(57)【要約】【課題】複数の炭化ケイ素部材を接合することによって、所定形状の炭化ケイ素部材を製造する場合において、製造コストを削減する。【解決手段】炭化ケイ素部材の製造方法は、少なくとも一つの金属元素含む金属層が第１部材と第２部材との間に配置され、金属層が第１部材と第２部材とで挟まれる配置ステップと、不活性雰囲気下において、金属元素の融点未満且つ金属元素とケイ素との間で金属シリサイドが形成される温度で、第１部材、第２部材及び金属層が加熱される加熱ステップとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素または炭化ケイ素を含む第１部材と、前記ケイ素または前記炭化ケイ素を含む第２部材とを接合することによって炭化ケイ素部材を製造する炭化ケイ素部材の製造方法であって、
少なくとも一つの金属元素を含む金属層を前記第１部材と前記第２部材との間に配置して、前記第１部材と前記第２部材とで挟む配置ステップと、
不活性雰囲気下において、前記金属元素の融点未満且つ前記金属元素と前記ケイ素との間で金属シリサイドが形成される温度で加熱する加熱ステップと
を有する炭化ケイ素部材の製造方法。
【請求項２】
前記配置ステップは、前記第１部材と前記第２部材との間に前記層を挟んだ後、前記第１部材、前記第２部材、及び前記金属層を互いに圧着する圧着ステップを有する請求項１に記載の炭化ケイ素部材の製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、金属箔である請求項１または２に記載の炭化ケイ素部材の製造方法。
【請求項４】
前記金属層は、前記金属元素を含むスラリーによって形成される膜である請求項１または２に記載の炭化ケイ素部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の炭化ケイ素部材を接合することによって、所定形状の炭化ケイ素部材を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素を含む部材同士を接合する方法として、炭化ケイ素を含む部材の接合面に、炭素原子を含有する樹脂とシリコン粉末とのスラリーを塗布した後、炭化ケイ素を含む部材同士を互いに接着し、不活性雰囲気下で焼成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方法では、シリコン粉末と樹脂とのスラリーを炭素化する焼成と、樹脂由来の炭素とを反応させて接合面に炭化ケイ素を生成するための焼成とが含まれる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３１３１８号公報（段落［０００７］など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の炭化ケイ素部材の接合体の製造方法には、次のような問題があった。具体的には、樹脂とシリコン粉末とのスラリーを炭素化するための焼成と、接合面に炭化ケイ素を生成するための焼成という、加熱条件の異なる２段階の焼成処理が必要だった。従って、従来の炭化ケイ素部材の製造方法では、製造工数がかかった。すなわち、製造コストがかかった。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の炭化ケイ素部材を接合することによって、所定形状の炭化ケイ素部材を製造する場合において、製造コストを削減できる炭化ケイ素部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。まず、本発明の第１の特徴は、ケイ素または炭化ケイ素を含む第１部材と、前記ケイ素または前記炭化ケイ素を含む第２部材とを接合することによって炭化ケイ素部材を製造する炭化ケイ素部材の製造方法であって、少なくとも一つの金属元素を含む金属層を前記第１部材と前記第２部材との間に配置して、前記第１部材と前記第２部材とで挟む配置ステップと、不活性雰囲気下において、前記金属元素の融点未満且つ前記金属元素と前記ケイ素との間で金属シリサイドが形成される温度で加熱する加熱ステップとを有することを要旨とする。
【０００８】
本発明の第１の特徴によれば、加熱ステップにおいて、金属元素とケイ素との間に金属シリサイドが形成される加熱条件下で加熱する。この加熱条件において、第１部材と第２部材との間に挟まれた金属層に含まれる金属元素とケイ素との間に金属シリサイドが形成されることにより、第１部材と第２部材とが接合される。
【０００９】
すなわち、炭化ケイ素部材の製造方法によれば、１つの加熱条件下で加熱することにより、第１部材と第２部材とを接合することができる。
【００１０】
従って、複数の炭化ケイ素部材を接合することによって所定形状の炭化ケイ素部材を製造する場合において、製造コストを削減できる。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記配置ステップは、前記第１部材と前記第２部材との間に前記金属層を挟んだ後、前記第１部材、前記第２部材、及び前記金属層を互いに圧着する圧着ステップを有することを要旨とする。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１または第２の特徴に係り、前記金属層は、金属箔であることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１または第２の特徴に係り、前記金属層は、前記金属元素を含むスラリーによって形成される膜であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の炭化ケイ素部材を接合することによって、所定形状の炭化ケイ素部材を製造する場合において、製造コストを削減できる炭化ケイ素部材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る炭化ケイ素部材の製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。具体的には、（１）炭化ケイ素部材の製造方法、（２）実施例、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。
【００１６】
（１）炭化ケイ素部材の製造方法
図１は、炭化ケイ素部材の製造方法を示す説明図である。図１に示す炭化ケイ素部材の製造方法は、ケイ素または炭化ケイ素を含む第１部材と、ケイ素または炭化ケイ素を含む第２部材とを接合することによって炭化ケイ素部材を製造する方法である。炭化ケイ素部材の製造方法は、配置ステップＳ１と、加熱ステップＳ２とを有する。
【００１７】
配置ステップＳ１は、少なくとも一つの金属元素含む金属層が第１部材と第２部材との間に配置され、金属層が第１部材と第２部材とで挟まれるステップである。ここで、金属層は、金属箔、または金属元素を含むスラリーによって形成される膜を含む。また、金属元素は、例えば、クロム、コバルト、ニッケル、白金、鉄等の遷移金属元素である。金属元素は、ケイ素とシリサイドを形成することが可能な金属元素であればよい。
【００１８】
また、配置ステップＳ１は、第１部材と第２部材との間に金属層を挟んだ後、第１部材、第２部材、及び金属層を互いに圧着する圧着ステップＳ１１を有する。
【００１９】
配置ステップＳ１に続く加熱ステップＳ２は、不活性雰囲気下において、金属元素の融点未満且つ金属元素とケイ素との間で金属シリサイドが形成される温度で、第１部材、第２部材及び金属層が加熱されるステップである。
【００２０】
加熱ステップＳ２において、金属元素は、被接合体であるケイ素と反応し、金属シリサイドを形成する。ケイ素の接合面において、金属元素が拡散するとともに、金属原子とケイ素原子とが置き換わる。すなわち、シリサイド化が進行する。これにより、接着剤による接合とは異なるプロセスでケイ素部材同士を接合することができる。
【００２１】
（２）実施例
上述した炭化ケイ素部材の製造方法に基づいて、炭化ケイ素部材を製造した。製造に係る条件を変えて複数の炭化ケイ素部材を製造し、それぞれについて接合強度を評価した。
【００２２】
実施例の炭化ケイ素部材の製造条件を以下に示す。
【００２３】
・第１部材
炭化珪素  ：方形  縦１０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚２ｍｍ
・第２部材
炭化珪素  ：方形  縦１０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ
・金属層
ニッケル箔：方形  縦１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ（１００μｍ）
鉄箔      ：方形  縦１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ（１００μｍ）
コバルト箔：方形  縦１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ（１００μｍ）
白金箔    ：方形  縦１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．００２５ｍｍ（２．５μｍ）
クロム    ：粉末
図２（ａ）は、炭化ケイ素部材の試験片の作製方法を説明する図である。上記寸法の第１部材の端部の接合部に金属層を配置し、第２部材の端部を重ね合わせた。この状態で第１部材と第２部材とを互いに圧着した。更に、加熱ステップを実行した。加熱ステップでは、不活性雰囲気下において、１３００度で焼成した。図２（ｂ）は、試験片の側面図である。
【００２４】
比較例１の試験片を作製した。比較例１では、フェノール樹脂１０ｇ、ケイ素金属粒子（粒径５０μｍ）４ｇ、エタノール２０ｇのスラリーを作製し、第１部材の、図２に示した接合部に塗布した後、７０℃に加熱し、エタノールを飛散させた。その後、第１部材の接合部に第２部材の端部を重ね合わせ、圧着した。更に、炭化炉にてフェノール分を炭化させた。炭化条件は次の通りである。
【００２５】
炭化条件  ：真空雰囲気下
：昇温速度２００℃／時間
：９００℃にて０．５時間保持
炭化した後、焼成炉にて炭化ケイ素化し、第１部材と第２部材とを接合した。焼成条件は次の通りである。
【００２６】
焼成条件  ：アルゴン雰囲気下
：昇温速度２００℃／時間
：１６００℃にて０．５時間保持
比較例２の試験片として、接合部分のない炭化ケイ素の１枚板を用意した。
【００２７】
以上のように作製された実施例１〜５、比較例１，２の炭化ケイ素部材の接合強度を３点曲げ強度測定法に基づいて、接合強さで評価した。図３は、３点曲げ強度測定法を説明する図である。炭化ケイ素部材の一方の面の両端を４０ｍｍの間隔をあけて支持し、接合部分の他方の面側にクロスヘッドを押し当てて、所定のスピード（０．５ｍｍ／分）で押し込んだ。接合部分が剥離または破断したときの荷重を接合強さとして計測した。
【００２８】
各炭化ケイ素部材における接合強度の評価結果を表１に示す。
【表１】
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【００２９】
表１に示されるように、実施例１〜５の炭化ケイ素部材は、比較例と比べて、接合強度が高められることがわかった。また、金属元素は、粉末よりも箔の方が接合強度を高められることが判った。実施例１〜４の炭化ケイ素部材は、比較例２（接合部分のない炭化ケイ素板）よりも良好な接合強さを有することが判った。
【００３０】
（３）作用・効果
本発明に係る炭化ケイ素部材の製造方法によれば、加熱ステップにおいて、金属元素とケイ素との間に金属シリサイドが形成される加熱条件下で加熱する。この加熱条件において、第１部材と第２部材との間に挟まれた金属層に含まれる金属元素とケイ素との間に金属シリサイドが形成されることにより、第１部材と第２部材とが接合される。
【００３１】
すなわち、炭化ケイ素部材の製造方法によれば、１つの加熱条件下で加熱することにより、第１部材と第２部材とを接合することができる。
【００３２】
従って、複数の炭化ケイ素部材を接合することによって所定形状の炭化ケイ素部材を製造する場合において、製造コストを削減できる。
【００３３】
また、従来の炭化ケイ素部材の製造方法では、接合対象である炭化ケイ素部材同士の接合面の間に、炭素源としての樹脂及びケイ素粉末を含むスラリーを配置し、スラリーを炭素化するための焼成を行った後、更に、炭素化された成分を炭化ケイ素化する焼成を行っていた。
【００３４】
従来の炭化ケイ素部材の製造方法では、炭素化された成分を炭化ケイ素化する焼成において、接合対象の炭化ケイ素部材と、接合対象の炭化ケイ素部材の接合面に新たに形成される炭化ケイ素との体積変化が異なることにより、接合面にクラックが生じる場合があった。
【００３５】
これに対して、本発明に係る炭化ケイ素部材の製造方法によれば、第１部材と第２部材と金属層との間において、金属シリサイドが形成される。そのため、接合面における、熱膨張率差などの化学特性が一定である。従って、接合面におけるクラックの発生等の不具合を低減できる。
【００３６】
炭化ケイ素部材の製造方法によれば、配置ステップは、第１部材と第２部材との間に金属層を挟んだ後、第１部材、第２部材、及び金属層を互いに圧着する圧着ステップを有する。圧着ステップにより、第１部材と金属層、または第２部材と金属層とが密着される。このため、シリサイド化が促進される。従って、接合面の接合強度を高めることができる。
【００３７】
（４）その他の実施形態
本発明の一実施形態により本発明の内容を開示した。しかし、本発明は、上述した論述及び図面に限定されない。上述した論述及び図面を基に当業者にとって明らかになる様々な実施形態は、全て本発明に含まれる。
【００３８】
炭化ケイ素部材の製造方法では、第１部材の接合面と、第２部材の接合面の形状は、限定されない。一方の接合面が凹凸形状であって、他方の接合面が一方の凹凸に対応する形状になっていてもよい。
【００３９】
また、炭化ケイ素部材の製造方法では、圧着ステップはなくてもよい。加熱ステップの加熱温度は、金属シリサイドが形成される温度であればよい。
【００４０】
なお、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法を説明するフローチャートである。
【図２】（ａ）は、炭化ケイ素部材の試験片の作製方法を説明する図である。（ｂ）は、試験片の側面図である。
【図３】３点曲げ強度測定法を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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