(57)【要約】【課題】新規な炭素材−無機材接合体の製造方法を提供する。【解決手段】炭素材１０と、無機材１２とが接合された炭素材−無機材接合体２を製造する。炭素材１０の上に、無機材料及び焼結助剤を含む層１１を形成し、加熱することにより、炭素材−無機材接合体２を得る。【選択図】図１
2014065651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材と、無機材とが接合された炭素材−無機材接合体の製造方法であって、
前記炭素材の上に、無機材料及び焼結助剤を含む層を形成し、加熱することにより、前記炭素材−無機材接合体を得る、炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項２】
前記焼結助剤として、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化ユウロピウム、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ネオジウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、及び酸化サマリウムからなる群から選択された少なくとも１種を用いる、請求項１に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱により、前記焼結助剤を前記炭素材の表層の凹部または気孔に浸入させて、冷却することにより、前記焼結助剤を炭素材の表層に留まらせる、請求項１または２に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項４】
前記無機材料及び／又は前記焼結助剤にケイ素元素が含まれ、前記焼結により、前記炭素材と前記セラミック材との界面に結晶相又は非晶質ガラス相を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項５】
前記無機材料及び前記焼結助剤を含む層における前記焼結助剤の含有量を、２質量％以上とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項６】
前記無機材料として、炭素材料、ケイ素材料、金属材料、及びガラス材料からなる群から選択された少なくとも１種を用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項７】
前記炭素材として、製鋼用電極材、等方性黒鉛材、多孔質炭素材、炭素繊維集合体、炭素繊維複合材料、及び炭素繊維強化炭素複合材料からなる群から選択された少なくとも１種を用いる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭素材−無機材接合体の製造方法。
【請求項８】
炭素材と、
前記炭素材と接合された無機材と、
を備え、
前記炭素材の前記無機材側の表層と、前記無機材の前記炭素材側の表層との両方に、焼結助剤が含まれている、炭素材−無機材接合体。
【請求項９】
前記炭素材の前記無機材側の表層における前記焼結助剤の含有量が、前記無機材の前記炭素材側の焼結助剤の含有量よりも高い、請求項８に記載の炭素材−無機材接合体。
【請求項１０】
炭素材と、
前記炭素材と接合された無機材と、
を備え、
前記炭素材と前記無機材との接合界面に、焼結により形成された結晶相又は非晶質ガラス相が設けられている炭素材−無機材接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素材−無機材接合体の製造方法、及び炭素材−無機材接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素材は、常圧で融点をもたない。また、セラミックスは、一般に高融点材料である。ＷやＭｏなどの高融点金属は、融点が非常に高いことから、他の金属と異なり溶融法でなく、焼結法で製造される。よって、炭素材とセラミックスまたは高融点金属などの無機材とを、融接法により接合することは困難といえる。
【０００３】
また、炭素材やセラミックスは、一般に脆性材料である。上述の高融点金属もその融点の高さから、炭素材とこれら無機材を、圧接法により接合することは困難である。このため、炭素材とこれら無機材との接合は、通常、ビスなどを用いた機械的な方法や、ろう材、接着剤などを用いた方法によってなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂を用いて黒鉛材を接着する方法が開示されている。特許文献２には、フェノール樹脂などのカーボン系接着剤を用いて黒鉛材を接着することが開示されている。特許文献３には、ろう材を用いて黒鉛とアルミニウム系材料とを接合する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４５５５３号公報
【特許文献２】特開２００２−３２１９８７号公報
【特許文献３】特開平４−２６５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば有機物の接着剤を用いる方法では、高温に加熱されるような用途に使用される炭素材−無機材接合体を製造することは困難である。また、上記のような接着剤を炭化する方法においても、炭化した接着剤により熱伝導性が低下することが懸念される。ろう材を使用した場合も、炭素材−無機材接合体をろう材の融点以上では使用できず、高温に加熱されるような用途に使用される炭素材−無機材接合体を製造することは困難である。このような状況下、炭素材と無機材とのさらなる有力な接合方法が求められている。
【０００７】
本発明の主な目的は、新規な炭素材−無機材接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の製造方法は、炭素材と、無機材とが接合された炭素材−無機材接合体の製造方法である。本発明の製造方法においては、炭素材の上に、無機材料及び焼結助剤を含む層を形成し、加熱することにより、炭素材−無機材接合体を得る。
【０００９】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、焼結助剤として、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化ユウロピウム、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ネオジウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、及び酸化サマリウムからなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、加熱により、焼結助剤を炭素材の表層の凹部または気孔に浸入させて、冷却することにより、焼結助剤を炭素材の表層に留まらせることが好ましい。
【００１１】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、前記無機材料及び／又は前記焼結助剤にケイ素元素が含まれ、前記焼結により、前記炭素材と前記無機材との界面に結晶相又は非晶質ガラス相を形成することが好ましい。
【００１２】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、無機材料及び焼結助剤を含む層における焼結助剤の含有量を、２質量％以上とすることが好ましい。
【００１３】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、無機材料として、炭素材料、ケイ素材料、金属材料、及びガラス材料からなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００１４】
本発明の炭素材−無機材接合体の製造方法では、炭素材として、製鋼用電極材、等方性黒鉛材、多孔質炭素材、炭素繊維集合体、炭素繊維複合材料、及び炭素繊維強化炭素複合材料からなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の炭素材−無機材接合体は、炭素材と、無機材とを備える。無機材は、炭素材と接合されている。炭素材の無機材側の表層と、無機材の炭素材側の表層との両方に、焼結助剤が含まれている。
【００１６】
本発明の第１の炭素材−無機材接合体において、炭素材の無機材側の表層における焼結助剤の含有量が、無機材の炭素材側の焼結助剤の含有量よりも高くてもよい。
【００１７】
本発明の第２の炭素材−無機材接合体は、炭素材と、前記炭素材と接合された無機材とを備える。炭素材と無機材との接合界面に、焼結により形成された結晶相又は非晶質ガラス相が設けられている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、新規な炭素材−無機材接合体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における炭素材−無機材接合体の製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における炭素材−無機材接合体の略図的断面図である。
【図３】実施例１で得られた炭素材−無機材接合体Ａにおける炭素材と無機材との界面部分のＳＥＭ像である。
【図４】実施例１で得られた炭素材−無機材接合体Ａにおける炭素材と無機材との界面部分のＡｌ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図５】実施例１で得られた炭素材−無機材接合体Ａにおける炭素材と無機材との界面部分のＣ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図６】実施例１で得られた炭素材−無機材接合体Ａにおける炭素材と無機材との界面部分のＹ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図７】実施例２で得られた炭素材−無機材接合体Ｂにおける炭素材と無機材との界面部分のＳＥＭ像である。
【図８】実施例２で得られた炭素材−無機材接合体Ｂにおける炭素材と無機材との界面部分のＡｌ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図９】実施例２で得られた炭素材−無機材接合体Ｂにおける炭素材と無機材との界面部分のＣ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１０】実施例２で得られた炭素材−無機材接合体Ｂにおける炭素材と無機材との界面部分のＹ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１１】実施例５で得られた炭素材−無機材接合体Ｅにおける炭素材とセラミック材との界面部分のＳＥＭ像である。
【図１２】比較例２で得られた炭素材−無機材接合体Ｈにおける炭素材とセラミック材との界面部分のＳＥＭ像である。
【図１３】実施例４〜６で得られた炭素材−無機材接合体Ｄ〜Ｆの、界面部分のＸ線回折のピーク強度を示すグラフである。
【図１４】実施例４で得られた炭素材−無機材接合体Ｄにおける炭素材と無機材との界面部分のＳｉ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１５】実施例４で得られた炭素材−無機材接合体Ｄにおける炭素材と無機材との界面部分のＡｌ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１６】実施例４で得られた炭素材−無機材接合体Ｄにおける炭素材と無機材との界面部分のＹ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１７】実施例６で得られた炭素材−無機材接合体Ｆにおける炭素材と無機材との界面部分のＳｉ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１８】実施例６で得られた炭素材−無機材接合体Ｆにおける炭素材と無機材との界面部分のＡｌ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【図１９】実施例６で得られた炭素材−無機材接合体Ｆにおける炭素材と無機材との界面部分のＹ元素の分布を示すＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２１】
実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００２２】
図１は、本実施形態における炭素材−無機材接合体の製造方法を説明するための略図的断面図である。図２は、本実施形態における炭素材−無機材接合体の略図的断面図である。図１及び図２を参照しながら、本実施形態における炭素材−無機材接合体２の製造方法及び構成について説明する。
【００２３】
（炭素材−無機材接合体２の製造方法）
炭素材−無機材接合体２の製造方法においては、まず、図１に示される炭素材１０を用意する。
【００２４】
炭素材１０としては、炭素を主成分とするものであれば、特に限定されない。炭素材１０としては、製鋼用電極材、等方性黒鉛材、多孔質炭素材、炭素繊維集合体、炭素繊維複合材料、及び炭素繊維強化炭素複合材料からなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。その炭素材は、炭素質であってもよいし、黒鉛質であってもよい。炭素材１０の形状は、特に限定されない。
【００２５】
次に、炭素材１０の上に、無機材料及び焼結助剤を含む層である無機材料層１１を形成し、炭素材−無機材料積層体１を得る。無機材料層１１は、無機材料及び焼結助剤の混合物により構成されている。無機材料層１１は、例えば、無機材料粒子と焼結助剤粒子との混合物であってもよいし、焼結助剤が分散した板状の無機材料などであってもよい。無機材料層１１には、無機材料及び焼結助剤以外の成分が含まれていてもよい。
【００２６】
無機材料の種類は、特に限定されない。無機材料としては、炭素材料、ケイ素材料、金属材料、セラミックス、及びガラス材料からなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００２７】
炭素材料として、例えば、製鋼用電極材料、等方性黒鉛材料、多孔質炭素材料、炭素繊維集合体、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化炭素複合材料などを用いることが好ましい。
【００２８】
ケイ素材料として、例えば、単結晶ケイ素、多結晶ケイ素などを用いることが好ましい。
【００２９】
金属材料として、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、ルテニウム、ロジウム、ニオブ、ハフニウム、及びこれらの少なくとも１種を含む合金などを用いることが好ましい。
【００３０】
ガラス材料として、例えば、ソーダ石灰ガラス、結晶化ガラスなどを用いることが好ましい。
【００３１】
セラミックスとして、金属の窒化物及び金属の炭化物の少なくとも一方を用いることが好ましい。セラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化チタン、炭化クロム、及び炭化ニオブからなる群から選択された少なくとも１種を用いることがより好ましい。
【００３２】
次に、炭素材−無機材料積層体１を加熱する。これにより、図２に示される炭素材１０と無機材１２とが接合された炭素材−無機材接合体２が得られる。
【００３３】
無機材料層１１を加熱する方法は、特に限定されない。加熱する方法としては、例えば、放電プラズマ焼結法、ホットプレス法、常圧焼結法などが挙げられる。加熱温度は、１６００℃以上であることが好ましく１８００℃以上であることがより好ましい。加熱温度は、通常、２１００℃以下である。加熱する際の圧力は、１ＭＰａ以上であることが好ましく、１０ＭＰａ以上であることがより好ましい。加熱する際の圧力は、通常、４０ＭＰａ以下である。
【００３４】
無機材料層１１の加熱の際、焼結助剤及び焼結助剤に由来する成分の少なくとも一方（以下、「焼結助剤など」ということがある。）が、少なくとも一部、無機材料層１１から炭素材１０に移動する。これは、焼結助剤などが、加熱における高温下において、液状となり、炭素材１０の表層における凹部や気孔などに浸入し、冷却されることによって、焼結助剤などが固化して、炭素材１０に留まることに起因すると考えられる。すなわち、本実施形態においては、加熱により、焼結助剤を炭素材１０の表層の凹部または気孔に浸入させて、冷却することにより、焼結助剤を炭素材１０の表層に留まらせる。
【００３５】
本発明において、焼結助剤とは、セラミックスなどの焼結に用いられる焼結助剤を意味する。焼結助剤としては、例えば、セラミックスの焼結に用いられる一般的な焼結助剤を用いることができる。炭素材−無機材接合体２における炭素材１０と無機材１２との接合をより強固にするためには、焼結助剤としては、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化ユウロピウム、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ネオジウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、及び酸化サマリウムからなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００３６】
炭素材１０と無機材１２との接合をより強固にするためには、無機材料層１１における焼結助剤の含有量は、２質量％以上とすることが好ましく、３質量％以上とすることがより好ましい。無機材料層１１における焼結助剤の含有量は、１５質量％以下とすることが好ましく、１０質量％以下とすることがより好ましい。
【００３７】
以上のようにして、炭素材−無機材接合体２を製造することができる。
【００３８】
（炭素材−無機材接合体２）
図２に示されるように、炭素材−無機材接合体２は、炭素材１０と、無機材１２とを備えている。無機材１２は、炭素材１０と接合されている。
【００３９】
炭素材１０の無機材１２側の表層と、無機材１２の炭素材１０側の表層との両方に、焼結助剤などが含まれている。炭素材１０の無機材１２側の表層における焼結助剤などの含有量は、無機材１２の炭素材１０側の焼結助剤などの含有量よりも高くなる場合がある。これは、加熱における高温下において、液状となった焼結助剤などは、炭素材１０の表層における凹部や気孔などに浸入しやすく、炭素材１０に留まる割合が高いためと考えられる。
【００４０】
炭素材−無機材接合体２においては、炭素材１０と無機材１２とが、強固に接合されている。この理由の詳細は、必ずしも明らかではないが、例えば、次のように考えることができる。上述のとおり、無機材料層１１の加熱の際、無機材料層１１に含まれる焼結助剤などは、液状となり、炭素材１０の表層における凹部や気孔などに浸入し、その後の冷却によって固化する。このとき、炭素材１０と無機材１２との界面部分で焼結助剤などが固化することによって、焼結助剤などを介して、炭素材１０と無機材１２とが強固に接合されているものと考えられる。
【００４１】
また、炭素材−無機材接合体２には、ろう材や接着剤などを使用する必要が必ずしもない。このため、炭素材−無機材接合体２は、例えば１０００℃以上といった高温下においても使用することができる。
【００４２】
また、ろう材や接着剤などを使用する必要が必ずしもないため、炭素材−無機材接合体２には、熱的な抵抗層が形成されない。よって、炭素材−無機材接合体２は、良好な熱伝導率を有する。
【００４３】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００４４】
（実施例１）
炭素材として、かさ密度が１．８Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度が４０ＭＰａ、線熱膨張係数が４．７×１０−６／Ｋの等方性黒鉛を用いた。無機材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末を用いた。焼結助剤として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を用いた。無機材料と焼結助剤とが、質量比で９５：５となるように混合し、この混合物を炭素材の上に配置して積層体を作製した。得られた積層体を、放電プラズマ焼結法により約３０ＭＰａの圧力下、約１９００℃で加熱して、炭素材−無機材接合体Ａを作製した。
【００４５】
次に、炭素材―無機材接合体の接合強度を測定する目的で、引張試験を実施した。上記の炭素材の上下それぞれに上記と同じ方法で無機材を接合した３層構造体を作製した。上下それぞれの無機材にステンレス治具をエポキシ系接着剤にて接着した。このとき、接着条件は８０℃で２４時間以上の保持とした。強度試験機にて試験片に固定されたステンレス製治具を０．５分／ｍｍで引っ張ることで、黒鉛材と無機材の接合強度を測定した。その結果、接合強度は、１３ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ａでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００４６】
炭素材−無機材接合体Ａにおける炭素材と無機材との界面部分のＳＥＭ像を図３に示す。また、Ａｌ、Ｃ及びＹ元素の分布を、それぞれ図４、図５、図６に示す。図３〜６から明らかなとおり、炭素材側に多くの焼結助剤が存在することが分かる。
【００４７】
（実施例２）
無機材料と焼結助剤との混合物として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含む窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｂを作製した。
【００４８】
実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｂの接合強度を測定したところ、１０ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｂでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００４９】
炭素材−無機材接合体Ｂにおける炭素材と無機材との界面部分のＳＥＭ像を図７に示す。また、Ａｌ、Ｃ及びＹ元素の分布を、それぞれ図８、図９、図１０に示す。図７〜１０から明らかなとおり、炭素材側に多くの焼結助剤が存在することが分かる。
【００５０】
（実施例３）
無機材料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末（平均粒子径０．６μｍ、比表面積２．７ｍ２／ｇ）と、焼結助剤としての酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）とを質量比（無機材料：焼結助剤）が９５：５となるように混合した。次に、この混合物に、分散剤としてリン酸２−ヘチルヘキシル、溶媒として２−ブタノン・エタノール混合物（体積比６７：３３）、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてポリエチレングリコール・フタル酸ベンジルブチルアルコール混合物（質量比５０：５０）を添加し、自転・公転ミキサーで混合してスラリーを得た。得られたスラリーを、ドクターブレードを用いて、ＰＥＴフィルム上に塗工し、乾燥させて１４０μｍのシートを得た。このシートを、実施例２で用いた炭素材と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結板との間に配置して積層体としたこと以外は、実施例１と同様にして放電プラズマ焼結法により炭素材−無機材接合体Ｃを作製した。
【００５１】
実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｃの接合強度を測定したところ、１４ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｃでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５２】
実施例１〜３において、焼結又は焼成時に焼結助剤は溶融し、炭素材とセラミック材との接合部分に滲出するが、Ｙ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３を相焼結助剤として添加し焼結した場合、接合界面においてＡｌ２Ｙ４Ｏ９の結晶相が生じることが推定される。焼結助剤の炭素材への浸透に加え、この結晶相が炭素材とセラミック材とに炭素材とセラミック材界面の隙間を埋めると共に、炭素材表面の凹凸部に食い込むアンカー効果を生じさせていることで、強固な接合強度が得られていることが推定される。
【００５３】
（実施例４）
無機材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末（平均粒径０．８μｍ、比表面積１３〜１５ｍ２／ｇ）を用い、焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用い、重量比がＳｉＣ：Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝９１：３：６となるように混合し、放電プラズマ焼結法における温度を１８００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｄを作製した。
【００５４】
実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｄの接合強度を測定したところ、１８ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｄでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５５】
（実施例５）
放電プラズマ焼結法における温度を１９００℃とした以外は実施例４と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｅを作製した。実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｅの接合強度を測定したところ、１８ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｅでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５６】
（実施例６）
放電プラズマ焼結法における温度を２０００℃とした以外は実施例４と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｆを作製した。実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｆの接合強度を測定したところ、１２ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｆでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５７】
（実施例７）
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の配合比率を、質量比で９７．５：２．５とした以外は実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｉを作製した。実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｉの接合強度を測定したところ、９ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｉでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５８】
（実施例８）
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の配合比率を、質量比で９０：１０とした以外は実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｊを作製した。実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｊの接合強度を測定したところ、１９ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｊでは、炭素材と無機材とが強固に接合されていた。
【００５９】
（比較例１）
焼結助剤を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして、積層体を放電プラズマ焼結法で接合して、炭素材−無機材接合体Ｇを作製した。
【００６０】
実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｇの接合強度を測定したところ、５ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｇでは、炭素材と無機材との接合強度が小さかった。
【００６１】
（比較例２）
焼結助剤を用いなかったこと以外は、実施例５と同様にして、積層体を放電プラズマ焼結法で接合して、炭素材−無機材接合体Ｈを作製した。
【００６２】
実施例１と同様にして、炭素材−無機材接合体Ｈの接合強度を測定したところ、５ＭＰａであった。炭素材−無機材接合体Ｈでは、炭素材と無機材との接合強度が小さかった。
【００６３】
図１１は実施例５の、図１２は比較例２の、それぞれ炭素材−無機材の界面部分のＳＥＭ像である。図１１では炭素材と無機材との接合部分は隙間が見られず、強固な接合とされていることが窺われる。対して図１２では、炭素材と無機材との接合部分は隙間が見られ、接合が不十分であることが見て取れる。
【００６４】
図１３は、実施例４〜６の、炭素材−無機材の界面部分のＸ線回折のピーク強度を示すグラフである。焼結又は焼成時に焼結助剤は溶融し、炭素材と無機材との接合部分に滲出するが、図１３においては、３５°及び４３°付近に検出されるＡｌ２Ｏ３のピークや２９°及び４９°付近に検出されるＹ２Ｏ３のピークは見られない。また、一般にＳｉＣにＹ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３を相焼結助剤として添加し焼結した場合、Ｓｉ−Ａｌ−Ｙ−Ｏ系の相が形成することが知られているが、黒鉛、ＳｉＣ以外に結晶相は見られない（粘土のピークは、試料固定に使用したものである）。従って、界面部分にＳｉ−Ａｌ−Ｙ−Ｏの非晶質ガラス相が形成され、その非晶質ガラス相が炭素材と無機材とに炭素材と無機材界面の隙間を埋めると共に、炭素材表面の凹凸部に食い込むアンカー効果を生じさせていることで、強固な接合強度が得られていることが推定される。
【００６５】
図１４〜１６に、実施例４で得られた炭素材−無機材接合体Ｄにおける炭素材と無機材との界面部分のＳｉ、Ａｌ及びＹ元素の分布を示すＳＥＭ像を示す。実施例４においては、界面部分が強固に接合していることは窺われるものの、炭素材への焼結助剤の浸透はそれ程見られないことから、上記の非晶質ガラス相の形成が接合に寄与していることが推定される。
【００６６】
図１７〜１９に、実施例６で得られた炭素材−無機材接合体Ｆにおける炭素材と無機材との界面部分のＳｉ、Ａｌ及びＹ元素の分布を示すＳＥＭ像を示す。実施例６においては、界面部分が強固に接合していることが見て取れると共に、炭素材へ焼結助剤が浸透し、炭素材側に多くの焼結助剤が存在することが明らかである。
【符号の説明】
【００６７】
１…炭素材−無機材料積層体
２…炭素材−無機材接合体
１０…炭素材
１１…無機材料層
１２…無機材
【図１】
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【図２】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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