(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化珪素ヒーターのターミナル等として実用に供し得る、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された多孔質炭化珪素複合材を提供する。【解決手段】炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、前記中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である多孔質炭化珪素複合材であり、好ましくは、前記中空状粒子の平均直径が０．１〜２．０ｍｍであり、前記中空状粒子の短径／長径の平均値で表される真円度が０．７５〜１．００である多孔質炭化珪素複合材。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、前記中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする多孔質炭化珪素複合材。
【請求項２】
前記中空状粒子は、平均直径が０．１〜２．０ｍｍで、短径／長径の平均値で表される真円度が０．７５〜１．００であるものである請求項１に記載の多孔質炭化珪素複合材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多孔質炭化珪素質複合材からなるターミナルを有することを特徴とする炭化珪素ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質炭化珪素複合材および炭化珪素ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭化珪素等のセラミックスや金属からなる発熱体が知られており、係る発熱体は、棒状の発熱体の端部（ターミナル）から通電することにより炉内に配置した発熱部から放熱し、被処理物を加熱処理して使用されている。
【０００３】
上記ターミナルとしては、良導電性物質からなるものが求められるが、良導電性物質は、電子が流れ易い反面、当該電子が熱も運ぶために一般的に熱伝導率も高くなり易い。
例えば、炭化珪素ヒーターのように、炭化珪素からなる発熱部（代表的な抵抗率：０．１Ω・ｃｍ）と赤熱しない良導電性のターミナル（代表的な抵抗率：０．００３Ω・ｃｍ）から構成されるヒーターにおいて、通常は炉外に配置されるターミナルの熱伝導率が高いとターミナルから熱放散を生じて電力損失が大きくなり易く、省エネルギー化を図り難くなることから、ターミナルについては熱伝導性を下げる対応が望まれるようになっている。
【０００４】
上記炭化珪素ヒーターの省エネ対策として、上記ターミナルを細くしてその表面積を減少させることにより熱放散を低減する方法が挙げられる（例えば、特許文献１（実公平１−７９９２号公報）参照）。
【０００５】
しかしながら、一般的に炭化珪素ヒーターの発熱部とターミナルとは接着・溶接されているため、ターミナルを細くすると接着・溶接部の面積も低減してしまい、接着・溶接部が折れたり、外れ易くなる。
また、ターミナルが細くなることで、ターミナル自身も折れやすくなり、とりわけターミナルが細くなることでその電気抵抗が上がり、発熱し易くなってしまう。
【０００６】
このため、炭化珪素ヒーターの省エネ対策としては、ターミナルの電気抵抗率を下げてターミナル自身の自己発熱を抑えることに主眼を置く必要がある。
ターミナル自身の電気抵抗率を下げるには、炭化珪素や珪素等のドーパントである窒素を窒化物等によってあらかじめ配合する方法や、窒素を焼結中により十分に取り込ませるため焼成時に窒素を加圧する等の方法が挙げられる。
また、ターミナルは通常金属ストラップ（金属の網線）との接触抵抗を減らすためアルミニウム等の金属溶射をターミナルの端から２０〜５０ｍｍ程度の長さで施すが、その金属溶射をターミナルのほぼ全体に施すことで電気抵抗率を下げる方法も挙げられる。
【０００７】
しかし、窒化物でドーパントの窒素を入れることは、窒化物の分解によるターミナル部の組織ムラを生じ易く、分解時に窒素がすぐに雰囲気中に放出されることから導電性に影響する炭化珪素ヒーターへの固溶量も低減してしまう。また、一般的に窒化物は高価なためコスト高を招き易く、窒素加圧雰囲気では、新たに特別な焼成炉が必要であり、係る点においてもコスト高になり易かった。
【０００８】
また、金属溶射をターミナルに施す場合、金属溶射した当初は電気抵抗を低減することができるが、短時間のうちに溶射した金属が酸化して抵抗値も高くなることから、電気抵抗の低減効果も得られ難くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平１−７９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような状況下、本発明は、炭化珪素ヒーターのターミナル等として実用に供し得る、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された新規な素材を提供するとともに、炭化珪素ヒーターを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記技術課題を解決するために本願発明者等が鋭意検討したところ、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、前記中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である炭化珪素複合材により、上記目的を達成し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、
（１）炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、前記中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする多孔質炭化珪素複合材、
（２）前記中空状粒子は、平均直径が０．１〜２．０ｍｍで、短径／長径の平均値で表される真円度が０．７５〜１．００であるものである上記（１）に記載の多孔質炭化珪素複合材、
（３）上記（１）または（２）に記載の多孔質炭化珪素質複合材からなるターミナルを有することを特徴とする炭化珪素ヒーターを提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炭化珪素ヒーターのターミナル等として実用に供し得る、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された多孔質炭化珪素複合材を提供するとともに、係る多孔質炭化珪素複合材からなるターミナルを有する炭化珪素ヒーターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例で用いたポリスチレン球体を示す図である。
【図２】本発明の実施例で作製したコート顆粒を示す図である。
【図３】本発明の実施例で得られた多孔質炭化珪素複合材の切断面写真を示す図である。
【図４】本発明の実施例で得られた無機多孔質焼結体からなるターミナルをＳｉＣ発熱体に接着して発熱試験を行った時のターミナルの温度分布を示す図である。
【図５】本発明の比較例で使用したターミナルをＳｉＣ発熱体に接着して発熱試験を行った時のターミナルの温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
先ず、本発明に係る多孔質炭化珪素複合材について説明する。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、前記中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有する。
【００１７】
本出願書類において、炭化珪素を主成分として含むとは、炭化珪素を６０質量％以上含むことを意味する。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材は、炭化珪素を、６０〜９５質量％含むことが好ましく、８０〜９０質量％含むことがより好ましい。
【００１８】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材は、炭化珪素以外の成分として、炭素（カーボン）、珪素（シリコン）等から選ばれる一種以上をさらに含んでもよい。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材中の炭素量は、ＳｉとＣの反応でＳｉＣが生成される際に生じる体積膨張によるキレツ等の外観不良を防ぐため、４０質量％以下であることが好ましい。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材中の珪素量は、Ｓｉの融点（１,４２０℃）を越える温度での溶融によって生じる変形等の外観不良を防ぐため、４０質量％以下であることが好ましい。また、表皮材中の珪素量は、ドープされる不純物量にもよるが一般的にＳｉＣよりも電気抵抗が低いため５質量％以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子は、平均直径が、０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜１ｍｍであることがより好ましく、０．３〜０．７ｍｍであることがさらに好ましい。
【００２０】
上記炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子の平均直径が０．１ｍｍ未満である場合には、多孔体形状を形成し難くなり、また、上記中空状粒子の平均直径が２．０ｍｍ超である場合には、上記中空状粒子に割れや亀裂が生じ易くなって所望の強度を発揮し難くなる。
なお、本出願書類において、上記中空状粒子の直径とは、炭化珪素からなる母材の断面を光学顕微鏡で観察したときに観察される中空状粒子の長径を意味し、上記中空状粒子の平均直径は、多孔質炭化珪素複合材の断面を光学顕微鏡で観察したとき５０個の中空状粒子の長径の算術平均値を意味する。
【００２１】
炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子により形成される空孔において、その「短径／長径」の平均値で表される真円度は、０．７５〜１．００であり、０．８〜１．００であるものが好ましく、０．９〜１．００であるものがより好ましい。
なお、本出願書類において、上記「短径／長径」の平均値で表される真円度は、多孔質炭化珪素複合材の断面を光学顕微鏡で観察したときの５０個の中空状粒子の短径（最小内径）／長径（最大内径）の算術平均値を意味する。
【００２２】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子の平均直径および真円度が上記範囲内にあるものであることにより、その形状やサイズが略同等の球形状に統一され、このために多孔質炭化珪素複合材内部における中空状粒子のバラツキを抑制し、多孔質炭化珪素複合材全体に亘ってその電気比抵抗、熱伝導率および強度を均一化しつつこれ等を所望範囲に容易に制御することができる。
【００２３】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、中空状粒子を構成する表皮材の平均厚みは、１０〜２，０００μｍであることが好ましく、３０〜１，６００μｍであることがより好ましく、５０〜１，４００μｍであることがさらに好ましい。
【００２４】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、中空状粒子を構成する表皮材の平均厚みが上記範囲内にあることにより、中空状粒子間の距離を所望範囲に容易に制御することができる。
なお、本出願書類において、上記中空状粒子の表皮材の平均厚みは、多孔質炭化珪素複合材の断面を光学顕微鏡で観察したときの５０箇所の厚みの平均値を意味する。
【００２５】
「中空状粒子を構成する表皮材の平均厚み／中空状粒子の平均直径」で表される比は、０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましい。
「中空状粒子を構成する表皮材の平均厚み／中空状粒子の平均直径」で表される比の上限は特に制限されないが、通常、１．０以下が適当であり、０．８以下がより適当であり、０．７以下がさらに適当である。
【００２６】
「中空状粒子を構成する表皮材の平均厚み／中空状粒子の平均直径」で表される比が０．１以上であることにより、中空状粒子を構成する表皮材の割れや亀裂を抑制しつつ、優れた強度を容易に発揮することができる。
【００２７】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、上記炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子の複数含有物を母材（基材）とし、係る母材（基材）を構成する（隣接する）中空状粒子間に形成される空隙にさらに珪素（シリコン）が含浸されてなるものである。
【００２８】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材において、上記中空状粒子の存在割合を示す気孔率は、１０体積％以上であることが好ましく、１０〜４０体積％であることがより好ましく、１５〜３０体積％であることがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、上記気孔率は、アルキメデス法により測定される値を意味する。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材の気孔率は、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子のサイズや含有を適宜選定することにより制御することができ、本発明に係る多孔質炭化珪素複合材の気孔率が上記範囲内にあることにより、所望の電気比抵抗を容易に達成することができる。
【００２９】
一般的に多孔質化することで熱伝導率を低減することは可能であるが、電気の通り道も低減するために電気抵抗は上昇してしまう。
市販の炭化珪素ヒーターのターミナルは、粗い粒子（粗粒）や細かい粒子（細粒）の炭化珪素を主成分として含むとともに炭素や珪素等を含み得る。炭化珪素の粗い粒子（粗粒）や細かい粒子（細粒）は各々電気抵抗が異なるとともに、さらに炭素、珪素等も各々電気抵抗が相違する。
本発明者が検討したところ、電気は比抵抗が低い珪素や炭化珪素の細粒を優先的に流れるため、炭化珪素の粗粒は導電性に影響を与えないと考えられた。そのため、本発明に係る多孔質炭化珪素複合材においては、炭化珪素の粗粒に代えて細粒の炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子顆粒を採用することにより、その形状を維持しつつ炭化珪素の粗粒を空孔に置き換え、さらに炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子間に形成される隙間に電気比抵抗の低い珪素を含浸してなることにより、良導電性でありながら熱伝導率が低減されたターミナル素材として好適に使用し得る多孔質炭化珪素複合材を提供することができる。
【００３０】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、電気比抵抗が、５×１０−３Ω・ｃｍ以下であるものであり、０〜４×１０−３Ω・ｃｍであることが好ましく、０〜３×１０−３Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。
なお、本出願書類において、電気比抵抗は、室温下において、四端子法により測定した値を意味する。
【００３１】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、熱伝導率が、１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であるものであり、０〜１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものが好ましく、０〜９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、熱伝導率は、室温下において、定常法（温度傾斜法）により測定した値を意味する。
【００３２】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合体は、曲げ強度が、４０ＭＰａ以上であるものが好ましく、８０ＭＰａ以上であるものがより好ましく、１００〜１２０ＭＰａであるものがさらに好ましい。
本出願書類において、曲げ強度は、ターミナル形状（直径２０ｍｍ、スパーン４０ｍｍ）での３点曲げ試験により測定した値を意味する。
【００３３】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合体は、嵩比重が、１．８〜２．８であるものが好ましく、２．０〜２．６であるものがより好ましく、２．１〜２．４であるものがさらに好ましい。
本出願書類において嵩比重は、アルキメデス法により算出した値を意味する。
【００３４】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、例えば、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子のサイズや分散性を適宜選定することにより、局所的な強度の低下を抑制しつつ強度を所望範囲に容易に制御することができる。
【００３５】
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材は、各種焼結方法で焼結されたものであってよいが、反応焼結法により作製されたものが望ましい。
本発明に係る多孔質炭化珪素複合材を反応焼結法により作製する場合、例えば、有機物質製球状物上に炭化珪素を主成分として含むコーティング層を有するコート顆粒に対し、所望の形状に成形し、前記有機物質製球状物を除去する脱脂工程を施した後、前記脱脂工程によって生じた隣接する中空状粒子間（表皮粒子間）に形成される空隙(間隙）に珪素の溶融物を含浸させる含浸工程を施す方法（以下、適宜、多孔質炭化珪素複合材の製法１と称する）ことにより作製することができる。
【００３６】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、有機物質製球状物の平均直径は、０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜１ｍｍであることがより好ましく、０．３〜０．７ｍｍであることがさらに好ましい。
【００３７】
有機物質製球状物の平均直径が０．１ｍｍ未満である場合には、通常使用される表皮材を構成する無機粉末の粒径の差が小さくなり中空状粒子（空孔）を形成し難くなる。
また、有機物質製球状物の平均直径が２．０ｍｍ超である場合には、脱脂時または焼結時に中空状粒子に割れや亀裂を生じ易くなる。
【００３８】
上記「有機物質製球状物の短径／有機物質製球状物の長径」の平均値で表される真円度は、０．７５〜１．００であり、０．９〜１．００であるものが好ましく、０．９５〜１．００であるものがより好ましい。
【００３９】
本出願書類において、上記有機物質製球状物の平均直径は、標準篩で篩分したときの呼び寸法の中心値を意味する。
また、本出願書類において、「有機物質製球状物の短径／有機物質製球状物の長径」の平均値で表される真円度は、５０個の有機物質製球状物を光学顕微鏡で観察したときの有機物質製球状物の短径／長径の算術平均値を意味する。
【００４０】
多孔質炭化珪素複合材の製法１においては、有機物質製球状物の平均直径や、短径／長径の平均値で表される真円度が上記範囲内にあることにより、その形状やサイズが略同等の球形状に統一され、このために得られる焼結体（多孔質炭化珪素複合材）内部における空孔（中空状粒子）のバラツキを抑制し、その電気比抵抗、熱伝導率、強度等を多孔質炭化珪素複合材全体に亘って均一化しつつ所望範囲に容易に制御することができる。
【００４１】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、有機物質製球状物を構成する有機物質としては、後述するコーティング層を構成する無機粉末が焼結する温度未満の温度で消失するものであれば特に制限されないが、高分子製のものが好ましい。
有機物質製球状物として、具体的には、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリスチレン等から選ばれる一種以上の高分子からなるものを挙げることができる。
また、有機物質製球状物は、中実状のものであってもよいし、中空状のものであってもよい。
【００４２】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において使用されるコート顆粒は、有機物質製球状物の表面に炭化珪素を主成分として含むコーティング層を有するものである。
炭化珪素を主成分として含むコーティング層の構成成分としては、形成対象となる中空状粒子を構成する成分に応じて適宜決定すればよく、炭化珪素の他、炭素、珪素等の無機粉末を含むものであってもよい。
【００４３】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、コーティング層を構成する炭化珪素粉末等の無機粉末は、平均粒径が、０．２〜１００μｍであるものが好ましく、０．２〜８０μｍであるものがより好ましく、０．２〜５０μｍであるものがさらに好ましい。
【００４４】
なお、本出願書類において、コーティング層を構成する無機粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された、体積積算粒度分布における積算粒度で５０％の粒径（平均粒径Ｄ５０）を意味する。
【００４５】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、コーティング層の平均厚みは、１０〜２，０００μｍであることが好ましく、３０〜１，６００μｍであることがより好ましく、５０〜１，４００μｍであることがさらに好ましい。
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、コーティング層の平均厚みが上記範囲内にあることにより、割れや亀裂の発生を抑制しつつ所望サイズの中空状粒子を有する多孔質炭化珪素複合材を容易に作製することができる。
【００４６】
なお、本出願書類において、上記コーティング層の平均厚みは、コーティング前の有機物質製球状物とコーティング後のコート顆粒を標準篩で篩分したときの呼び寸法の中心値の差を２分した値を意味する。
【００４７】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、上記コート顆粒は、コーティング層の平均厚み／有機物質製球状物の平均直径で表される比が０．１以上であるものが好ましく、０．２以上であるものがより好ましく、０．３以上であるものがさらに好ましい。
コーティング層の平均厚み／有機物質製球状物の平均直径で表される比が０．１未満である場合には、後述する脱脂時または焼結時に割れや亀裂を生じ易くなる。
上記コート顆粒において、コーティング層の平均厚み／有機物質製球状物の平均直径で表される比の上限は特に制限されないが、通常、１．０以下が適当であり、０．８以下がより適当であり、０．７以下がさらに適当である。
【００４８】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、コート顆粒は、成形・脱脂工程前に予め分級処理されたものであってもよく、この場合、得られる多孔質炭化珪素複合材において、球状空孔のサイズのばらつきをより低減することができ、中空状粒子の存在量や分布が均一化された多孔質炭化珪素複合材を容易に作製することができる。
上記分級処理は、篩分け法等、公知の方法を採用することができる。
【００４９】
コート顆粒は、粒径が、１２０〜６，０００μｍであるものが好ましく、１６０〜５，２００μｍであるものがより好ましく、２００〜４，８００μｍであるものがさらに好ましい。
【００５０】
コート顆粒の作製方法としては、有機物質製球状物が粘性を有するものであれば、有機物質製球状物上に所望量の無機粉末を振り掛けて作製することができ、有機物質製球状物が粘性を有さないものであれば、有機物質製球状物上に適宜有機バインダーを混合した所望量の無機粉末のスラリーを噴霧して作製したり、有機物質製球状物上に有機接着剤を塗布した上で所望量の無機粉末を振り掛けて作製することができる。
【００５１】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、コート顆粒を構成するコーティング層の平均厚み／有機物質製球状物の平均直径で表される比や、コート顆粒の平均粒径が上記範囲内にあることにより、所望サイズの中空状粒子を所望割合で有する多孔質炭化珪素複合材を容易に作製することができる。
【００５２】
多孔質炭化珪素複合材の製法１においては、上記コート顆粒に対し有機物質製球状物を除去する脱脂工程を施す。
【００５３】
脱脂工程は、通常、コート顆粒を不活性雰囲気下で加熱処理することにより実施することができるが、炭化珪素等の非酸化性無機粉末をポリスチレンなど３００℃未満で熱分解する有機物質製球状物にコーティングした場合は、大気中でも脱脂することができる。
【００５４】
脱脂工程を不活性雰囲気下で施す場合、不活性雰囲気としては、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気等の希ガス雰囲気等を挙げることができる。
【００５５】
脱脂工程における加熱温度は、有機物質製球状物が消失する温度以上であって炭化珪素等の無機粉末が焼結する温度未満の温度であれば特に制限されず、通常、２００〜７００℃が適当であり、２５０〜６５０℃がより適当であり、２８０〜６００℃がさらに適当である。
また、脱脂工程における加熱時間は、有機物質製球状物が消失する時間以上の時間であれば特に制限されず、３０〜７２００分間が適当であり、１２０〜３６００分間がより適当であり、３００〜１４４０分間がさらに適当である。
【００５６】
上記コート顆粒に対し有機物質製球状物を除去する脱脂工程を施し、有機物質製球状物をガス化して除去することにより、引き続く含浸工程において、ひび割れの発生等を抑制ししつつ簡便に多孔質炭化珪素複合材を作製することができる。
【００５７】
多孔質炭化珪素複合材の製法１においては、上記脱脂工程を施した後、当該脱脂工程によって生じた隣接する中空状粒子間に形成される空隙(粒子同士の間隙)に珪素の溶融物を含浸させる含浸工程、すなわちＳｉＣ反応焼結工程を施す。
【００５８】
多孔質炭化珪素複合材の製法１において、含浸工程において含浸させる珪素溶融物の温度は、コーティング層由来の無機粉末や、含浸させる珪素が溶融する温度であれば特に制限されず、例えば、炭化珪素と炭素の焼結物からなるコーティング層に珪素を含浸する場合、通常、１，４２０〜２,２００℃が適当であり、１，５００〜２,１００℃がより適当であり、１，５５０〜２,０５０℃がさらに適当である。
また、含浸工程における含浸処理時間は、上記コーティング層由来の無機粉末や、含浸させる珪素が脱脂工程によって生じた隣接する中空状粒子間に形成される空隙(粒子同士の間隙)に充填可能な時間以上の時間であれば特に制限されず、例えば、炭化珪素と炭素の焼結ｓ物からなるコーティング層に珪素を含浸する場合、１０〜６００分間が適当であり、３０〜１８０分間がより適当である。
【００５９】
多孔質炭化珪素複合材の製法１においては、上記含浸工程において高温の珪素溶融物を含浸させて焼結処理することにより、所望サイズの中空状粒子（球状空孔）を所望割合で有する多孔質炭化珪素複合材を容易に作製することができる。
【００６０】
本発明によれば、炭化珪素ヒーターのターミナル等として実用に供し得る、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された多孔質炭化珪素複合材を提供することができる。
【００６１】
次に、本発明に係る炭化珪素ヒーターについて説明する。
本発明に係る炭化珪素ヒーターは、本発明に係る多孔質炭化珪素質複合材からなるターミナルを有することを特徴とするものである。
【００６２】
本発明に係る炭化珪素ヒーターは、その端部（ターミナル）が本発明に係る多孔質炭化珪素質複合材からなるものであれば特に制限されない。
【００６３】
本発明に係る炭化珪素ヒーターは、本体部（発熱部）が炭化珪素からなるとともにその端部（ターミナル）が本発明に係る多孔質炭化珪素質複合材からなるものであることにより、ターミナルにおいて優れた導電性を発揮しつつも熱伝導性も低減され、ターミナルでの熱放散を抑制して電力損失を低減し、省エネルギー化を容易に達成することができる。
【００６４】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例により何ら限定されるものではない。
【００６５】
（実施例１）
図１に示す平均直径０．３ｍｍ[呼び径３００μｍを通り、３５５μｍを通らないもの]で、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９６である中実状のポリスチレン球体に対し、ＳｉＣ粉末８０質量％、カーボン粉末１５質量％およびシリコン粉末５質量％を含む混合粉末を、上記ポリスチレン球体上にコーティングし、次いで篩分けすることにより、直径０．５４ｍｍのコート顆粒を作製した。得られたコート顆粒を図２に示す。
得られたコート顆粒は、コーティング層の平均厚み（０．１２ｍｍ）／上記ポリスチレン球体の平均直径（０．３ｍｍ）で表される比が０．４０であるものであった。
得られたコート顆粒を外径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍに一軸成形した後、大気雰囲気下、２８０℃で３６０分間加熱処理することにより脱脂処理を施した。
次いで、上記脱脂工程によって生じた隣接する中空状粒子（球状空孔）間の空隙(粒子同士の間隙)に、窒素雰囲気下２１００℃で溶融シリコンを含浸し、コート顆粒表面のコーティング層を構成する無機粉末と反応焼結させることにより、外径２０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形状を有する多孔質炭化珪素複合材（ＳｉＣ多孔質焼結体）を得た。得られた多孔質炭化珪素複合材の切断面の顕微鏡写真を図３に示す。
得られた多孔質炭化珪素複合材は、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９２である中空状粒子（球状の空孔、図３に示す円形状の部位）を有し、見かけ比重が２．６３、嵩比重が２．２７、気孔率が１３．７体積％、電気比抵抗が２．７×１０−３（Ω・ｃｍ）、熱伝導率が８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものであった。
【００６６】
（実施例２）
平均直径０．６ｍｍで、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９６である中実状のポリスチレン球体に代えて、平均直径０．６ｍｍ[呼び径５００μｍを通り、６００μｍを通らないもの]で、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９６である中実状のポリスチレン球体を用い、直径０．９４ｍｍのコート顆粒（コーティング層の平均厚み（０．１７ｍｍ）／上記ポリスチレン球体の平均直径（０．６ｍｍ）で表される比が０．２８であるもの）を作製し、係るコート顆粒を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、直径５０ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円柱形状を有する多孔質炭化珪素複合材（ＳｉＣ多孔質焼結体）を得た。
得られた多孔質炭化珪素複合材は、短径／長径の平均値で表される真円度が
０．９４である球状の空孔を有し、見かけ比重が２．８２、嵩比重が２．２８、気孔率が１９．０体積％、電気比抵抗が２．７×１０−３（Ω・ｃｍ）、熱伝導率が９６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものであった。
【００６７】
（実施例３）
平均直径０．７ｍｍで、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９６である中実状のポリスチレン球体に代えて、平均直径０．７ｍｍ[呼び径６００μｍを通り、７１０μｍを通らないもの]で、短径／長径の平均値で表される真円度が０．９５である中実状のポリスチレン球体を用い、直径１．１４ｍｍのコート顆粒（コーティング層の平均厚み（０．２２ｍｍ）／上記ポリスチレン球体の平均直径（０．７ｍｍ）で表される比が０．３１であるもの）を作製し、係るコート顆粒を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、直径５０ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円柱形状を有する多孔質炭化珪素複合材（ＳｉＣ多孔質焼結体）を得た。
得られた多孔質炭化珪素複合材は、短径／長径の平均値で表される真円度が
０．９４である球状の空孔を有し、見かけ比重が２．８７、嵩比重が２．２１、気孔率が２２．９体積％、電気比抵抗が２．６×１０−３（Ω・ｃｍ）、熱伝導率が８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものであった。
【００６８】
（比較例１）
ＳｉＣ粉末５０質量％およびカーボン粉末５０質量％含む混合粉末を、一軸成形した後、アルゴン雰囲気下１７００℃で２４０分間焼結させることにより、直径５０ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円柱形状を有するＳｉＣ焼結体を得た。得られたＳｉＣ焼結体は、見かけ比重が２．９７、嵩比重が２．９５、気孔率が０．５体積％、電気比抵抗が２．８×１０−３（Ω・ｃｍ）、熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものであった。
【００６９】
上記実施例１〜実施例３および比較例１の結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
2018203545.tif 000003
【００７１】
実施例１〜実施例３で得られた多孔質炭化珪素複合材は、炭化珪素を主成分として含む表皮材からなる中空状粒子を複数含有するとともに、隣接する中空状粒子間の空隙(粒子同士の間隙)にさらに珪素が含浸されてなり、電気比抵抗が５×１０−３Ω・ｃｍ以下でありかつ室温での熱伝導率が１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることから、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された多孔質炭化珪素複合材を簡便に提供し得ることが分かる。
【００７２】
一方、比較例１で得られたＳｉＣ焼結体は、中空状構造を有さない中実構造を有するものであり、熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いことから、熱放散性が高く、省エネルギー化を図り難いものであることが分かる。
【００７３】
（実施例４）
実施例２で得たコート顆粒を用い、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状に一軸成形した後、大気雰囲気下、２８０℃で３６０分間加熱処理することにより脱脂処理を施した。
次いで、上記脱脂工程によって生じた隣接する中空状粒子（球状空孔）間に形成される空隙(粒子同士の間隙)に、窒素雰囲気下２１００℃で溶融シリコンを含浸し、コート顆粒表面のコーティング層を構成する無機粉末と反応焼結させることにより、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状を有する多孔質炭化珪素複合材（ＳｉＣ多孔質焼結体）を得た。
得られた多孔質炭化珪素複合材をターミナル材料として外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ９００ｍｍのＳｉＣヒーター(発熱部３００ｍｍ)を作製した。
上記方法で作成されたＳｉＣヒーターを使用して、自家製炉にセットして炉内を１０００℃に３時間保持した後ターミナル温度を測定したところ、ターミナルの外端部（発熱部との接着部から２８０ｍｍの位置）の温度は、１０１℃であった。結果を図４に示す。
また、得られたＳｉＣヒーターを炉内温度１０００℃の条件で発熱させて消費電力を測定した結果を表２に示す。
【００７４】
(比較例２)
多孔質構造を有さない市販のターミナルを使用した、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ９００ｍｍのＳｉＣヒーター(発熱部３００ｍｍ)を実施例４で使用したものと同一の自家製炉にセットして炉内を１０００℃に３時間保持した後ターミナル温度を測定した。結果を図５に示す。
ターミナルの外端部（発熱部との接着部から２８０ｍｍの位置）における温度は、１５２℃であった。
また、得られたＳｉＣヒーターを炉内温度１０００℃の条件で発熱させて消費電力を測定した結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2018203545.tif 000004
【００７６】
表２より、実施例４で作製した本発明に係る多孔質炭化珪素複合材からなるターミナルを有する炭化珪素ヒーターは、比較例２で作製した多孔質構造を有さない市販のターミナルを有する炭化珪素ヒーターに比較して、ターミナル外端部における温度が５１℃低く、また、消費電力を約１０％低減し得ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、炭化珪素ヒーターのターミナル等として実用に供し得る、電気抵抗率および熱伝導率が十分に低減された多孔質炭化珪素複合材を提供するとともに、係る多孔質炭化珪素複合材からなるターミナルを有する炭化珪素ヒーターを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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