(57)【要約】【課題】強度、靭性等の機械的特性や耐久性の改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合部品を低い製造コストで提供すること。【解決手段】最終寸法より大きく成形された炭化ケイ素とカーボンからなる成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により削除して最終寸法の部品とする工程とを有する。得られるシリコン／炭化ケイ素複合部品は、焼結収縮がないから最終製品に近い寸法に生加工することができるため、生産性が改善される。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素とカーボンからなる圧粉体を成形する工程と、
前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、
溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により削除して最終寸法の部品とする工程と
を有することを特徴とするシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項２】
炭化ケイ素とカーボンからなる最終寸法より大きい予備成形体を成形する工程と、
前記予備成形体の一部を機械加工または手加工により部品形状に、生加工して予備成形体の寸法よりは小さく最終寸法よりは大きい寸法の成形体を形成する工程と、
前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、
溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により最終寸法の部品とする工程と
を有することを特徴とするシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項３】
炭化ケイ素とカーボンからなる最終寸法より大きい成形体をスリップキャスティングにより成形する工程と、
前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、
溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により最終寸法の部品とする工程と
を有することを特徴とするシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項４】
機械加工による取りしろが、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項５】
成形体の寸法は、最終寸法より１０％以下の範囲で大きく製造されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項６】
成形体の寸法は、１０ｃｍを超える場合、最終寸法より８％以下の範囲で大きく製造されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項７】
成形体の寸法は、成形体の寸法が２０ｃｍを超える場合、最終寸法より５％以下の範囲で大きく製造されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項８】
炭化ケイ素とカーボンからなる成形体は、有機バインダを含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項９】
炭化ケイ素の平均粒径が０．１μｍから１０μｍであり、カーボン粉末の平均粒径が０．００５μｍから１μｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項１０】
炭化ケイ素とカーボンの混合比率が、重量比で１０：１〜１０であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項１１】
成形体の成形が、前記混合粉末を０．５ＭＰａから２ＭＰの加圧下で加圧成形により行われることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項１２】
成形体の成形が、前記混合粉末を分散媒に分散させたスラリーを圧力鋳込成形機を用いて０．５ＭＰａから１０ＭＰａの加圧下に行われることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【請求項１３】
成形体へのシリコンの含浸が、１４００℃以上で、減圧下又は不活性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度、靭性などの機械的特性が改善された、高い信頼性と耐久性を有し、複雑な形状や大型の部品に適したシリコン／炭化ケイ素複合部品に係り、特に、半導体製造治具、半導体関連部品、鏡面部材、ポンプ部材、メカニカルシール部材、各種摺動部材、ガスタービン用高温構造部材、宇宙及び航空用構造部材、ブレーキ用部材、装飾品等の、単純な構造は勿論、複雑な形状や大型のものまで、安価に製造し得るシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化ケイ素系セラミックスは、軽量で、耐熱性、耐磨耗性、耐食性などに優れていることから、近年、研削材、砥石をはじめ、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材などの用途に用いられている。最近では、大型半導体製造治具、半導体関連部材、鏡面部材、ポンプ部材、メカニカルシール部材、各種摺動部材、ガスタービン高温構造部材、宇宙及び航空用構造部材、ブレーキ用部材、装飾品等への適用研究開発が進められている。
【０００３】
これらの炭化ケイ素系セラミックスは、主に粉末の圧粉体を用いた焼結技術により製造されている。
【０００４】
ところで、従来の焼結法で製造される炭化ケイ素系セラミックスは、焼結時に焼結収縮により、圧粉体の形状から焼結体になるまで２０％を越える寸法収縮を伴うという問題がある。
【０００５】
寸法収縮の問題を回避するため、炭化ケイ素系セラミックス部品を製造する場合には、最終製品寸法よりも２０％以上も大きい形状に成形し焼結後に所定の寸法に機械加工されるが、焼結時の収縮率は形状によっても変わり、生加工の段階では、焼結後の寸法が所望の最終寸法よりも大きくなるように成形されるため、焼結後の機械加工に長時間を要するという問題があった。
【０００６】
また、複雑な形状をもつものでは、複雑形状に生加工すると、焼結収縮時に各部で収縮量が異なって複雑形状部に応力がかかり、変形や割れが発生するという問題がある。このため、焼結後、機械加工により複雑形状に仕上げる必要があるが、炭化ケイ素系セラミックスはセラミックスの中でも最も硬くて脆いため、加工性が低く、複雑な形状の製品や大型の製品、特に複雑で大型の部品をつくることは非常に困難である。
【０００７】
このため、炭化ケイ素系セラミックスは、軽量で、耐熱性、耐磨耗性、耐食性に優れているにもかかわらず、製品への実用化が十分に行われていないのが実情である。
【０００８】
なお、シリコン／炭化ケイ素も知られているが、強度、靭性等の特性が粉末焼結技術による炭化ケイ素系セラミックスよりも低いこともあって構造部品材料への適用については十分な検討はなされていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、炭化ケイ素系セラミックスは、軽量で、耐熱性、耐磨耗性、耐食性などに優れていることから、多くの用途に用いられているが、焼結収縮が大きく、焼結後の寸法が所望の最終寸法よりも大きくなるように成形されるため焼結後の機械加工に長時間を要するという問題があった。
【００１０】
また、複雑な形状をもつものでは焼結時の変形や割れを避けるため、焼結後に機械加工により最終の複雑形状に仕上げられるが、炭化ケイ素系セラミックスは硬くて脆いため、加工が非常に難しいという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる従来の課題を解決すべくなされたもので、強度、靭性等の機械的特性や耐久性の改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合部品を、複雑な形状や大型の部品まで安価に提供できるシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
シリコン／炭化ケイ素複合部品の部品製造方法は、請求項１の炭化ケイ素とカーボンからなる圧粉体を成形する工程と、前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により削除して最終寸法の部品とする工程とを特徴としている。
【００１３】
なお、本明細書において「シリコン／炭化ケイ素複合部品」というときの「部品」には、複数集まって全体を構成する普通の意味での「部品」の他、装置等に付属的に用いられる治具、部材あるいは装飾品等も含まれる。
【００１４】
本発明が適用される典型的な「部品」の形態としては、例えば、鏡面部品としての直径３００ｍｍ×厚さ１０ｍｍの円板状部品、半導体用製造治具としての外径３５０ｍｍ×内径３００ｍｍ×厚さ２ｍｍの環状材、摺動部品としての外径１００ｍｍ×内径８０ｍｍ×高さ６０ｍｍの管状材、直径６０ｍｍ×高さ６０ｍｍの柱状材、外径２００ｍｍ×内径１６０ｍｍ×高さ２０ｍｍの環状材等が例示される。
【００１５】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、成形体（ここでは、炭化ケイ素とカーボンからなる圧粉体を示す）に、溶融シリコンを含浸することにより作製される。あらかじめ部品に近いかたちにの成形体をつくり（成形体を生加工により部品形状にもっていってもよい）、溶融シリコン含浸によりそのままの形状でシリコン／炭化ケイ素複合材料となり、部品の寸法精度に合わせて加工することにより、部品が得られる。一般の炭化ケイ素系セラミックスと異なり、成形体からの焼結収縮等はほとんどないため（１％以下）、成形体の段階で最終寸法に近い形にもっていくことができ、シリコン／炭化ケイ素材料での加工分を低減できるからである。これにより、複雑な大型部品まで、歩留まりよく、短時間で製造できる。
【００１６】
請求項２のシリコン／炭化ケイ素複合部品の部品製造方法は、炭化ケイ素とカーボンからなる最終寸法より大きい予備成形体を成形する工程と、前記予備成形体の一部を機械加工または手加工により部品形状に、生加工して予備成形体の寸法よりは小さく最終寸法よりは大きい寸法の成形体を形成する工程と、前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により最終寸法の部品とする工程とを有することを特徴としている。比較的単純な形状では、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体を、金型プレス、ラバープレス、冷間等方圧プレス等で成形し（上記の予備成形体）、この状態は粉末の圧粉体なので、容易に加工できる。しかし、成形体は強度が低いため、機械加工時のつかみ等十分に注意を要するが、比較的単純な加工であれば、機械加工及び手加工ともに容易に加工が可能である。ここで、あらかじめ部品の最終寸法に近くまでもっていき、溶融シリコンを含浸し、シリコン／炭化ケイ素部品を得るため、最終加工では寸法・精度を整えるとし、加工量を大幅に低減することが可能である。
【００１７】
請求項３のシリコン／炭化ケイ素複合部品の部品製造方法は、炭化ケイ素とカーボンからなる最終寸法より大きい成形体をスリップキャスティングにより成形する工程と、前記成形体に溶融シリコンを含浸させる工程と、溶融シリコンの含浸された前記成形体の表面層を機械加工により最終寸法の部品とする工程とを有することを特徴としている。
【００１８】
特に、複雑形状で薄肉な部品等、スリップキャスティングが好ましい部品形状のとき、成形体を上記の方法で製作し、これに溶融シリコンを含浸する。これにより、複雑形状で薄肉な部品を、最終加工を大幅に低減して容易に歩留まりよく製造可能である。
【００１９】
請求項４では、機械加工による取りしろが、１００μｍ以上であることを特徴としている。シリコン／炭化ケイ素複合材料は、焼結によりほとんど寸法変化は見えられないが、溶融シリコンを含浸で、溶融シリコンの冷却時の体積膨張を考慮して、最終機械加工は少なくとも１００μｍ以上とったほうが好ましい。
【００２０】
請求項５のシリコン／炭化ケイ素複合部品の製造方法は、成形体の寸法は、最終寸法より１０％以下の範囲で大きく製造されることを特徴としている。粉末焼結による炭化ケイ素系セラミックスは、焼結収縮分と最終仕上げ加工分大きくしなくてはならないため、２０％以上大きく製造されることになる。これに対して、シリコン／炭化ケイ素複合材料は、最終仕上げ加工分のみ大きく製造すればよく、多種な部品を想定しても、最終寸法より１０％以下の範囲で大きく製造されることとする。請求項６では、成形体の寸法は、１０ｃｍを超える場合、最終寸法より８％以下の範囲で大きく製造されることを特徴としている。請求項７では、成形体の寸法は、成形体の寸法が２０ｃｍを超える場合、最終寸法より５％以下の範囲で大きく製造されることを特徴としている。
【００２１】
ここでの寸法は、部品の最大寸法を指す。例えば、φ３００ｍｍで厚み５ｍｍの場合、直径方向には最終寸法の５％以下、厚み方向では１０％以下で、炭化ケイ素とカーボンの圧粉体の成形体（溶融シリコンを含浸するまえの状態）を作製することとする。
【００２２】
本発明の出発原料に用いられる炭化ケイ素は、平均粒径０．１μｍから１５μｍ、好ましくは０．１μｍから１０μｍ、より好ましくは平均粒径０．１μｍから５μｍの範囲のものである。カーボン粉末としては、平均粒径０．０１μｍから１μｍのものが好ましい。炭化ケイ素とカーボンの配合比は、重量比で１０：１〜１０が好ましく、１０：３〜５の範囲がより好ましい。炭化ケイ素とカーボンには、必要に応じて公知の有機バインダの適当量を添加してもよい。
【００２３】
上記材料を用いることにより、強度・靭性のすぐれたシリコン／炭化ケイ素複合材料を得ることができる。
【００２４】
本発明における成形体または予備成形体の成形は、炭化ケイ素とカーボンの混合粉末をそのまま金型プレス、ラバープレス、冷間等方圧加圧等により加圧成形したり、水または有機系溶媒に分散してスラリーとし、このスラリーを圧力鋳込成形機を用いて加圧下に成形した後乾燥することにより得られる。
【００２５】
加圧成形の場合の成形圧力は、０．５ＭＰａから２ＭＰａの範囲が望ましく、圧力鋳込成形機による成形圧力は、０．５ＭＰａから１０ＭＰａの範囲が好ましい。
【００２６】
予備成形体は、乾燥された後、最終寸法より大きい寸法にまで機械加工されてシリコンを含浸させるための成形体とされる。
【００２７】
機械加工は、旋盤、フライス、ボール盤を用いて、ＮＣまたは手加工等の公知の機械加工手段が用いられる。
【００２８】
本発明においては、シリコン含浸後の最終の機械加工工程において、シリコン／炭化ケイ素複合部品の表面層が１００μｍ以上削除される。したがって、成形体の寸法は、最終寸法よりも１００μｍ以上大きい寸法とすることが望ましい。平板状の部品の場合には、最終製品寸法より１０％以下の範囲、好ましくは５％以下の範囲で成形体の寸法を大きく製造する。成形体の寸法（厚さ）が厚い場合には、上記の範囲内で厚めにし、成形体の厚さが薄い場合には上記の範囲で薄目にすることが望ましい。
【００２９】
成形体へのシリコンの含浸は、必要に応じて成形体を脱脂した後、減圧下又は不活性雰囲気下で成形体をシリコンの融点以上、例えば１４００℃以上に加熱し、この加熱した成形体に溶融したシリコンを含浸させることにより行われる。成形体の大きさにもよるが、溶融シリコンの成形体への含浸は迅速に（秒の単位）行われ、次いで溶融シリコンとカーボン粉末との反応も迅速に（分の単位）行われる。本発明におけるシリコンの含浸温度は、炭化ケイ素の焼結温度（１９００℃以上）より低いため、製作コストを安価にすることができる。なお、炭化ケイ素のみからなる成形体にシリコンを溶浸したのでは、上記のような優れた機械的特性を持つシリコン／炭化ケイ素複合材料は得られない。
【００３０】
本発明においては、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体中に溶融したシリコンを含浸させる工程で、成形体中のカーボンと含浸したシリコンが反応して、出発原料の炭化ケイ素の表面にこれとは別の平均粒径の小さい炭化ケイ素が形成される。出発原料の炭化ケイ素の粒子間に、溶融シリコンとカーボン粉末との反応により形成された炭化ケイ素とシリコン相とを存在させることによって、優れた機械的特性と、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合材料が得られる。この工程では、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体を加圧成形したのちにシリコンを溶浸するため、緻密な材料が得られ、溶浸・焼結時に材料の収縮がない。また、ネットあるいはニアネットで大型かつ複雑形状の製品を、短時間・低コストプロセスで製作することができる。
【００３１】
シリコンの含浸されたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、機械加工により表面層が削除されて最終のシリコン／炭化ケイ素複合部品が得られる。
【００３２】
本発明に係るシリコン／炭化ケイ素複合部品は、半導体製造治具、半導体関連部品、鏡面部材、ポンプ部材、メカニカルシール部材、各種摺動部材、ガスタービン用高温構造部材、宇宙及び航空用構造部材、ブレーキ用部材、装飾品等に適用することができる。
【００３３】
本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合部品は、炭化ケイ素結晶粒の隙間にシリコンがネットワーク状に連続して存在している。本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品は、炭化ケイ素結晶の隙間を、シリコンがネットワーク状に連続して存在する気孔のない緻密質の焼結体である。典型的な本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品は、曲げ強度５００ＭＰａ以上で、３ＭＰａ／ｍ１／２　以上の破壊靭性値を有し、機械的特性のバラツキが小さく、高い信頼性と耐久性を有している。
【００３４】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品は、好ましくは、シリコン／炭化ケイ素複合部品を構成する炭化ケイ素が通常２種類の結晶粒径分布を有している。より高い機械的特性をもつシリコン／炭化ケイ素複合部品を得るためには、結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が、０．１μｍから１５μｍ、好ましくは０．１μｍから１０μｍ、より好ましくは０．１μｍから５μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０１μｍから１μｍであることが望ましい。結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素結晶粒は、通常、出発原料の炭化ケイ素であり、製造過程において殆ど結晶成長が認められない。結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素、すなわち出発原料の炭化ケイ素の平均粒径が０．０５μｍ未満、通常は０．１μｍ未満であると製造プロセスにおいて結晶粒子が凝集しやすくなり、均質な組織が容易に得られにくくなる傾向が見られる。また、結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素の平均粒径が３０μｍ、通常は２０μｍを越えると、他の条件によっては１５μｍを越えると機械的特性である強度、靭性が十分に発現しない傾向が見られる。小さい方の炭化ケイ素は、一般に、製造過程において、出発原料のカーボン粉末とシリコンとが反応して形成されたものである。
【００３５】
カーボン粉末は、通常、出発原料の炭化ケイ素に付着した状態で原料混合物中に分散しているため、平均粒径の小さい方の炭化ケイ素は、平均粒径の大きい炭化ケイ素の付近から成長し、平均粒径の大きい炭化ケイ素に接触したような状態でシリコン／炭化ケイ素複合部品中に存在する。
【００３６】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品を構成する炭化ケイ素は、通常、１種類または２種類の結晶相を有している。炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有する場合には、通常、大きい方の炭化ケイ素の結晶相がα相またはβ相であり、小さい方の炭化ケイ素の結晶相がβ相である。その理由は、出発原料の炭化ケイ素はα相とβ相とのものがあるのに対して、カーボン粉末と溶融シリコンとの反応ではβ相の炭化ケイ素しか生成しないためである。本発明においては、このカーボン粉末と溶融シリコンとの反応により生成したβ相の炭化ケイ素の存在より、気孔のない均質な焼結体が得られ、機械的特性にバラツキの小さい、高い信頼性と耐久性を有する材料が得られる。
【００３７】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品においてネットワークを形成しているシリコンの含有量は、通常、５重量％から５０重量％であり、好ましくは５重量％から３０重量％である。シリコンの含有量が５０重量％を超えると十分な機械的特性が得られない傾向が見られ、逆にシリコンの含有量が５重量％未満であると、シリコンがネットワークを形成できない可能性が高くなり、製造プロセス上、均質な組織の材料が得にくくなる。なお、前述した範囲内においては、分散粒子の含有量が多いほど、機械的特性である強度および靭性が向上する傾向が見られ、より高い信頼性と耐久性を有する材料が得られる。
【００３８】
また、本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品において、ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた、シリコンと炭化ケイ素の単位重量当たりの粒界面積は、好ましくは０．１平方ｍ／ｇから１０平方ｍ／ｇであり、より好ましくは０．１平方ｍ／ｇから６平方ｍ／ｇである。上記範囲内にシリコンと炭化ケイ素の粒界面積を調整した場合、シリコンが炭化ケイ素結晶粒の隙間に満遍なく充填され、したがって、カーボン粉末と溶融シリコンの反応も均一に行われて、機械的特性にすぐれた、高い信頼性と耐久性をもつ材料が得られる。
【００３９】
さらにまた、本発明のシリコン／炭化ケイ素複合部品において、ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた平均細孔径は、好ましくは０．０３μｍから３μｍ、より好ましくは０．０３μｍから２μｍである。この平均細孔径が、３μｍを超えると、曲げ強度が５００ＭＰａを下回るものが発現するようになり、逆に、平均細孔径が０．０３μｍを下回ると、製造プロセス上、シリコンをネットワーク状に連続して存在させることが難しくなって、機械的特性のバラツキが見られるようになる。なお、このシリコンを除去して求めた平均細孔径は、シリコン／炭化ケイ素複合部品を、減圧下１６００℃で加熱して含有するシリコンを除去し、水銀圧入法を用いて細孔を円柱と仮定したときの径を求めたものである。この平均細孔径は炭化ケイ素粒子間の平均距離に相当する。このシリコンを除去して求めた平均細孔径が３μｍ以下である場合、炭化ケイ素が均質分散され、安定して高強度・高靭性を示す材料が得られる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例についてより具体的に説明する。
【００４１】
［実施例１］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．５μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）と有機バインダとを混合して造粒粉末を作製した。次に、得られた造粒粉末をプレス成形機を用いてφ５１ｍｍ×６ｍｍのサイズの成形型に充填し、５ＭＰａの圧力で加圧して円柱状の成形体を成形した。この成形体を、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、不活性ガス雰囲気中で１４００以上℃の温度で加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料の表面を表面研磨加工によりほぼ均一に削除して最終製品寸法φ５０×５ｍｍのシリコン／炭化ケイ素複合部品を作製した。
【００４２】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合部品から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。試験の結果、この部品の曲げ強度１１００ＭＰａ、比較例１に対するコストは０．７であった。なお、コストは、比較例１の製造コスト（焼結コスト）を１としたときのコストと比較した比率である。
【００４３】
［比較例１］
平均粒径０．１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と微量の焼結助剤と有機バインダとを混合して造粒粉末を作製した。次に、得られた造粒粉末をプレス成形機を用いてφ６２×７ｍｍのサイズの成形型に充填し、５ＭＰａの圧力で加圧して円柱状の成形体を成形した。この成形体を、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、不活性ガス雰囲気中において１９００℃以上の温度に加熱して焼結させた。得られた焼結体の表面を表面研磨加工により均一に削除して最終製品寸法φ５０×５ｍｍのシリコン／炭化ケイ素複合部品を作製した。
【００４４】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合部品から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。試験の結果、この部品の曲げ強度は４００ＭＰａであった。
【００４５】
［実施例２］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．０１μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）と有機バインダとを、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを外径２１０ｍｍ×高さ３１０ｍｍ×厚み７ｍｍの成形型に充填し３ＭＰａで加圧して板状の成形体を成形した。自然乾燥した後、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料の表面を表面研磨加工によりほぼ均一に削除して最終製品寸法が外径２００ｍｍ×高さ３００ｍｍ×厚み５ｍｍのシリコン／炭化ケイ素複合部品を作製した。
【００４６】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合部品から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。試験の結果、この部品の曲げ強度９００ＭＰａ、比較例２に対するコストは０．５であった。なお、コストは、比較例２の製造コスト（焼結コスト）を１としたときのコストと比較した比率である。
【００４７】
［比較例２］
平均粒径０．１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と微量の焼結助剤と有機バインダとを混合して造粒粉末を作製した。次に、得られた造粒粉末をプレス成形機を用いて、上記スラリーを外径２５０ｍｍ×高さ３６０ｍｍ×厚み１０ｍｍのサイズの成形型に充填し３ＭＰａで加圧して板状の成形体を成形した。自然乾燥した後、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、不活性ガス雰囲気中において１９００℃以上の温度に加熱して焼結させた。得られた焼結体の表面を表面研磨加工により均一に削除して、最終製品寸法が外径２００ｍｍ×高さ３００ｍｍ×厚み５ｍｍのシリコン／炭化ケイ素複合部品を作製した。
【００４８】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合部品から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。試験の結果、この部品の曲げ強度３００ＭＰａであった。
【００４９】
実施例１，２及び比較例１，２の寸法、特性、コスト比較を表１にまとめて示す。
【００５０】
【表１】
2004035279.tif 000002
【００５１】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体を、所定の部品形状に加工した後に、溶かしたシリコンを溶浸することによって、強度、靭性等の機械的特性や耐久性の改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合部品を、複雑な形状や大型の部品まで安価に提供することができる。