(57)【要約】【課題】  常圧焼結法を用いながらも、プラズマ耐性の向上を図ることを可能とする炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】  炭化ケイ素焼結体の製造方法は、前記炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒を混合することによってスラリーを作製する工程と、前記スラリーを乾燥することによって乾燥体を作製する工程と、前記乾燥体を粉砕することによってＳｉＣ粉体を作製する工程と、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いて前記ＳｉＣ粉体を篩い分けすることによってＳｉＣ顆粒を得る工程と、前記ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結する工程とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素を含む炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、
前記炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒を混合することによってスラリーを作製する工程と、
前記スラリーを乾燥することによって乾燥体を作製する工程と、
前記乾燥体を粉砕することによってＳｉＣ粉体を作製する工程と、
１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いて前記ＳｉＣ粉体を篩い分けすることによってＳｉＣ顆粒を得る工程と、
前記ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結する工程とを備える炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記ＳｉＣ顆粒の平均粒径は、５０μｍ以上９０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記ＳｉＣ顆粒の粒度分布（Ｄ９０／Ｄ１０）は、６〜１２であることを特徴とする請求項１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、常圧焼結法によって炭化ケイ素焼結体を製造する炭化ケイ素焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素焼結体の製造方法として、様々な製造方法が提案されている。一般的には、一次粒子の平均粒径として０．０１〜１０μｍの炭化ケイ素粒子（以下、ＳｉＣ粒子）に焼結助剤等を混合することによってスラリーが作製されて、スラリーをスプレードライによって乾燥することによってＳｉＣ粒子の顆粒が作製される。続いて、ＳｉＣ粒子の顆粒を型に入れて、型に入ったＳｉＣ粒子の顆粒を加圧・加熱することによって炭化ケイ素焼結体が製造される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５６０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、スプレードライによって作製されたＳｉＣ粒子の顆粒は球形形状を有しており、ＳｉＣ粒子の顆粒を入れたときに、顆粒の流動性が高い。
【０００５】
ところで、上述したように、ＳｉＣ粒子の顆粒を加圧しながら加熱することも考えられるが、成形自由度の制限や、多大なコスト負担がある。
【０００６】
一方で、常圧焼結法によってＳｉＣ粒子の顆粒を焼結することも考えられるが、上述したスプレードライにより得たＳｉＣ粒子の顆粒は粒径が揃っているため、常圧焼結法によって焼結すると、ＳｉＣ粒子の間に隙間が生じやすい。従って、炭化ケイ素焼結体の表面に微細な凹部（ボア）が形成されやすく、炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、常圧焼結法を用いながらも、プラズマ耐性の向上を図ることを可能とする炭化ケイ素焼結体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】
【０００８】
第１の特徴は、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、前記炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒を混合することによってスラリーを作製する工程と、前記スラリーを乾燥することによって乾燥体を作製する工程と、前記乾燥体を粉砕することによってＳｉＣ顆粒を作製する工程と、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いて前記ＳｉＣ顆粒を篩い分けすることによってＳｉＣ顆粒を得る工程と、前記ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結する工程とを備えることを要旨とする。
【０００９】
第１の特徴において、前記ＳｉＣ顆粒の平均粒径は、５０μｍ以上９０μｍ以下である。
【００１０】
第１の特徴において、前記ＳｉＣ顆粒の粒度分布（Ｄ９０／Ｄ１０）は、６〜１２である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、常圧焼結法を用いながらも、プラズマ耐性の向上を図ることを可能とする炭化ケイ素焼結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】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法を示すフロー図である。
【図２】図２は、評価結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【００１４】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
［実施形態の概要］
実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法は、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素焼結体を製造する方法である。製造方法は、前記炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒を混合することによってスラリーを作製する工程と、前記スラリーを乾燥することによって乾燥体を作製する工程と、前記乾燥体を粉砕することによってＳｉＣ粉体を作製する工程と、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いて前記ＳｉＣ粉体を篩い分けすることによってＳｉＣ顆粒を得る工程と、前記ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結する工程とを備える。
【００１６】
実施形態では、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いてＳｉＣ粉体を篩い分けすることによって、敢えて、ＳｉＣ顆粒の粒径にバラツキを持たせることによって、ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結した場合に、大きな粒径を有するＳｉＣ顆粒の間に小さい粒径を有するＳｉＣ顆粒が入り込む。これによって、常圧焼結法を用いながらも、気孔（ボア等）が少ない炭化ケイ素焼結体を得ることができ、炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性が向上する。
【００１７】
［第１実施形態］
（炭化ケイ素焼結体の製造方法の構成）
以下において、第１実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法について説明する。図１は、第１実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法を示すフロー図である。
【００１８】
図１に示すように、炭化ケイ素焼結体の製造方法は、スラリー作製工程Ｓ１０と、乾燥工程Ｓ２０と、粉体作製工程Ｓ３０と、篩い分け工程Ｓ４０と、焼結工程Ｓ５０とを備える。
【００１９】
ステップＳ１０は、炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒を混合することによってスラリーを作製する工程である。炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒は、例えば、ボールミルによって１６時間に亘って混合・分散される。
【００２０】
具体的には、炭化ケイ素としては、α型の炭化ケイ素、β型の炭化ケイ素、非晶質の炭化ケイ素、或いは、これらの混合物を用いることができる。炭化ケイ素は、市販品であってもよい。炭化ケイ素の平均粒径は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である。炭化ケイ素（プリカーサー）は、例えば、特開平１０−１２０４１１号公報に開示された方法によって作製可能である。
【００２１】
焼結助剤としては、ボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）、カーボンブラック（Ｃ）を用いることができる。
【００２２】
溶媒としては、水、エチルアルコール等の低級アルコール類、エチルエーテル又はアセトンを用いることができる。溶媒としては、不純物の含有量が低い溶媒を用いることが好ましい。
【００２３】
なお、ステップＳ１０において、炭化ケイ素、焼結助剤及び溶媒に加えて、クリーソルブを分散媒として用いてもよい。
【００２４】
ステップＳ２０は、スラリーを乾燥することによって乾燥体を作製する工程である。例えば、スラリーは、例えば、ホットプレートを用いる熱乾燥によって乾燥され、ブロック状の乾燥体が得られる。ホットプレートの加熱温度は、例えば、１１５℃である。
【００２５】
ステップＳ３０は、乾燥体を粉砕することによってＳｉＣ粉体を作製する工程である。乾燥体の粉砕工程は、特に限定されるものではない。
【００２６】
ステップＳ４０は、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いてＳｉＣ粉体を篩い分けすることによってＳｉＣ顆粒を得る工程である。篩い分けは、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠したナイロンを用いて行われる。
【００２７】
ここで、篩い分け後のＳｉＣ顆粒の平均粒度は、５０μｍ以上９０μｍ以下であることが好ましい。篩い分け後のＳｉＣ顆粒の粒度分布（Ｄ９０／Ｄ１０）は、６〜１２であることが好ましい。粒度分布（Ｄ９０／Ｄ１０）とは、その粉体の粒度分布より算出される９０％累積径（Ｄ90）と１０［％］累積径（Ｄ10）との比である。
【００２８】
ステップＳ５０は、ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結する工程である。具体的には、ステップＳ４０で得られたＳｉＣ顆粒を金型に入れて、１軸プレスによってＳｉＣ顆粒をプレスした後に、冷間等方圧加工法（ＣＩＰ；Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）によってＳｉＣ顆粒に加圧することによって、炭化ケイ素の成形体を得る。１軸プレスによって印加する圧力は、例えば、４０ＭＰａである。冷間等方圧加工法で印加する圧力は、例えば、１５０ＭＰａである。続いて、成形体を黒鉛坩堝に入れて、成形体を焼結する。
【００２９】
（作用及び効果）
第１実施形態では、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いてＳｉＣ粉体を篩い分けすることによって、敢えて、ＳｉＣ顆粒の粒径にバラツキを持たせることによって、ＳｉＣ顆粒を常圧で焼結した場合に、大きな粒径を有するＳｉＣ顆粒の間に小さい粒径を有するＳｉＣ顆粒が入り込む。これによって、常圧焼結法を用いながらも、気孔が少ない炭化ケイ素焼結体を得ることができ、炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性が向上する。
【００３０】
［評価結果］
以下において、評価結果について説明する。評価結果では、比較例１，２、実施例１−３に係るサンプルを準備して、製品性能、気孔率、嵩密度及びプラズマ耐性を測定した。
【００３１】
比較例１，２、実施例１−３では、以下の条件でスラリーを作製した。具体的には、１００ｇの炭化ケイ素、０．８ｇのボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）、２ｇのカーボンブラック（Ｃ）及び１００ｇのクリーソルブを、ボールミルを用いて１６時間に亘って混合・分散した。
【００３２】
その後、比較例１では、ＳｉＣの造粒において、スプレードライ法を用いてスラリーを乾燥した。一方で、実施例１−３、比較例２では、１１５℃の温度条件でホットプレートを用いてスラリーを乾燥した後に、乾燥によって得られた乾燥体を粉砕した。
【００３３】
その後、比較例１，２、実施例１−３では、図２に示すメッシュサイズの篩を用いて、造粒後のＳｉＣ粉体を篩い分けすることによって、ＳｉＣ顆粒を得た。
【００３４】
比較例１，２、実施例１−３において、篩い分け後のＳｉＣ顆粒の平均粒度及び粒度分布（Ｄ９０／Ｄ１０）は、図２に示す通りであった。
【００３５】
その後、比較例１，２、実施例１−３では、ＳｉＣ顆粒を金型に入れて、４０ＭＰａの圧力で１軸プレスによってＳｉＣ顆粒をプレスした後に、１５０ＭＰａの圧力でＣＩＰ処理によってＳｉＣ顆粒に加圧した。続いて、成形体を黒鉛坩堝に入れて、成形体を焼結した。焼結条件は、以下に示す通りである。
【００３６】
室温〜１２００℃…昇温条件＝２００℃／ｈｒ、雰囲気…真空
１２００℃〜２１００℃：…昇温条件＝１００℃／ｈｒ、雰囲気…Ａｒ×２ｍｌ／ｍｉｎ
２１００℃：…雰囲気…Ａｒ×２ｍｌ／ｍｉｎ
２１００℃〜室温：降温条件…自然降温、雰囲気…Ａｒ×２ｍｌ／ｍｉｎ
各サンプルについて、アルキメデス法を用いて、密度及び気孔率を測定した。また、プラズマ発生器を用いて５時間に亘ってプラズマを照射して、プラズマ耐性を測定した。各特性の評価結果は、図２に示す通りである。
【００３７】
かさ密度：アルキメデス法
プラズマ耐性：電子技研製プラズマ発生器
出力500W、圧力50Pa、CF4/O2=100/100sccm、5hr後の損耗量
図２に示すように、比較例１，２と比べて、実施例１−３は、プラズマ耐性で良好な結果が得られることが確認された。すなわち、乾燥工程（Ｓ２０）及び粉体作製工程（Ｓ３０）を通じてＳｉＣ粉体を作製するとともに、１００μｍ以上３００μｍ以下の粗さを有する篩を用いてＳｉＣ粉体を篩い分けすることによって、常圧焼結法を用いながらも、気孔が少ない炭化ケイ素焼結体を得ることができ、炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性を向上することができることが確認された。
【００３８】
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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