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CN103922797A - 碳化钽被覆碳材料及其制造方法 - Google Patents

碳化钽被覆碳材料及其制造方法 Download PDF

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CN103922797A CN201410118060.3A CN201410118060A CN103922797A CN 103922797 A CN103922797 A CN 103922797A CN 201410118060 A CN201410118060 A CN 201410118060A CN 103922797 A CN103922797 A CN 103922797A
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Abstract

本发明涉及碳化钽被覆碳材料及其制造方法。在碳基材41的表面形成有被覆碳基材41的碳化钽被覆膜42。碳化钽被覆膜42，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。

Description

碳化钽被覆碳材料及其制造方法
本申请是2012年8月28日提交的发明名称为“碳化钽被覆碳材料及其制造方法”、国家申请号为201080064887.0的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有碳基材和在碳基材上形成的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料及其制造方法。
背景技术
由于碳化钽具备耐热性和耐气体蚀刻性，因此在碳材料上被覆碳化钽的被覆膜而成的碳化钽被覆碳材料被用于Si、SiC、GaN等半导体用单晶制造装置的构件。
在专利文献1中，通过使碳化钽层为无定形形状，从而使碳化钽晶体的各向异性减少，使碳化钽层的表面减少化学或物理上弱的部分。另一方面，专利文献2中的碳化钽被覆膜，通过使由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面相对于其它米勒面特异性地发达，从而实现了碳化钽被覆碳材料的耐蚀性和耐热冲击性的提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3938361号
专利文献2：日本专利第3779314号。
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，专利文献1中公开的碳化钽层为无定形形状。此外，专利文献2中公开的碳化钽被覆膜中，为脱离无定形形状向晶体状态转变的晶粒的细晶粒密集的状态。因此，专利文献1、2中记载的碳化钽层中，晶界非常多。
在碳化钽的晶界中引入残留物的情况多，因此晶界越多则成为包含越多残留物的碳化钽被覆膜。此外，晶界与晶粒相比强度低。因此，在高温下该晶界容易成为破坏的起点，存在于晶界的残留物沿着晶界而释放，在碳化钽被覆膜表面产生空隙。因此，对于专利文献1、2中记载的晶界非常多的碳化钽被覆膜，成为寿命短的碳化钽被覆碳材料。
此外，当在碳基材的表面形成碳化钽被覆膜时，一般是在通过定位件从下方支承碳基材的同时形成碳化钽被覆膜。然而，碳基材的与定位件的接触部不能形成碳化钽被覆膜，因此碳化钽被覆碳材料不发挥耐热性和耐气体蚀刻性。因此，在实施各碳化钽被覆膜形成工序时，可以通过变更定位件的支承位置而在碳基材的整个表面形成碳化钽被覆膜。
然而，在将专利文献1、2中记载的碳化钽被覆膜的形成方法反复多次进行的情况下，在第2次以后的碳化钽被覆膜的形成时，从成为基底的碳化钽被覆膜放出杂质，其结果是，介于连续的二层碳化钽被覆膜之间存在杂质气体。因此，新的碳化钽被覆膜容易从成为基底的碳化钽被覆膜剥离。此外，虽然通过对成为基底的碳化钽被覆膜进行热处理，可以从成为基底的碳化钽被覆膜除去杂质，但该碳化钽被覆膜的结晶性也同时提高。因此，在形成新的碳化钽被覆膜时连续的二层碳化钽被覆膜中，产生结晶性的差异。因此，新的碳化钽被覆膜不易附着于成为基底的碳化钽被覆膜。
因此，本发明的目的是提供具有晶界少的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。此外，本发明的另一目的是提供具有不易剥离的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
用于解决课题的方法
本发明是一种碳化钽被覆碳材料，其具有碳基材、和被覆在上述碳基材上的碳化钽被覆膜，上述碳化钽被覆膜，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
根据本发明，通过使碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可以得到致密且高强度的碳化钽被覆膜，实现碳化钽被覆碳材料的长寿命化。
此外，本发明是一种碳化钽被覆碳材料，其中，碳化钽被覆膜的由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
此外优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。由此，成为碳化钽晶粒充分地发达、使晶界大幅度减少了的碳化钽被覆膜。
此外优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的上述(311)面或(220)面的衍射线的强度为最大。由此，可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比减少。
此外优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.2°以下。由此，成为由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因此可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
本发明是一种碳化钽被覆碳材料，其具有碳基材、和被覆在上述碳基材上的碳化钽被覆膜，形成上述碳化钽被覆膜的晶粒从碳基材表面向着碳化钽被覆膜外面呈梯度变大。由此，碳化钽被覆膜与碳基材的附着度提高且可以使晶界大幅度减少。
此外，本发明是一种碳化钽被覆碳材料的制造方法，其是在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，该制造方法包括下述工序：在上述碳基材的表面形成碳化钽晶核的晶核生成工序；在上述晶核生成工序后使上述碳化钽晶核结晶生长的结晶生长工序，上述结晶生长工序具有使制造温度逐渐上升的升温工序。
根据本发明，通过在碳基材表面的凹部内部形成碳化钽晶核，同时在结晶生长工序中使制造温度逐渐上升，从而可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。因此，可以形成适应于碳基材表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，因而碳化钽被覆膜不易从碳基材剥离，同时在碳化钽被覆膜的表面附近结晶性提高，从而可得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
此外优选，在上述晶核生成工序中，形成上述碳化钽晶核的温度为850～950℃。由此，可以在碳基材表面的凹部内部形成充分的碳化钽晶核，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜对碳基材的附着性提高。
进一步优选，上述升温工序具有50℃以上的温度差。由此，在碳基材的表面附近，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，在碳化钽被覆膜的外面附近，可得到晶粒发达且晶界少的碳化钽被覆膜。
而且优选，在上述升温工序后，保持上述升温工序结束时的制造温度。由此，可以使晶粒发达的碳化钽被覆膜叠层。因此，以所希望的厚度得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
此外优选，在上述升温工序中，使上述制造温度以一定的速度上升。由此，可以防止急剧的碳化钽晶粒的结晶性提高，并能够防止碳化钽被覆膜的剥离。结果是，可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。
此外，本发明是一种碳化钽被覆碳材料的制造方法，其是通过碳化钽被覆膜形成工序在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，上述碳化钽被覆膜形成工序具有下述工序：在上述碳基材的表面形成第1碳化钽被覆膜的第1形成工序；在第1碳化钽被覆膜上形成至少1层碳化钽被覆膜的第2形成工序，上述第1碳化钽被覆膜，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
根据本发明，通过碳化钽被覆膜形成工序而形成的碳化钽被覆膜的晶界与以往相比飞跃性地少，在新的碳化钽被覆膜形成工序时不会从该碳化钽被覆膜放出杂质。因此，介于成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜之间不存在杂质气体。此外，成为基底的碳化钽被覆膜通过热处理，结晶性几乎不变化，与新的碳化钽被覆膜的结晶性同等。因此，在成为基底的碳化钽被覆膜和新的碳化钽被覆膜中，不易产生结晶性的差异，附着性好。此外，通过使碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可以得到致密且高强度的碳化钽被覆膜，实现碳化钽被覆碳材料的长寿命化。
此外优选，上述第1形成工序和上述第2形成工序在通过支承物支承被覆对象物的同时进行，将上述第1形成工序中由支承物所造成的被覆膜的缺损部分在第2形成工序中进行被覆。由此，可以在碳基材的整个表面形成碳化钽被覆膜。
进一步地，上述第1形成工序包括下述工序：在上述碳基材的表面形成碳化钽晶核的晶核生成工序；在上述晶核生成工序后使上述碳化钽晶核结晶生长的结晶生长工序，上述结晶生长工序具有使制造温度逐渐上升的升温工序。由此，在碳基材表面的凹部内部形成碳化钽晶核，因而可以形成适应于碳基材表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜。因此，可以得到不易从碳基材剥离的碳化钽被覆膜。此外，通过在结晶生长工序中使制造温度逐渐上升，可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。因此，在碳化钽被覆膜的表面附近，可得到结晶性发达、与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
而且优选，上述碳化钽被覆膜，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
此外优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与上述(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。由此，成为由充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
进一步优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面或(220)面对应的衍射线的强度为最大。由此，可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比减少。
而且优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.12°以下。由此，成为由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
此外，本发明是一种碳化钽被覆碳材料，其是在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，该制造方法包括下述工序：在上述碳基材的表面形成钽被覆膜的钽被覆膜形成工序；和对上述钽被覆膜进行渗碳处理的渗碳处理工序。
根据本发明，通过在碳基材表面形成钽被覆膜，将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜，从而可以使碳化钽的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。此外，通过在碳基材的表面先形成钽被覆膜，可以使在高温环境下该钽被覆膜软化而适合于碳基材表面的凹凸的膜成为碳化钽被覆膜。因此，可得到具有与碳基材的附着度高、致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
此外，本发明中优选，将上述钽被覆膜形成工序与上述渗碳处理工序依次反复进行多次。由此，能够容易地变更碳化钽被覆膜的膜厚。
此外，本发明中优选，将上述钽被覆膜形成工序反复进行多次。由此，能够变更钽被覆膜的膜厚。
而且，本发明优选在上述渗碳处理工序中，在1700℃～2500℃进行渗碳处理。由此，可得到在高温环境下不易消耗的碳化钽被覆碳材料。
此外优选，上述碳基材的热膨胀系数为6.5～8.0×10－6/K。由此，碳基材的热膨胀系数接近于碳化钽的热膨胀系数，因而可以减轻碳化钽被覆膜所受的热应力。因此，可得到具有不易从碳基材剥离的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
进一步优选，上述钽被覆工序在通过支承物支承被覆对象物的同时进行，将初次的钽被覆膜形成工序中由上述支承物所造成的缺损部分在第2次以后的钽被覆膜形成工序中进行被覆。由此，可以在碳基材的整个表面形成碳化钽被覆膜。
本发明是一种碳化钽被覆碳材料的制造方法，其是通过碳化钽被覆形成工序在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，该制造方法具有下述工序：经过在上述碳基材的表面形成钽被覆膜的钽被覆膜形成工序和对上述钽被覆膜进行渗碳处理的渗碳处理工序来形成第1碳化钽被覆膜的第1碳化钽被覆膜形成工序；和在上述第1碳化钽被覆膜上形成新的第2碳化钽被覆膜的第2碳化钽被覆膜形成工序。
根据本发明，在碳基材的表面形成钽被覆膜，形成将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜而成的第1碳化钽被覆膜，并在第1碳化钽被覆膜上形成新的第2碳化钽被覆膜，由此可以继第1碳化钽被覆膜的结晶取向之后容易地形成第2碳化钽被覆膜，可以得到使晶界与现有技术相比飞跃性地减少了的碳化钽被覆碳材料。因此，可得到具有致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。进一步地，通过相对于第1碳化钽被覆膜使第2碳化钽被覆膜的制造方法变更，成功地将需要钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序的第1碳化钽被覆膜的制造工序减少到仅为碳化钽被覆膜形成工序。
此外优选，在上述渗碳处理工序中，在1700℃～2500℃对上述钽膜进行渗碳处理。由此，可得到在高温环境下不易消耗的碳化钽被覆碳材料。
进一步优选，上述碳基材的热膨胀系数为6.5～8.0×10－6/K。由此，碳基材的热膨胀系数接近于碳化钽的热膨胀系数，因而可以减轻碳化钽被覆膜所受的热应力。因此，可得到具有不易从碳基材剥离的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
而且优选，上述碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，主要存在形成该第1碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
此外优选，上述碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，主要存在形成该第1碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
进一步优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面和(220)面的衍射强度之和，相对于上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。由此，可得到由充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
而且优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面的衍射线的强度为最大。由此，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
此外优选，上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面的衍射线的半宽度为0.12°以下。由此，可得到由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
发明的效果
根据本发明的碳化钽被覆碳材料，通过使碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可以得到致密且高强度的碳化钽被覆膜，实现碳化钽被覆碳材料的长寿命化。
此外，根据本发明的包括晶核生成工序和结晶生长工序的碳化钽被覆碳材料的制造方法，通过在碳基材表面的凹部内部形成碳化钽晶核，同时在结晶生长工序中使制造温度逐渐上升，从而可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。因此，可以形成适应于碳基材表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，因而碳化钽被覆膜不易从碳基材剥离，同时在碳化钽被覆膜的表面附近结晶性提高，因而可得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
进一步地，根据本发明的具有第1形成工序和第2形成工序的碳化钽被覆碳材料的制造方法，通过碳化钽被覆膜形成工序而形成的碳化钽被覆膜的晶界与以往相比飞跃性地减少，因此不会放出杂质。因此，介于成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜之间不存在杂质气体。此外，成为基底的碳化钽被覆膜在新的碳化钽被覆膜形成工序时结晶性几乎不变化，与新的碳化钽被覆膜的结晶性同等。因此，在成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜中，不易产生结晶性的差异，附着性好。
而且，根据本发明的包括钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序的碳化钽被覆碳材料的制造方法，通过在碳基材的表面形成钽被覆膜，将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜，从而可以使碳化钽的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。此外，通过在碳基材的表面先形成钽被覆膜，可以使在高温环境下该钽被覆膜软化而适合于碳基材表面的凹凸的膜成为碳化钽被覆膜。因此，可得到与碳基材的附着度高、具有致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
而且，根据本发明的具有第1碳化钽被覆膜形成工序和第2碳化钽被覆膜形成工序的碳化钽被覆碳材料的制造方法，通过在碳基材的表面形成钽被覆膜，形成将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜而成的第1碳化钽被覆膜，并在第1碳化钽被覆膜上形成新的第2碳化钽被覆膜，从而可以继第1碳化钽被覆膜的结晶取向之后容易地形成第2碳化钽被覆膜，可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可得到具有致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。此外，通过相对于第1碳化钽被覆膜使第2碳化钽被覆膜的制造方法变更，成功地将需要钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序的第1碳化钽被覆膜的制造工序减少到仅为碳化钽被覆膜形成工序。
附图说明
图1为高频感应加热装置的概略图。
图2为表示碳化钽被覆膜的形成方法的图。
图3为表示碳化钽被覆膜的形成方法的图。
图4为表示碳化钽被覆膜的形成方法的图。
图5为本发明的碳化钽被覆碳材料的截面示意图。
图6为表示碳化钽的晶面的取向角度的测定方法的示意图。
图7为测定气体透过率的装置的概要图。
图8(a)为表示实施例1～4的结果的图。
图8(b)为表示实施例1～4的结果的图。
图9为表示实施例3的结果的图。
图10为表示实施例5、6的结果的图。
图11为表示实施例5、6的结果的图。
图12为表示实施例6的结果的图。
图13为表示实施例7、8的结果的图。
图14为表示实施例7、8的结果的图。
图15为表示实施例7的结果的图。
图16为表示实施例9的钽被覆膜的结果的图。
图17为表示实施例9的结果的图。
图18为表示实施例9的结果的图。
图19为表示实施例9的结果的图。
图20为表示实施例10的成为基底的碳化钽被覆膜的结果的图。
图21为表示实施例10的成为基底的碳化钽被覆膜的结果的图。
图22为表示实施例10的结果的图。
图23为表示实施例10的结果的图。
图24为表示实施例10的结果的图。
图25为表示比较例1的结果的图。
图26为表示比较例1的结果的图。
图27为表示比较例1的结果的图。
图28为表示比较例3的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
本实施方式中，首先，对碳化钽被覆碳材料的制造方法进行说明，接下来，对通过该方法制造的碳化钽被覆碳材料进行说明。
〔碳化钽被覆碳材料的制造方法〕
(采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1))
这里，对采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成工序进行说明。本实施方式中，对使用了图1所示的装置的方法进行说明。另外，碳化钽被覆膜的形成方法不限于CVD法，可以使用转化(Conversion)(CVR)法、火焰喷涂法、物理蒸镀(PVD)法等。首先，对图1所示的高频感应加热装置进行说明。
<高频感应加热装置>
如图1所示，高频感应加热装置具有CVD反应室。CVD反应室是指，在由双重管结构构成的石英管内部设置的绝热材料(未图示)所包围的形成感应负载的石墨炉壁(未图示)内部。此外，在石英管的外侧设置有具备高频线圈(感应线圈)的加热装置。CVD反应室内的空间通过高频线圈被加热。在CVD反应室的一端配置有导入原料气体的气体导入管。此外，在CVD反应室的另一端形成有排气口。在排气口配置有排放CVD反应室内的气体的排气管。此外，在接近排气管的排气口的部分设置有可变阀。CVD反应室内的压力能够通过可变阀被调整。在CVD反应室的上游设有气流控制器。向CVD反应室内导入的原料气体的气体流量通过气流控制器被调整。
接下来，参照图2，同时对使用图1所示的高频感应加热装置形成碳化钽被覆膜的方法进行说明。
<碳化钽被覆膜的形成方法中的前处理>
首先，将CVD反应室内抽真空，然后，依次进行脱气处理、CVD处理。在CVD反应室内设置1个或多个碳基材1(参照图2(a))，将CVD反应室内抽真空至约0.1～0.01托(13.33Pa～1.333Pa)。接下来，通过对CVD反应室内部进行加热来进行脱气处理。详细地说，在CVD反应室内以7000cc/min导入氢气后，将CVD反应室内部加热至约1100℃，进行CVD反应室的脱气。
〈碳化钽被覆膜的形成〉
接下来，对采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成工序进行说明。将图1所示的CVD反应室内保持在850～1100℃，并且通过操作可变阀而将CVD反应室内减压至10托(1333Pa)以下。然后，向CVD反应室内供给五氯化钽(TaCl5)等钽的卤素化合物和甲烷(CH4)等烃气体作为原料气体。此外，作为载气，供给例如，氩气、氢气或它们的混合气体。
氩气、氢气优选使用纯度为99.99%以上并且氧含量为5ppm以下的高纯度的气体。在上述条件下在碳基材的表面形成碳化钽被覆膜2 (参照图2(b))。此时，优选碳化钽被覆膜2中的C/Ta比为1.0～2.0。此外，优选供给至CVD反应室内的原料气体中的碳源相对于钽源为2～25倍。
另外，在与氩气一起供给氢气的情况下，由于五氯化钽和甲烷气体和氢气的混合气体的热分解反应，导致下述反应式(1)的反应进行。通过该反应而生成的碳化钽叠层在碳材料的表面，形成碳化钽被覆膜。
[数1]
此外，对于烃而言，其分子量越小，则活化能越大且反应温度越高。因此，为了在约850℃以上进行CVD处理，适合使用甲烷CH4、乙烷C2H6。
在反应式(1)的反应进行时，介于碳化钽被覆膜的晶界存在杂质。在原料使用了氯化物时，主要存在氯系杂质。这里，由发明者的认识可知，上述杂质(主要是氯系杂质)在约850℃以上从碳化钽被覆膜放出。本实施方式中，如上所述，在850～1100℃进行CVD处理(碳化钽被覆膜的成膜工序)，因而上述杂质在成膜的同时从被覆膜放出，可以降低碳化钽被覆膜的杂质浓度。因此，在成膜后，不可能从碳化钽被覆膜放出杂质。这里，不会在成膜后从碳化钽被覆膜放出杂质，这可以通过进行1600℃以上的热处理时在碳化钽被覆膜表面不产生空隙来判断。
接下来，对上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)的改良方法进行说明。
(采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(2))
本方法是在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其包括下述工序：在碳基材的表面形成碳化钽晶核的晶核生成工序；在晶核生成工序后使碳化钽晶核结晶生长的结晶生长工序，上述结晶生长工序具有使制造温度逐渐上升(以下，称为升温。)的升温工序。CVD处理温度越高，则碳化钽晶粒越大，可以降低碳化钽被覆膜的晶界。然而，在950℃以上进行CVD处理的情况下，碳化钽被覆膜具有许多大于碳基材表面的气孔直径的晶粒。进一步地，CVD处理温度越高，则会在越短时间内从晶核形成向核生长转移，因而由在碳基材表面的凸部形成的晶核进行结晶生长工序，在碳基材表面的凹部晶核形成不彻底。因此，碳化钽被覆膜与碳基材的接触面积减少，附着度降低。此外，由于碳化钽被覆膜不具有如钽被覆膜那样在高温环境下软化而适合于碳基材表面的凹凸这样的性质，因此不适合通过热处理对接触面积进行改善。
另一方面，在CVD处理温度低的情况下，可以在碳基材的凸部形成的晶核向结晶生长工序转移前，在碳基材表面的凹部也会形成充分的晶核，进行结晶生长，得到附着度高的碳化钽被覆碳材料。因此，本方法中，通过在低于约950℃、优选为低于930℃进行CVD处理，而在上述碳基材的表面的凹部内部和凸部形成碳化钽晶核(晶核生成工序)后，通过使CVD处理温度逐渐上升(升温工序)来促进该晶核的核生长(结晶生长工序)。这里优选，晶核生成工序中，使形成碳化钽晶核的温度为850～950℃。由此，可以在碳基材表面的凹部内部形成充分的碳化钽晶核，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜。
此外优选，上述升温工序后，使上述制造温度不变化。由此，可以使晶粒发达的碳化钽被覆膜叠层，以所希望的厚度得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。因此，通过在使制造温度上升后，将处理温度保持在950℃以上，可以得到所希望的碳化钽被覆膜厚。此外，在升温工序中，逐渐上升的制造温度的温度差优选为50℃以上，更优选为100℃以上。由此，在碳基材的表面附近，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，在碳化钽被覆膜的外面附近，可得到晶粒发达且晶界少的碳化钽被覆膜。进一步优选，在升温工序中，以一定的速度使制造温度上升。这是因为，防止由于结晶性急剧地变化而妨碍碳化钽被覆膜的晶粒生长。由此认为，能够得到适合于碳基材的表面的凹凸的碳化钽被覆膜，因而碳化钽被覆膜相对于碳基材的附着性提高。
通过上述方法生长了的晶粒从碳基材表面附近向着碳化钽被覆膜的外面呈梯度变大，想像为多角锥状的晶粒。这是如下得到的晶粒：通过用CVD处理使炉内温度逐渐上升，从而使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。
另外优选，在碳化钽被覆膜厚度优选为5μm、更优选为3μm以下的时刻结束使炉内温度逐渐上升的升温工序。这里，在升温速度过快的情况下，碳基材的表面的凹部不能充分形成晶核，因而不能实现碳化钽被覆膜的附着性的提高。此外，在升温速度过慢的情况下，成为晶界多的被覆膜。
接下来，对上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)和(2)的改良方法进行说明。
(采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(3))
本方法中，是通过将上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)进行2次以上来形成实施了多重涂布的碳化钽被覆碳材料的方法，其具有下述工序：在碳基材的表面形成第1碳化钽被覆膜的第1形成工序；在第1碳化钽被覆膜上形成1次以上新的碳化钽被覆膜的第2形成工序。在使用了CVD处理的方法中，在通过定位件(支承物)支承碳基材的状态下进行碳化钽被覆膜的形成，因而在碳基材与定位件的接触面不能形成碳化钽被覆膜。因此，为了将初次的碳化钽被覆膜形成工序中由上述支承物所造成的缺损部分在第2次以后的碳化钽被覆膜形成工序中进行被覆，变更支承位置。由此，可以通过碳化钽被覆膜被覆碳基材的整个表面。
具体而言，如图3(a)所示，在未图示的反应室内以通过支承棒25(定位件)从下方支承碳基材21的状态配置碳基材21。而且，通过对碳基材21实施CVD处理而在碳基材21的表面形成第1层的碳化钽被覆膜22 (第1次的成膜工序，图3(b))。此时，在碳基材21的与支承棒25的接触部不能形成碳化钽被覆膜22。
接下来，如图3(c)所示，将采用支承棒25的碳基材21的支承位置变更为碳化钽被覆膜22面。而且，通过在与第1次的成膜工序相同的条件下进行CVD处理，如图3(d)所示，在碳化钽被覆膜22的表面形成第2层的碳化钽被覆膜23 (第2次的成膜工序)。由此，可以在碳化钽被覆膜22的表面叠层碳化钽被覆膜23，在碳基材21的整个表面形成碳化钽被覆膜。
其中优选，碳化钽被覆膜22在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此外优选，(311)面的衍射线的半宽度为0.12°以下。如果在这样的碳化钽被覆膜上形成新的碳化钽被覆膜，则新的碳化钽被覆膜23继基底的碳化钽被覆膜22的晶粒之后进行结晶生长，碳化钽被覆膜22与碳化钽被覆膜23连续。因此可以防止新的碳化钽被覆膜23从基底的碳化钽被覆膜22剥离。此外，由于碳化钽被覆膜22的晶界与以往相比飞跃性地减少，因此不会从通过各碳化钽被覆膜形成工序而形成的碳化钽被覆膜22、23放出杂质。因此，介于成为基底的碳化钽被覆膜22与新的碳化钽被覆膜23之间不存在杂质气体。此外，成为基底的碳化钽被覆膜22在新的碳化钽被覆膜的形成时(CVD处理时)结晶性几乎不变化，与新的碳化钽被覆膜23的结晶性同等。因此，对于成为基底的碳化钽被覆膜22和新的碳化钽被覆膜23，不易产生结晶性的差异，附着性好。
另一方面，如果要在不具有上述构成的碳化钽被覆膜上通过CVD处理而形成新的碳化钽被覆膜，则可能在CVD处理中从该基底的碳化钽被覆膜放出杂质，介于新的碳化钽被覆膜与基底的碳化钽被覆膜之间存在杂质气体。在新的碳化钽被覆膜的形成时(CVD处理时)，成为基底的碳化钽被覆膜的结晶性提高，该结晶性与新的碳化钽被覆膜的结晶性的差异变大。因此，发生新的碳化钽被覆膜剥离的不良状况。
此外，为了使碳化钽被覆膜22、23的附着性提高，优选碳化钽被覆膜22具备下述特性。优选碳化钽被覆膜22在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，通过各碳化钽被覆膜形成工序而形成的碳化钽被覆膜的晶界与以往相比飞跃性地少，因而不会从碳化钽被覆膜22放出杂质。此外优选，碳化钽被覆膜22的X射线衍射图形中的与(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于碳化钽被覆膜22的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。由此，成为由充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜22，因而可以使碳化钽被覆膜23的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。而且优选，碳化钽被覆膜22的X射线衍射图形中的与(311)面或(220)面对应的衍射线的强度为最大。由此，可以使碳化钽被覆膜22的晶界与现有技术相比减少。此外优选，碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的上述(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.12°以下。由此，成为由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜22，因而可以使碳化钽被覆膜23的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
另外，在使用CVD法来形成碳化钽被覆膜的情况下，通过改变温度、压力、各气体流量和处理时间等CVD条件，或将这些条件适宜组合，可以改变被覆膜的生长速度、结晶性和膜厚、构成被覆膜的晶粒的大小、以及结晶的取向性等。CVD处理条件是本技术领域的技术人员可以自由设定的，这些条件决不限定本发明。
接下来，对与上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法不同的碳化钽被覆膜的形成方法进行说明。
(碳化钽被覆膜的形成方法(4))
本方法中，具有下述工序：在碳基材上形成钽被覆膜的钽被覆膜形成方法；和对钽被覆膜进行渗碳处理的渗碳处理工序。以下，使用图4对本方法进行详细说明。配置图4(a)所示的碳基材31。接下来，如图4(b)所示，在碳基材31的表面形成钽被覆膜(钽被覆膜形成工序)。然后，对钽被覆膜进行渗碳处理(渗碳处理工序)。由此，如图4(c)所示，钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜32。
接下来，对上述的钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序进行详细说明。
(钽被覆膜形成工序)
钽被覆膜的形成可以通过例如使用了图1所示的装置的化学蒸镀(CVD)法来进行。钽源可以使用例如五氯化钽(TaCl5)等钽的卤素化合物。这里，对使用了图1所示的高频感应加热装置的化学蒸镀(CVD)法进行说明。另外，钽被覆膜的形成方法不限于CVD法，可以使用转化(CVR)法、火焰喷涂法、物理蒸镀(PVD)法等。此外，在以下的说明中，图1所示的装置的使用方法与上述的方法是重复的，有时省略说明。
<钽被覆膜的形成方法中的前处理>
在CVD反应室内设置1个或多个碳基材1 (参照图4(a))，将CVD反应室内抽真空至约0.1～0.01托(13.33Pa～1.333Pa)。接下来，通过对CVD反应室内部进行加热来进行脱气处理。详细地说，在CVD反应室内以7000cc/min导入氢气后，将CVD反应室内部加热至约1100℃，进行CVD反应室的脱气。
<使用了高频感应加热装置的钽被覆膜的形成方法>
对采用CVD处理的钽被覆膜的形成工序进行说明。将CVD反应室内保持在约800℃以上，并且通过操作可变阀将CVD反应室内减压至10托(1333Pa)以下。然后，在CVD反应室内以10～20sccm的流量供给五氯化钽(TaCl5)等钽的卤素化合物作为原料气体。此外，作为载气，供给例如氩气、氢气或它们的混合气体。另外，上述的单位［sccm］表示标准状态下每一分钟流过的气体的量(cm3)。在上述条件下在碳基材1的表面形成钽被覆膜(参照图4(b))。
另外，在使用CVD法形成钽被覆膜的情况下，通过改变温度、压力、各气体流量和处理时间等CVD条件，或将这些条件适宜组合，可以改变被覆膜的生长速度、结晶性和膜厚、构成被覆膜的晶粒的大小、以及结晶的取向性等。CVD处理条件是本技术领域的技术人员可以自由设定的，这些条件决不限定本发明。
(钽被覆膜)
通过上述的方法而得到的钽被覆膜由钽晶粒构成。钽被覆膜在X射线衍射中具有与钽结晶的(100)面、(200)面、(211)面和(220)面对应的衍射峰。此外，上述(200)面的衍射峰显示最大的衍射强度，并且，该(200)面的半宽度为0.2°以下。在碳基材31的热膨胀系数为6.5×10－6～8.0×10－6/K的情况下，对于碳基材31和钽被覆膜，热膨胀系数产生差异。此时，钽被覆膜具有内部应力，在X射线衍射图形中，观测到峰位移、峰的分裂。
这里，上述钽被覆膜在约1100℃以上软化，变化成适合于碳基材31的表面的凹凸的形状。因此认为，能够在碳基材31的表面的开气孔的内部进入钽被覆膜，碳基材31与钽被覆膜的附着性提高。
接下来，对于对通过上述的方法而形成的钽被覆膜进行渗碳处理的渗碳处理工序进行说明。
(钽被覆膜的渗碳处理方法)
在未图示的渗碳炉内配置形成了钽被覆膜的碳基材31 (图4(b))。渗碳处理中，将上述渗碳炉内温度设为1700～2500℃，且将渗碳炉内设为真空气氛10－2～10Pa。渗碳的碳源使用预先设置的碳源用石墨材料、渗碳炉的石墨夹具类所含的碳。通过这些碳使钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜(图4(c))。
本方法中，对适合于碳基材1的表面的凹凸的形状的钽被覆膜进行渗碳处理，能够得到保持与碳基材的附着性并且在高温环境下不易消耗的碳化钽被覆膜。
另外，上述(4)的方法中，通过使钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序依次反复进行多次，能够容易地变更碳化钽被覆膜的膜厚。此外，通过在进行渗碳处理工序前，使钽被覆膜形成工序反复进行多次，能够变更钽被覆膜的膜厚。这里，在使钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序依次反复进行多次时，和在将钽被覆膜形成工序反复进行多次时，钽被覆工序在通过支承物支承被覆对象物的同时进行。因此，通过将初次的钽被覆膜形成工序中由支承物所造成的缺损部分在第2次以后的钽被覆膜形成工序中进行被覆，可以在碳基材的整个表面形成碳化钽被覆膜。
接下来，对使用了上述的碳化钽被覆膜的形成方法(4)和采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法的方法进行说明。
(碳化钽被覆膜的形成方法(5))
通过上述的碳化钽被覆膜的形成方法(4)而得到的碳化钽被覆膜在X射线衍射图形中，碳化钽的(311)面的衍射线显示最大的衍射强度。通过CVD处理而得到的碳化钽被覆膜在X射线衍射图形中，碳化钽的(311)面或(220)面的衍射线显示最大的衍射强度。
这里，本发明者反复进行了深入研究，结果发现，在碳化钽被覆膜上形成新的碳化钽被覆膜时是继成为基底的碳化钽被覆膜的结晶取向之后。这对于通过不同的制造工序而制成的碳化钽被覆膜的结晶取向也是同样的。通过该特性，例如，能够进行在由CVD处理得到的碳化钽被覆膜上形成实施了渗碳处理的碳化钽被覆膜的多重涂布。这里优选，碳化钽被覆膜在X射线衍射图形中碳化钽的(311)面的衍射线为最大。关于其理由，在下文叙述。因此优选使上述(311)面的衍射线为最大的通过上述的碳化钽被覆膜形成方法(4)而得到的碳化钽被覆膜为第1碳化钽被覆膜。在该第1碳化钽被覆膜上，例如形成利用了CVD处理的碳化钽被覆膜，从而容易得到该多重涂布被覆膜在最表面的X射线衍射图形中碳化钽的(311)面的衍射线显示最大的衍射强度的被覆膜。此外，与对通过上述的碳化钽被覆膜形成方法(4)而得到的碳化钽被覆膜反复进行操作相比，能够使工序数减少。然而，各个被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度优选为0.12°以下。由此，在截面中，在碳基材上形成叠层了至少不同的2层的碳化钽被覆膜的多重涂膜。
此外优选，上述第1碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，主要存在形成第1碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，通过在第1碳化钽被覆膜上形成新的碳化钽被覆膜，可以得到继承了特性的至少2层的碳化钽被覆膜。其结果是，可得到晶界少、致密且高强度的2层以上碳化钽被覆膜。进一步优选，第1碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。由此，主要存在形成第1碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，通过在第1碳化钽被覆膜上形成新的碳化钽被覆膜，可以得到继承了特性的至少2层碳化钽被覆膜。其结果是，可得到晶界少、致密且高强度的2层以上的碳化钽被覆膜。而且优选，第1碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面和(220)面的衍射线的强度之和，相对于第1碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的由X射线衍射得到的与碳化钽对应的全部晶面的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。由此，第1碳化钽被覆膜由充分发达的碳化钽晶粒构成。因此，通过在第1碳化钽被覆膜上形成新的碳化钽被覆膜，可以得到继承了特性的至少2层碳化钽被覆膜。其结果是，可得到晶界少、致密且高强度的2层以上的碳化钽被覆膜。
接下来，对通过上述的全部方法而制造的本发明的碳化钽被覆碳材料进行说明。另外，碳基材41与上述的碳基材1、21、31对应，碳化钽被覆膜42与上述的碳化钽被覆膜2、22、23、32对应。
如图5所示，碳化钽被覆碳材料400具有碳基材41、和在碳基材41的表面形成的碳化钽被覆膜42。
(碳化钽被覆膜42)
碳化钽被覆膜42由碳化钽晶粒构成。这里，碳化钽是指钽原子与碳原子形成的化合物，例如，由TaC、Ta2C等化学式所示的化合物。
<晶面的取向>
碳化钽被覆膜42在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此外，碳化钽被覆膜42在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
取向角度通过以下的方法测定。如图6所示，在使碳化钽被覆碳材料400旋转的同时照射X射线，测定出现碳化钽的(220)面和(311)面的衍射峰的角度(取向角度)。将结果示于图9、12、15、19、21、24、26。另外，在图9、12、15、19、21、24、26所示的图表中，横轴为图6所示的取向角度(α)。纵轴为强度。
通过使构成碳化钽被覆膜的晶体为上述取向，晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界大幅度减少。以下对其理由进行说明。
由碳化钽被覆膜的X射线衍射图形确认的晶面主要是(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面。这些晶面之中，(111)面与(222)面以及(200)面与(400)面分别为平行的面，因而以下考虑上述晶面之中(111)面、(200)面、(220)面和(311)面的4面的关系。
由于碳化钽晶体为立方晶，因而晶面指数与方向指数（方位指数）通常垂直。在(111)面、(200)面、(220)面和(311)面的4面中，与各面所成的倾斜角度通常是，(111)面与(200)面为54.7°，(111)面与(220)面为35.3°，(111)面与(311)面为29.5°，(200)面与(220)面为45.0°，(200)面与(311)面为25.2°，(220)面与(311)面为31.5°。将假定成为基准的晶面的方向指数相对于碳基材表面为垂直方向时，其它晶面相对于该基准的晶面所成的倾斜角度示于表1。
[表1]
<通过具有钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序的碳化钽被覆膜的形成方法(4)而形成的碳化钽被覆膜> 
钽和碳化钽的密度分别为16.65g/cm3和13.90g/cm3。因此，在对钽被膜实施渗碳处理而转化成碳化钽被膜的情况下，发生体积膨胀，各晶面的晶格面间隔扩大。此时推测，各晶面的方向指数相对于碳基材表面越接近于垂直，则碳化钽被膜的内部应力越小，结果晶界越减少。
<通过采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)、(2)、(3)形成的碳化钽被覆膜>
通过上述(1)、(2)、(3)形成的碳化钽被覆膜中，碳化钽晶核生成，且该晶核结晶生长。碳化钽晶体的各晶面相对于方向指数生长。碳化钽晶粒在生长的过程中，由于与相邻的其它晶粒碰撞而阻碍生长。推测出，碳化钽晶体中的各晶面的方向指数相对于碳基材表面越接近于垂直，则由相邻的晶粒产生的内部应力越小，生长越不易受到阻碍。结果是，晶粒发达，晶界减少。
因此，由表1可知，碳化钽被覆膜42的(220)面优选主要相对于碳基材表面为平行，更优选(311)面主要相对于碳基材41表面为平行。此外，(311)面相对于碳基材41表面平行的晶粒和(220)面相对于碳基材41表面平行的晶粒可以作为主要晶粒混合存在。这可以通过(311)面与(220)面的取向角度中显示最大的峰值的取向角度的差为31.5°以内来判断。由此，可以使碳化钽被覆膜42的晶界少，并可以形成致密且高强度的碳化钽被覆膜42。
<碳化钽被覆膜的X射线衍射图形>
优选通过碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形而求出的与碳化钽的(220)面相当的衍射强度(以下，表示为I(220))和与(311)面相当的衍射强度(以下，表示为I(311))中任一方的衍射强度为最大。这里，衍射强度是指，在各晶面所特有的衍射角中出现的峰值。此外优选，I(220)与I(311)之和相对于与各晶面相当的X射线衍射强度的总和为0.5以上且0.9以下的范围。
这里，与各晶面相当的X射线衍射强度的总和是指，X射线衍射图形中求出的与(111)面相当的X射线衍射强度(以下，表示为I(111))、与(200)面相当的X射线衍射强度(以下，表示为I(200))、I(220)、I(311)、与(222)面相当的X射线衍射强度(以下，表示为I(222))、和与(400)面相当的X射线衍射线强度(以下，表示为I(400))的总和(I(111)＋I(200)＋I(220)＋I(311)＋I(222)＋I(400))。以下，将该总和记为Ip。此外，X射线衍射的强度及其和全部以积分强度进行比较。
通过使碳化钽的I(220)与I(311)之和相对于与各晶面相当的X射线衍射强度的总和Ip为0.5以上且0.9以下的范围，从而形成晶界少的碳化钽被覆膜。
另外，在碳化钽的I(220)与I(311)之和相对于与各晶面相当的X射线衍射强度的总和Ip小于0.5的情况下，推测由相邻的晶粒产生的内部应力变大，晶粒的生长受到阻碍，晶界变多。
此外，在相对于总和Ip超过0.9的情况下，是指碳化钽中的其它晶面的生长弱，结果推测形成晶粒小的碳化钽被覆膜。
此外，碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形中，碳化钽的(220)面或(311)面的衍射线的半宽度优选为0.2°以下，更优选为0.12°以下。碳化钽的(220)面的衍射线在约58.6°的衍射角出现，(311)面在约70.0°的衍射角出现。衍射强度的高度是指峰的最大高度。衍射线的半宽度是指最大高度的1/2的强度下的峰的宽度，其成为结晶性的指标。
因此，形成上述的碳化钽被覆膜的方法(1)～(5)的任一方法中，由于晶粒非常发达，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界减少。
碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形可以通过例如使用リガク社制　アルティマ(Ulutima)作为X射线分析装置来测定。
<气体透过率>
在碳化钽被覆膜42中，气体透过率为优选10－7cm2/s以下，更优选为10－8～10－11cm2/sec。在气体透过率处于上述范围内的情况下，形成致密的碳化钽被覆膜42。一般而言，由于碳基材通常具有氮气透过率10－2～10－3cm2/sec的值，因此在该碳化钽被覆膜42的氮气透过率为10－7cm2/s以下的情况下，碳化钽被覆膜42的氮气透过率为碳基材的氮气透过率的约10－5～10－4倍。在该碳化钽被覆膜为致密的膜的情况下，可得到耐热性和耐气体蚀刻性。
碳化钽被覆膜42的氮气透过率可以使用例如图6所示的设备来测定。以下，对使用了图6所示的设备的情况下的试样的碳化钽被覆膜的氮气透过率的测定方法进行说明。
对于测定试样，形成为直径约30mm以上的圆板形状，在氮气透过率的测定前进行充分干燥。然后，将干燥后的测定试样设置在图7所示的透过单元内，通过旋转泵(旋转式真空泵)和涡轮分子泵，将透过单元的一次侧和二次侧进行减压直到一定的真空值。接着，停止旋转泵的工作，关闭阀(图7所示的V1)。然后，向透过单元的一次侧以一定的气体压力供给氮气。氮气从一次侧透过测定试样向二次侧移动，由此，二次侧的压力开始上升。测定该压力上升率。由该压力上升率使用下式(2)、(3)算出气体透过率(K)。
K＝(QL)/(ΔPA)???(2)
Q＝｛(p2－p1)V0｝/t???(3)
这里，K为氮气透过率，Q为通气量，ΔP为一次侧与二次侧的压力差，A为透过面积，L为测定试样的厚度，p1为二次侧的初始压力，p2为二次侧的最终压力，V0为二次侧的容积，t为测定时间。
由上述测定方法和算出方法通过以下的方法求出碳化钽被覆膜42的氮气透过率(K2)。首先，测定碳化钽被覆碳材料400的氮气透过率(K0)。接下来，通过研磨除去在碳基材41的整个表面形成的碳化钽被覆膜42，测定仅碳基材41的氮气透过率(K1)。然后，由下述关系式(4)算出氮气透过率(K2)。
(L1＋L2)/K0＝L1/K1＋L2/K2???(4)
这里，L1为碳基材的厚度，L2为碳化钽的被覆膜的厚度。
<碳化钽被覆膜的厚度>
碳化钽被覆膜42的膜厚优选为10～100μm。在碳化钽被覆膜厚小于10μm的情况下，气体透过率变大，不能得到充分的耐热性和耐气体蚀刻性。
接下来，对碳基材进行说明。
(碳基材的制造方法)
在原料粉末中添加结合材料(沥青等)进行混合，成型，烧成，从而可得到碳基材。另外，根据需要，可以通过公知的方法实施石墨化处理和高纯度化处理。此外，可以对碳基材实施表面加工处理。由此，可以将碳基材的表面粗面化，使碳基材与碳化钽被覆膜的附着性提高。
(碳基材)
<碳基材的灰分> 
碳基材优选尽量不含杂质。具体而言，碳基材中作为杂质而包含的各元素优选是，铝为0.3ppm以下，铁为1.0ppm以下，镁为0.1ppm以下且硅为0.1ppm以下。进一步地，优选碳基材的总灰分(本说明书中，有时简单表示为灰分)为10ppm以下。灰分可以通过JIS－R－7223中规定的灰分的分析方法等来测定。
<碳基材的气体放出压力> 
碳基材的1000℃基准的气体放出压力优选为10－4Pa/g以下。1000℃基准的气体放出压力是指，吸附于碳基材的表面和细孔的气体分子在1000℃的温度下脱离，脱离的气体使气氛中的压力上升的压力变化量，具体而言，可以通过日本专利第2684106号中公开的升温脱离光谱(TDS)等来测定。如果气体放出压力高，则在脱气处理时CVD炉内污染变高，有在碳化钽被膜中混入杂质的危险。
<碳基材的热膨胀系数> 
碳化钽被覆膜的热膨胀系数处于6.5～8.0×10－6/K的范围内。因此，优选使碳基材的热膨胀系数为6.5～8.0×10－6/K。通过使用上述碳基材，可以形成碳基材与碳化钽被覆膜的热膨胀系数差小的碳化钽被覆碳材料。因此，在碳化钽被覆碳材料由于温度变化而发生膨胀、收缩时，碳化钽被覆膜不易产生热应力，因此碳化钽被覆膜不易剥离。
碳基材的热膨胀系数可通过例如株式会社リガク制 热机械分析装置(Thermo Plus2 TMA8310)来测定，但测定装置不限于该装置。
<碳基材的密度>
碳基材的密度优选为1.65～1.90g/cm3，更优选为1.73～1.83g/cm3。在碳基材的密度处于上述范围内的情况下，碳基材的机械强度变高。
碳基材的平均气孔半径优选为0.01～5μm。由此，固着效果被充分发挥，碳化钽被覆膜不易从碳基材剥离。这里“平均气孔半径”可以使用通过水银压入法测定的水银孔隙度计来求出，为与最大压力为98MPa且试样与水银的接触角为141.3°时的累积气孔容积的1/2的容积对应的气孔半径。另外，在平均气孔半径小于0.01μm的情况下，固着效果不能充分发挥，因此碳化钽被覆膜容易从碳基材剥离。
另外，碳基材的大小和形态不限于图2～5所示的形态，可以变更成各种大小和形态。例如，可以在碳基材的上面设置凸部。
这里，对使用碳基材作为基材的理由进行说明。作为形成碳化钽被覆膜的基材，期望为碳基材或钽基材。碳基材的加工容易，因而优选。另一方面，在使用了钽基材的情况下，根据使用环境不同，碳化钽被覆膜中的碳扩散到钽基材中，包含基材的整体产生陶瓷化，失去韧性而变脆。因此，通过预先使在成为中心构件的基材使用具有韧性的碳基材，可以消除包含基材的整体转化成碳化钽的不良状况，并可以制造高强度且长寿命的碳化钽被覆碳材料。
〈空隙〉
空隙是指，在碳化钽被覆膜的表面产生的直径数十至数百nm的孔的总称。推测空隙在存在于晶界的残留物沿着晶界放出时产生。认为有以下的2个理由。作为第1个理由，晶界中残留有不发达的碳化钽的结晶和杂质等。作为第2个理由，晶界与晶粒相比强度低，因而容易成为破坏的起点。因此，由上述2个理由推测，对碳化钽被覆膜进行热处理时，强度弱的晶界被破坏，存在于晶界的残留物沿着晶界放出，从而产生空隙。因此，晶界越少的被覆膜，越可以抑制空隙的产生。
此外，通过使碳化钽被覆膜中的晶界减少，即使在该被覆膜内部产生微细的裂缝，也可以抑制该裂缝扩大或抑制该裂缝达到碳化钽被覆膜表面。另外，上述裂缝是例如由于碳基材与碳化钽被覆膜的热膨胀系数差而产生的应力和由于热冲击而产生的压力所产生的。
另外，碳化钽被覆碳材料可用于例如化合物半导体的单晶生长装置和外延生长装置的构成构件和定位件。在单晶生长装置内和外延生长装置内，可使用1000℃以上的高温的氨气、氯化氢气体等蚀刻气体。此时，如果在碳化钽被覆膜中产生空隙、裂缝，则致密性降低。因此，上述蚀刻气体使碳基材消耗。进一步地，从通过蚀刻气体而消耗的碳基材放出的杂质可能会透过碳化钽被覆膜，污染制品。
如以上所述，通过碳化钽被覆膜42在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而在碳化钽被覆膜42中主要存在形成该碳化钽被覆膜42的具有与碳基材41表面平行的(311)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜42的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜42的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可得到致密且高强度的碳化钽被覆膜42，可以实现碳化钽被覆碳材料400的长寿命化。
此外，由于上述的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，因此在碳化钽被覆膜42中主要存在形成该碳化钽被覆膜42的具有与碳基材41表面平行的(220)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜42的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜42的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
进一步地，通过使碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形中的与(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下，从而成为碳化钽晶粒充分发达、使晶界大幅度减少了的碳化钽被覆膜42。
而且，通过使碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的强度为最大，可以使碳化钽被覆膜42的晶界与现有技术相比减少。
此外，通过碳化钽被覆膜42的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.2°以下，成为由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜42，因而可以使碳化钽被覆膜42的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
进一步地，根据上述(2)、(4)、(5)的方法，形成碳化钽被覆膜42的晶粒从碳基材41的表面向着碳化钽被覆膜42的外面呈梯度变大。由此，可以使碳化钽被覆膜42与碳基材41的附着度提高且使导致空隙的发生的晶界大幅度减少。
此外，根据本发明的方法(采用上述CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(2))，通过在碳基材表面的凹部内部形成碳化钽晶核，同时在结晶生长工序中使制造温度逐渐上升，可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。因此，可以形成适应于碳基材表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，因而碳化钽被覆膜不易从碳基材剥离，同时在碳化钽被覆膜的外面附近结晶性提高，因而可得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
此外，通过在晶核生成工序中，使形成碳化钽晶核的温度为850～950℃，可以在碳基材表面的凹部内部形成充分的碳化钽晶核，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜对碳基材的附着性提高。
进一步地，通过使升温工序具有50℃以上的温度差，在碳基材的表面附近，可得到适应于碳基材的表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜，在碳化钽被覆膜的外面附近，可得到晶粒发达且晶界少的碳化钽被覆膜。
此外，通过在升温工序后，使制造温度不变化，可以使晶粒发达的碳化钽被覆膜叠层。因此，以所希望的厚度得到与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
此外，通过在升温工序中，使制造温度以一定的速度上升，可以防止急剧的碳化钽晶粒的结晶性提高，并能够防止碳化钽被覆膜的剥离。结果是，可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。
此外，根据本发明涉及的例如上述(3)的方法，通过碳化钽被覆膜形成工序而形成的碳化钽被覆膜22的晶界与以往相比飞跃性地减少，在新的碳化钽被覆膜形成工序(第2形成工序)时不会从碳化钽被覆膜22放出杂质。因此，介于成为基底的碳化钽被覆膜22与新的碳化钽被覆膜23之间不存在杂质气体。此外，成为基底的碳化钽被覆膜22在新的碳化钽被覆膜23的形成时结晶性几乎不变化，与新的碳化钽被覆膜23的结晶性同等。因此，对于成为基底的碳化钽被覆膜22与新的碳化钽被覆膜23，不易产生结晶性的差异，附着性好。此外，通过碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而主要存在形成碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可得到致密且高强度的碳化钽被覆膜，可以实现碳化钽被覆碳材料的长寿命化。
此外，第1形成工序和第2形成工序在通过支承棒25(支承物)支承碳基材21的同时进行，将第1形成工序中由支承棒25所造成的碳化钽被覆膜22的缺损部分在第2形成工序中进行被覆，从而可以在碳基材21的整个表面形成碳化钽被覆膜。
进一步地，通过在“第1形成工序”中使用上述的“采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(2)”，在“第2形成工序”中使用“采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)”，从而在碳基材表面的凹部内部形成碳化钽晶核，因而可以形成适应于碳基材表面的凹凸形状的碳化钽被覆膜。因此，可以得到不易从碳基材剥离的碳化钽被覆膜。此外，通过在结晶生长工序中使制造温度逐渐上升，可以使碳化钽被覆膜的结晶性呈梯度提高。因此，在碳化钽被覆膜的表面附近，可得到结晶性发达、与以往相比晶界少的碳化钽被覆膜。
而且，通过碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，从而在碳化钽被覆膜中主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，构成碳化钽被覆膜的晶粒容易生长，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
此外，通过使碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于上述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下，从而成为由充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
进一步地，通过使碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面或(220)面对应的衍射线的强度为最大，可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比减少。
而且，通过碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.12°以下，从而成为由结晶性高且充分发达的碳化钽晶粒构成的第1碳化钽被覆膜，因而可以使碳化钽被覆膜的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。
此外，根据本发明涉及的上述碳化钽被覆膜的形成方法(4)，通过在碳基材1表面形成钽被覆膜，将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜2，可以使碳化钽的晶界与现有技术相比飞跃性地减少。此外，通过在碳基材1的表面先形成钽被覆膜，可以使在高温环境下该钽被覆膜软化而适合于碳基材1表面的凹凸的膜成为碳化钽被覆膜2。因此，可得到具有与碳基材1的附着度高、致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
此外，通过使钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序依次反复进行多次，从而能够容易地变更碳化钽被覆膜的膜厚。
进一步地，通过将钽被覆膜形成工序反复进行多次，能够变更钽被覆膜的膜厚。
此外，通过在渗碳处理工序中，在1700℃～2500℃进行渗碳处理，可得到在高温环境下不易消耗的碳化钽被覆碳材料。
此外，通过使碳基材1的热膨胀系数为6.5～8.0×10－6/K，碳基材1的热膨胀系数接近于碳化钽的热膨胀系数，因而可以减轻碳化钽被覆膜2所受的热应力。因此，可得到具有不易从碳基材1剥离的碳化钽被覆膜2的碳化钽被覆碳材料。
进一步地，通过使钽被覆工序在通过支承物支承被覆对象物的同时进行，并将初次的钽被覆膜形成工序中由支承物所造成的缺损部分在第2次以后的钽被覆膜形成工序中进行被覆，可以在碳基材的整个表面形成碳化钽被覆膜。
此外，根据本发明涉及的上述碳化钽被覆膜的形成方法(5)，通过在碳基材的表面形成钽被覆膜，形成将该钽被覆膜转化成碳化钽被覆膜而成的第1碳化钽被覆膜，并在第1碳化钽被覆膜上形成新的第2碳化钽被覆膜，可以继第1碳化钽被覆膜的结晶取向之后容易地形成碳化钽被覆膜，并可以使晶界与现有技术相比飞跃性地减少。因此，可得到具有致密且高强度的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。进一步地，通过相对于第1碳化钽被覆膜使第2碳化钽被覆膜的制造方法变更，成功地将需要钽被覆膜形成工序和渗碳处理工序的第1碳化钽被覆膜的制造工序减少为仅碳化钽被覆膜形成工序。
此外，通过在渗碳处理工序中，在1700℃～2500℃对上述钽膜进行渗碳处理，可得到在高温环境下不易消耗的碳化钽被覆碳材料。
此外，通过使碳基材的热膨胀系数为6.5～8.0×10－6/K，碳基材的热膨胀系数接近于碳化钽的热膨胀系数，因而可以减轻碳化钽被覆膜所受的热应力。因此，可得到具有不易从碳基材剥离的碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料。
而且，碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，由此主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(311)面的晶粒。因此，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
此外，通过使碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值，主要存在形成该碳化钽被覆膜的具有与碳基材表面平行的(220)面的晶粒。因此，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
进一步地，通过使碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面和(220)面的衍射强度之和，相对于碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下，可得到由充分发达的碳化钽晶粒构成的碳化钽被覆膜，因而可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
而且，通过使碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面的衍射线的强度为最大，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽膜。
此外，通过使碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面的衍射线的半宽度为0.12°以下，从而结晶性高、晶粒充分发达。其结果是，可得到晶界少、致密且高强度的碳化钽被覆膜。
实施例
〔实施例1～4〕
这里，使用上述采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(1)形成碳化钽被覆膜。
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，在下述表2所示的CVD处理条件下实施CVD处理，在该碳基板上形成碳化钽被覆膜。此时，将碳化钽被覆膜的C/Ta的组成比调整成为1.0～2.0。
[表2]
  温度（℃） 压力（托） 五氯化钽（sccm） 甲烷（sccm） 氩（sccm）
实施例1 900 5 20 500 4000
实施例2 950 5 20 500 4000
实施例3 1000 5 20 500 4000
实施例4 1050 5 20 500 4000
将通过电子显微镜拍摄实施例1～4中所得的碳化钽被覆膜的表面而得的图像(SEM图像)示于图8(a)中，将X射线衍射图形示于图8(b)中。
由图8(a)，在实施例1～4的SEM图像中，可以观察到碳化钽被覆膜的晶粒。此外，由图8(b)，实施例1～4的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(220)面和(311)面的至少一方的衍射线显示最强的衍射强度。
接下来，将实施例1～4的相对于Ip的I(220)与I(311)之和、和各被覆膜中的碳化钽的(311)面的半宽度的评价结果示于表3中。
[表3]
  （I(220)＋I(311)）/ Ip （311）面半宽度（°）
实施例1 0.68 0.18
实施例2 0.69 0.12
实施例3 0.85 0.11
实施例4 0.90 0.10
由表3，在实施例1～4中，相对于Ip的I(220)与I(311)之和处于0.5以上且0.90以下的范围内，(311)面的半宽度为0.20以下。
将实施例3的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图9中。
由图9，实施例3的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此时，碳化钽的晶粒发达，碳化钽被覆膜中晶界减少。
进一步地，将实施例1～4中所得的碳化钽被覆膜在1600℃进行热处理后，在碳化钽被覆膜表面未产生空隙。
〔实施例5、6〕
这里，使用上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(2)形成碳化钽被覆膜。
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，在下述的表4所示的CVD处理温度条件下实施CVD处理，在石墨基板上形成碳化钽被覆膜。此时，将碳化钽被覆膜的C/Ta的组成比调整成为1.0～2.0。将CVD处理的炉内压力和气体流量分别设为与实施例1～4同等的条件。
[表4]
  处理时温度（℃） 升温后的温度（℃） 升温速度（℃/hr）
实施例5 940 1000 100
实施例6 900 1000 100
另外，在实施例5、6中，使CVD处理温度以100℃/Hr逐渐上升，当处理温度达到1000℃时，停止升温，在将处理温度维持1000℃的同时制作碳化钽被覆膜，直到成为所希望的厚度。将通过电子显微镜拍摄所得的碳化钽被覆膜的截面而得的图像(SEM图像)示于图10中。
由图10，在实施例5、6中，在碳基材表面的气孔、凹部内部形成了碳化钽被覆膜。此外明确了，构成碳化钽被覆膜的碳化钽晶体随着从石墨基材的表面附近向着被覆膜外面靠近而呈梯度变大。此外，在碳化钽被覆膜的外面附近，晶粒生长，晶界大幅度减少。
接下来，将实施例5、6的X射线衍射图形的结果示于图11中。由图11，在实施例5、6的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(220)面和(311)面的至少一方的衍射线显示最强的衍射强度。
接下来将实施例5、6的相对于Ip的I(220)与I(311)之和和各被覆膜中的碳化钽的(311)面的半宽度的评价结果示于表5中。
[表5]
  （I(220)＋I(311)）/ Ip （311）面半宽度（°）
实施例5 0.60 0.10
实施例6 0.64 0.10
由表5，在实施例5、6中，相对于Ip的I(220)与I(311)之和处于0.5以上且0.90以下的范围内，(311)面的半宽度为0.20以下。
将实施例6的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图12中。由图12，实施例6的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此时，碳化钽的晶粒发达，碳化钽被覆膜中晶界减少。
进一步地，将实施例5、6中所得的碳化钽被覆膜在1600℃进行热处理后，在碳化钽被覆膜表面未产生空隙。
〔实施例7、8〕
这里，使用上述的采用CVD处理的碳化钽被覆膜的形成方法(2)、(3)形成碳化钽被覆膜。
(实施例7)
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，将CVD处理温度设为1000℃来实施CVD处理，在石墨基板上形成成为基底的碳化钽被覆膜。此时，将碳化钽被覆膜的C/Ta的组成比调整成为1.0～2.0。CVD处理的压力、原料气体等条件设为与实施例1～4同等的条件。而且，对所得的碳化钽被覆碳材料在与上述相同的CVD条件下实施CVD处理，形成新的碳化钽被覆膜。
(实施例8)
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，将CVD处理温度设为900℃来实施CVD处理，在石墨基板上形成碳化钽被覆膜。然后，使CVD处理温度以100℃/Hr逐渐上升，在处理温度达到1000℃时，停止升温，在将处理温度维持在1000℃的同时将被覆膜的C/Ta的组成比调整为1.0～2.0，同时制作基底的碳化钽被覆膜，直到成为所希望的厚度。接下来，在该基底的被覆膜上将CVD处理温度设为1000℃，再次实施CVD处理，制作新的碳化钽被覆膜。此时的压力、原料气体等的条件设为与实施例1～4同等的条件。
将通过电子显微镜拍摄所得的碳化钽被覆膜的截面而得的图像(SEM图像)示于图13中。由图13可知，在实施例7、8中，进行双重涂布时的新的碳化钽被覆膜的晶粒继成为基底的碳化钽被覆膜的晶粒之后生长。因此，不发生从多重涂布被覆膜的边界面(成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜的边界面)剥离的情况。
接下来，将实施例7、8的X射线衍射图形的结果示于图14中。由图14，在实施例7、8的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(220)面和(311)面的至少一方的衍射线显示最强的衍射强度。
接下来将实施例7、8的相对于Ip的I(220)与I(311)之和和各被覆膜中的碳化钽的(311)面的半宽度的评价结果示于表6中。
[表6]
  （I(220)＋I(311)）/ Ip （311）面半宽度（°）
实施例7 0.68 0.10
实施例8 0.64 0.10
由表6，在实施例7、8中，相对于Ip的I(220)与I(311)之和处于0.5以上且0.90以下的范围内，(311)面的半宽度为0.20以下。
将实施例7的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图15中。由图15，实施例7的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此时，碳化钽的晶粒发达，在碳化钽被覆膜中晶界减少。
此外，将实施例7、8中所得的碳化钽被覆膜在1600℃进行热处理后，在碳化钽被覆膜表面未产生空隙。
〔实施例9〕
这里，使用上述的碳化钽被覆膜的形成方法(4)形成碳化钽被覆膜。
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，在下述的表7所示的CVD处理条件下实施CVD处理，在石墨基板上形成钽被覆膜。
[表7]
温度（℃） 压力（托） 五氯化钽（sccm） 氢（sccm） 氩（sccm）
1000 5 20 500 4000
将通过电子显微镜拍摄所形成的钽被覆膜的表面而得的图像(SEM图像)和X射线衍射图形示于图16中。图16(a)中显示SEM图像，图16(b)中显示X射线衍射图形。由图16，在钽被覆膜的X射线衍射图形中，可以确认(110)面、(200)面、(211)面和(220)面的衍射线，(200)面的衍射线显示最强的衍射强度。此外，(200)面的半宽度为0.2°以下。
接下来，对该钽被覆膜在下述的条件下实施渗碳处理。将形成了上述钽被覆膜的石墨基材与碳源一起配置在渗碳炉内，将渗碳炉内温度设为2200℃且将渗碳炉内保持在真空气氛2.0Pa，进行1小时渗碳处理，得到实施例9的碳化钽被覆碳材料。
将通过电子显微镜拍摄实施例9中所得的碳化钽被覆碳材料的碳化钽被覆膜的表面而得的图像示于图17中。图17(a)中显示表面SEM图像，图17(b)中显示截面SEM图像。如由图17观察可知，通过对钽被覆膜进行渗碳处理而得的碳化钽被覆膜，晶界显著减少。此外，也可以确认碳化钽被覆膜适合于石墨基材的表面的凹凸。
接下来，将实施例9的X射线衍射图形的结果示于图18中。由图18，在实施例9的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(311)面的衍射线显示最强的衍射强度。
接下来将实施例9的相对于Ip的I(220)与I(311)之和、和各被覆膜中的碳化钽的(311)面的半宽度的评价结果示于表8中。
[表8]
  （I(220)＋I(311)）/ Ip （311）面半宽度（°）
实施例9 0.61 10
由表8，在实施例9中，相对于Ip的I(220)与I(311)之和处于0.5以上且0.90以下的范围内，(311)面的半宽度为0.20以下。
将实施例9的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图19中。由图19，实施例9的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此时，碳化钽的晶粒发达，碳化钽被覆膜的晶界减少。
进一步地，将实施例9中所得的碳化钽被覆膜在1600℃进行热处理后，在碳化钽被覆膜表面未产生空隙。
〔实施例10〕
这里，使用上述的采用渗碳处理的碳化钽被覆膜的形成方法(4)来形成碳化钽被覆膜。
首先，通过与实施例9同样的方法在石墨基材上形成成为基底的碳化钽被覆膜。将通过电子显微镜拍摄该成为基底的碳化钽被覆膜的表面而得的图像(SEM图像)和X射线衍射图形示于图20中。图20(a)中显示SEM像，图20(b)中显示X射线衍射图形。由图20，在成为基底的碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(311)面的衍射线显示最强的衍射强度。此外，成为基底的碳化钽被覆膜的相对于Ip的I(220)与I(311)之和((I(220)＋I(311))/Ip)为0.53，碳化钽的(311)面的半宽度为0.10°。
将实施例10的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图21中。由图21，实施例10的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
接下来，对形成了成为基底的碳化钽被覆膜的石墨基材在下述的表9所示的条件下实施CVD处理，形成新的碳化钽被覆膜。
[表9]
  温度（℃） 压力（托） 五氯化钽（sccm） 甲烷（sccm） 氩（sccm）
实施例10 1000 5 20 100 4000
将通过电子显微镜拍摄通过上述CVD处理而得的新的碳化钽被覆膜的表面而得的图像示于图22中。图22(a)中显示表面SEM像，在图22(b)中显示截面SEM像。由图22观察可知，由于继成为基底的碳化钽被覆膜的晶粒之后新的碳化钽被覆膜生长，因此图22(b)的截面SEM像中叠层了不同的二种碳化钽被覆膜。
接下来，将在实施例10的条件下所得的新的碳化钽被覆膜的X射线衍射图形的结果示于图23中。由图23，实施例10的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(311)面的衍射线显示最强的衍射强度。认为这是因为，继成为基底的碳化钽被覆膜的结晶取向之后形成新的碳化钽被覆膜。
接下来将实施例10的相对于Ip的I(220)与I(311)之和、和各被覆膜中的碳化钽的(311)面的半宽度的评价结果示于表10中。
[表10]
  （I(220)＋I(311)）/ Ip （311）面半宽度（°）
实施例10 0.61 0.10
由表10，实施例10中，相对于Ip的I(220)与I(311)之和处于0.5以上且0.90以下的范围内，(311)面的半宽度为0.20以下。
将实施例10的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图24中。由图24，实施例10的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面和(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。此时，碳化钽的晶粒发达，碳化钽被覆膜中晶界减少。
进一步地，将实施例10中所得的碳化钽被覆膜在1600℃进行热处理后，在碳化钽被覆膜表面未产生空隙。
〔比较例1，2〕
对热膨胀系数为7.8×10－6/K、1000℃基准的气体放出压力为10－6Pa/g且灰分为2ppm的、直径60mm和厚度10mm的石墨基板，在下述表11所示的CVD处理条件下实施CVD处理，在石墨基板上形成碳化钽被覆膜。此时，将碳化钽被覆膜的C/Ta的组成比调整为1.0～2.0。
[表11]
  温度（℃） 压力（托） 五氯化钽（sccm） 丙烷（sccm） 氩（sccm）
比较例1 840 10 20 250 4000
比较例2 800 10 20 250 4000
将通过电子显微镜拍摄比较例1中所得的碳化钽被覆碳材料的碳化钽被覆膜的表面而得的图像(SEM图像)和X射线衍射图形示于图25中。图25(a)中显示SEM图像，图25(b)中显示X射线衍射图形。由图25，在比较例1的SEM图像中，碳化钽被覆膜的表面存在许多细晶粒。此外，比较例1的X射线衍射图形中，可以观察到(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面和(400)面，(220)面的衍射线显示最强的衍射强度。此外，碳化钽(220)面的半宽度为0.15°。
将比较例1的表层的通过X射线衍射而观察到的碳化钽的(220)面和(311)面的取向角度的结果示于图26中。由图26，比较例1的碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。可以确认显示最大的峰值的与(220)面对应的(311)面的峰值在取向角度偏移约31.5°的位置。其结果显示，比较例1的构成碳化钽被覆膜的各个晶粒的(220)面主要相对于碳基材的表面为平行地取向。此外，(311)面中，在小于80°的位置显示最大的峰值。因此，比较例1中，晶粒的生长受到阻碍，成为晶界多的碳化钽被覆膜。
接下来，使用图27对将在比较例1的CVD处理条件下制成的碳化钽被覆碳材料在1600℃进行热处理，并观察碳化钽被覆膜的表面而得的结果进行说明。如图27所示，碳化钽被覆膜中产生了多个空隙。此外，如果将在比较例2的CVD处理条件下制成的碳化钽被覆碳材料在1600℃进行热处理，观察碳化钽被覆膜的表面，则比较例2的碳化钽被覆膜也同样地产生了空隙。
〔比较例3〕
通过与比较例1同样的方法，在石墨基材上形成成为基底的碳化钽被覆膜。通过在所得的碳化钽被覆碳材料上在与比较例1(表11)同等的CVD条件下实施CVD处理，从而在该成为基底的碳化钽被覆膜上形成了新的碳化钽被覆膜。将通过电子显微镜拍摄所得的碳化钽被覆碳材料的截面而得的图像(SEM图像)示于图28中。
由图28可以确认，碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜之间产生了明确的边界。其原因是，比较例3中，形成新的碳化钽被覆膜时从成为基底的碳化钽被覆膜放出杂质，杂质气体介于成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜之间存在。因此确认了，新的碳化钽被覆膜剥离。此外可以确认，在对比较例3中形成的成为基底的碳化钽被覆膜进行热处理后，在相同的条件下形成新的碳化钽被覆膜的情况下(重复涂布)，成为基底的碳化钽被覆膜与新的碳化钽被覆膜的结晶性的差变大，在成为基底的碳化钽被覆膜上不附着新的碳化钽被覆膜。
以上，对本发明的优选实施方式和实施例进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式和实施例，在权利要求书中记载的范围内可以进行各种变更。
符号的说明
1、21、31、41　碳基材
2、22、23、32、42　被覆膜
400　碳化钽被覆碳材料。

Claims (12)

1.碳化钽被覆碳材料，其特征在于，具有碳基材、和在所述碳基材上被覆的碳化钽被覆膜，
所述碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
2.根据权利要求1所述的碳化钽被覆碳材料，其特征在于，所述碳化钽被覆膜在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
3.根据权利要求1或2所述的碳化钽被覆碳材料，其特征在于，由X射线衍射得到的碳化钽晶体的(311)面和(220)面的衍射强度之和，相对于由X射线衍射得到的与碳化钽晶体对应的全部晶面的衍射强度的总和为0.5以上且0.9以下。
4.根据权利要求1或2所述的碳化钽被覆碳材料，其特征在于，所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的强度为最大。
5.根据权利要求1或2所述的碳化钽被覆碳材料，其特征在于，所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.2°以下。
6.碳化钽被覆碳材料的制造方法，其是通过碳化钽被覆膜形成工序在碳基材上形成碳化钽被覆膜的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，
所述碳化钽被覆膜形成工序具有下述工序：
在所述碳基材的表面形成第1碳化钽被覆膜的第1形成工序，和
在第1碳化钽被覆膜上形成至少1层碳化钽被覆膜的第2形成工序，
所述第1碳化钽被覆膜，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(311)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
7.根据权利要求6所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述第1形成工序和所述第2形成工序在通过支承物支承被覆对象物的同时进行，将所述第1形成工序中由支承物所造成的被覆膜的缺损部分在第2形成工序中进行被覆。
8.根据权利要求6或7所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述第1形成工序包含下述工序：
在所述碳基材的表面形成碳化钽晶核的晶核生成工序，
在所述晶核生成工序后使所述碳化钽晶核结晶生长的结晶生长工序，
所述结晶生长工序具有使制造温度逐渐上升的升温工序。
9.根据权利要求6或7所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳化钽被覆膜，在由X射线衍射得到的与碳化钽对应的衍射峰的(220)面的取向角度中在80°以上具有最大的峰值。
10.根据权利要求6或7所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面和(220)面对应的衍射线的强度之和，相对于所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与碳化钽的全部晶面对应的衍射线的强度的总和为0.5以上且0.9以下。
11.根据权利要求6或7所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的与(311)面或(220)面对应的衍射线的强度为最大。
12.根据权利要求6或7所述的碳化钽被覆碳材料的制造方法，其特征在于，所述碳化钽被覆膜的X射线衍射图形中的所述(311)面或(220)面的衍射线的半宽度为0.12°以下。
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