(57)【要約】  本発明に係るセラミックス焼結体は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含み、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であり、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きい。
2012144638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含み、
前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であり、
嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きいセラミックス焼結体。
【請求項２】
熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ以下である請求項１に記載のセラミックス焼結体。
【請求項３】
熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下である請求項２に記載のセラミックス焼結体。
【請求項４】
前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１１％以上、かつ、９０％以下である請求項１〜３の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項５】
嵩密度が３．２３ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜４の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項６】
前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、５２％以上、かつ、９７％以下である請求項１〜５の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項７】
前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、７６％以下である請求項１〜６の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項８】
前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、２７％以上、かつ、９７％以下である請求項１〜７の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項９】
酸化イットリウムを含む請求項１〜８の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【請求項１０】
炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体の製造方法であって、
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料とを混合し、炭化ケイ素前駆体を生成する工程と、
不活性雰囲気下において前記炭化ケイ素前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素原料を生成する工程と、
加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、水とを混合し、窒化アルミニウム前駆体を生成する工程と、
窒素雰囲気下において前記窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成し、窒化アルミニウム原料を生成する工程と、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料とを混合する工程と、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物を焼結する工程と、を備え、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、５１％以下である請求項１０に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１２】
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料とを混合し、炭化ケイ素前駆体を生成する工程と、
不活性雰囲気下において前記炭化ケイ素前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素原料を生成する工程と、
加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、水とを混合し、窒化アルミニウム前駆体を生成する工程と、
窒素雰囲気下において前記窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成し、窒化アルミニウム原料を生成する工程と、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料とを混合する工程と、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物を焼結する工程と、を備え、
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体の製造方法によって、製造された炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体。
【請求項１３】
前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、５１％以下である請求項１２に記載のセラミックス焼結体。
【請求項１４】
曲げ強度が９００ＭＰａ以上である請求項１２又は１３に記載のセラミックス焼結体。
【請求項１５】
炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体の製造方法であって、
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、水とを混合し、複合前駆体を生成する工程と、
窒素を含む不活性雰囲気下において前記複合前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムを含有する複合粉体を生成する工程と、
前記複合粉体を焼結する工程と、を備え、
前記複合粉体に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１６】
前記複合粉体に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１１％より大きく、かつ、９０％以下である請求項１５に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１７】
前記複合粉体と、フェノール樹脂及び酸化イットリウムとを混合する工程とを、さらに備える請求項１５又は１６に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１８】
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、水とを混合し、複合前駆体を生成する工程と、
窒素を含む不活性雰囲気下において前記複合前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムを含有する複合粉体を生成する工程と、
前記複合粉体を焼結する工程と、を備え、
前記複合粉体に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下である製造方法によって、製造された炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体。
【請求項１９】
前記複合粉体に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１１％より大きく、かつ、９０％以下である請求項１８に記載のセラミックス焼結体。
【請求項２０】
前記複合粉体と、フェノール樹脂及び酸化イットリウムとを混合する工程とを、さらに備える請求項１８又は１９に記載のセラミックス焼結体。
【請求項２１】
熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以下であり、断熱材として用いられる請求項１８〜２０の何れか１項に記載のセラミックス焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体、及びこのセラミックス焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体は、高強度、耐熱性などの優れた特性を有するため、半導体ウエハの製造装置を構成する部材として用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９４１３８号公報
【発明の概要】
【０００４】
セラミックス焼結体は、一般的に、嵩密度の大きさに相関して、種々の特性が向上する。このため、嵩密度の大きい炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミック焼結体が求められていた。
【０００５】
また、近年、環境問題に対する意識の高まりから、エネルギーの消費を抑えることが求められている。半導体の製造装置は、例えば、プラズマエッチング加工なと、高温の条件下で使用されることが多い。このため、半導体の製造装置を構成する部材において、断熱性が優れた材料を用いることにより、高温を維持するためのエネルギーの消費を抑えることができる。
【０００６】
しかしながら、従来、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体は、熱伝導率が高いため、断熱性は優れていない。また、これまでポアと呼ばれる空気層を設けて断熱効果を得てきたが、強度の低下が課題であった。このため、断熱性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体が求められていた。
【０００７】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、嵩密度が大きく、かつ、断熱性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体及びセラミックス焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の特徴は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含み、前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であり、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きいことを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体の製造方法であって、液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料とを混合し、炭化ケイ素前駆体を生成する工程と、不活性雰囲気下において前記炭化ケイ素前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素原料を生成する工程と、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、水とを混合し、窒化アルミニウム前駆体を生成する工程と、窒素雰囲気下において前記窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成し、窒化アルミニウム原料を生成する工程と、前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料とを混合する工程と、前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物を焼結する工程と、を備え、前記炭化ケイ素原料と前記窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含むセラミックス焼結体の製造方法であって、液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、水とを混合し、複合前駆体を生成する工程と、窒素を含む不活性雰囲気下において前記複合前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムを含有する複合粉体を生成する工程と、前記複合粉体を焼結する工程と、を備え、前記複合粉体に含まれる前記炭化ケイ素と前記窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する前記窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下であることを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２（ａ）は、炭化ケイ素セラミックス焼結体の表面の写真を示す図である。図２（ｂ）は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０．６％のセラミックス焼結体（実施例１）の表面の写真を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、実施例及び比較例に係る嵩密度のグラフである。
【図５】図５は、実施例及び比較例に係る熱伝導率のグラフである。
【図６】図６は、実施例及び比較例に係る曲げ強度のグラフである。
【図７】図７は、実施例及び比較例に係るプラズマ耐性のグラフである。
【図８】図８は、実施例９及び比較例８，９に係るセラミックス焼結体のＸＲＤ回折の結果を示すデータである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るセラミックス焼結体及びセラミックス焼結体の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）セラミックス焼結体、（２）第１実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法、（３）第２実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法、（４）比較評価について説明する。
【００１３】
以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
（１）セラミックス焼結体
本実施形態に係るセラミックス焼結体について、説明する。
【００１５】
セラミックス焼結体は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを含む。セラミックス焼結体の嵩密度は、３．１８ｇ／ｃｍ３より大きい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下である。炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、窒化アルミニウムの重量比を炭化ケイ素の重量比と窒化アルミニウムの重量比の合計で割った値（（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比））である。
【００１６】
セラミックス焼結体の熱伝導率は、６５Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、セラミックス焼結体の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることがより好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１１％より大きく、かつ、９０％以下であることが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、２６％より大きく、かつ、７７％以下であることが好ましい。この範囲を満たすセラミックス焼結体は、熱伝導率が、４０Ｗ／ｍＫ以下であるためである。
【００１７】
セラミックス焼結体の嵩密度は、３．２３ｇ／ｃｍ３より大きいことが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、５２％以上、かつ、９７％以下であることが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、７６％より大きく、かつ、９６％より小さいことがより好ましい。この範囲を満たすセラミックス焼結体は、嵩密度が３．２３ｇ／ｃｍ３より大きく、かつ、プラズマ耐性が１０μｇ／ｃｍ２未満であるためである。
【００１８】
セラミックス焼結体は、縦が４ｍｍであり、横が３ｍｍであり、高さが２６ｍｍである直方体である場合、スパン間の距離が２０ｍｍであり、クロスヘッドスピードが５ｍｍ／ｍｉｎの条件における３点曲げ試験において、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、７６％以下であることが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、５２％より小さいことがより好ましい。この範囲を満たすセラミックス焼結体は、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であるためである。
【００１９】
セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、２７％以上、かつ、９７％以下であることが好ましい。セラミックス焼結体において、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、５１％より大きく、かつ、９６％以下であることが好ましい。この範囲を満たすセラミックス焼結体は、プラズマ耐性が４０μｇ／ｃｍ２未満であるためである。
【００２０】
セラミックス焼結体は、酸化イットリウムを含むことが好ましい。また、セラミックス焼結体は、フェノール樹脂を含むことが好ましい。
【００２１】
本実施形態に係るセラミックス焼結体は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとを主成分とする。すなわち、本実施形態に係るセラミックス焼結体は、焼結助剤及び不純物を除いて、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムのみからなる。
【００２２】
（２）第１実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法
従来、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体は、高強度、耐熱性などの優れた特性を有するため、半導体ウエハの製造装置を構成する部材として用いられてきた。
【００２３】
半導体ウエハの製造プロセスにおいて、例えば、エッチング加工では、ハロゲン系ガスの存在下で高周波を導入してプラズマを発生させる。そのため、プラズマが発生する空間に存在する部材、特に、静電チャック、サセプタなどの半導体ウエハを保持する部材は、ハロゲン系ガスのプラズマの影響を受けやすく、特に、ハロゲン系ガスのプラズマによって腐食されやすい。
【００２４】
炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体は、強度が高いものの、プラズマ耐性は優れていない。このため、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体を半導体ウエハの製造装置を構成する部材に用いた場合、腐食によって発生したパーティクルによって、半導体ウエハの品質が低下する可能性があった。
【００２５】
また、半導体ウエハの製造装置を構成する部材に限らず、プラズマの影響を受ける部材に、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体を用いた場合、腐食による損傷のため、部材の交換等が必要になる。
【００２６】
このため、高強度かつプラズマ耐性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体が求められていた。
【００２７】
本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法は、特に、高強度かつプラズマ耐性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体を提供できる。
【００２８】
本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１に示されるように、本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法は、原料生成工程Ｓ１、混合工程Ｓ２及び焼結工程Ｓ３を備える。
【００２９】
（２．１）原料生成工程Ｓ１
原料生成工程Ｓ１は、炭化ケイ素原料及び窒化アルミニウム原料を生成する工程である。
【００３０】
（２．１Ａ）炭化ケイ素原料（炭化ケイ素粉体）の生成
炭化ケイ素原料は、炭化ケイ素前駆体生成工程Ｓ１１ａと炭化ケイ素原料生成工程Ｓ１２ａとによって、生成される。
【００３１】
（２．１Ａ．１）炭化ケイ素前駆体生成工程Ｓ１１ａ
炭化ケイ素前駆体生成工程Ｓ１１ａは、炭化ケイ素前駆体を生成する工程である。まず、液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料とを準備する。
【００３２】
［ケイ素含有原料］
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料（以下、適宜、ケイ素源と称する）としては、以下に示す液状のケイ素化合物が用いられる。液状のケイ素化合物だけでなく、固体状のケイ素化合物を併用したケイ素源を準備してもよい。
【００３３】
液状のケイ素化合物としては、アルコキシシラン（モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−）及びテトラアルコキシシランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中ではテトラアルコキシシランが好適に用いられる。具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、ブトキシシラン等が挙げられる。ハンドリングの点からは、エトキシシランが好ましい。テトラアルコキシシランの重合体としては、重合度が２〜１５程度の低分子量重合体（オリゴマー）及びさらに重合度が高いケイ酸ポリマーで液状のケイ素化合物が挙げられる。
【００３４】
これら液状のケイ素化合物と併用可能な固体状のケイ素化合物としては、酸化ケイ素が挙げられる。酸化ケイ素には、ＳｉＯの他、シリカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ基やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲル、微細シリカ、石英粉体）等が挙げられる。
【００３５】
これらケイ素化合物のなかでも、均質性やハンドリング性の観点から、テトラエトキシシランのオリゴマー及びテトラエトキシシランのオリゴマーと微粉体シリカとの混合物等が好適である。
【００３６】
［炭素含有原料］
加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料（以下、適宜、炭素源と称する）としては、以下に示す有機化合物が用いられる。炭素含有原料として、不純物元素を含まない触媒を用いて合成され、加熱及び／又は触媒、若しくは架橋剤により重合又は架橋して硬化しうる任意の１種もしくは２種以上の有機化合物から構成されるモノマー、オリゴマー及びポリマーが好ましい。
【００３７】
炭素含有原料の好適な具体例としては、不純物元素を含まない触媒を用いて合成されたフェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型またはノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
【００３８】
本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、不純物元素を含まない触媒（具体的には、アンモニアまたは有機アミン）の存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールＡなどの１価または２価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて製造する。
【００３９】
触媒として用いる有機アミンは、第一級、第二級、および第三級アミンのいずれでもよい。有機アミンとしては、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、Ｎ−メチルアニリン、ピリジン、モルホリン等を用いることができる。
【００４０】
フェノール類とアルデヒド類とをアンモニアまたは有機アミンの存在下に反応させてレゾール型フェノール樹脂を合成する方法は、使用触媒が異なる以外は、従来公知の方法を採用できる。
【００４１】
即ち、フェノール類１モルに対し、１〜３モルのアルデヒド類と０．０２〜０．２モルの有機アミン又はアンモニアを加え、６０〜１００℃に加熱する。
【００４２】
一方、本実施形態に有用なノボラック型フェノール樹脂は、上記と同様の１価または２価フェノール類とアルデヒド類とを混合し、不純物元素を含まない酸類（具体的には、塩酸、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸またはシュウ酸など）を触媒として反応させて製造することができる。
【００４３】
ノボラック型フェノール樹脂の製造も従来公知の方法を採用できる。即ち、フェノール類１モルに対し、０．５〜０．９モルのアルデヒド類と０．０２〜０．２モルの不純物元素を含まない無機酸又は有機酸を加え、６０〜１００℃に加熱する。
【００４４】
次に、準備されたケイ素源及び炭素源を混合する。必要に応じて重合又は架橋用の触媒又は架橋剤（例えば、マレイン酸水溶液）を混合物に加え、重合又は架橋反応を生じさせて炭化ケイ素前駆体を生成する。生成した炭化ケイ素前駆体は、例えば、ホットプレートを用いて乾燥させてもよい。
【００４５】
（１．１Ａ．２）炭化ケイ素原料生成工程Ｓ１２ａ
炭化ケイ素原料生成工程Ｓ１２ａは、炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気化で加熱焼成し、炭化ケイ素原料を生成する工程である。具体的には、炭化ケイ素前駆体を不活性気体の雰囲気下で加熱焼成して、炭化ケイ素前駆体を炭化及び珪化する。不活性気体としては、例えば、真空、窒素、ヘリウムまたはアルゴンが挙げられる。
【００４６】
炭化ケイ素原料生成工程Ｓ１２ａにおいて、炭化ケイ素前駆体を加熱焼成することにより、目的とする炭化ケイ素原料（以下、適宜、炭化ケイ素粉体と称する）を得る。焼成条件の一例として、加熱温度は、約１６００〜２０００℃であり、焼成時間は、約３０分〜３時間である。なお、この焼成によって、炭化ケイ素前駆体に含まれる炭素が還元剤となって、以下の反応が起こる。
ＳｉＯ２＋Ｃ  →  ＳｉＣ
【００４７】
以上の工程により、炭化ケイ素粉体が得られる。得られた炭化ケイ素粉体が、カーボンを含む場合は、大気炉を用いて、温度７００℃にて炭化ケイ素粉体を加熱する、いわゆる脱炭処理を行ってもよい。
【００４８】
炭化ケイ素粉体の粒径を小さくするために、例えば、ジェットミルを用いて、中心粒径が１〜２μｍになるように、炭化ケイ素粉体を粉砕してもよい。
【００４９】
なお、特に高純度の炭化ケイ素粉体を得る方法としては、本願出願人が先に出願した特開平９−４８６０５号の単結晶の製造方法に記載の炭化ケイ素粉体の製造方法が挙げられる。即ち、高純度のテトラアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン重合体から選択される１種以上をケイ素源とし、加熱により炭素を生成する高純度有機化合物を炭素源とし、これらを均質に混合して得られた混合物を不活性雰囲気下において焼成して炭化ケイ素粉体を得る炭化ケイ素生成工程と；得られた炭化ケイ素粉体を、１７００℃以上２０００℃未満の温度に保持し、上記温度の保持中に、２０００℃〜２１００℃の温度において５〜２０分間にわたり加熱する処理を少なくとも１回行う後処理工程と；を含む。上記２工程を行うことにより、各不純物元素の含有量が０．５ｐｐｍ以下である炭化ケイ素粉体を得ることができる。
【００５０】
（２．１Ｂ）窒化アルミニウム原料（窒化アルミニウム粉体）の生成
窒化アルミニウム原料は、窒化アルミニウム前駆体生成工程Ｓ１１ｂと窒化アルミニウム原料生成工程Ｓ１２ｂとによって、生成される。
【００５１】
（２．１Ｂ．１）窒化アルミニウム前駆体生成工程Ｓ１１ｂ
窒化アルミニウム前駆体生成工程Ｓ１１ｂは、窒化アルミニウム前駆体を生成する工程である。まず、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料とを準備する。
【００５２】
加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料（以下、適宜、アルミニウム源と称する）は、加水分解型のアルミニウム化合物である。加水分解型のアルミニウム化合物として、具体的には、液状のアルミニウムアルコキシドを使用することができる。
【００５３】
加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料は、上述の［炭素含有原料］で説明した炭素源を用いることができる。炭化ケイ素前駆体を形成するために準備した炭素源と同じ炭素源を用いてもよいし、異なる炭素源を用いてもよい。
【００５４】
次に準備されたアルミニウム源と炭素源と水とを混合する。これにより、液状のアルミニウム化合物が加水分解されて生じた加水分解物と炭素源との縮合反応により形成された窒化アルミニウム前駆体が生成する。加水分解が効率的に進行すると、加水分解物が多く生成されるので、混合物中において、アルミニウムと炭素とを均一に分散させることができる。なお、加水分解物は、水酸化アルミニウムである。
【００５５】
必要に応じて、液状のアルミニウム化合物の加水分解を促進する触媒を混合物に加えてもよい。また、適切な触媒を溶質とする触媒水溶液（例えば、マレイン酸水溶液）を混合物に加えてもよい。この場合、加水分解は、触媒水溶液の溶媒としての水によって進行するため、混合物に水を直接加える必要はない。触媒としては、有機酸、無機酸の何れも用いることができる。
【００５６】
上記加水分解は、発熱反応であるため、冷却しながら反応を進行させる。また、攪拌混合でよいため、アルミニウム源と炭素源と水とを混合する工程を簡便にすることができる。
【００５７】
生成した窒化アルミニウム前駆体は、例えば、ホットプレートを用いて乾燥させてもよい。
【００５８】
（２．１Ｂ．２）窒化アルミニウム原料生成工程Ｓ１２ｂ
窒化アルミニウム原料生成工程Ｓ１２ｂは、窒素雰囲気下において窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成し、窒化アルミニウム原料を生成する工程である。窒素雰囲気下において窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成することによって、窒化アルミニウム前駆体を炭化処理及び窒化還元処理する。加熱焼成によって、窒化アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを経て、以下の反応式により、窒化アルミニウムを生じる。
Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ＋Ｎ２  →  ２ＡｌＮ＋３ＣＯ
【００５９】
従って、上記反応式に基づいて、アルミニウム元素と炭素元素との配合比を決定することができる。すなわち、Ａｌ／Ｃ比は、０．６７となる。この比率に基づいて各原料を調整する。
【００６０】
焼成条件の一例として、加熱温度は、約１５００〜２０００℃とすることが好ましい。また、焼成時間は、約３０分〜１０時間とすることが好ましい。
【００６１】
以上の工程により、微細化された窒化アルミニウム粉体が生成される。得られた窒化アルミニウム粉体が、カーボンを含む場合は、大気炉を用いて、温度７００℃にて窒化アルミニウム粉体を加熱する、いわゆる脱炭処理を行ってもよい。
【００６２】
窒化アルミニウム粉体の粒径を小さくするために、例えば、ジェットミルを用いて、中心粒径が１〜２μｍになるように、炭化ケイ素粉体を粉砕してもよい。
【００６３】
（２．２）混合工程Ｓ２
混合工程Ｓ２は、炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料とを混合する工程である。上述の工程Ｓ１により得られた炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とを混合し、スラリー状の混合物を得る。
【００６４】
炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下である。炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との混合物に含まれる炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との重量比（炭化ケイ素／窒化アルミニウム）は、７５／２５以上、９０／１０以下の範囲となるように、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とを混合することが好ましい。炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０％以上、かつ、５１％以下であることが好ましい。
【００６５】
スラリー状混合物は、水、エチルアルコール等の低級アルコール類やエチルエーテル、アセトン等を溶媒として作製することができる。溶媒としては不純物の含有量が低いものを使用することが好ましい。シリコーン等の消泡剤を添加することもできる。
【００６６】
また、窒化アルミニウム粉体と炭化ケイ素粉体とからスラリー状の混合物を製造する際に有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーとしては、ポリアクリル酸樹脂、解膠剤、粉体粘着剤等が挙げられる。
【００６７】
解膠剤としては、導電性を付与する効果をさらに上げる点で窒素系の化合物が好ましく用いられる。例えば、アンモニア、ポリアクリル酸アンモニウム塩等が好適に用いられる。粉体粘着剤としては、ポリビニルアルコール樹脂等が好適に用いられる。
【００６８】
更に、スラリー状混合物に、炭化ケイ素粉体の焼結助剤として、非金属系焼結助剤のフェノール樹脂と、窒化アルミニウム粉体の焼結助剤として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と、を添加することが好ましい。フェノール樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂が好ましい。
【００６９】
非金属系焼結助剤であるフェノール樹脂は、有機溶媒に溶解して用いることもできる。非金属系焼結助剤の溶液と、酸化イットリウム、炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム粉体を混合してもよい。有機溶媒としては、エチルアルコール等の低級アルコール類、アセトンを選択することができる。
【００７０】
得られたスラリー状混合物を、例えば、ホットプレート上で乾燥させる。乾燥により、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との混合粉体を得ることができる。必要に応じて、この混合粉体を篩いにかける。
【００７１】
（２．３）焼結工程Ｓ３
焼結工程Ｓ３は、炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物を焼結する工程である。具体的には、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との混合粉体をモールドに入れ、ホットプレス焼結する。モールドを面圧１５０ｋｇ／ｃｍ２〜３５０ｋｇ／ｃｍ２で型押しするとともに加熱する。加熱温度は、１７００℃〜２２００℃とすることが好ましい。加熱炉内は、不活性雰囲気にする。
【００７２】
以上の工程により、本実施形態に係るセラミックス焼結体が製造できる。本実施形態に係るセラミックス焼結体は、不純物を除いて、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムの複合体と焼結助剤のみからなる。
【００７３】
（２．４）作用・効果
以上説明した本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法によれば、ケイ素源と炭素源とを混合し、炭化ケイ素前駆体を生成する炭化ケイ素前駆体生成工程Ｓ１１ａと、不活性雰囲気下において炭化ケイ素前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素粉体を生成する炭化ケイ素原料生成工程Ｓ１２ａと、アルミニウム源と炭素源と水とを混合し、窒化アルミニウム前駆体を生成する窒化アルミニウム前駆体生成工程Ｓ１１ｂと、窒素雰囲気下において窒化アルミニウム前駆体を加熱焼成し、窒化アルミニウム粉体を生成する工程Ｓ１２ｂと、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とを混合する混合工程Ｓ２と、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との混合粉体を焼結する焼結工程Ｓ３と、を備える。また、炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下である。
【００７４】
炭化ケイ素前駆体から生成された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム前駆体から生成された窒化アルミニウムは、単分子から合成されるため、本実施形態に係るセラミックス焼結体は、一般的な製法により生成された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウムを混合して製造されたセラミックス焼結体よりも密度が大きくなる。具体的には、本実施形態に係るセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きい。
【００７５】
図２（ａ）は、炭化ケイ素セラミックス焼結体の表面の写真を示す図である。すなわち、アルミニウムを含まない炭化ケイ素セラミックス焼結体の表面の写真を示す図である。炭化ケイ素セラミックス焼結体は、炭化ケイ素前駆体を加熱焼成することにより生成した炭化ケイ素粉体を原料として製造されている。図２（ｂ）は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０．６％のセラミックス焼結体（後述の実施例１）の表面の写真を示す図である。
【００７６】
炭化ケイ素は、固相焼結するため、炭化ケイ素セラミックス焼結体には、一般的に複数の空孔が形成される（図２（ａ）参照）。本実施形態のセラミックス焼結体では、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とが混合された混合粉体を焼結する。窒化アルミニウムは、液相焼結するため、物質拡散が進むため、空孔が形成されにくくなる。このため、本実施形態のセラミックス焼結体では、空孔の数が少なくなり、空孔の大きさも小さくなる（図２（ｂ）参照）。空孔が形成された部分からプラズマにより損耗が生じるため、空孔の数が少なく、空孔の小さい本実施形態のセラミックス焼結体では、プラズマ耐性が向上する。また、空孔が形成されにくくなるため、緻密なセラミックス焼結体となり、強度が高い。
【００７７】
さらに、本実施形態の炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とは、炭化ケイ素前駆体から製造された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム前駆体から製造された窒化アルミニウム粉体を用いているため、微細化されており、分散が良好である。これにより、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とは、好適に混じり合うため、セラミックス焼結体全体に空孔が形成されにくくなる。さらに、良好な分散によって、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との間に生じる結合の割合が増え、より緻密なセラミックス焼結体が得られる。このため、プラズマによる損耗が抑制されるとともに、強度が向上する。
【００７８】
また、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との混合粉体に含まれる炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との重量比（炭化ケイ素／窒化アルミニウム）は、７５／２５以上、９０／１０以下の範囲にあることが好ましい。炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０％より大きく、かつ、５１％以下であることが好ましい。窒化アルミニウムの割合が大きくなると、固溶が進むため、窒化アルミニウムの粒成長が著しくなる。炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との重量比を、７５／２５以上、９０／１０以下の範囲、又は、炭化ケイ素原料と窒化アルミニウム原料との混合物に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比を、１０％より大きく、かつ、５１％以下の範囲にすることによって、窒化アルミニウムの粒成長を抑制し、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との間に生じる結合の割合が低下することを抑制する。その結果、強度がより向上したセラミックス焼結体が製造できる。
【００７９】
（３）第２実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法
従来、強度の高い材料として、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体が知られている。このようなセラミックス焼結体は、強度が高いため、例えば、半導体の製造装置を構成する部材として用いられる。
【００８０】
しかしながら、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体は、強度は高いものの、熱伝導率が高いため、断熱性は優れていない。このため、高強度かつ断熱性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体が求められていた。
【００８１】
本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法は、特に、高強度かつ断熱性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体を提供できる。
【００８２】
本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３に示されるように、本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法は、複合前駆体生成工程Ｓ１０１、複合粉体生成工程Ｓ１０２、混合工程Ｓ１０３及び焼結工程Ｓ１０４を備える。
【００８３】
（３．１）複合前駆体生成工程Ｓ１０１
複合前駆体生成工程Ｓ１０１は、複合前駆体を生成する工程である。具体的には、ケイ素含有原料と、炭素含有原料と、アルミニウム含有原料と、水とを混合し、複合前駆体を生成する。
【００８４】
まず、液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料と、加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料と、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、水とを準備する。ケイ素含有原料、炭素含有原料及びアルミニウム含有原料は、後述する方法により、準備される。水は、触媒が含まれた水溶液であってもよい。
【００８５】
次に、準備されたケイ素含有原料、炭素含有原料、アルミニウム含有原料、及び水を混合する。混合方法は、問わないが、ケイ素含有原料と炭素含有原料とを混合して、重合又は架橋反応を生じさせやすくするために、また、アルミニウム含有原料と炭素含有原料と水とを混合して、液状のアルミニウム化合物が加水分解されて生じた加水分解物と炭素源との縮合反応を生じさせやすくするために、以下の方法が好ましい。
【００８６】
まず、ケイ素含有原料と炭素含有原料とを混合する。必要に応じて重合又は架橋用の触媒又は架橋剤（例えば、マレイン酸水溶液）を混合物に加える。次に、混合物に、アルミニウム含有原料と炭素含有原料とを混合する。混合物に、アルミニウム含有原料と炭素含有原料とが混ざり合った後、水を加える。必要に応じて、液状のアルミニウム化合物の加水分解を促進する触媒を混合物に加えてもよい。また、適切な触媒を溶質とする触媒水溶液（例えば、マレイン酸水溶液）を混合物に加えてもよい。この場合、加水分解は、触媒水溶液の溶媒としての水によって進行するため、混合物に水を加える必要はない。加水分解を促進する触媒としては、有機酸、無機酸の何れも用いることができる。
【００８７】
複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０％より大きく、かつ、９７％以下となるように、ケイ素含有原料、炭素含有原料及びアルミニウム含有原料の量を調整する。複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムの重量比（炭化ケイ素／窒化アルミニウム）が、２５／７５以上、７５／２５以下の範囲となるように、ケイ素含有原料、炭素含有原料及びアルミニウム含有原料の量を調整することが好ましい。複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１１％より大きく、かつ、９０％以下となるように、ケイ素含有原料、炭素含有原料及びアルミニウム含有原料の量を調整することがより好ましい。
【００８８】
ケイ素含有原料、炭素含有原料、アルミニウム含有原料、及び水を混合することにより、複合前駆体を生成する。生成した複合前駆体は、例えば、ホットプレートを用いて乾燥させてもよい。
【００８９】
なお、複合前駆体は、不活性雰囲気下で加熱焼成することにより炭化ケイ素が生成する炭化ケイ素前駆体と、窒素を含む不活性雰囲気下で加熱焼成することにより窒化アルミニウムが生成する窒化アルミニウム前駆体とが混合されたものである。
【００９０】
（３．１Ａ）ケイ素含有原料
液状のケイ素化合物を含有するケイ素含有原料（以下、適宜、ケイ素源と称する）としては、以下に示す液状のケイ素化合物が用いられる。液状のケイ素化合物だけでなく、固体状のケイ素化合物を併用したケイ素源を準備してもよい。
【００９１】
液状のケイ素化合物としては、アルコキシシラン（モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−）及びテトラアルコキシシランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中ではテトラアルコキシシランが好適に用いられる。具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、ブトキシシラン等が挙げられる。ハンドリングの点からは、エトキシシランが好ましい。テトラアルコキシシランの重合体としては、重合度が２〜１５程度の低分子量重合体（オリゴマー）及びさらに重合度が高いケイ酸ポリマーで液状のケイ素化合物が挙げられる。
【００９２】
これら液状のケイ素化合物と併用可能な固体状のケイ素化合物としては、酸化ケイ素が挙げられる。酸化ケイ素には、ＳｉＯの他、シリカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ基やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲル、微細シリカ、石英粉体）等が挙げられる。
【００９３】
これらケイ素化合物のなかでも、均質性やハンドリング性の観点から、テトラエトキシシランのオリゴマー及びテトラエトキシシランのオリゴマーと微粉体シリカとの混合物等が好適である。
【００９４】
（３．１Ｂ）炭素含有原料
加熱により炭素を生成する有機化合物を含有する炭素含有原料（以下、適宜、炭素源と称する）としては、以下に示す有機化合物が用いられる。炭素含有原料として、不純物元素を含まない触媒を用いて合成され、加熱及び／又は触媒、若しくは架橋剤により重合又は架橋して硬化しうる任意の１種もしくは２種以上の有機化合物から構成されるモノマー、オリゴマー及びポリマーが好ましい。
【００９５】
炭素含有原料の好適な具体例としては、不純物元素を含まない触媒を用いて合成されたフェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型またはノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
【００９６】
本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、不純物元素を含まない触媒（具体的には、アンモニアまたは有機アミン）の存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールＡなどの１価または２価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて製造する。
【００９７】
触媒として用いる有機アミンは、第一級、第二級、および第三級アミンのいずれでもよい。有機アミンとしては、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、Ｎ−メチルアニリン、ピリジン、モルホリン等を用いることができる。
【００９８】
フェノール類とアルデヒド類とをアンモニアまたは有機アミンの存在下に反応させてレゾール型フェノール樹脂を合成する方法は、使用触媒が異なる以外は、従来公知の方法を採用できる。
【００９９】
即ち、フェノール類１モルに対し、１〜３モルのアルデヒド類と０．０２〜０．２モルの有機アミン又はアンモニアを加え、６０〜１００℃に加熱する。
【０１００】
一方、本実施形態に有用なノボラック型フェノール樹脂は、上記と同様の１価または２価フェノール類とアルデヒド類とを混合し、不純物元素を含まない酸類（具体的には、塩酸、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸またはシュウ酸など）を触媒として反応させて製造することができる。
【０１０１】
ノボラック型フェノール樹脂の製造も従来公知の方法を採用できる。即ち、フェノール類１モルに対し、０．５〜０．９モルのアルデヒド類と０．０２〜０．２モルの不純物元素を含まない無機酸又は有機酸を加え、６０〜１００℃に加熱する。
【０１０２】
（３．１Ｃ）アルミニウム含有原料
加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料（以下、適宜、アルミニウム源と称する）としては、例えば、液状のアルミニウムアルコキシドが用いられる。具体的には、液状のアルミニウムアルコキシドとして、アルミニウムジイソプロピレートモノセカンダリブチレート（Ａｌ（Ｏ−ｉＣ３Ｈ７）２（ｏ−ｓｅｃＣ４Ｈ９））が挙げられる。
【０１０３】
（１．２）複合粉体生成工程Ｓ１０２
複合粉体生成工程Ｓ１０２は、複合粉体を生成する工程である。具体的には、窒素を含む不活性雰囲気下において複合前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムを含有する複合粉体を生成する。
【０１０４】
焼成条件の一例として、加熱温度は、約１５００〜２０００℃とすることが好ましい。また、焼成時間は、約３０分〜１０時間とすることが好ましい。
【０１０５】
不活性雰囲気にするために、窒素を用いてもよいし、窒素が含まれた不活性気体を用いてもよい。不活性気体としては、例えば、真空、ヘリウムまたはアルゴンが挙げられる。
【０１０６】
複合前駆体を加熱焼成することによって、複合前駆体に含まれる炭化ケイ素前駆体を炭化処理及び珪化処理し、複合前駆体に含まれる窒化アルミニウム前駆体を炭化処理及び窒化還元処理する。
【０１０７】
具体的には、加熱焼成によって、炭化ケイ素前駆体に含まれる炭素が還元剤となって、以下の反応が起こる。
ＳｉＯ２＋Ｃ  →  ＳｉＣ
【０１０８】
また、加熱焼成によって、窒化アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを経て、以下の反応が起こる。
Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ＋Ｎ２  →  ２ＡｌＮ＋３ＣＯ
【０１０９】
従って、上記各反応式に基づいて、ケイ素元素と炭素元素との配合比、及びアルミニウム元素と炭素元素との配合比を決定することができる。すなわち、Ｓｉ／Ｃ比は、１となり、Ａｌ／Ｃ比は、０．６７となる。この比率に基づいて各原料を調整する。具体的には、複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムの重量比（炭化ケイ素／窒化アルミニウム）は、２５／７５〜７５／２５の範囲にあるように、ケイ素含有原料、炭素含有原料及びアルミニウム含有原料の量を調整する。
【０１１０】
上記反応により、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とが混合された微細な複合粉体が生成する。生成した複合粉体がカーボンを含む場合は、大気炉を用いて、例えば、温度７００℃にて複合粉体を加熱焼成する、いわゆる脱炭処理を行ってもよい。
【０１１１】
複合粉体の粒径を小さくするために、例えば、ジェットミルを用いて、中心粒径が１〜２μｍになるように、複合粉体を粉砕してもよい。
【０１１２】
（３．３）混合工程Ｓ１０３
混合工程Ｓ１０３は、複合粉体に焼結助剤を加えて混合する工程である。炭化ケイ素粉体の焼結助剤として、フェノール樹脂を混合し、窒化アルミニウム粉体の焼結助剤として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を混合することが好ましい。フェノール樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂が好ましい。非金属系焼結助剤であるフェノール樹脂は、有機溶媒に溶解して用いることもできる。有機溶媒としては、エチルアルコール等の低級アルコール類、アセトンを選択することができる。
【０１１３】
焼結助剤を複合粉体によく混合するため、水、エチルアルコール等の低級アルコール類やエチルエーテル、アセトン等を溶媒として用いることができる。溶媒としては不純物の含有量が低いものを使用することが好ましい。シリコーン等の消泡剤を添加することもできる。溶媒を用いた場合、スラリー状混合物が得られる。得られたスラリー状混合物を、例えば、ホットプレートを用いて乾燥させる。これにより、焼結助剤が含まれた複合粉体が得られる。必要に応じて、この複合粉体を篩いにかける。
【０１１４】
（３．４）焼結工程Ｓ１０４
焼結工程Ｓ１０４は、複合粉体を焼結する工程である。具体的には、複合粉体をモールドに入れ、ホットプレス焼結する。モールドを面圧１５０ｋｇ／ｃｍ２〜３５０ｋｇ／ｃｍ２で型押しするとともに加熱する。加熱温度は、１７００℃〜２２００℃とすることが好ましい。加熱炉内は、不活性雰囲気にする。
【０１１５】
以上の工程により、本実施形態に係るセラミックス焼結体が製造できる。本実施形態に係るセラミックス焼結体は、不純物を除いて、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムの複合体と焼結助剤のみからなる。
【０１１６】
（３．５）作用効果
以上説明した本実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法によれば、ケイ素含有原料と炭素含有原料とアルミニウム含有原料と水とを混合し、複合前駆体を生成する工程と、窒素を含む不活性雰囲気下において複合前駆体を加熱焼成し、炭化ケイ素及び窒化アルミニウムを含有する複合粉体を生成する工程と、複合粉体を焼結する工程と、を備え、複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１０％より大きく、かつ、９７％以下である。
【０１１７】
炭化ケイ素前駆体から生成された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム前駆体から生成された窒化アルミニウムは、単分子から合成されるため、本実施形態に係るセラミックス焼結体は、一般的な製法により生成された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウムを混合して製造されたセラミックス焼結体よりも密度が大きくなる。具体的には、本実施形態に係るセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きい。
【０１１８】
炭化ケイ素は、固相焼結するため、炭化ケイ素セラミックス焼結体には、一般的に複数の空孔が形成される。本実施形態のセラミックス焼結体では、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とが混合された混合粉体を焼結する。窒化アルミニウムは、液相焼結するため、物質拡散が進むため、空孔が形成されにくくなる。このため、本実施形態のセラミックス焼結体では、空孔の数が少なくなり、空孔の大きさも小さくなる。このため、緻密なセラミックス焼結体となり、強度が高い。さらに、ケイ素含有原料と炭素含有原料とアルミニウム含有原料と水とを混合し、複合前駆体を生成しているため、複合前駆体から生成された複合粉体は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムが分子レベルで良好な分散をしている。このため、セラミックス焼結体全体に渡って空孔が形成されにくくなる。さらに、良好な分散によって、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体との間に生じる結合の割合が増え、より緻密なセラミックス焼結体が得られる。このため、強度が向上する。
【０１１９】
複合粉体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比は、１１％より大きく、かつ、９０％以下の範囲、又は、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの重量比が、２５／７５以上、７５／２５以下の範囲にある複合粉体を焼結することにより、炭化ケイ素の量と窒化アルミニウムの量とのバランスが良く、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとが固溶しやすくなる。さらに、炭化ケイ素と窒化アルミニウムが分子レベルで良好な分散をしているため、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとが固溶しやすくなる。固溶により炭化ケイ素の結晶構造が変化し、その結果、セラミックス焼結体の熱伝導率が低くなったと考えられる。
【０１２０】
また、本実施形態では、複合粉体と、フェノール樹脂及び酸化イットリウムとを混合する工程とを、さらに備える。フェノール樹脂は、炭化ケイ素粉体の焼結助剤として働き、酸化イットリウムは、窒化アルミニウム粉体の焼結助剤として働く。このため、焼結が促進され、空孔の形成が抑制される。その結果、より緻密なセラミックス焼結体が得られる。
【０１２１】
また、本実施形態により、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以下のセラミックス焼結体が得られる。これは、強度が必要な断熱材として好適に用いることができる。本実施形態のセラミックス焼結体は、半導体性装置を構成する部材に限らず、様々な分野において、利用可能である。
【０１２２】
（４）比較評価
本発明の効果を確かめるために、以下の比較評価を行った。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【０１２３】
（４．１）実施例及び比較例のセラミックス焼結体の製造方法
以下の方法を用いて、実施例及び比較例に係るセラミックス焼結体を製造した。具体的には、実施例１〜６、比較例１，２は、第１実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を用いた。実施例７〜１２、比較例３，４は、第２実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法を用いた。
【０１２４】
［実施例１〜６］
ケイ素含有原料をエチルシリケート、炭化ケイ素原料をフェノール樹脂として、炭化ケイ素前駆体を生成した。まず、エチルシリケート２１２ｇ、フェノール樹脂９４．５ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）３１．６ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。１１０℃のホットプレート上で、粘調物を乾燥させた。これにより、炭化ケイ素前駆体を生成した。
【０１２５】
生成した炭化ケイ素前駆体を１９００℃、６時間、アルゴン雰囲気下で加熱焼成した。これにより、炭化ケイ素粉体を生成した。生成した炭化ケイ素粉体を大気炉に入れ、７００℃で加熱した。ジェットミルを用いて、加熱が終わった炭化ケイ素粉体を中心粒径が１〜２μｍになるように粉砕した。
【０１２６】
窒化アルミニウム原料をアルミニウムジイソプロピレートモノセカンダリブチレート（Ａｌ（Ｏ−ｉＣ３Ｈ７）２（ｏ−ｓｅｃＣ４Ｈ９）：ＡＭＤ）、炭化ケイ素原料をフェノール樹脂として、窒化アルミニウム前駆体を生成した。まず、ＡＭＤ２３９．５ｇ、フェノール樹脂３９．５ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）８８ｇを添加した。混合物は、加水分解反応が進むと微粒粘調物となった。１１０℃のホットプレート上で、微粒粘調物を乾燥させた。これにより、窒化アルミニウム前駆体を生成した。
【０１２７】
生成した窒化アルミニウム前駆体を１９００℃、６時間、窒素雰囲気下において加熱焼成した。これにより、窒化アルミニウム粉体を生成した。生成した窒化アルミニウム粉体を大気炉に入れ、７００℃で加熱した。ジェットミルを用いて、加熱が終わった炭化ケイ素粉体を中心粒径が１〜２μｍになるように粉砕した。
【０１２８】
実施例１では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０．６％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体８０．６ｇ、窒化アルミニウム粉体９．４ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。これによりでスラリー状混合物を作成した。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂９．５ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム０．４ｇが含まれている。
【０１２９】
１１０℃のホットプレート上で、スラリー状混合物を乾燥させた。乾燥して得られた複合粉体を２００μｍ篩いにかけた。これにより大きさが２００μｍ未満の複合粉体が得られた。得られた複合粉体９ｇをφ３０ｍｍの黒鉛モールドに充填した。黒鉛モールドを加熱炉に入れ、２１００℃、３時間、３００ｋｇ／ｃｍ２、アルゴン雰囲気の条件の下、ホットプレス焼結した。これにより、実施例１のセラミックス焼結体を得た。
【０１３０】
実施例２では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、２６．３％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体６７．１ｇ、窒化アルミニウム粉体２４．０ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、実施例２のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂７．９ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム１．０ｇが含まれている。
【０１３１】
実施例３では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、５１．８％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体４４．８ｇ、窒化アルミニウム粉体４８．０ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、実施例３のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂５．３ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム２．０ｇが含まれている。
【０１３２】
実施例４では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、７６．３％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体２２．４ｇ、窒化アルミニウム粉体７２．０ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、実施例４のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂２．６ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム３．０ｇが含まれている。
【０１３３】
実施例５では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９０．６％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体９．０ｇ、窒化アルミニウム粉体８６．４ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、実施例５のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂１．１ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム３．６ｇが含まれている。
【０１３４】
実施例６では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９５．３％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体４．５ｇ、窒化アルミニウム粉体９１．２ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、実施例６のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂０．５ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム３．８ｇが含まれている。
【０１３５】
［実施例７〜１２］
ケイ素含有原料をエチルシリケート、炭化ケイ素原料をフェノール樹脂、アルミニウム含有原料をアルミニウムジイソプロピレートモノセカンダリブチレート（Ａｌ（Ｏ−ｉＣ３Ｈ７）２（ｏ−ｓｅｃＣ４Ｈ９）：ＡＭＤ）として、複合前駆体を生成した。実施例７のセラミックス焼結体は、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０．６％となるように、以下の製造方法により、製造した。
【０１３６】
まず、エチルシリケート２５４．４ｇ、フェノール樹脂１１３．４ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）３７．９ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。
【０１３７】
次に、粘調物に、ＡＭＤ３２ｇ、フェノール樹脂５．２ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１１．８ｇを添加した。混合物は、加水分解反応が進むと微粒粘調物となった。１１０℃のホットプレート上で、微粒粘調物を乾燥させた。これにより、複合前駆体を生成した。
【０１３８】
生成した複合前駆体を１９００℃、窒素を含むアルゴン雰囲気下で加熱焼成した。これにより、複合粉体を生成した。生成した複合粉体を大気炉に入れ、７００℃で加熱した。ジェットミルを用いて、加熱が終わった複合粉体を中心粒径が１〜２μｍになるように粉砕した。
【０１３９】
複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂８．８ｇ（複合粉体に含まれる炭化ケイ素の１０．５重量％）、酸化イットリウム１．０ｇ（複合粉体に含まれる窒化アルミニウムの４重量％）、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。１１０℃のホットプレート上で、スラリー状混合物を乾燥させた。乾燥して得られた複合粉体を２００μｍ篩いにかけた。これにより、焼結助剤を含み、大きさが２００μｍ未満の複合粉体が得られた。
【０１４０】
得られた複合粉体９ｇをφ３０ｍｍの黒鉛モールドに充填した。黒鉛モールドを加熱炉に入れ、２１００℃、３時間、３００ｋｇ／ｃｍ２、アルゴン雰囲気の条件の下、ホットプレス焼結した。これにより、実施例１０のセラミックス焼結体を得た。
【０１４１】
実施例８では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、２６．３％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート２１２ｇ、フェノール樹脂９４．５ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）３１．６ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ７９．９ｇ、フェノール樹脂１３．１ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）２９．４ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂７．９ｇ、酸化イットリウム１．０ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４２】
実施例９では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、５１．８％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート１４１．３ｇ、フェノール樹脂６３ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）２１．１ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ１５９．８ｇ、フェノール樹脂２６．２ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）５８．８ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂５．３ｇ、酸化イットリウム２．０ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４３】
実施例１０では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、７６．３％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート７０．７ｇ、フェノール樹脂３１．５ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１０．５ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ２３９．７ｇ、フェノール樹脂３９．３ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）８８．２ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂２．６ｇ、酸化イットリウム３．０ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４４】
実施例１１では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９０．６％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート２８．３ｇ、フェノール樹脂１２．６ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）４．２ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ２８７．６ｇ、フェノール樹脂４７．２ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１０５．８ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂１．１ｇ、酸化イットリウム３．６ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４５】
実施例１２では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９５．３％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート１４．１ｇ、フェノール樹脂６．３ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）２．１ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ３０３．６ｇ、フェノール樹脂４９．８ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１１１．７ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂０．５ｇ、酸化イットリウム３．８ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４６】
［比較例］
比較例１では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、３．２％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体８６．８ｇ、窒化アルミニウム粉体２．９ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、比較例１のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂１０．２ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム０．１ｇが含まれている。
【０１４７】
比較例２では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９７．２％となるように、スラリー状混合物を作成した。具体的には、炭化ケイ素粉体２．７ｇ、窒化アルミニウム粉体９３．１ｇ、エタノール１００ｇをボールミルを用いて、混合した。重量比を除いて、実施例１と同様の操作により、比較例２のセラミックス焼結体を得た。なお、炭化ケイ素粉体には、フェノール樹脂０．３ｇが含まれており、窒化アルミニウム粉体には、酸化イットリウム３．９ｇが含まれている。
【０１４８】
比較例３では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、３．２％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート２７４．２ｇ、フェノール樹脂１２２．２ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）４０．８ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ９．６ｇ、フェノール樹脂１．６ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）３．５ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂１０．２ｇ、酸化イットリウム０．１ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１４９】
比較例４では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、９７．２％となるように、セラミックス焼結体を製造した。具体的には、エチルシリケート８．５ｇ、フェノール樹脂３．８ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１．３ｇを添加した。混合物を３０分間攪拌混合して、粘調物を得た。次に、粘調物に、ＡＭＤ３１０．０ｇ、フェノール樹脂５０．８ｇを混合した。混合物に触媒としてマレイン酸水溶液（７０％濃度）１１４．１ｇを添加した。その他は、実施例１と同様にして、複合粉体を生成した。生成した複合粉体１００ｇ、フェノール樹脂０．３ｇ、酸化イットリウム３．９ｇ、エタノール１００ｇを、ボールミルを用いて混合し、スラリー状混合物を作成した。その他は、実施例７と同様にして、セラミックス焼結体を生成した。
【０１５０】
比較例５〜７は、市販の炭化ケイ素粉体（ブリヂストン製）及び窒化アルミニウム粉体（トクヤマ製：ＡｌＮ−Ｅ粉）を用いた。すなわち、比較例５〜７は、炭化ケイ素前駆体及び窒化アルミニウム前駆体を用いずに製造された炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム粉体を用いた。
【０１５１】
比較例５では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１．１％となるように、スラリー状混合物を作成した。炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム粉体と重量比とを除いて、実施例１と同様の操作により、比較例５のセラミックス焼結体を得た。
【０１５２】
比較例６では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、１０．６％となるように、スラリー状混合物を作成した。炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム粉体と重量比とを除いて、実施例１と同様の操作により、比較例６のセラミックス焼結体を得た。
【０１５３】
比較例７では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が、３１．５％となるように、スラリー状混合物を作成した。炭化ケイ素粉体及び窒化アルミニウム粉体と重量比とを除いて、実施例１と同様の操作により、比較例７のセラミックス焼結体を得た。
【０１５４】
（４．２）測定
上述の方法により製造されたセラミックス焼結体を用いて、嵩密度、熱伝導率、曲げ強度、プラズマ耐性を測定した。結果を表１及び図４〜図７に示す。図４は、実施例及び比較例に係る嵩密度のグラフである。図５は、実施例及び比較例に係る熱伝導率のグラフである。図６は、実施例及び比較例に係る曲げ強度のグラフである。図７は、実施例及び比較例に係るプラズマ耐性のグラフである。
【０１５５】
図４〜図７において、第１実施形態に係る製造方法を用いて製造された実施例１〜６は、「▲」で示されている。第２実施形態に係る製造方法を用いて製造された実施例７〜１２は、「■」で示されている。第１実施形態に係る製造方法を用いて製造された比較例１、２は、「△」で示されている。第２実施形態に係る製造方法を用いて製造された比較例３、４は、「□」で示されている。比較例５〜７は、「◇」で示されている。
【０１５６】
嵩密度は、アルキメデス法を用いて気孔率から算出した。結果を表１及び図４に示す。
【０１５７】
熱伝導率は、各セラミックス焼結体をφ１０ｍｍ×ｔ１ｍｍに加工したものを用いて、測定した。結果を表１及び図５に示す。
【０１５８】
曲げ強度の測定には、各セラミックス焼結体を４ｍｍ×３ｍｍ×２６ｍｍに加工し、研磨したものを用いた。縦が４ｍｍであり、横が３ｍｍであり、高さが２６ｍｍである直方体であるセラミックス焼結体を準備した。クロスヘッドスピードが５ｍｍ／ｍｉｎであり、スパン間の距離が２０ｍｍであり、３点曲げの条件の下、曲げ強度を測定した。具体的には、各セラミックス焼結体を２０ｍｍ離れた２点で支持した。支持する２点に接触している各セラミックス焼結体の支持面とは、反対側の面である加圧面から圧力を加えた。圧力を加える点は、２点に荷重が均等に分布されるように、２点の中央に位置させた。結果を表１及び図６に示す。
【０１５９】
プラズマ耐性の測定には、ＣＦ４／Ｏ２＝１００／１００ｓｃｃｍ、５００Ｗ、５０Ｐａ、１時間照射の条件の下、セラミックス焼結体の損耗量（μｇ／ｃｍ２）を測定した。損耗量が少ないほど、プラズマ耐性は優れている。結果を表１及び図７に示す。
【０１６０】
【表１】
2012144638.tif 000003
【０１６１】
（４．３）結果
表１及び図４に示されるように、実施例１〜１２のセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きかった。比較例１、５〜７のセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３以下であった。従って、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きいことが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０．６％以下、かつ９５．３％以下であるセラミックス焼結体は、嵩密度が３．１８ｇ／ｃｍ３より大きいことが分かった。
【０１６２】
また、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、５２％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体は、嵩密度が３．２３ｇ／ｃｍ３より大きいことが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、７６％より大きく、かつ、９６％より小さいセラミックス焼結体は、嵩密度が３．２３ｇ／ｃｍ３より大きいことが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、７６．３％以上、かつ、９５．３％以下であるセラミックス焼結体は、嵩密度が３．２３ｇ／ｃｍ３より大きいことが分かった。
【０１６３】
表１及び図５に示されるように、実施例１〜１２のセラミックス焼結体は、熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ以下であった。比較例１、５〜７のセラミックス焼結体は、熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫより大きかった。従って、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体は、熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ以下であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０．６％以下、かつ９５．３％以下であるセラミックス焼結体は、熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ以下であることが分かった。
【０１６４】
また、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１１％以上、かつ、９０％以下であるセラミックス焼結体は、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、２６％より大きく、かつ、７７％より小さいセラミックス焼結体は、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、２６．３％以上、かつ、７６．３％以下であるセラミックス焼結体は、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下であることが分かった。
【０１６５】
表１及び図６に示されるように、実施例１〜３，７〜９のセラミックス焼結体は、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であった。従って、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、７６％以下であるセラミックス焼結体は、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、５２％より小さいセラミックス焼結体は、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０．６％以上、かつ、５１．８％以下であるセラミックス焼結体は、曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが分かった。
【０１６６】
表１及び図７に示されるように、実施例３〜６、９〜１２のセラミックス焼結体は、損耗量が２０μｇ／ｃｍ２以下であった。従って、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、２７％以上、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体は、損耗量が２０μｇ／ｃｍ２以下であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、５１％より大きく、かつ、９６％より小さいセラミックス焼結体は、損耗量が２０μｇ／ｃｍ２以下であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、５１．８％以上、かつ、９５．３％以下であるセラミックス焼結体は、損耗量が２０μｇ／ｃｍ２以下であることが分かった。
【０１６７】
また、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、５２％以上、かつ、９７％以下であるセラミックス焼結体は、損耗量が１０μｇ／ｃｍ２未満であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、７６％より大きく、かつ、９６％より小さいセラミックス焼結体は、損耗量が１０μｇ／ｃｍ２未満であることが分かった。（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、７６．３％以上、かつ、９５．３％以下であるセラミックス焼結体は、損耗量が１０μｇ／ｃｍ２未満であることが分かった。
【０１６８】
以上より、本発明に係るセラミックス焼結体は、嵩密度が大きく、かつ、断熱性が良好であることが分かった。
【０１６９】
表１に示されるように、第１実施形態に係る製造方法を用いて製造された実施例１〜３のセラミックス焼結体は、曲げ強度が８００ＭＰａ以上であるとともに、プラズマ耐性も１００μｇ／ｃｍ２未満であった。従って、第１実施形態に係る製造方法を用いて製造され、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、７６％より小さい実施例１〜３のセラミックス焼結体は、高強度かつプラズマ耐性が良好であることが分かった。特に、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、１０％より大きく、かつ、５１％より小さい実施例１，２のセラミックス焼結体は、曲げ強度が９００ＭＰａ以上であり、強度に優れていることが分かった。
【０１７０】
表１に示されるように、第２実施形態に係る製造方法を用いて製造された実施例９〜１１のセラミックス焼結体は、曲げ強度が４００ＭＰａ以上であるとともに、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以下であった。従って、第１実施形態に係る製造方法を用いて製造され、（ＡｌＮ重量比）／（ＳｉＣ重量比＋ＡｌＮ重量比）が、２７％より大きく、かつ、９４％より小さい実施例９〜１１のセラミックス焼結体は、高強度かつ断熱性が良好であることが分かった。
【０１７１】
（４．４）ＸＲＤ回折測定
図８には、実施例９、比較例８，９のＸＲＤ回折の結果が示されている。
【０１７２】
比較例８では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が０％となるように、炭化ケイ素粉体のみを用いて、セラミックス焼結体を作成した。また、比較例８では、ケイ素源と炭素源とを混合して生成した炭化ケイ素前駆体から得られた炭化ケイ素粉体を用いた。具体的には、エチルシリケート、フェノール樹脂、マレイン酸水溶液を混合し、炭化ケイ素前駆体を生成した。生成した炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気下で加熱焼成し、炭化ケイ素粉体を得た。得られた炭化ケイ素粉体に、フェノール樹脂とエタノールを添加し、ボールミルを用いてスラリー状混合物を作成した。スラリー状混合物から得られた混合粉体を用いて、実施例１と同様にして、セラミックス焼結体を得た。
【０１７３】
比較例９では、セラミックス焼結体に含まれる炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの合計の重量比に対する窒化アルミニウムの重量比が１００％となるように、窒化アルミニウム粉体のみを用いて、セラミックス焼結体を作成した。また、比較例９では、窒化アルミニウム源と炭素源とを混合して生成した窒化アルミニウム前駆体から得られた炭化ケイ素粉体を用いた。具体的には、ＡＭＤ、フェノール樹脂、マレイン酸水溶液を混合し、窒化アルミニウム前駆体を生成した。生成した窒化アルミニウム前駆体を窒素雰囲気下で加熱焼成し、窒化アルミニウム粉体を得た。得られた窒化アルミニウム粉体に、酸化イットリウムとエタノールを添加し、ボールミルを用いてスラリー状混合物を作成した。スラリー状混合物から得られた混合粉体を用いて、実施例１と同様にして、セラミックス焼結体を得た。
【０１７４】
比較例８（炭化ケイ素粉体のみ）では、３Ｃ−ＳｉＣのピークが観測され、比較例９（窒化アルミニウム粉体のみ）では、ＡｌＮのピークが観測された。一方、炭化ケイ素粉体と窒化アルミニウム粉体とから製造された実施例９では、２Ｈ−ＳｉＣのピークが観測された。これは、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとが固溶していることを示す。炭化ケイ素と窒化アルミニウムとが固溶することによって、炭化ケイ素の結晶構造が変化し、実施例９は、熱伝導率が低下していると考えられる。他の実施例においても同様に、炭化ケイ素と窒化アルミニウムとが固溶することによって、炭化ケイ素の結晶構造が変化し、熱伝導率が低下していると考えられる。
【０１７５】
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【０１７６】
なお、日本国特許出願第２０１１−０９５２５５号（２０１１年４月２１日出願）及び日本国特許出願第２０１１−０９５２９７号（２０１１年４月２１日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明によれば、嵩密度が大きく、かつ、断熱性が良好な炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの複合セラミックス焼結体及びセラミックス焼結体の製造方法を提供することができる。
【図１】
2012144638.tif 000004
【図３】
2012144638.tif 000005
【図４】
2012144638.tif 000006
【図５】
2012144638.tif 000007
【図６】
2012144638.tif 000008
【図７】
2012144638.tif 000009
【図８】
2012144638.tif 000010
【図２】
2012144638.tif 000011
【国際調査報告】
2012144638.tif 000012
2012144638.tif 000013
2012144638.tif 000014
2012144638.tif 000015
2012144638.tif 000016
2012144638.tif 000017
2012144638.tif 000018
2012144638.tif 000019