(57)【要約】【課題】広い温度範囲で小さな線熱膨張を示す金属−セラミックス複合材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】金属−セラミックス複合材料は、アルミニウムやマグネシウム合金等の軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとが複合されてなり、その線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δが１×１０−４以内となる少なくとも温度幅２０度以上の温度領域が−３０℃以上９０℃以下の温度範囲内にある。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料であって、
線熱膨張の変化量が１×１０−４以内となる少なくとも温度幅２０度以上の温度領域が、−３０℃以上９０℃以下の温度範囲内にあることを特徴とする金属−セラミックス複合材料。
【請求項２】
線熱膨張の変化量が５×１０−５以内となる少なくとも温度幅１０度以上の温度領域が、−２０℃以上７０℃以下の温度範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の金属−セラミックス複合材料。
【請求項３】
軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料であって、
０℃〜４０℃の温度範囲内の温度幅２０度以上の領域における線膨張係数の絶対値が、常に、１．５×１０−６／℃以下であることを特徴とする金属−セラミックス複合材料。
【請求項４】
前記温度幅２０度以上の領域において、前記侵入型窒化マンガンの線膨張係数は負の値を有することを特徴とする請求項３に記載の金属−セラミックス複合材料。
【請求項５】
前記温度領域内において、前記侵入型窒化マンガンの線膨張係数は負の値を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属−セラミックス複合材料。
【請求項６】
前記基材は、金属アルミニウム、アルミニウム合金、金属マグネシウム、マグネシウム合金のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の金属−セラミックス複合材料。
【請求項７】
軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料の製造方法であって、
前記侵入型窒化マンガンを含む充填体または成形体に、溶融させた軽金属または軽金属合金を加圧浸透させ、その際の処理温度を６００℃〜１０００℃とすることを特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属−セラミックス複合材料におよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の分野では、近時、デザインルールの微細化が急速に進行し、微小寸法の管理が極めて重要になってきている。そのため、半導体製造装置の構成部材、特にシリコンウエハを保持したり搬送したりする部材には、使用環境において熱膨張による形状変化が起こり難い材料、究極的にはゼロ膨張材料が求められている。
【０００３】
一般的に、低熱膨張材料とは線膨張係数の絶対値が小さい材料を指すことは周知の通りである。このような低熱膨張材料としては、３２Ｎｉ−５Ｃｏ−Ｆｅ合金（所謂、スーパーインバー）が知られており、この合金に鋳造性を付与する目的で、Ｃ，Ｓｉを２％程度添加した材料が知られている。しかし、このような合金材料は比重が８程度あるために自重によって撓みやすく、微少寸法管理を重視するとその観点から、使用し難い材料である。また、このような高比重の材料を用いることによって、これを保持する等の関連部材に大きな機械的強度が要求されることになる等の問題が生じる。
【０００４】
そこで、このような合金材料に代わる材料として、金属マトリックスとセラミックス強化相とからなる複合材料が注目されている。この複合材料は、強化相が有する剛性や耐摩耗性と、金属マトリックスが有する延性や靭性とを併せ持っており、種々の精密機械部品に用いられるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、従来の金属−セラミックス複合材料の−５０℃〜１００℃程度の温度範囲における線膨張係数の値は４×１０−６／℃程度以上あり、その絶対値は十分に小さいものではない。そのため、微少寸法管理の観点から許容される線熱膨張を示す温度範囲が狭いという問題がある。また、線熱膨張の小さい温度範囲は必ずしも使用環境の温度範囲と一致するとは限らず、材料選択の幅が狭いという問題もある。
【特許文献１】特開平１０−８１６４号公報（段落［００２１］、［００２２］、［００３７］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、広い温度範囲で小さな線熱膨張を示す金属−セラミックス複合材料およびそ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】
【０００７】
上記課題を解決するために、発明者らは、線膨張係数の絶対値が小さいが故に線熱膨張が小さく抑えられた金属−セラミックス複合材料について検討するとともに、線熱膨張が小さく抑えられた材料は必ずしも線膨張係数が温度変化せずに一定の小さな値を示す材料に限定されないことに着目した。すなわち、線膨張係数が正の値から負の値へ、またはその逆に負の値から正の値へと変化させることによって、広い温度範囲において線熱膨張を一定の範囲に収めることができることに着目し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料であって、線熱膨張の変化量が１×１０−４以内となる少なくとも温度幅２０度以上の温度領域が、−３０℃以上９０℃以下の温度範囲内にあることを特徴とする金属−セラミックス複合材料が提供される。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料であって、０℃〜４０℃の温度範囲内の温度幅２０度以上の領域における線膨張係数の絶対値が、常に、１．５×１０−６／℃以下であることを特徴とする金属−セラミックス複合材料が提供される。
【００１０】
本発明の第３の観点によれば、このような金属−セラミックス複合材料の製造方法、すなわち、軽金属または軽金属合金と侵入型窒化マンガンとを複合させてなる金属−セラミックス複合材料の製造方法であって、前記侵入型窒化マンガンを含む充填体または成形体に、溶融させた軽金属または軽金属合金を加圧浸透させ、その際の処理温度を６００℃〜１０００℃とすることを特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法が提供される。
【００１１】
なお、国際公開公報ＷＯ２００６／０１１５９０に、侵入型窒化マンガンは組成に応じて所定の温度域において負の線膨張係数を有することが示されており、また、このような侵入型窒化マンガンを用いることで熱膨張を抑制した材料を作製することが可能である旨が示唆されている。
【００１２】
しかしながら、当該公報には、実際に熱膨張を抑制した複合材料についての実施例は何ら記載されていない。また、侵入型窒化マンガンは線熱膨張の変化が大きいために、例えば、室温近傍において線熱膨張を許容される範囲に収めることは決して容易なことではない。さらに、実際に熱膨張が一定の温度範囲で小さく抑制された複合材料を得るためには、複合材料の構造均一性や、製造過程における材料特性の維持等、種々の問題がある。本発明は、このような先行技術では解決されていない課題を解決するものでもある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る金属−セラミックス複合材料は、所望の温度領域、特に室温近傍における線熱膨張が小さく抑えられているので、そのような温度環境下で用いられる寸法精度に極めて厳重な管理が必要とされる部品として優れた特性を示す。また、侵入型窒化マンガンの構成元素と組成比、侵入型窒化マンガンと金属マトリックスとの比率を調節することによって線熱膨張の小さい温度域を調整することができるので、種々の用途に対応することができる。このような金属−セラミックス複合材料を製造装置の部品、特に使用時において厳しい寸法管理が要求される部品に用いることにより、製造される製品の品質、歩留まりを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る金属−セラミックス複合材料（以下「複合材料」という）は、基材としての軽金属または軽金属合金（以下「軽金属等」という）と、強化材および熱膨張制御材としてのセラミックスたる侵入型窒化マンガンから構成され、その線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δが１×１０−４以内（δ≦１×１０−４）となる少なくとも温度幅２０度以上の温度領域が、−３０℃以上９０℃以下の温度範囲内にあるという特性を有している。
【００１５】
なお、「Ｌ」は基準温度における複合材料の長さであり、基準温度は、例えば、室温や複合材料の使用環境温度等とすることができる。「ΔＬ」は複合材料の所定温度における長さと基準温度における長さの差（長さの変化量）である。線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δとは、ある温度領域における線熱膨張ΔＬ／Ｌの最大値と最小値との差であり、必ずしもその温度領域の最低温度における線熱膨張ΔＬ／Ｌと最高温度における線熱膨張ΔＬ／Ｌの差ではない。また、δは常にゼロ以上の値として定義されるものである。線熱膨張ΔＬ／Ｌの温度微分（傾き）すなわちｄ（ΔＬ／Ｌ）／ｄＴが線膨張係数と定義され、通常αと表記される。
【００１６】
この複合材料は、より好ましくは、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δが５×１０−５以内（δ≦１×１０−５）となる少なくとも温度幅１０度以上の温度領域が、−２０℃以上７０℃以下の温度範囲内にあるという特性を有している。例えば、このような温度範囲を使用環境として線熱膨張ΔＬ／Ｌが小さく抑えられた複合材料を製造装置部材として用いると、寸法精度を極めて厳しく管理することができるため、製品の品質を高め、維持することができる。
【００１７】
軽金属等としては、金属アルミニウム、アルミニウム合金、金属マグネシウム、マグネシウム合金が好適に用いられる。これらの軽金属等の線膨張係数αは、種々の製造装置の一般的な使用環境、具体的には、−１００℃以上において常に正の値を示す。
【００１８】
そのため、複合材料の線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δが、所定の温度領域において上述した特性の通りの所定の範囲に収まるように、侵入型窒化マンガンとしては、その温度領域において、温度上昇にしたがって線熱膨張ΔＬ／Ｌが小さくなるという特性を示すもの、つまり線膨張係数αの値が負となる領域を有するものが好適に用いられる。
【００１９】
侵入型窒化マンガンは、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物と呼ばれているものと同じであり、立方晶系または立方晶系がわずかに歪んだもの（例えば、六方晶系，単斜晶系，斜方晶系，正方晶系，三方晶系等）のいずれであってもよいが、立方晶系であることが好ましい。
【００２０】
侵入型窒化マンガンの負熱膨張性は、マンガン窒化物のもつ磁気体積効果に由来する。磁気体積効果とは、磁気モーメントの変化に伴って体積が変化する現象をいい、侵入型窒化マンガンでは、低温磁気秩序相で磁気モーメントが大きくなり、それに伴って温度が低下すると体積が増大する。この磁性に由来する効果が通常の正の熱膨張に打ち勝つことで、侵入型窒化マンガンの正味の負熱膨張が実現される。したがって、侵入型窒化マンガンを複合材料における熱膨張制御に用いる場合、線膨張係数αを小さく抑えることができる温度範囲は、侵入型窒化マンガンの磁気転移温度程度およびそれより低い温度となる。
【００２１】
侵入型窒化マンガンの一般化学式は“Ｍｎ４−ｘＡｘＮ”で表される。元素Ａは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，ＣｄおよびＩｎの中から選ばれる１種の元素であり、０＜ｘ＜４（但し、ｘは整数ではない）である。または、元素Ａは、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｃおよび周期表第４〜６周期の４〜１５族の原子のいずれか２種以上の元素であって、少なくとも１種はＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，ＣｄおよびＩｎのいずれかであり、かつ、０＜ｘ＜４である。さらに、窒素Ｎの一部は、水素Ｈ，ホウ素Ｂ，炭素Ｃ，酸素Ｏのいずれかで置換されていてもよく、好ましくはホウ素Ｂ，炭素Ｃであり、より好ましくは炭素Ｃである。
【００２２】
なお、侵入型窒化マンガンの一般化学式“Ｍｎ４−ｘＡｘＮ”は、原子の欠陥や過剰がないことを前提とした式であるが、侵入型窒化マンガンは、結晶格子において通常生じうる欠陥や過剰があっても、上述の通り、負の線膨張係数αを示す温度範囲がある限りにおいて、何ら支障なく、複合材料に用いることができる。
【００２３】
侵入型窒化マンガンの具体的な組成としては、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎ，Ｍｎ３．１Ｃｕ０．４Ｓｎ０．５Ｎ，Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎ０．９Ｃ０．１，Ｍｎ３．１Ｃｕ０．４Ｓｎ０．５Ｎ０．９Ｃ０．１，Ｍｎ２．８８Ｆｅ０．１２Ｃｕ０．４Ｓｎ０．６Ｎ，Ｍｎ３Ｚｎ０．５Ｓｎ０．５Ｎ，Ｍｎ３．１Ｚｎ０．４Ｓｎ０．５Ｎ，Ｍｎ３Ｚｎ０．５Ｓｎ０．５Ｎ０．９Ｃ０．１，Ｍｎ３．１Ｚｎ０．４Ｓｎ０．５Ｎ０．９Ｃ０．１，Ｍｎ２．８８Ｆｅ０．１２Ｚｎ０．４Ｓｎ０．６Ｎ等が挙げられる。
【００２４】
図１にＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎの線熱膨張ΔＬ／Ｌと、その温度微分（傾き）に相当する線膨張係数αとの関係を示す。この線熱膨張ΔＬ／Ｌの測定は、株式会社リガク製の［ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ２  ＴＭＡ８３１０］を用いて、室温から２℃／分の昇温速度で行った。この測定に供したＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎは、３ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍの直方体形状を有している。この試料は、所定量のＭｎ３ＮとＳｎとＣｕを計量して均一混合し、１ｔ／ｃｍ２（＝９８ＭＰａ）で一軸成形後、窒素雰囲気中で加熱し、このときの加熱最高温度を９００℃として同温度で５時間保持して得られた焼結体から切り出したものである。
【００２５】
図１に示されるように、室温〜約５０℃の間では、線熱膨張ΔＬ／Ｌは温度の上昇にしたがって大きくなっている。このとき、線膨張係数αは温度上昇にしたがって小さくなっているが、この温度範囲では、線膨張係数αは正の値を示している。換言すれば、線膨張係数αは温度上昇にしたがって小さくなっているものの、その絶対値が正の値であるために、昇温にしたがって試料は伸張し、これによって線熱膨張ΔＬ／Ｌが徐々に大きくなっている。
【００２６】
しかし、試料の線熱膨張ΔＬ／Ｌは約５０℃〜９０℃の温度領域においては、温度上昇にしたがって徐々に小さくなっており、試料が温度上昇にしたがって収縮を始めていることがわかる。つまり、試料の線膨張係数αが約５０℃で０／℃となり、約７５℃で最も小さな値（＝負の値で絶対値が大きいことを指す）である約−５×１０−６／℃を示し、その後上昇して約９０℃で再び０／℃を示すというように変化し、その間の約５０℃〜約９０℃の温度領域において、線膨張係数αが常に負の値を示しているために、この温度領域において試料は昇温にしたがって収縮する。こうして、試料の線熱膨張ΔＬ／Ｌが徐々に小さくなるという負熱膨張と呼ばれる現象（つまり、線熱膨張ΔＬ／Ｌの温度に対する勾配が負となる現象）が現れる。
【００２７】
約９０℃を超えると、試料の線熱膨張ΔＬ／Ｌは上昇を始め、試料が温度上昇にしたがって伸張していることがわかる。つまり、試料の線膨張係数αが約９０℃を超えると再び正の値を示すために、温度が上昇するにつれて線熱膨張ΔＬ／Ｌが大きくなる。
【００２８】
このようにＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎは、約５０℃〜約９０℃の間で、温度上昇にしたがって収縮するという特徴的な挙動を示す。これに対して、複合材料を構成する軽金属等におけるこの温度領域での線膨張係数αは常に正の値を示す、つまり、温度上昇にしたがって膨張するという挙動を示す。
【００２９】
したがって、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎと軽金属等とからなる複合材料では、この温度領域において、温度上昇時にはＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎの体積減少と軽金属等の体積増加とを相殺させ、温度降下時にはＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎの体積増加と軽金属等の体積減少とを相殺させることができる。
【００３０】
つまり、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎと軽金属等とを所定の割合で複合させることにより、一定の温度領域において複合材料としての線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δを小さく保つことができる。また、線膨張係数αの絶対値を、所定の温度範囲において、極めて小さい値に保つことも可能となり、後述する実施例３に示すように、０℃〜４０℃の温度範囲内の温度幅２０度以上の領域における線膨張係数αの絶対値が常に１．５×１０−６／℃以下となる複合材料を得ることができる。
【００３１】
Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎは上述の通りの熱的特性を示すが、侵入型窒化マンガンの構成元素と組成比、侵入型窒化マンガンと軽金属等との比率を調節することによって、線膨張係数αが負の値を示す温度領域を低温側または高温側にシフトさせることができ、また、その温度領域の幅を狭めたり拡げたりすることができ、さらに線膨張係数αの絶対値を変化させることができる。
【００３２】
したがって、軽金属等の熱膨張特性に侵入型窒化マンガンの負膨張性を適合させたり、これらの複合比率を調節したりすることにより、用途および使用条件に適した複合材料、すなわち、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δを小さく抑えながら、そのような特性が得られる温度領域を所望の温度に調整した複合材料を得ることができる。
【００３３】
次に、複合材料の製造方法について説明する。複合材料の製造には、侵入型窒化マンガン粉末の充填体または成形体に軽金属等を溶融させて浸透させる方法が好適に用いられるが、侵入型窒化マンガンは高温で容易に変質・酸化・分解されやすいため、溶融金属の浸透過程において、充填体または成形体に、このような変質等が起こらないようにすることが重要となる。なお、充填体とは容器に充填された状態にあるものをいう。単に「成形体」というときには、プレス成形法の他、セラミックス粉末の成形方法として一般的に用いられている方法により作製される成形体、その成形体の仮焼体および焼結体を含む。
【００３４】
そこで、複合材料の製造では、最初に、侵入型窒化マンガン粉末を鉄またはカーボン等の容器に充填し、侵入型窒化マンガン粉末に圧力を加えるか、または容器に振動を加えることによって、侵入型窒化マンガン粉末の充填体を作製する。または、侵入型窒化マンガン粉末に無機バインダあるいは有機バインダを添加してプレス成形する方法や、侵入型窒化マンガン粉末と溶媒と無機バインダとを混合し、フィルタープレス等の方法によって、侵入型窒化マンガン粉末のプレス成形体を作製することができる。
【００３５】
その他、侵入型窒化マンガンの合成と仮焼結とを連続して行うことによって、その仮焼体を作製することができる。例えば、侵入型窒化マンガンがＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎである場合、Ｍｎ３ＮとＳｎとＣｕを所定量、計量して均一混合し、その粉末を一軸成形し、得られたプレス成形体を窒素雰囲気中にて所定温度に加熱することにより、合成反応を進行させるとともに焼結を一部進行させることで、仮焼体を得ることができる。
【００３６】
また、所定量のＭｎ３ＮとＳｎを計量，混合した後、窒素雰囲気中で加熱することによってＭｎ３ＳｎＮを合成し、一方で所定量のＭｎ３ＮとＣｕを計量，混合した後、窒素雰囲気中で加熱することによってＭｎ３ＣｕＮを合成し、こうして得られた２種類の合成粉末を所定量計量し、混合した粉末を一軸成形し、得られたプレス成形体を窒素雰囲気中で所定温度に加熱することにより、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎを合成するとともに焼結を一部進行させることで、仮焼体または焼結体を得るという方法を用いることもできる。
【００３７】
このようにして作製した充填体または成形体に、軽金属等を加圧浸透させることにより、両者を複合化させる。すなわち、充填体または成形体を５００℃〜１０００℃に予熱（加熱）し、これを鋳造用金型内にセットする。一方、軽金属等をその融点以上の温度で溶融し、その溶融金属を先の鋳造用金型に注入して所定の圧力を加えることにより、溶融金属を充填体または成形体内に浸透させることができる。この場合の溶湯温度は６００〜１０００℃であることが好ましい。６００℃未満では浸透不良が生じ易く、１０００℃以上では溶湯が酸化され酸化物が混入しやすく、酸化物の影響で線膨張係数αが大きくなるため好ましくない。また、軽金属等がマグネシウムあるいはマグネシウム合金である場合には、発火を防止するため、ＣＯ２，窒素ガス，アルゴンガス，アルゴンガスと窒素ガスの混合ガス、減圧（１気圧以下）窒素ガス等のガスを、溶解炉および鋳造用金型内に導入することが好ましい。
【００３８】
このような浸透処理が終了したら、鋳造用金型から固形物を取り出す。この固形物の周囲には軽金属等のみからなる層が形成されているために、この部分を機械加工により除去し、こうして複合材料を得ることができる。
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
所定量のＭｎ３ＮとＳｎとＣｕを計量してこれらを均一混合し、１ｔ／ｃｍ２（＝９８ＭＰａ）で一軸成形後、窒素雰囲気中で加熱した。このときの加熱最高温度を８００℃とし、同温度で５時間保持した後、室温へ冷却した。こうして得られた仮焼体を解砕し、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎ粉末を得た。
【００４０】
得られたＭｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎ粉末に、その１００重量部に対して、５重量部のコロイダルシリカと、バインダとしての５重量部のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を添加して均一に混合し、プレス成形法により、１５０ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍのプレス成形体を作製した。この成形体のセラミックス含有率は４０体積％であった。
【００４１】
電気炉を用いてこの成形体を４００℃で予熱してアルミニウム鋳造用金型内にセットした。アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＣ８Ａ）を７５０℃に加熱して溶融させ、この溶融合金を先の鋳造用金型に注入し、６０ＭＰａで１０分間加圧し、溶融合金を成形体に浸透させた。鋳造用金型の温度を室温まで下げた後に、鋳造用金型内の固形物を取り出し、さらにその固形物の表面の合金層を除去して、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎとアルミニウム合金とからなる複合材料を得た。
【００４２】
この複合材料から４ｍｍ×４ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出し、熱膨張計（アルバック理工製：ＬＩＸ−Ｉ）で、２０℃〜３００℃の線熱膨張ΔＬ／Ｌを、昇温速度２℃／分で測定した。
【００４３】
その結果を図２に示す。ここでは線熱膨張ΔＬ／Ｌの基準温度を２７℃としている。この実施例１では、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δは、約２５℃〜５７℃の温度範囲内で常にδ≦１×１０−４となっている。約２５℃〜５２℃の温度範囲内における温度幅１０度の温度領域で常にδ≦５×１０−５となっており、δ≦５×１０−５となる最も広い温度領域は、約２５℃〜４２℃，約３６℃〜５３℃であった。なお、３５℃〜４５℃の範囲における線膨張係数αは、−７．４×１０−６／℃の値を示した。
【００４４】
［実施例２］
Ｍｎ３ＮとＳｎとＣｕの加熱温度を９００℃とし、成形体のセラミックス含有率を６４体積％に変えたこと以外は、上述した実施例１に係る複合材料の製造方法および評価方法にしたがって複合材料を作製し、その特性を評価した。窒化マンガンの組成は実施例１と同様、Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎとした。その結果を図３に示す。ここでは線熱膨張ΔＬ／Ｌの基準温度を６５℃としている。
【００４５】
この実施例２では、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δは、約４５℃〜８０℃の温度範囲内における温度幅２０度の温度領域で常にδ≦１×１０−４となっており、δ≦１×１０−４となる最も広い温度領域は約５３℃〜７７℃となった。約５２℃〜７８℃の温度範囲内における温度幅１０度の温度領域で常にδ≦５×１０−５となっており、δ≦５×１０−５となる最も広い温度領域は約５８℃〜７２℃となった。なお、６５℃〜８０℃における線膨張係数αは、３．５×１０−６／℃であった。
【００４６】
［実施例３］
窒化マンガンの組成をＭｎ３．２２６Ｓｎ０．３８７Ｃｕ０．３８７Ｎ、とし、加熱温度を９００℃とし、成形体のセラミックス含有率を５１体積％に変えたこと以外は、上述した実施例１に係る複合材料の製造方法および評価方法にしたがって、複合材料を作製し、その特性を評価した。その結果を図４に示す。ここでは線熱膨張ΔＬ／Ｌの基準温度を２３℃としている。
【００４７】
この実施例３では、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δは、約−２２℃〜４０℃の温度範囲内における温度幅２０度の温度領域で常にδ≦１×１０−４となっており、δ≦１×１０−４となる最も広い温度領域は約−１５℃〜３３℃となった。約−１５℃〜３３℃の温度範囲内における温度幅１０度の温度領域で常にδ≦５×１０−５となっており、δ≦５×１０−５となる最も広い温度領域は約−１０℃〜３１℃となった。さらに、実施例３は、約−８℃〜２８℃の温度領域において、δ≦２×１０−５となるという特性を示している。このように、実施例３は、線熱膨張ΔＬ／Ｌの小さい温度範囲が極めて広いという優れた特性を示した。
【００４８】
また、実施例３の０℃〜２０℃における線膨張係数αは、−１．４×１０−６／℃であり、広い温度範囲でその絶対値が極めて小さく、優れた低熱膨張性を示すことが確認された。
【００４９】
［実施例４］
窒化マンガンの組成をＭｎ３．２０９Ｓｎ０．３９６Ｃｕ０．３９６Ｎ、とし、加熱温度を９００℃とし、成形体のセラミックス含有率を５４体積％に変えたこと以外は、上述した実施例１に係る複合材料の製造方法および評価方法にしたがって、複合材料を作製し、その特性を評価した。その結果を図５に示す。ここでは線熱膨張ΔＬ／Ｌの基準温度を２３℃としている。
【００５０】
この実施例４では、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δは、約−１４℃〜４８℃の温度範囲内における温度幅２０度の温度領域で常にδ≦１×１０−４となっており、δ≦１×１０−４となる最も広い温度領域は約−１０℃〜４６℃となった。約−８℃〜４４℃の温度範囲内における温度幅１０度の温度領域で常にδ≦５×１０−５となっており、δ≦５×１０−５となる最も広い温度領域は約−５℃〜４３℃となり、この実施例４も幅広い温度範囲で線熱膨張ΔＬ／Ｌが小さい値を示した。なお、この実施例４の１０℃〜３０℃の範囲における線膨張係数αは、−２．５×１０−６／℃の値を示した。
【００５１】
［実施例５］
窒化マンガンの組成をＭｎ３．１９１Ｓｎ０．４０４Ｃｕ０．４０４Ｎ、とし、加熱温度を９００℃とし、成形体のセラミックス含有率を５９体積％に変えたこと以外は、上述した実施例１に係る複合材料の製造方法および評価方法にしたがって、複合材料を作製し、その特性を評価した。その結果を図６に示す。ここでは線熱膨張ΔＬ／Ｌの基準温度を２３℃としている。
【００５２】
この実施例５では、線熱膨張ΔＬ／Ｌの変化量δは、約−１２℃〜５５℃の温度範囲内における温度幅２０度の温度領域で常にδ≦１×１０−４となっており、δ≦１×１０−４となる最も広い温度領域は約−１０℃〜５３℃となった。約−８℃〜５４℃の温度範囲内における温度幅１０度の温度領域で常にδ≦５×１０−５となっており、δ≦５×１０−５となる最も広い温度領域は約−５〜３０℃となり、幅広い温度範囲で線熱膨張ΔＬ／Ｌが小さい値を示した。なお、１５℃〜３５℃の範囲における線膨張係数αは、−３．８×１０−６／℃の値を示した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】Ｍｎ３Ｃｕ０．５Ｓｎ０．５Ｎの線熱膨張ΔＬ／Ｌおよび線膨張係数αを示すグラフ。
【図２】実施例１の線熱膨張ΔＬ／Ｌと線膨張係数αを示すグラフ。
【図３】実施例２の線熱膨張ΔＬ／Ｌと線膨張係数αを示すグラフ。
【図４】実施例３の線熱膨張ΔＬ／Ｌと線膨張係数αを示すグラフ。
【図５】実施例４の線熱膨張ΔＬ／Ｌと線膨張係数αを示すグラフ。
【図６】実施例５の線熱膨張ΔＬ／Ｌと線膨張係数αを示すグラフ。
【図１】
2008223077.tif 000002
【図２】
2008223077.tif 000003
【図３】
2008223077.tif 000004
【図４】
2008223077.tif 000005
【図５】
2008223077.tif 000006
【図６】
2008223077.tif 000007