TW201704519A - 發熱體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種耐久性高之發熱體及其製造方法。本發明之發熱體1包含具有金屬鉭相之第1層2、及覆蓋第1層2之周圍且具有碳化鉭相之第2層3，且第1層2與第2層3之界面部4之矽濃度高於界面部4以外部分之矽濃度。

Description

發熱體及其製造方法

本發明係關於一種發熱體及其製造方法。

作為成膜法之一，已知有發熱體CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法。發熱體CVD法亦被稱為Cat-CVD法或熱線CVD法，其係使原料氣體與發熱後之發熱體接觸並分解，使所生成之化學種直接堆積或於氣相中經過反應過程後，以薄膜之形式堆積於被蒸鍍物之表面上之方法(例如參照專利文獻1)。

金屬鉭被廣泛用作發熱體。然而，金屬鉭於高溫下之蠕變強度較弱，耐久性較差。已知藉由將金屬鉭之表面碳化，其耐久性會提高。作為碳化方法，揭示有如下技術：於腔室內設置包含鉭之鉭線，將碳源導入之腔室內，並對鉭線通電加熱，藉此，於鉭線之表面形成包含碳化鉭之周緣部(例如參照專利文獻2)。又，揭示有於真空熱處理爐內，將形成於鉭表面之自然氧化膜去除後，將碳源導入至真空熱處理爐內，進行熱處理，從而自鉭表面形成鉭之碳化物之方法(例如參照專利文獻3)。完全碳化後之鉭線具有甚至無法進行伴有物理接觸之一般操作之非常脆弱之難點，但藉由將鉭之至少一部分轉換為碳化鉭，能夠容易地進行操作(例如參照專利文獻4)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]WO2012/091095號公報

[專利文獻2]日本專利特開2012-41576號公報

[專利文獻3]日本專利特開2005-68002號公報

[專利文獻4]日本專利特表2010-530604號公報

為了能夠將發熱體CVD法用於例如塑膠瓶之塗佈等之生產線中，而要求重複使用發熱體。然而，發明者等人銳意研究，結果確認專利文獻2及3之發熱體無法經受2000次之重複成膜，期望耐久性更高之發熱體。又，若發熱體完全碳化，則如上所述，其變得脆弱而難以安裝至成膜裝置中。如專利文獻2或3般藉由甲烷等烴類氣體部分地碳化之情形時，因碳化鉭與金屬鉭之熱膨脹率不同而發熱體之加熱時間被延長、或者因成膜處理之重複進行而發熱體之溫度亦反覆升降，於該等情形時，存在於碳化鉭與金屬鉭之界面附近產生剝離或空隙之情況。若產生此種剝離或空隙，則發熱體容易大幅變形，或者於通電加熱之情形下，變得容易局部出現過度加熱，成為物理/熱性問題之主要原因。

本發明之目的在於提供一種耐久性較高之發熱體及其製造方法。

本發明之發熱體特徵在於包含：具有金屬鉭相之第1層、覆蓋上述第1層之周圍且具有碳化鉭相之第2層，且上述第1層與上述第2層之界面部之矽濃度高於該界面部以外部分之矽濃度。

本發明之發熱體中，較佳為上述第2層之內周部之矽濃度高於該內周部以外部分之矽濃度。

本發明之發熱體中，上述第1層之截面面積相對於上述發熱體之截面面積之比率較佳為0.07以上且0.64以下。

本發明之發熱體之製造方法，其特徵在於包括：設置步驟，其將以鉭為主成分之基材設置於真空室內；及加熱步驟，其將含矽之烴類氣體導入至上述真空室內，對設置於上述真空室內之上述基材進行加熱，而將矽原子自上述基材之外表面導入至上述基材之內部。

本發明之發熱體之製造方法中，較佳為上述基材為線狀或帶狀，於上述加熱步驟中，對設置於上述真空室內之上述基材進行通電加熱。

本發明之發熱體之製造方法中，較佳為於上述加熱步驟中，於1600℃以上、未達2400℃之溫度下加熱上述基材。

本發明可提供耐久性較高之發熱體及其製造方法。

1‧‧‧發熱體

2‧‧‧第1層

2a‧‧‧第1層之外周部

3‧‧‧第2層

3a‧‧‧第2層之內周部

4‧‧‧界面部

11‧‧‧氣體噴出口

11x‧‧‧底面側氣體噴出口

11y‧‧‧側面側氣體噴出口

12‧‧‧反應室

15‧‧‧上部腔室

16‧‧‧氣體供給口

17‧‧‧氣體流路

18‧‧‧基材

19‧‧‧電線

20‧‧‧加熱器電源

21‧‧‧電極部

22‧‧‧排氣管

23‧‧‧氣體供給管

24a‧‧‧氣體流量調整器

25a‧‧‧閥

26‧‧‧連接部

35‧‧‧支持構件

42‧‧‧頂面壁

43‧‧‧底面壁

44‧‧‧側面壁

46‧‧‧真空室

48‧‧‧真空泵

100‧‧‧發熱體之製造裝置

O‧‧‧第1層2之中心

圖1係表示本實施形態之發熱體之一例之剖視圖。

圖2係用於本實施形態之發熱體之製造方法之製造裝置之概略構成圖。

圖3係表示重複成膜後之發熱體之狀態之照片。

圖4係發熱體之剖面狀態及SIMS分析結果。

圖5係實施例4之發熱體之剖面狀態及SIMS分析結果。

其次，揭示實施形態而對本發明進行詳細說明，但本發明不限於該等記載所作的詮釋。只要發揮本發明之效果，則實施形態亦可進行各種變形。

圖1係表示本實施形態之發熱體之一例的與滲碳進行方向垂直之方向上之剖視圖。所謂與滲碳進行方向垂直之方向係於發熱體為金屬線之情形下，金屬線之直徑方向上之剖視圖。本實施形態之發熱體1包含具有金屬鉭相之第1層2、及覆蓋第1層2之周圍且具有碳化鉭相之 第2層3，且第1層2與第2層3之界面部4之矽濃度高於界面部4以外部分之矽濃度。藉由如此於界面部配置高濃度之矽，能夠製成經受長時間及/或重複發熱之發熱體。各層之存在因碳之含有濃度之急遽變化而能夠識別，簡單而言，可藉由散射型電子顯微鏡(SEM)或透過型電子顯微鏡(TEM)之觀察影像之對比度而識別。

第1層2係發熱體1之中心部(芯部)，具有金屬鉭相。第1層2係較碳化鉭相更多地含有金屬鉭相之層。金屬鉭相例如為鉭、鉭基合金、或含有添加劑之鉭或鉭基合金。鉭基合金中，與鉭形成合金之金屬較佳為例如鎢、鈮、銥、鉻、鉿及鉬中至少一種。鉭基合金較佳為含有80原子%以上之鉭。鉭或鉭基合金中所含有之添加劑例如為氧化鋯或氧化釔、氧化鈣或二氧化矽等氧化物。添加劑之添加量較佳為1質量%以下。

本實施形態之發熱體1中，第1層2之截面面積相對於發熱體1之截面面積之比率較佳為0.07以上且0.64以下。藉由設為此範圍，發熱體1被適當地滲碳，能夠進一步提高耐久性。又，可減小加熱時之發熱體之熱變形，且可對發熱體賦予藉由物理接觸而能夠與其他機械零件及電機零件裝卸之機械強度。若未達0.07，則存在發熱體之柔軟性受損，而操作變困難之情形。若超過0.64，則存在因重複次數而稍微變形之情形。更佳為0.07以上且0.47以下。進而較佳為0.07以上且0.24以下。於本說明書中，所謂發熱體1之剖面係沿發熱體1之與軸方向(長邊方向)正交之平面所切斷之面。

第2層3係發熱體1之周緣部，具有碳化鉭相。第2層3係較金屬鉭相更多地含有碳化鉭相之層。第2層3可自第1層2側朝外側之方向上，依次具有Ta₂C層及TaC層。Ta₂C層係較TaC更多地含有Ta₂C之層。TaC層係較Ta₂C更多地含有TaC之層。Ta₂C層及TaC層較佳為具有梯度組成。

界面部4係包含第1層2之外周部2a及第2層3之內周部3a之區域。第1層2之外周部2a係於發熱體1之剖面，將自第1層2之中心O至第1層2與第2層3之界面之整個距離分成n等分(n為2以上之整數)，並將第1層2劃分為n個區域時，該外周部2a係位於最靠近第2層3側之區域。第2層3之內周部3a係於發熱體1之剖面，將自第1層2與第2層3之界面至第2層3之外表面之整個距離分成n等分(n為2以上之整數)，並將第2層3劃分為n個區域時，該內周部3a係位於最靠近第2層3之外表面側之區域。此處，n可為2(圖1中圖示)或為3以上。

發熱體1之形狀並未特別限定，例如為線狀、帶狀或板狀。發熱體1之剖面形狀並未特別限定，除了可為例如圖1所示之圓形狀以外，亦可為惰圓形狀或四角形狀。

發熱體1較佳為含有鉭、碳及矽作為構成元素。矽主要存在於界面部4。界面部4之矽濃度高於界面部4以外部分之矽濃度。藉由使界面部4之矽濃度相對較高，能夠降低發熱體1之熱變形之程度。可提高對於使用時間之延長、及/或重複使用時之層間剝離或空隙之產生的耐久性。又，界面部4中，若將第1層2之外周部2a之矽濃度與第2層3之內周部3a之矽濃度進行比較，則較佳為第2層3之內周部3a之矽濃度高於第1層2之外周部2a之矽濃度。

藉由使界面部4之矽濃度高於界面部4以外部分之矽濃度，可獲得以下效果。於使用如專利文獻2或3般藉由甲烷等烴類氣體部分地碳化而得之發熱體之情形下，若發熱時間延長、及/或因成膜處理之重複進行而發熱體之溫度亦反覆升降，則存在於特定溫度帶(1600℃以上)，腔室內之微量O₂(包含來源於H₂O)侵入發熱體之內部，因氧化劣化導致強度降低，大幅變形，而無法用於成膜處理之情形。相對於此，本實施形態之發熱體1中，藉由界面部4中存在較多矽，而侵入至發熱體之內部O₂與Si鍵結，以SiO₂之形式排出至發熱體1之外部。其 結果，能夠防止發熱體1之氧化劣化。

藉由界面部4之矽濃度高於界面部4以外部分之矽濃度，也可獲得以下之效果。於使用如專利文獻2或3般藉由甲烷等之烴類氣體部分地碳化而得之發熱體之情形下，由於碳化鉭與金屬鉭之熱膨脹率不同，故而若因成膜處理之重複進行而發熱體之溫度亦反覆升降時，則存在於碳化鉭與金屬鉭之界面附近發生剝離或空隙之情形。相對於此，本實施形態之發熱體1中，藉由Si介存於碳化鉭與金屬鉭之界面附近，而使界面附近之熱膨脹率之變化變得和緩，能夠防止於界面附近之剝離或剝離之發生。該效果由於僅藉由使碳化鉭與金屬鉭之界面之碳元素濃度梯度地變化而無法獲得，故而藉由使Si介存於界面附近，顯著有助於發熱體之耐久性提高。

本實施形態之發熱體1中，第2層3之內周部3a之矽濃度較佳為高於內周部3a以外部分之矽濃度。可進一步提高於界面部配置高濃度之矽之優點。發熱體1中之元素濃度例如能夠使用二次離子質譜法(SIMS；Secondary Ion Mass Spectrometry)來確認。發熱體1亦可包含鉭、碳及矽以外之其他元素。其他之元素例如為氫或氧。

圖2係用於本實施形態之發熱體之製造方法之製造裝置之概略構成圖。發熱體之製造裝置100係發熱體之製造之專用裝置。以下，參照圖2對發熱體之製造裝置100進行說明。

發熱體之製造裝置100包含：真空室46、將真空室46抽真空之排氣泵(未圖示)、將含矽之烴類氣體供給至真空室46內之氣體供給管23、供成為發熱體材料之基材18安裝之電極部21、及使基材18通電之加熱器電源20。

真空室46包含頂面壁42、與頂面壁42對向之底面壁43、連接頂面壁42及底面壁43之側面壁44。真空室46之內部係用以收容基材18而形成發熱體之反應室12。頂面壁42經由真空泵48安裝有排氣管22，反 應室12內之空氣藉由未圖示之排氣泵排出。圖2中揭示有將真空室46以頂面壁42成為上方、底面壁43成為下方之方式配置之形態，但配置不限定於此，例如亦可以頂面壁42成為下方、底面壁43成為上方之方式配置。

氣體供給管23具有氣體流路17、通至氣體流路17之氣體噴出口11，且配置於反應室12內。氣體噴出口11係例如朝底面壁43噴出氣體之底面側氣體噴出口11x或朝反應室12之側面壁44噴出氣體之側面側氣體噴出口11y。本實施形態中，作為氣體噴出口11較佳為至少具有底面側氣體噴出口11x。更佳為如圖2所示，作為氣體噴出口11，具有底面側氣體噴出口11x及側面側氣體噴出口11y兩者。

氣體供給管23之一端連接至氣體供給口16。圖2中作為一例，揭示有將氣體供給口16設置於頂面壁42之形態，但本發明並不限定於此，亦可設置於底面壁43或側面壁44(未圖示)。氣體自儲氣瓶經由氣體流量調整器24a及閥25a供給至氣體供給口16，通過氣體流路17，自氣體噴出口11噴出。圖2中揭示出配置有1根氣體供給管23之形態，但本發明並不限定於此，亦可配置複數根氣體供給管23。

電極部21配置於反應室12內。電極部21較佳為沿氣體供給管23之側面而配置。電極部21例如經由電線19與加熱器電源20電性連接。

發熱體之製造裝置100並不限定於圖2所示之形態，例如於圖2所示之製造裝置100中，為使用複數根線材作為基材18，並將該複數根之線材自頂面壁42至底面壁43並列配置之形態，或為將氣體供給管23及基材18之組合配置複數組之形態。

其次，對本實施形態之發熱體之製造方法進行說明。本實施形態之發熱體之製造方法包括：設置步驟，其將以鉭為主成分之基材18設置於真空室46內；及加熱步驟，其將含矽之烴類氣體導入至真空室46內，並對設置於真空室46內之基材18進行加熱，而將矽原子自基材 18之外表面導入至基材18之內部。與根據將鉭及其他之成分預先積層於上述基材上之配置而加工成發熱體之情形相比，自外部供給矽成分作為氣體成分之情形能夠迅速且經濟地製作本發明之具有複數層之發熱體。

(設置步驟)

基材18係成為發熱體之材料之物質。基材18之形狀係根據發熱體之形狀而適當地選擇。圖2中，作為一例揭示有基材18為線狀之形態。基材18之材質例如為鉭、鉭基合金、或含有添加劑之鉭或鉭基合金。鉭基合金中，與鉭形成合金之金屬較佳為例如鎢、鈮、銥、鉻、鉿及鉬中至少一種。鉭基合金較佳為含有80原子%以上之鉭。鉭或鉭基合金中所含有之添加劑例如為氧化鋯或氧化釔、氧化鈣或二氧化矽等氧化物。添加劑之添加量較佳為1質量%以下。

於設置步驟中，使上部腔室15上升，使基材18連接於電極部21。之後，使上部腔室15下降，而將真空室46密封。基材18較佳為沿氣體供給管23之側面配置。圖2中，揭示有將基材18以與氣體供給管23之側壁之外周面平行之方式配置之形態，但本發明並不限定於此，例如亦可將基材18以與氣體供給管23之側壁之外周面成螺旋狀之方式配置。如圖2所示，基材18自連接部26沿氣體供給管23之側面配置，較佳為於特定之部位回轉而形成折返部，朝連接部26返回而配置。又，基材18亦可由設置於氣體供給管23之外周之包含絕緣陶瓷等絕緣材料之支持構件35支持。

(加熱步驟)

於設置步驟後，關閉通風孔(未圖示)，使排氣泵(未圖示)作動，並打開真空泵48，藉此排出反應室12內之空氣。繼而，一面自反應室12內排氣一面自氣體供給管23導入含矽之烴類氣體，將真空室46內調整至特定之壓力。特定之壓力較佳為100Pa以下，更佳為10Pa以下， 進而較佳為1.5Pa以下。又，真空室46內之壓力之下限並未特別限定。若超過100Pa，則存在製造裝置之耐熱對策過剩之傾向。又，存在於加熱步驟中產生之灰塵附著於發熱體及腔室，成為故障之主要原因之傾向。溫度越低，該等傾向變得越顯著。較佳為將腔室內之壓力設為1Pa以上。若腔室內未達1Pa，則存在發熱體之製作時間變長之傾向。

又，於本實施形態之發熱體之製造方法中，較佳為於加熱步驟中，去除真空室46內所附著之水蒸氣、氧氣或氮氣等雜質氣體。雜質氣體之去除方法例如為使用將內壁面之表面粗糙度(Ra)設為特定之範圍之腔室作為真空室46之方法、或於加熱步驟之前進行所謂烘乾處理之方法。真空室46之內壁面每平方mm之表面粗糙度(Ra)較佳為0.1mm以下，較佳為0.05mm以下。又，雜質氣體之去除方法亦可為以下方法：使用公知之加載互鎖真空室系統，將真空室46始終保持於真空下，而於基材或加工後之發熱體向真空室46內的搬入/搬出之步驟中，以真空室之內部不與大氣接觸之方式進行管理。

發熱體之處理中，使用含矽之烴之至少任一種，可單獨使用，或亦可混合兩種或三種以上使用。又，可併用氬氣、氮氣等惰性氣體作為載氣，亦可併用氫氣等還原性氣體作為添加氣體。作為含矽之烴，例如使用四氯化矽、六甲基二矽烷、乙烯基三甲基矽烷、甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、乙烯基甲矽烷、二乙基矽烷、丙基矽烷、苯基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷或甲基三乙氧基矽烷等有機矽烷化合物；八甲基環四矽氧烷、1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、四乙氧基矽烷或六甲基二矽氧烷等有機矽氧烷化合物；或六甲基矽氮烷等有機矽氮烷化合物。又，除了該等材料以外，亦可使用胺基矽烷等。該等含矽之烴中，較佳為構 成元素中不含氧或氮之有機矽烷化合物，就構成元素中碳之比率高於矽，常溫常壓下作為氣體處理之發熱體處理時之易利用性之觀點而言，尤佳為乙烯基甲矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷。

於加熱步驟中，基材18之加熱方法並未特別限定，例如為藉由通電加熱進行加熱之方法或使用加熱爐進行加熱之方法。開始基材18之加熱之時機不論含矽之烴類氣體之供給前或供給後均可。

於本實施形態之發熱體之製造方法中，基材18為線狀或帶狀，於加熱步驟中，較佳為對設置於真空室46內之基材18進行通電加熱。由於基材之加熱較為容易，因而能夠迅速且經濟地製作發熱體，且可獲得容易應用於發熱體CVD法中之發熱體。作為製造具有如圖1所示之積層構造之發熱體之方法，例如可考慮到燒結法或塗佈法，但發熱體為線狀或帶狀時，藉由燒結法或塗佈法製造具有積層構造之發熱體之製造方法變得複雜，難以確保品質及經濟性。因此，有效率的是使用鉭線或鉭帶作為基材，使基材之表面滲碳而進行製造。然而，於使用加熱爐使之滲碳之情形時，必須保持爐內高溫，而構築合適之爐較為困難。因此，藉由通電加熱製造發熱體，藉此，能夠利用簡易之裝置製造內部含有Si之發熱體。

加熱基材18之溫度較佳為1600℃以上、未達2400℃，更佳為1850℃以上、未達2350℃，進而較佳為2000℃以上且2200℃以下。發熱體之製作迅速且容易確認實用性。若加熱溫度過高，則存在製造裝置之耐熱對策過剩之傾向。又，若加熱溫度過低，則因發熱體之製作而耗費較長時間，並且必須追加進行確認是否成為適於發熱體CVD法中使用之加熱溫度之性狀之確認作業。又，加熱時間根據基材18之材質、形狀或大小、或含矽之烴類氣體之種類或供給量等各條件，以第2層3(圖1中圖示)在發熱體1整體中所占之比率成為所需範圍之方式適當地設定。例如，基材18為直徑100~1000μm之金屬鉭線時，加熱時 間較佳為500秒以上且3000秒以下，更佳為超過900秒且2400秒以下。

於加熱步驟中，藉由使發熱後之基材18之表面與含矽之碳化氣體接觸，鉭之碳化自基材18之表面進行，並且矽原子自基材18之外表面導入至基材18之內部，從而基材18成為發熱體1(圖1中圖示)。

加熱步驟較佳為於將基材18用作發熱體前進行。藉此，自第1次成膜步驟便可以高強度之狀態使用發熱體，能夠進一步提高耐久性。

至此，作為發熱體之製造方法，對使用氣體使之滲碳之方法進行了說明，但亦可藉由燒結法或塗佈法製造發熱體。燒結法例如於以鉭為主成分之基材之表面依次塗佈含有鉭粉末、矽粉末、及碳粉末之焊膏，進行焙燒。又，塗佈法例如有於以鉭為主成分之基材之表面依次塗佈含有矽及碳化鉭之塗佈液並使之乾燥之方法，或於該基材之表面藉由含有矽及鉭之濺鍍等使之積層之方法。

對發熱體1之使用方法之一例進行說明。本實施形態之發熱體1可較佳地用作發熱體CVD法之發熱體。由於本實施形態之發熱體1之耐久性較高，故而即使例如重複成膜2000次，亦能夠維持使用前之狀態。

[實施例]

其次，列舉本發明之實施例進行說明，但本發明並非限定於該等例者。

(實施例1)

使用如圖2所示之裝置100製造發熱體。此時，於真空室46內設置直徑500μm之金屬鉭線作為基材18，一面對真空室46內進行排氣一面以25cc(標準狀態)/分導入作為含矽之烴類氣體之乙烯基甲矽烷，將真空室46內調整至1.5Pa，將配置於真空室46內之基材18於2100~2180℃之溫度下通電加熱1800秒，獲得發熱體。滲碳厚度(自第2層之外表面至第1層之內表面之距離，此後有時亦稱為第2層之厚度)為130 ~180μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由於SIMS之C成分之圖像上選定中心位置，自剖面之第2層之外表面朝中心方向測定長度而測得。

(實施例2)

除了將基材18之加熱時間變更為900秒以外，與實施例1同樣地製造發熱體。滲碳厚度(第2層之厚度)為50~80μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由與實施例1同樣之方法測定。

(實施例3)

除了將基材18之加熱溫度變更為1900~2000℃以外，與實施例1同樣地製造發熱體。滲碳厚度(第2層之厚度)為40~50μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由與實施例1同樣之方法測定。

(比較例1)

將直徑500μm之金屬鉭線作為發熱體。

(比較例2)

除了將乙烯基甲矽烷變更為乙炔，將加熱時間變更為5400秒以外，與實施例1同樣地製造發熱體。滲碳厚度(第2層之厚度)為130~180μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由與實施例1同樣之方法測定。

(比較例3)

除了將乙烯基甲矽烷變更為甲烷，將加熱時間變更為8100秒以外，與實施例1同樣地製造發熱體。滲碳厚度(第2層之厚度)為130~180μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由與實施例1同樣之方法測定。

(耐久性評估)

每30秒重複以下步驟，即，使用如圖2所示之發熱體之製造裝置100，於安裝有各實施例及比較例之發熱體之狀態下，將真空室內減 壓至1.5Pa後，對發熱體施加電壓，使之持續發熱至2000~2200℃，以25cc(標準狀態)/分供給作為原料氣體之乙烯基甲矽烷氣體5秒。進行2000次該重複加熱步驟後，停止發熱體之通電及原料氣體之供給，將真空室內排氣後，導入漏氣，將真空室內設為大氣壓，並取出發熱體，然後藉由目視觀察發熱體之狀態。又，將發熱體自上述製造裝置拆除，將安裝於發熱體之電極部之側之端部與折返部之中央部分(各實施例及比較例中，自安裝於發熱體之電極部之側之端部至折返部之長度為160mm，中央部分為距離折返部80mm之部分)用手指握住，由手腕懸空地搖動，藉此確認強度。評估標準如下所述。將評估結果示於表1中。

○：於重複加熱步驟後之發熱體幾乎未見變形(與重複加熱步驟前相比，各部位之位置之變化為2mm以下)，能夠經受住成膜裝置之使用。或者即使用手指握住發熱體進行搖動，亦不會產生破損或龜裂(實用水準)。

△：於重複加熱步驟後之發熱體發現略微變形(與重複加熱步驟前相比，各部位之位置之變化超過2mm且為4mm以下)，但能用於成膜裝置。或者即使用手指握住發熱體進行搖動，亦不會產生破損或龜裂(實用下限水準)。

×：重複成膜後之發熱體發生大幅變形(與重複加熱步驟前相比，各部位之位置之變化超過4mm)，無法用於成膜裝置。或者當用手指握住發熱體搖動時，產生破損或龜裂(實用不適用水平)。

(重複成膜後之狀態觀察)

對實施例1、實施例2及比較例1之發熱體，觀察重複成膜2000次後之發熱體之外觀。將照片示於圖3中。

(剖面觀察)

對實施例1、實施例2及比較例1之發熱體，使用光學顯微鏡以倍率400倍確認剖面狀態。將光學顯微鏡照片示於圖3中。

(SIMS)

使用SIMS確認實施例1、比較例2及比較例3之剖面之H、C、O、Si、Ta濃度。將分析結果示於圖4中。圖4中揭示將各元素之分佈處理成灰色調之圖像，但各元素之分佈藉由處理成灰色調前之彩色圖像而更精準地表現。

如圖4所示，實施例1中，於第1層與第2層之界面部存在矽，且界面部之矽濃度高於界面部以外部分之矽濃度。關於實施例2及實施例3，元素分佈亦與實施例1同樣。又，如表1所示，各實施例於2000次之重複加熱中均顯示出優異之耐久性。如圖3所示，實施例1中進行 2000次之重複加熱後，發熱體之外觀與使用前之狀態相比基本未發生變化。實施例2中進行2000次之重複加熱後，可見發熱體略變形，但控制在能經受住成膜裝置之使用之程度。

又，查看圖4，可確認：根據Si、C成分之高濃度區域之位置關係，實施例1中，第2層之內周部之矽濃度高於該內周部以外部分之矽濃度。

另一方面，如圖4所示，雖然比較例2及比較例3具有第1層及第2層，但界面部不存在矽。又，如表1所示，各比較例於2000次之重複成膜時均未獲得耐久性。如圖3所示，比較例1於2000次之重複成膜後，發熱體大幅變形，為無法經受成膜裝置之使用之狀態。

(彎曲強度)

對滲碳厚度為130~180μm之實施例1、比較例2及比較例3比較彎曲強度。彎曲強度係按照JIS S 6005：2007「自動鉛筆用芯」之「8.3彎曲強度」，將「芯」替換成「發熱體」而測定。即，於支持於兩支點之間之發熱體之中央部施加負荷，測定發熱體破損時之負荷，根據下式(數1)計算出彎曲強度。對實施例1、比較例2及比較例3，分別準備2根發熱體，進行試驗(n=1，2)。兩支點間之距離為30mm，施加負荷方法應用I法，將負荷速度設為0.1N/s。再者，施加負荷之頂端及兩支點之頂端之形狀(半徑R)設為R=0.2±0.02mm。將評估結果示於表2中。

其中，σ：彎曲強度(MPa)

F：負荷(N)

ι：支點間之距離(mm)

d：發熱體之直徑(mm)。

如表2所示，與比較例2及比較例3相比，實施例1彎曲強度更大。若將該結果與圖4所示之SIMS分析結果對照，則可確認：藉由具有於第1層與第2層之界面部存在矽、且界面部之矽濃度高於界面部以外部分之矽濃度之構成，可獲得彎曲強度較大之發熱體。

(實施例4)

除了將乙烯基甲矽烷變更為單甲基矽烷以外，與實施例1同樣地製造發熱體。滲碳厚度(第2層之厚度)為40~50μm(最小值~最大值)。滲碳厚度係藉由與實施例1同樣之方法測定。

使用SIMS確認實施例4之剖面之H、C、O、Si、Ta濃度。將分析結果示於圖5中。圖5中揭示將各元素之分佈處理成灰色調之圖像，但各元素之分佈藉由處理成灰色調前之彩色圖像而更精準地表現。

如圖5所示，實施例4中，於第1層與第2層之界面部存在矽，且界面部之矽濃度高於界面部以外之部分之矽濃度。又，若查看圖5，則根據Si、C成分之高濃度區域之位置關係，可確認於實施例4中，第 2層之內周部之矽濃度亦高於該內周部以外之部分之矽濃度。

Claims (6)

1. 一種發熱體，其特徵在於包含：具有金屬鉭相之第1層、及覆蓋上述第1層之周圍且具有碳化鉭相之第2層，且上述第1層與上述第2層之界面部之矽濃度高於該界面部以外部分之矽濃度。
2. 如請求項1之發熱體，其中上述第2層之內周部之矽濃度高於該內周部以外部分之矽濃度。
3. 如請求項1或2之發熱體，其中上述第1層之截面面積相對於上述發熱體之截面面積之比率為0.07以上且0.64以下。
4. 一種發熱體之製造方法，其特徵在於包括：設置步驟，其將以鉭為主成分之基材設置於真空室內；及加熱步驟，其將含矽之烴類氣體導入至上述真空室內，對設置於上述真空室內之上述基材進行加熱，而將矽原子自上述基材之外表面導入至上述基材之內部。
5. 如請求項4之發熱體之製造方法，其中上述基材為線狀或帶狀，於上述加熱步驟中，對設置於上述真空室內之上述基材進行通電加熱。
6. 如請求項4或5之發熱體之製造方法，其中於上述加熱步驟中，將上述基材加熱至1600℃以上、未達2400℃之溫度。