束形成。作為構(gòu)成繩股12的 碳纖維，可以使用瀝青類碳纖維、PAN類碳纖維等。構(gòu)成第一繩股12A、 第二繩股12B和縱向繩股12C的碳纖維可以為相同材料或不同材料。
繩股12的形狀可以是棒狀等，以及帶狀。此外，如果將通過用環(huán)氧 樹脂等浸漬而進(jìn)行了施膠處理的繩股用作繩股12，則可以得到適度的彈 性，使得即使在手工編織繩股時也可以在均等周期內(nèi)容易進(jìn)行編織。
用于涂覆網(wǎng)狀體10的基質(zhì)前體可以是任何基質(zhì)前體，只要其通過燒 制能夠形成碳質(zhì)或石墨基質(zhì)即可。作為通過燒制而炭化或石墨化的基質(zhì)前體，可以使用得自石油、煤等的瀝青，以及具有高炭化收率的熱塑性
樹脂，如縮合多核芳烴(COPNA)樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂或聚酰亞 胺樹脂。此外，所述基質(zhì)也可以通過熱解碳、SiC等的化學(xué)氣相滲透(CVI) 形成。
下面將參照圖2描述該示例性實施方式的容器保持部件的制造方法 的一個實例。該示例性實施方式的容器保持部件可通過下列五個步驟制 造，即編織步驟S1、浸漬步驟S2、固化步驟S3、炭化步驟S4和高純化 步驟S5。
A)編織步驟S1
首先，制備用于形成三軸編織網(wǎng)狀體IO (圖1)的圓筒形的成形模。 盡管所述成形模的材料不作特別限定，不過優(yōu)選使用由石墨制成的成形 模，以便不會在后面的炭化步驟等中發(fā)生滲碳。如果要形成大尺寸網(wǎng)狀 體，則可以通過利用粘合劑等組合多個石墨材料片來形成大尺寸成形模。 在該情況中，優(yōu)選的是將COPNA樹脂用作粘合劑，因為COPNA樹脂的 使用使得即使在經(jīng)歷炭化步驟之后也可維持粘合力。此外，如果使用中 空成形模，其重量較輕，容易操作。
為使脫模容易進(jìn)行，有利的是在所述成形模的周圍預(yù)先纏巻具有液 體不滲透性和耐熱性的脫模膜。該膜的材料不作特別限定，只要其在固 化溫度附近具有液體不滲透性和耐熱性即可。其實例包括聚對苯二甲酸 乙二醇酯、硅酮樹脂、聚四氟乙烯、玻璃紙、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯 等。如果纏巻脫模膜，則其直至固化時不會分解并且直至炭化時才分解 或炭化，使得易于脫模。
帶狀繩股各自通過使多根碳纖維成束形成，且通過三維編織法沿所 述成形模的外周編織所述繩股，由此能夠形成網(wǎng)狀體。通過三維編織法 形成網(wǎng)狀體可通過現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行。
市售的自動織機(例如，TWM-32C、 TRI-AX，由豐和工業(yè)社制造) 可用于編織繩股。如果在市場上難以得到自動織機，則網(wǎng)狀體可以手工 形成，就如編織物的形成一樣。
此外，網(wǎng)狀體可通過制備三軸織物形成，其中，將繩股編織成平面形狀，然后將其圍繞成形模巻成圓筒形狀并利用粘合劑等粘接，由此形 成所述網(wǎng)狀體的圓筒部分，并進(jìn)一步地將其粘接在通過三維編織法制造 的底部部分。
如果使用進(jìn)行過大量利用環(huán)氧樹脂等的施膠處理的繩股制備網(wǎng)狀 體，并且如果在后續(xù)的步驟中利用作為基質(zhì)前體的樹脂浸漬網(wǎng)狀體變得 困難，則在形成網(wǎng)狀體之后可以進(jìn)行脫脂處理，由此除去環(huán)氧樹脂等膠
料。脫脂處理通常通過在非氧化性氣氛下在約15(TC 40(TC的溫度加熱 來進(jìn)行。有利的是該脫脂處理僅在使用進(jìn)行過大量利用環(huán)氧樹脂等的施 膠處理的繩股的情況下進(jìn)行。
B) 浸漬步驟S2
將編織步驟S1中形成的網(wǎng)狀體浸沒在未固化的基質(zhì)前體中以形成其 中網(wǎng)狀體中浸漬有基質(zhì)前體的原始材料。
浸漬可以在常壓下進(jìn)行也可以在加壓下進(jìn)行。如果碳纖維較細(xì)并且 與待浸漬的基質(zhì)前體的潤濕性較差，則加壓下的浸漬是有效的。此外， 如果基質(zhì)前體對于碳纖維具有足夠的潤濕性，則僅僅通過涂布或噴霧就 可以使基質(zhì)前體充分浸漬在繩股中。
另外，如果在浸漬前進(jìn)行抽真空，則繩股中不可能殘留氣孔。因此， 可以獲得均質(zhì)的原始材料。
C) 固化步驟S3
然后，加熱浸漬有基質(zhì)前體的網(wǎng)狀體(原始材料)使其固化。盡管 固化溫度可根據(jù)基質(zhì)前體的種類等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，不過設(shè)定在伴隨固化的 凝膠化反應(yīng)激烈發(fā)生的溫度(大致約10(TC 15(TC)?？赡苁种匾氖?將預(yù)設(shè)定溫度附近的升溫速率減緩以充分放出產(chǎn)生的氣體，從而可以使 氣體擴散充分進(jìn)行。
D) 炭化步驟S4
使固化步驟S3中得到的原始材料中包含的有機物炭化，得到主要由 碳構(gòu)成的容器保持部件。炭化步驟的處理溫度優(yōu)選為至少約600°C (有機 氣體的排放開始減退的溫度)，更優(yōu)選900°C (尺寸收縮及氣體的產(chǎn)生均 減退的溫度)或更高。
10脫模優(yōu)選在炭化后進(jìn)行。與成形模一起進(jìn)行炭化使形狀的崩塌較少， 不需要調(diào)整形狀的后加工。當(dāng)可以省略后加工時，碳纖維未被切斷，可 以提供沒有裂片的坩堝保持部件。如果在先前的步驟中固化充分進(jìn)行， 則可以在炭化步驟之前進(jìn)行脫模。
如果在成形模未脫離的條件下進(jìn)行炭化步驟，該步驟可以在不降低
溫度的條件下在上述的固化步驟S3之后進(jìn)行。也就是說，固化步驟S3 可以作為炭化步驟S4的一部分進(jìn)行。 E)高純化步驟S5
對通過炭化步驟S4的方法得到的坩堝保持部件進(jìn)行高純化處理以除 去雜質(zhì)。高純化處理可通過現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行。具體而言，可以通過 在諸如鹵素氣體或鹵代烴等氣氛中于150(TC 300(TC持續(xù)1個小時以上 的熱處理進(jìn)行。
在上述的制造例中，制備網(wǎng)狀體之后用基質(zhì)前體浸漬所述網(wǎng)狀體。 不過，繩股預(yù)先用基質(zhì)前體浸漬，并且也可以使用浸漬有基質(zhì)的繩股編 織網(wǎng)狀體。也就是說，容器保持部件可以按照浸漬步驟S2、編織步驟Sl、 固化步驟S3、炭化步驟S4和高純化步驟S5的順序制造。在任何順序中， 優(yōu)選的都是在浸漬步驟S2和編織步驟Sl之后進(jìn)行固化步驟S3，這是因 為繩股表面附著的基質(zhì)起到繩股間粘合劑的作用。
此外，為提高制造效率，容器保持部件可通過圖3所示的方法制造。 圖3所示的方法中，(a)制備兩個碗形成形模31并在開口面?zhèn)仁蛊浔舜诉B 接，和(b)通過圍繞已連接的碗形成形模31三軸編織制造基本上為圓筒形 的三軸織物32。此外，(c)進(jìn)行基質(zhì)材料的浸漬步驟及其炭化步驟，和然 后，(d)當(dāng)在中心部切成兩部分后進(jìn)行脫模，由此能夠一次制造兩個容器 保持部件33。如果容器保持部件以這樣的方式制得，則能夠有效地制造 容器保持部件。另外，在從基質(zhì)的浸漬到其炭化的過程中，由于開口可 以變窄因而難以發(fā)生開口處的磨損。
然后，作為該示例性實施方式的容器保持部件的用途的一個實例， 將利用圖4描述其中將容器保持部件應(yīng)用于硅單晶拉制設(shè)備的一個實例。 圖4所示的硅單晶拉制設(shè)備40配有用于容納硅熔融物42的石英坩堝44，和具有封閉端的籃樣坩堝保持部件46，所述坩堝保持部件以從外側(cè)圍住 石英坩堝的狀態(tài)保持石英坩堝44的外周面。這些部件放置在支持物45 上。加熱器48配置在坩堝保持部件46的外周周圍，利用加熱器48介由 石英坩堝44和坩堝保持部件46加熱硅熔融物42的同時逐漸上拉錠13， 由此制造硅單晶。
如上所述，即使沿圓周方向膨脹的力作用于坩堝保持部件時，作為 坩堝保持部件的該示例性實施方式的容器保持部件也可以追隨該膨脹。 因此，能夠提供具有高可靠性并能夠防止坩堝保持部件的裂紋、未凝固 的熔融物流出等的發(fā)生的坩堝保持部件。
當(dāng)硅單晶拉制設(shè)備冷卻時，由硅熔融物42所造成的荷重很少施加至 首先發(fā)生硅熔融物42的凝固的坩堝保持部件46的上側(cè)。當(dāng)拉制開始之 際硅熔融物凝固時，上側(cè)直接承受硅熔融物42的體積膨脹，因而優(yōu)選的 是減小傾斜角度e以減小剛性。另一方面，硅熔融物42所造成的荷重較 大地施加至下部側(cè)。不過，即使當(dāng)拉制開始之際硅熔融物凝固時，由于 石英坩堝的底部為圓形，下部側(cè)不可能直接承受硅熔融物42的體積膨脹。
因此，優(yōu)選的是增大傾斜角度e以增大剛性。
在傾斜角度e減小的情況中，即使硅熔融物42的膨脹產(chǎn)生沿橫向(沿 圓周方向)伸展時，因為相對于沿橫向的伸展的縱向(高度方向)的收
縮率較小，因此也容易追隨橫向的伸展。不過，在傾斜角度e增大的情況
中，硅熔融物42的膨脹產(chǎn)生橫向伸展時，因為相對于沿橫向的伸展的縱 向的收縮率增大，因此難以追隨橫向的伸展，導(dǎo)致對各繩股施加強力。 因此，第一繩股或第二繩股斷裂，或者縱向繩股變得容易褶曲。
如果硅單晶拉制設(shè)備40具有能夠制造大直徑晶錠的大尺寸，則優(yōu)選 的是坩堝保持部件46在上下方向具有較低的熱導(dǎo)率，從而提供使得硅熔 融物42的上部溫度變高而下部溫度變低的溫度梯度。如果硅單晶拉制設(shè) 備40具有大尺寸，則拉制所費時間變得相對較長，導(dǎo)致硅熔融物42長 時間容納在石英坩堝44中。如果硅熔融物42長時間放置在石英坩堝44 中，則硅熔融物42易于被來自石英坩堝44的氧污染。不過，通過盡可 能地抑制硅熔融物42的對流能夠防止被氧污染。形成具有低熱導(dǎo)率的繩股的碳纖維例如包括常見的碳質(zhì)碳纖維(相 對于石墨碳纖維)等。
另外，如果坩堝保持部件46的網(wǎng)目尺寸較大，則插入坩堝保持部件 46中的石英坩堝44軟化，石英坩堝44可能進(jìn)入網(wǎng)目中，導(dǎo)致難以取出。 為防止該現(xiàn)象，有利的是在坩堝保持部件46和石英坩堝44之間提供膨 脹的石墨片材或碳纖維抄造片材等碳質(zhì)或石墨片材。
此外，如果提供該碳質(zhì)或石墨片材，則石英坩堝44和坩堝保持部件 46彼此不直接接觸，因此不可能發(fā)生由于與石英坩堝44反應(yīng)而導(dǎo)致的坩 堝保持部件46的劣化。因而，通過僅僅更換碳質(zhì)或石墨片材可以反復(fù)使 用坩堝保持部件。
在上述的用途的實例中，描述了其中容器保持部件應(yīng)用于硅單晶拉 制設(shè)備用石英坩堝保持部件的實例。不過，本發(fā)明的容器保持部件的用 途并不限于此，而可以應(yīng)用于任何用途，只要其是用于保持用來容納金 屬、玻璃、硅等熔融物的容器的部件即可。特別是，如果所述容器保持 部件應(yīng)用于保持熱膨脹系數(shù)不同的容器的部件，則得到上述有利之處。
盡管參照本發(fā)明的某些示例性實施方式展示并描述了本發(fā)明，不過 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以對其進(jìn)行種種形式和細(xì)節(jié)上的變化而不 會脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。例如，在上述示 例性實施方式中，顯示了通過三軸編織形成的網(wǎng)狀體10。不過，本發(fā)明 的網(wǎng)狀體并不限于通過三軸編織得到的網(wǎng)狀體，可以具有僅有繩股52相
對于中心軸斜向?qū)R的構(gòu)成，如圖5所示。此外，如圖6所示，網(wǎng)狀體 可以具有其中兩根以上的繩股62斜向?qū)R的構(gòu)成。
實施例
將參照以下實施例說明本發(fā)明的容器保持部件的更為具體的結(jié)構(gòu)及 其制造方法的實例。本發(fā)明并不限于這些制造方法，可以使用任何方法， 只要能夠得到本發(fā)明的容器保持部件即可。
<實施例1>
首先，制備用于制造網(wǎng)狀體的成形模。制備6個由石墨制成的側(cè)板
13(600 mm寬、850 mm長和200 mm厚)。各側(cè)板的交角設(shè)計為60度角， 使用石墨材料用粘合劑(COPNA樹脂)將各側(cè)板相互粘接，以形成中空六 角圓筒。接著，制備兩個由石墨制成的底板(736 mm寬、1700 mm長和 200 mm厚)，并使用石墨材料用粘合劑(COPNA樹脂)粘接到中空六角圓 筒的端面，由此形成粗成形模。然后，該粗成形模的主體部分的外周面 被研削加工成圓筒形狀，其底部部分的外周面被研削加工成碗形，從而 制造成形模(直徑為1400mm，高度為600 mm)
接著，使用140根用于各第一、第二和縱向繩股的帶狀繩股，在成 形模的外周面上手工形成三軸編織網(wǎng)狀體。各繩股由24000根碳絲(由 Toray Industries, Inc.制造，商品名T800S24K)構(gòu)成。
用作為基質(zhì)前體的酚醛樹脂形成材料(由旭有機材工業(yè)株式會社制 造，KL-4000)浸漬以上制得的網(wǎng)狀體，然后在配有排氣裝置的干燥機中 以2"C/小時的升溫速率將溫度升至200°C，使繩股置于該狀態(tài)3小時以使 其固化。
接著，在非氧化性氣氛下以1(TC/小時將溫度升至IOO(TC進(jìn)行炭化之 后，進(jìn)行從成形模脫模，此外，用氯氣于200(TC進(jìn)行4小時高純化處理， 從而得到直徑約為1300 mm和高度約為550 mm的坩堝保持部件。
<比較例1>
以與實施例1相同的方式制造成形模，并覆蓋上使用與實施例1相 同的繩股形成的平織布。在該情況中，繩股以沿縱向和圓周方向?qū)R的 方式配置。此外，按照與實施例1相同的方式進(jìn)行酚醛樹脂成形材料的 浸漬、固化、炭化和高純化處理。由此得到的坩堝保持部件不具有上述 實施例1中存在的斜向?qū)R的繩股，而具有橫向?qū)R的繩股(以下稱為 橫向繩股)。
<測試?yán)?>
沿上述實施例1中得到的三軸編織容器保持部件的圓周方向施加應(yīng) 變時的應(yīng)力分布狀態(tài)用Solid Works Corporation制造的Solid Works 2007 (注冊商標(biāo))建立模型，并使用由Structural Research & Analysis Corporation制造的Cosmos Works (注冊商標(biāo))進(jìn)行靜態(tài)分析。取繩股的寬度為10mm，其厚度為2mm，三軸編織的重疊部分用3 mm直徑的釘固 定，對三軸編織的最小要素單位建模。橫向的應(yīng)變量為0.3%，繩股的彈 性模量為400 GPa,泊松比為0.2。
在上述條件下分析的應(yīng)力結(jié)果顯示在圖7中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沿橫向施加 的應(yīng)變通過斜向?qū)R的第一繩股72A和第二繩股72B也傳遞至縱向繩股 72C，導(dǎo)致應(yīng)力的施加在整體上是均勻的。
如以上比較例1所述，得到包括由縱向繩股(沿高度方向)和橫向 繩股(沿圓周方向)構(gòu)成的平織狀網(wǎng)狀體的容器保持部件，對于沿圓周 方向向所述容器保持部件的主體部分施加應(yīng)變時的應(yīng)力分布狀態(tài)，以與 測試?yán)?中相同的方式進(jìn)行靜態(tài)分析。取繩股的寬度為10 mm，其厚度 為2mm，三軸編織的重疊部分用3mm直徑的釘固定，對三軸編織的最 小要素單位建模。橫向的應(yīng)變量為0.3%，繩股的彈性模量為400 GPa， 泊松比為0.2。
在上述條件下分析的應(yīng)力結(jié)果顯示在圖8中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沿橫向施加 的應(yīng)變僅施加至橫向繩股82A，幾乎沒有傳輸至縱向繩股82C。因此可 以想到，較大應(yīng)力(張力)施加至橫向繩股82A，容易導(dǎo)致破損。
權(quán)利要求
1. 一種用于保持容納高溫熔融物的容器的容器保持部件，所述容器保持部件包含籃樣網(wǎng)狀體，所述籃樣網(wǎng)狀體具有封閉端并通過將多根繩股編織成相對于所述網(wǎng)狀體的中心軸斜向?qū)R而形成，所述繩股的每一根均包含多根碳纖維，和基質(zhì)，所述基質(zhì)充填在所述碳纖維之間的空隙中。
2. 如權(quán)利要求1所述的容器保持部件， 其中，所述籃樣網(wǎng)狀體包含多根第一繩股，所述多根第一繩股沿相對于所述中心軸傾斜第一角 度的第一方向?qū)R；和多根第二繩股，所述多根第二繩股沿相對于所述中心軸傾斜第二角 度的第二方向?qū)R，所述第二角度與所述第一角度相同，并且其中所述第一方向與所述第二方向相對于所述中心軸相反。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的容器保持部件，其中，所述網(wǎng)狀體還包含多根縱向繩股，所述多根縱向繩股在與所 述中心軸相同的平面內(nèi)對齊。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的容器保持部件，其中，所述網(wǎng)狀體不包含沿與所述中心軸垂直的方向?qū)R的繩股。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的容器保持部件， 其中，所述網(wǎng)狀體包含圓筒體部分和所述封閉端。
6. 如權(quán)利要求2所述的容器保持部件，其中，所述第一角度和所述第二角度隨所述網(wǎng)狀體的不同部分而變化。
7. 如權(quán)利要求6所述的容器保持部件，其中，所述網(wǎng)狀體的上部的所述第一角度和第二角度小于所述網(wǎng)狀 體的下部的所述第一角度和第二角度。
8. —種制造容器保持部件的方法，所述方法包括-形成包含帶中心軸的圓筒體部分和封閉端的網(wǎng)狀體，所述網(wǎng)狀體通 過將多根繩股編織成相對于所述中心軸斜向?qū)R而形成，所述繩股的每一根均包含多根碳纖維；用基質(zhì)前體浸漬所述網(wǎng)狀體；通過加熱使浸漬有所述基質(zhì)前體的所述網(wǎng)狀體固化；和 使固化的所述網(wǎng)狀體炭化。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法， 其中，所述網(wǎng)狀體包含多根第一繩股，所述多根第一繩股沿相對于所述中心軸傾斜第一角 度的第一方向?qū)R；和多根第二繩股，所述多根第二繩股沿相對于所述中心軸傾斜第二角 度的第二方向?qū)R，所述第二角度與所述第一角度相同，并且其中所述第一方向與所述第二方向相對于所述中心軸相反。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述網(wǎng)狀體還包含多根縱向繩股，所述多根縱向繩股在與所 述中心軸相同的平面內(nèi)對齊。
全文摘要
本發(fā)明涉及容器保持部件及其制造方法。本發(fā)明提供一種用于保持容納高溫熔融物的容器的容器保持部件。所述容器保持部件包含籃樣網(wǎng)狀體和基質(zhì)，所述籃樣網(wǎng)狀體具有封閉端并通過將多根繩股編織成相對于所述網(wǎng)狀體的中心軸斜向?qū)R而形成，所述繩股的每一根均包含多根碳纖維，所述基質(zhì)充填在所述碳纖維之間的空隙中。
文檔編號C30B15/10GK101519793SQ20091011820
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者加藤秀樹, 安田正弘, 安藤友行, 鹿野治英 申請人:揖斐電株式會社