(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度で耐久性が高い炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含む混合粉体を焼成するにあたり、前記混合粉体にケイ素を含むケイ素源を混合することを特徴とする炭化ケイ素焼結体の製造方法である。前記ケイ素源としては粉末状ケイ素粉体、特に粒径１μｍ以下の粉末状ケイ素粉体が望ましい。上記混合粉体をスラリー状で混合したのち造粒し、造粒粉を加圧しながら焼成することで、炭化ケイ素焼結体を得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含む混合粉体を焼成することにより炭化ケイ素焼結体を作製する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、
焼結前の前記混合粉体にケイ素を含むケイ素源を混合する炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記ケイ素源は、粉末状のケイ素粉体であり、
前記炭化ケイ素粉末にケイ素粉体を混合し、
前記混合されて作製された混合粉を加圧しながら焼成する請求項１に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記ケイ素源は、粉末状のケイ素粉体であり、
前記ケイ素粉体及び炭化ケイ素粉体をスラリー化し、
前記スラリー化により得られたスラリーから造粒した造粒粉を加圧しながら焼成する請求項１に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記ケイ素粉体の粒径は、１μｍ以下である請求項２または３に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項５】
焼結前の前記炭化ケイ素粉体における炭素源の原子数と前記ケイ素源の原子数とが同等になるように前記混合粉体に前記ケイ素源を導入する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素焼結体（以下、ＳｉＣ焼結体ともいう）は、高温環境や腐食ガスに晒される厳しい環境においても高い耐久性を示す。このため、従来から、広い技術分野（例えば、半導体製造分野、液晶製造分野、太陽電池製造分野等）でＳｉＣ焼結体を使用している（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】特開平１０−０６７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法で製造されるＳｉＣ焼結体には、焼結後に有機助剤の残渣がフリーカーボンとして結晶界面に残るため、密度が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、高密度で耐久性が高い炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。すなわち、本発明のの第１の特徴は、炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含む混合粉体を焼成することにより炭化ケイ素焼結体を作製する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、焼結前の前記混合粉体にケイ素を含むケイ素源（Ｓｉ粉末３）を混合することを要旨とする。
【０００７】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記ケイ素源は、粉末状のケイ素粉体）（Ｓｉ粉体３）であり、前記炭化ケイ素粉末（ＳｉＣ粉体５）にケイ素粉体を混合し、前記混合されて作製された混合粉を加圧しながら焼成することを要旨とする。
【０００８】
焼結前の炭化ケイ素粉体には、非金属系焼結助剤として多数の炭素源が含まれているため、この炭化ケイ素粉体をそのまま焼成すると、焼結後に炭素源の残渣がフリーカーボンとして結晶界面に残り、炭化ケイ素焼結体の密度が低下してしまう。一方、本発明の特徴によれば、焼結前の炭化ケイ素粉体にケイ素粉体を混合させ、このケイ素粉体と非金属系焼結助剤に含まれる炭素源とが反応して炭化ケイ素が形成されるため、焼結後におけるフリーカーボンの残量が大幅に低減される。これによって、炭化ケイ素焼結体の密度を高めることができる。従って、炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性および薬品耐性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記ケイ素源は、粉末状のケイ素粉体であり、前記ケイ素粉体及び炭化ケイ素粉体をスラリー化し、前記スラリー化により得られたスラリー（スラリー２１）から造粒した造粒粉（炭化ケイ素粉体２４）を加圧しながら焼成することを要旨とする。
【００１０】
本発明の第４の特徴は、本発明の第２又は第３の特徴に係り、前記ケイ素粉体の粒径は、１μｍ以下であることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第５の特徴は、本発明の第１乃至第４の何れか１つに係り、焼結前の前記炭化ケイ素粉体における炭素源の原子数と前記ケイ素源の原子数とが同等になるように前記混合粉体に前記ケイ素源を導入することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高密度で耐久性が高い炭化ケイ素焼結体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明による炭化ケイ素焼結体の製造方法の概念図であり、（ａ）は焼結前のＳｉＣ粒子とＳｉ源を示し、（ｂ）は焼結後のＳｉＣ焼結体を示す。
【図２】図２は、従来の炭化ケイ素焼結体の製造方法の概念図であり、（ａ）は焼結前のＳｉＣ粒子を示し、（ｂ）は焼結後のＳｉＣ焼結体を示す。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における炭化ケイ素焼結体の製造工程の一部を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態における炭化ケイ素焼結体の製造工程の一部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明による炭化ケイ素（以下、ＳｉＣと記す）焼結体の製造方法の概念図であり、（ａ）は焼結前のＳｉＣ粒子とケイ素源（Ｓｉ源）を示し、（ｂ）は焼結後のＳｉＣ焼結体を示す。
【００１５】
ＳｉＣ粉末及び非金属系焼結助剤を含む混合粉体を焼結することにより炭化ケイ素焼結体を作製する炭化ケイ素焼結体の製造方法では、図１（ａ）に示すように、焼結前においては、ＳｉＣ粉体を構成するＳｉＣ粒子１のほかに、非金属系焼結助剤に起因する炭素源（以下、カーボン源という）２が多数存在している。
【００１６】
図２に示す従来の炭化ケイ素焼結体の製造方法では、カーボン源２が焼結後にフリーカーボン１２（図２（ｂ）参照）として残っているために、ＳｉＣ焼結体の密度の低下を招く。これに対して、本発明の実施形態では、ケイ素を含むケイ素源（Ｓｉ源）であるＳｉ粉体３をＳｉＣ粒子１を含む焼結前の混合粉体に混合する。これにより、図１（ｂ）に示すように、焼結後のＳｉＣ焼結体４に含まれるフリーカーボン１２の含有量を低減することができる。
【００１７】
一方、従来技術である比較例においては、図２（ａ）の焼結前では、ＳｉＣ粒子１以外にもカーボン源２が多数存在している。すると、図２（ｂ）に示すように、焼結後においては、ＳｉＣ粒子１に多数のフリーカーボン１２が付着したＳｉＣ焼結体１４となってしまう。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るＳｉＣ焼結体の製造方法について、図３を用いて説明する。図３に示すように、まず、多数のＳｉＣ粒子１及び非金属系焼結助剤からなるＳｉＣ粉体５を造粒によって生成し、このＳｉＣ粉体５に、Ｓｉ源であるＳｉ粉体３を混合する。次に、この混合粉を加圧しながら焼成する。これにより、本実施形態によるＳｉＣ焼結体が得られる。
【００１９】
Ｓｉ粉体５の粒径は、１μｍ以下である。さらに、Ｓｉ源であるＳｉ粉体３の導入量は、焼結前のＳｉＣ粉体５に含まれるフリーカーボンの原子数とＳｉ粉体３の原子数とが同等になる量であることが好ましい。
【００２０】
（第１実施形態の作用・効果）
第１実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体の製造方法は、ＳｉＣ粉体５に、Ｓｉ源としてのＳｉ粉体３を混合することによって混合粉を作製し、得られた混合粉から成形された圧粉成形体を焼結する方法である。焼結前のＳｉＣ粉体５には、多数のカーボン源２が含まれている。このＳｉＣ粉体５をそのまま焼結すると、焼結後にカーボン源２の残渣がフリーカーボン１２として結晶界面に残るため、ＳｉＣ焼結体の密度が低下することが考えられる。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、焼結前のＳｉＣ粉体５にＳｉ粉体３を混合させ、このＳｉ粉体３とカーボン源２とが反応してＳｉＣとなるため、焼結後におけるフリーカーボン１２の残量が大幅に低減される。これによって、ＳｉＣ焼結体の密度が高くなり、プラズマ耐性および薬品耐性も向上するという効果が得られる。
【００２２】
Ｓｉ粉体３の粒径は、１μｍ以下である。粒径が１μｍよりも大きいと、分散性が悪く、１箇所に多くのＳｉ粉体３が存在することになる。そのため、フリーカーボンがＳｉＣ化しにくくなるといった問題が生じる。
【００２３】
また、Ｓｉ源であるＳｉ粉体３の導入量は、焼結前のＳｉＣ粉体５におけるカーボン源の原子数とＳｉ粉体３の原子数とが同等になる量であることが好ましい。
【００２４】
上述したように、焼結前のカーボン源２とＳｉ粉体３とが反応してＳｉＣとなる。ＳｉＣにおいては、ＳｉとＣとが１：１の原子比で結合するため、焼結前のカーボン源２の原子数とＳｉ粉体３の原子数とが同等になるように配合することによって、焼結後のフリーカーボン１２の量を大幅に低減することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＳｉＣ焼結体の製造方法について説明する。まず、ＳｉＣ粉体（ＳｉＣ粒子１）に、非金属系焼結助剤溶液とＳｉ源と助剤溶液とを加えてスラリー２１を作成する。助剤溶液としてエタノール（ＥｔＯＨ）などのエタノール類を用いることができる。非金属系焼結助剤溶液として、レゾール型フェノール樹脂としてスミライトレジンＰＲ（商品名）などを用いることができる。また、Ｓｉ源としては、Ｓｉ粉体やＳｉ溶液が好ましい。
【００２６】
次に、スラリー２１をスプレードライによって造粒する。具体的には、図４に示すスプレードライヤー２２のノズル２２ａからスラリーを噴射し、この噴射したスプレー液滴に熱風（図示せず）を接触させる。これにより、液滴中の水分はほぼ瞬間的に蒸発気化して、乾燥室２３にて造粒粉であるＳｉＣ粉体２４が得られる。これを加圧しながら焼成することにより、本実施形態によるＳｉＣ焼結体が得られる。なお、ＳｉＣ粉体２４は、ＳｉＣ粒子中にＳｉ源が含まれた粉体である。
【００２７】
（第２実施形態の作用・効果）
第２実施形態に係るＳｉＣ焼結体の製造方法では、Ｓｉ源はＳｉ粉体であり、このＳｉ粉体およびＳｉＣ粉体をスラリー化し、このスラリー２１を造粒した造粒粉（ＳｉＣ粉体２４）を加圧しながら焼結する。この造粒粉（ＳｉＣ粉体２４）には、予めＳｉ源が含まれているため、このＳｉ源とカーボン源２とが反応してＳｉＣとなり、焼結後におけるフリーカーボン１２の残量が大幅に低減される、このため、ＳｉＣ焼結体の密度が高くなり、プラズマ耐性および薬品耐性も向上するという効果が得られる。
【実施例】
【００２８】
以下に、実施例を通して、本発明についてさらに具体的に説明する。実施例として用いるＳｉＣ焼結体は、第１実施形態において説明した製造方法で製造したＳｉＣ焼結体である。具体的には、ＳｉＣ粉体５にＳｉ粉体３を混合させ、この混合粉を加圧しながら焼成することにより、ＳｉＣ焼結体を作成した。
【００２９】
表１に示すように、焼結時における雰囲気ガスとしてアルゴンガスを使用した。焼結処理は、２３４０℃の温度下、２８時間保持した。得られたＳｉＣ焼結体の密度は３．１５８であった。
【００３０】
このように作製したＳｉＣ焼結体を、厚さ方向に所定間隔をおいた８か所（試料Ｎｏ．１〜８）について、グロー放電質量分析（ＧＤ−ＭＳ）を用いて、炭素濃度（Ｃ濃度）とケイ素濃度（Ｓｉ濃度）とを測定した。ＳｉＣ焼結体が理論密度に達している場合は、Ｓｉ原子数とＣ原子数とは１：１になるため、Ｃ原子数とＳｉ原子数との差異は、ＳｉＣになっていない炭素（すなわち、フリーカーボン）の数であると推測できる。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示す条件で作製されたＳｉＣ焼結体から採取した８つのサンプル（試料Ｎｏ．１〜８）のグロー放電質量分析結果から、導入するＳｉ原子数を決定した。フリーカーボン数と同等のＳｉ原子数を導入することによって、フリーカーボンの濃度を低減することができ、ＳｉＣ焼結体の密度を高めることができる。上述した条件下で作製される場合には、ＳｉＣ粉体に対し、２４．４３３ｗｔ％のＳｉ粉体を混合するとよい。
【符号の説明】
【００３３】
３…Ｓｉ粉体（Ｓｉ源）、  ４…ＳｉＣ焼結体、  ５…ＳｉＣ粉体、  ２１…スラリー、  ２４…ＳｉＣ粉体（造粒粉）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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