(57)【要約】【課題】導電性に優れた、炭化ケイ素炭素複合系の導電性セラミックスを提供すること。【解決手段】炭化ケイ素１００重量部に対し、１０〜５０重量部の炭素を含有してなる導電性セラミックスであって、相対密度が９２％以上である導電性セラミックス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素１００重量部に対し、１０〜５０重量部の炭素を含有してなる導電性セラミックスであって、相対密度が９２％以上である導電性セラミックス。
【請求項２】
炭素の結晶相と非晶相とのレーザーラマン分光強度のピーク面積比（結晶相／非晶相）が１〜１０である請求項１記載の導電性セラミックス。
【請求項３】
体積抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下である請求項１又は２記載の導電性セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電防止部品、ヒーター、通電部品等の構造材料又は構成部品に適する導電性セラミックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性セラミックスは、帯電防止部品、ヒーター、通電部品等の構造材料又は構成部品として使用されている。炭化ケイ素を用いた導電性セラミックスとしては、例えば、炭化ケイ素と、導電性を付与し得る金属材料とを含んでなるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。なお、特許文献２の導電性セラミックスでは、炭化ケイ素基材の焼結助剤及び該セラミックスの抵抗値調整剤として一部炭素が含まれている。
【０００３】
このように、従来、導電性セラミックスの材料として炭化ケイ素を用いる場合、導電性が不充分となることから金属材料は必須の成分と考えられていた。
【特許文献１】特開平４−６１５６号公報
【特許文献２】特開平９−２２１３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、導電性に優れた、炭化ケイ素炭素複合系の導電性セラミックスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の要旨は、炭化ケイ素１００重量部に対し、１０〜５０重量部の炭素を含有してなる導電性セラミックスであって、相対密度が９２％以上である導電性セラミックスに関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、帯電防止部品、ヒーター、通電部品等の構造材料又は構成部品に好適に使用される、導電性に優れた、炭化ケイ素炭素複合系の導電性セラミックス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】
【０００７】
本発明者らは、従来、炭化ケイ素を材料として使用する導電性セラミックスでは金属材料は必須の成分と考えられていたところ、金属材料を含まずとも、一定の炭素含有量の下で炭化ケイ素炭素複合系セラミックスの相対密度を高めることにより、意外にも該セラミックスが充分な導電性を発揮し得ることを見出し、本発明を完成した。本発明の導電性セラミックスによれば、金属材料を必須成分として含んでなる従来の導電性セラミックスと比べて、酸化劣化がなく、鋼性が高いという利点が得られる。
【０００８】
本発明の導電性セラミックスは、炭化ケイ素１００重量部に対し、１０〜５０重量部の炭素を含有してなり、その相対密度は９２％以上である。炭素の含有量が１０重量部未満であると導電性が小さく、一方、５０重量部を超えると構造体として強度が不充分である。また、相対密度が９２％未満であると、充分な導電性を確保することが困難となる。炭素の含有量としては、炭化ケイ素１００重量部に対し、好ましくは１２〜３６重量部、より好ましくは１６〜２６重量部である。相対密度としては、好ましくは９５％以上である。
【０００９】
なお、本明細書において相対密度とは嵩密度を理論密度で除したものを言い、嵩密度はＪＩＳ  Ｒ１６３４により測定される。なお、導電性セラミックスが複数成分からなる場合は、各成分の理論密度×各成分の含有量（重量％）÷１００を計算し、そのようにして得られた各成分についての値の和を該セラミックス全体の理論密度とする。
【００１０】
本発明の導電性セラミックスは、公知の炭化ケイ素炭素複合セラミックスの製造方法に準じて製造することができる（例えば、特開平３−１９９１６４号公報参照）。なお、本発明のセラミックスに使用される材料はそれぞれ単独で若しくは２種以上混合して適宜用いることができる。
【００１１】
炭化ケイ素はセラミックスのマトリックスとなるものであり、α、βのいずれの結晶型であってもよい。また、その純度としては、特に限定するものではないが、分散性及び焼結性に優れることから、好ましくは９０重量％以上、より好ましくは９５重量％以上である。炭化ケイ素の形態としては焼結性が良好であることから、平均粒子径５μｍ以下の粉末であるのが好ましい。なお、本明細書に記載の平均粒子径は、例えば、レーザー回折／散乱光式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、ＬＡ７００）により測定される。
【００１２】
導電性セラミックスは、上記の好適範囲の純度の炭化ケイ素と炭素源とだけから構成されることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で炭化物等の任意成分を含有することができる。
【００１３】
本発明の導電性セラミックス中の炭素とは炭素の単体であって、主として結晶相と非晶相の２相で存在する。具体的には炭素の単体として、無定形炭素、黒鉛等が挙げられる。これらの単体の結晶相は、レーザーラマン分光法で測定して得られるスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ−１付近を中心とする１４５０〜１７００ｃｍ−１にかけてのピークを有し、結晶構造としては、例えば、グラファイト型平面六角形構造、菱面体形構造等が挙げられるが、特に限定はない。また、非晶相は、１３６０ｃｍ−１付近を中心とする１３００〜１４５０ｃｍ−１にかけてのピークを有する。本発明の導電性セラミックスにおける炭素の結晶相と非晶相とのレーザーラマン分光強度のピーク面積比（結晶相／非晶相）としては、特に限定はないが、優れた機械的強度（強度、破壊靭性等）を確保する観点から、好ましくは１〜１０、より好ましくは１〜５である。当該ピーク面積比は、炭素の黒鉛化度に相当すると考えており、この値が前記好適範囲にあると、良好な強度と破壊靭性を達成できる。スペクトルの測定では、例えば、ＮＥＣ社製アルゴンレーザー分光装置が用いられる。
【００１４】
本発明の導電性セラミックスの製造においては、上記炭素の単体は、簡便であることから、製造工程中に適当な炭素源から生成させるのが好適である。例えば、上記炭化ケイ素、後述の炭素源、及び所望により、通常用いられる添加剤等（例えば、公知のホウ素化合物、チタン化合物、アルミニウム化合物、イットリア化合物等の焼結助剤等）を湿式混合し、仮焼する。この仮焼工程により炭素源は炭素の単体に変換される。湿式混合の際の各原料の混合割合は、導電性セラミックスの組成が前記の通りとなるように適宜調整すればよい。
【００１５】
湿式混合は、ボールミル、振動ミル、遊星ミル等を用いて行えばよい。また、使用する溶媒としては水の他、有機溶剤、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤や、メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤などが好ましい。
【００１６】
湿式混合後の混合物の仮焼は所望により公知の方法に従って行えばよいが、使用する炭素源を充分に炭素単体に変換させる一方、粒子の自由焼結を防いで良好な分散性を維持する観点から、好ましくは、不活性雰囲気下（例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の雰囲気下）、４００〜８００℃で熱処理して行う。
【００１７】
上記炭素源としては、湿式混合に使用する上記有機溶剤に可溶性若しくは分散性のもので、かつ上記仮焼条件下に炭素に変換されるものが好ましいが、特に限定されない。その性状としては、球状であって結晶性の良好なものが好ましく、その平均粒子径としては５〜２００μｍ程度が好適である。該炭素源としては、仮焼後、炭素への変換率が高いことから、芳香族炭化水素が好ましく、例えば、フラン樹脂、フェノール樹脂、コールタールピッチ等が挙げられ、中でもフェノール樹脂、コールタールピッチがより好適に使用される。
【００１８】
最終的に、造粒成形後、焼成することにより、所望の導電性セラミックスが得られる。
【００１９】
造粒成形において、造粒はスプレードライ等で行えばよい。一方、成形は金型成形法、ＣＩＰ（COLD ISOSTATIC PRESS）法、又はスリップキャスティング法等で行えばよい。
【００２０】
焼成は公知の方法に従って行えばよいが、不活性雰囲気下又は真空下、１８００〜２３００℃で行うのが好ましい。焼成方法としては、例えば、ホットプレス、ＨＩＰ（HOT ISOSTATIC PRESS）法等が挙げられる。そのようにして焼成を行うことで、所望の相対密度を有する焼結体として本発明の導電性セラミックスが得られる。
【００２１】
以上のようにして所望の導電性セラミックスが得られるが、上記の通りの方法に従って製造することで、充分な特性を有する導電性セラミックスが得られる。該セラミックスの体積抵抗率としては、特に限定されるものではないが、充分な導電性を付与する観点から、好ましくは１０Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは０．１Ω・ｃｍ以下である。体積抵抗率（単に抵抗率とも呼ばれる）とは単位断面積、単位長さの電気抵抗であり、その逆数を求めることによって導電率が分かる。従って、体積抵抗率が低い程、導電性が高いといえる。体積抵抗率は、例えば、「窯業計測」（著作者：窯業読本編集委員会、発行所：社団法人窯業協会）第２２２頁の「（１）絶縁抵抗試験」に従って測定することができる。
【００２２】
本発明の導電性セラミックスは、例えば、帯電防止部品、ヒーター、通電部品等の構造材料又は構成部品として好適に使用される。
【実施例】
【００２３】
実施例１〜５及び比較例１〜２
表１に示す炭素源、平均粒子径０．５μｍのβ−炭化ケイ素（純度９８重量％）、及び焼結助剤としてＢ４Ｃ  ２重量％を振動ミルでエタノール湿式混合し、アルゴンガス（Ａｒ）雰囲気下６００℃で仮焼した。スプレードライで造粒後、金型成形法で成形し、次いで表１に示す焼成雰囲気下及び焼成温度で１時間焼成した。なお、表１中、炭素含有量は、炭化ケイ素１００重量部に対する炭素の含有量を示す。コールタールピッチは残炭率５３％のものである。
【００２４】
得られた導電性セラミックスについて以下の特性について評価した。評価結果を表１に併せて示す。
【００２５】
（１）レーザーラマン比
レーザーラマン比、すなわち、炭素の結晶相と非晶相とのレーザーラマン分光強度のピーク面積比（結晶相／非晶相）を、ＮＥＣ社製アルゴンレーザーラマン分光装置により求めた。
【００２６】
（２）相対密度
相対密度を、ＪＩＳ  Ｒ１６３４で嵩密度を求め、それを理論密度で除することにより求めた。
【００２７】
（３）体積抵抗率
体積抵抗率を、「窯業計測」（著作者：窯業読本編集委員会、発行所：社団法人窯業協会）第２２２頁の「（１）絶縁抵抗試験」に従って求めた。
【００２８】
【表１】
2006160554.tif 000002
【００２９】
表1より、炭化ケイ素１００重量部に対し炭素含有量が１０〜５０重量部で高い相対密度を有すれば、セラミックスが金属材料を含有しなくとも優れた導電性を得ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明により、導電性に優れた、炭化ケイ素炭素複合系の導電性セラミックスが提供される。