(57)【要約】【課題】任意の方向に結晶配向が制御された新しい配向性炭化ケイ素焼結体とその製造方法を提供する。【解決手段】α型炭化ケイ素粒子と溶媒を混合してα型炭化ケイ素スラリーを調整し、このスラリーを１Ｔ以上の磁場中で固化成形し、焼結することで、α型炭化ケイ素が任意の方向に配向されている配向性炭化ケイ素焼結体とする。【選択図】　　　図２
2004107096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向制御されたα型炭化ケイ素の焼結体であることを特徴とする配向性炭化ケイ素焼結体。
【請求項２】
磁場の印加により配向制御されたα型炭化ケイ素の焼結体であることを特徴とする請求項１の配向性炭化ケイ素。
【請求項３】
α型炭化ケイ素粒子と溶媒を混合してα型炭化ケイ素スラリーを調整し、このスラリーを１Ｔ以上の磁場中で固化成形し、焼結することを特徴とする配向性炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項４】
α型炭化ケイ素粒子の形状が、球状であることを特徴とする請求項３記載の配向性炭化ケイ素焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、配向性炭化ケイ素焼結体とその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、結晶配向が制御された組織を有する新しい配向性炭化ケイ素焼結体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
炭化ケイ素は、高熱伝導性および耐熱性を有し、また強度、硬度および耐磨耗性を兼ね揃えた材料であり、耐火物、研磨材、冶金用材料等として広く使用されている。たとえば、原子炉粒子燃料用被覆材や、ごみ焼却炉の内張り材等の特殊な用途にも使用されている。
【０００３】
そして、金属や他の非酸化物系セラミックスに比べて酸化等の化学的侵食に耐え得るため、高温構造用材料として、各種るつぼ、窯炉焼成用部品、メカニカルシール、熱交換器伝熱管等にも使用されている。
【０００４】
また、電磁気的特性からは、発熱体などとして使用され、さらにはバンドギャップが大きいことから高温での半導体としてその利用が注目され、研究開発が進められている。
【０００５】
このように多岐にわたる分野で利用されている炭化ケイ素に関し、近年になって、ベリリアを添加した炭化ケイ素焼結体が電気絶縁性を示すことが見出され、従来知られていた高熱伝導性とこの電気絶縁性を併せ持つ炭化ケイ素が得られるようになった。この高熱伝導絶縁性ベリリア添加炭化ケイ素は、炭化ケイ素の熱膨張係数がシリコンに近く、シリコン半導体チップを直接マウントすることが可能となるため、放電性と電気絶縁性が同時に要求されるＬＳＩやレーザーダイオードの放熱基板等として既に使用されている。
【０００６】
一方で、炭化ケイ素を含むセラミックスは、一般に、その微構造を制御することで、靭性、強度等の特性を向上させることが可能であり、セラミックスの結晶方向をある一定方向に配向させることで、特性に異方性を持たせたり、あるいは特性を改善する研究開発が盛んに行われてきている。
【０００７】
たとえば、炭化ケイ素に関しては、特開平９−１７５８７０号公報に、反応焼結により炭化ケイ素の合成を行なう際に、ゾーン焼結を導入することにより、配向性があり強度と靭性に優れた炭化ケイ素が得られることが開示されている。しかしながら、この方法では、遊離Ｓｉが含まれてしまうため、得られる炭化ケイ素の高温強度が低下するという問題があった。また、特開平１１−７９８４５号公報には、炭化ケイ素粉末、焼結助剤、炭化ケイ素柱状粒子からなる混練物を、押出成形、テープ成形等のせん断力を加える成形法により成形して成形体中の柱状粒子を一方向に配向させ、さらに焼成時に柱状粒子を種結晶として粒成長させて配向させることにより、配向した柱状組織を有する炭化ケイ素材料を製造する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、混練物にせん断力を加える成形法のために得られる炭化ケイ素の形状が限定され、配向方向も任意に設定することができないという欠点があった。さらに、Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｄ．　Ｓａｃｋｓらは、Ｊ．　Ａｍ．　Ｃｅｒａｍ．　Ｓｏｃ．，　７９［６］１６１１（１９９６）において、平板状炭化ケイ素を含む炭化ケイ素スラリーを鋳込み成形して得た成形体を焼結することにより、配向性のある炭化ケイ素が得られることを報告している。しかしながら、この方法においても、炭化ケイ素は鋳込み成形方向という特定方向のみに配向するので、配向方向が限定されてしまうという問題は残されたままであった。また、球状の粒子のみを用いた配向制御は従来の方法では行うことができなかった。
【０００８】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、結晶配向が制御された組織を有する新しい配向性炭化ケイ素焼結体とその製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明は、まず第１には、配向制御されたα型炭化ケイ素の焼結体であることを特徴とする配向性炭化ケイ素を提供する。
【００１０】
そして、第２には、この出願の発明は、磁場の印加により配向制御されたα型炭化ケイ素の焼結体であることを特徴とする上記の配向性炭化ケイ素焼結体を提供する。
【００１１】
また、この出願の発明は、第３には、α型炭化ケイ素粒子と溶媒を混合してα型炭化ケイ素スラリーを調整し、このスラリーを１Ｔ以上の磁場中で固化成形し、焼結することを特徴とする配向性炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供し、第４には、そのα型炭化ケイ素粒子の形状が、球状であることを特徴とする配向性炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供する。
【００１２】
この出願の発明者らは、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛等の酸化物系の非強磁性体セラミックスの製造に際し、強磁場を印加することにより、結晶配向させることができること（特願２００１−１４４０４９）を既に見出している。そしてこの出願の発明においては、磁化率が非常に小さいために従来はその磁気異方性は無視できるものとして扱われてきたα−炭化ケイ素に着目し、酸化物系の非強磁性体のみに限定されず、強磁場による炭化ケイ素の配向制御が可能であることを見出し、この出願の発明に至ったものである。
【００１３】
同じα型炭化ケイ素でも非常に多くの多形（２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒなど）が存在し、その様子も単純でなく複数の多形が混在することが多く、焼結中に変態もするので配向制御が難しいとの従来の知見からすれば、この出願の発明は全く想定できないものであり、予期できなかったものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記の通りの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について詳しく説明する。
【００１５】
まず、この出願の発明が提供する配向性炭化ケイ素の製造方法は、α型炭化ケイ素粒子と溶媒を混合してα型炭化ケイ素スラリーを調整し、このスラリーを１Ｔ以上の磁場中で固化成形し、焼結することを特徴としている。
【００１６】
原料としてのα型炭化ケイ素は、結晶構造が六方晶系であって、非常に小さいが磁気異方性を有する材料である。このα型炭化ケイ素粒子としては、大きさが１μｍ以下程度のものを用いることが好ましい。α型炭化ケイ素粒子として平板状のものを用いることも可能ではあるが、この出願の発明においては板状結晶を粒成長の種として用いる必要がなく、また、等軸粒からなる微細組織の炭化ケイ素を得る場合には、球状のものを用いることが好ましい。もちろん、ここでいう球状とは厳密な意味での球ではなく、板状のものに比べて全体として球とみることができる形状を意味し、微視的にはやや角張っているものであってもよい。
【００１７】
溶媒としては、水あるいは非水系のエタノール等のアルコール、エーテル等の有機溶媒、あるいはこれらの混合溶媒等を用いることができる。
【００１８】
以上のα型炭化ケイ素粒子と溶媒を混合してスラリーを調整する。このスラリーの濃度や電解質の濃度については、α型炭化ケイ素粒子の粒径や溶媒の種類、次工程の成形の手法等を考慮して定めることができる。また、このスラリーには、各種の焼結助剤等を添加することができる。この場合のスラリーｐＨについては、ｐＨ９以上を一般的な目安とすることができる。たとえば水性スラリーとしてｐＨ９〜１２程度の範囲である。
【００１９】
次いで、このスラリーを、磁場中で固化成形する。磁場は、磁気異方性の小さいα型炭化ケイ素を配向させるためにある程度の強度を必要とする。強磁場は、近年の超伝導マグネットの発達により、液体ヘリウムを使用せずに比較的簡単に得ることができ、非磁性物質であっても外界から及ぼされる無視できないエネルギーとして磁場が作用することになる。このような磁場の目安としては１Ｔ以上、より好ましくは５Ｔ以上、たとえば１０Ｔ程度することが望ましい。また、磁場の印加方向については、任意の方向を選択することができる。成形の方向や形状に限定されることなく、磁場の印加方法に対応した配向方向とすることができる。
【００２０】
また、成形には各種の手法を利用することができる。たとえば、スリップキャスト、ゲルキャスト、プレッシャーフィルトレーション、テープキャスト、電気泳動堆積等のコロイドプロセスが好適な手法として例示される。
【００２１】
そして、得られた成形体を焼結することで、配向性炭化ケイ素を得ることができる。この焼結は、所望の配向性炭化ケイ素の形状や組織等に応じて様々な焼結方法や焼結条件を考慮することができる。焼結助剤を使用することもできる。たとえば、焼結の条件としては、焼結助剤により異なるが不活性ガス雰囲気中、１８００〜２３００℃の温度範囲で、１〜３時間程度とすることが例示される。この焼結により、組織の緻密化と粒成長過程での配向が促進されることになる。
【００２２】
このようにして得られるこの出願の発明の配向性炭化ケイ素は、α型炭化ケイ素が任意の方向に配向制御されており、強度と靭性が同時に高められ、また熱伝導度が大幅に向上されることになる。また、等軸粒からなる微細組織のものとすることもできるので、強度や靭性がより高められ、これらの特性の方向依存性を少なくすることができる。さらには、特定方向への粒成長が抑制されているので、高温でも安定した特性を得ることができる。
【００２３】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２４】
【実施例】
（実施例）
平均粒径０．５５μｍのα−炭化ケイ素粉末１００重量部に、焼結助剤として平均粒径０．１５μｍのアルミナを４．５重量部の割合で混合し、固相濃度３０ｖｏｌ％となるように秤量してｐＨ１０に調整した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるために、スターラーで分散させながら超音波撹拌した。このスラリーを多孔質の型内に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する操作（スリップキャスト）を、１０Ｔの磁場中で行った。図１に示したように、磁場印加方向とスリップキャスト方向とを平衡にした。この成形体をアルゴン雰囲気中で、１９５０℃で２時間加熱して、配向性炭化ケイ素焼結体を得た。図２は、得られた配向性炭化ケイ素焼結体のＸ線回折測定結果を示したものである。
【００２５】
図２から、磁場印加方向に垂直な面（Ｔ）に２Ｈの（２００）面、６Ｈの（１０２）面が、平行な面（Ｓ）に（１００）面がきれいに配向した配向性炭化ケイ素焼結体が得られたことが確認された。
（比較例）
実施例と同様に調整したスラリーを、磁場を印加せずにスリップキャストを行ない、成形体を作製した。この成形体をアルゴン雰囲気中で、１９５０℃で２時間加熱して、炭化ケイ素焼結体を得た。得られた炭化ケイ素焼結体のＸ線回折測定結果を図３に示した。
【００２６】
図３から、磁場印加方向に垂直な面（Ｔ）、平行な面（Ｓ）ともに同様の回折線が見られ、得られた焼結体において炭化ケイ素は配向していないことが確認された。
【００２７】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、任意の方向に結晶配向し、かつ等軸粒からなる微細組織を有する新しい配向性炭化ケイ素焼結体とその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における磁場印加方向とスリップキャスト方向を示した図である。
【図２】実施例で得られた配向性炭化ケイ素焼結体のＸ線回折測定結果を例示した図である。
【図３】比較例における磁場印加方向とスリップキャスト方向、および得られた配向性炭化ケイ素焼結体のＸ線回折測定結果を例示した図である。
【図１】
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【図２】
2004107096.tif 000004
【図３】
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