(57)【要約】  本製造方法は、（Ｉ）３Ｄ印刷法により、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体を調製する工程であって、前記第１の成形体は、第１の平均細孔径Ｍ１を有する、工程と、（ＩＩ）前記第１の成形体を、炭素粒子を含む分散液と接触させることにより、ポアに前記炭素粒子が含浸された第２の成形体を形成する工程であって、前記炭素粒子は、二次粒子の平均粒径をＭ２として、Ｍ２≦Ｍ１／１０を満たす、工程と、（ＩＩＩ）前記第２の成形体に金属Ｓｉを含浸させ、前記第２の成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得る工程と、を有し、前記（ＩＩＩ）の工程後に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、５質量％〜４０質量％の範囲のＳｉを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法であって、
（Ｉ）３Ｄ印刷法により、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体を調製する工程であって、前記第１の成形体は、第１の平均細孔径Ｍ１を有する、工程と、
（ＩＩ）前記第１の成形体を、炭素粒子を含む分散液と接触させることにより、ポアに前記炭素粒子が含浸された第２の成形体を形成する工程であって、前記炭素粒子は、二次粒子の平均粒径をＭ２として、Ｍ２≦Ｍ１／１０を満たす、工程と、
（ＩＩＩ）前記第２の成形体に金属Ｓｉを含浸させ、前記第２の成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得る工程と、
を有し、
前記（ＩＩＩ）の工程後に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、５質量％〜４０質量％の範囲のＳｉを含む、製造方法。
【請求項２】
前記（ＩＩ）の工程は、前記第１の成形体を、前記炭素粒子を含む分散液中に浸漬することにより実施される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１の平均細孔径Ｍ１は、２０μｍ〜１００μｍの範囲である、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ＳｉＣ粒子は、３０μｍ〜２００μｍの範囲の平均粒径を有する、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項５】
前記平均粒径Ｍ２は、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項６】
前記分散液中の炭素粒子の含有量は、２０質量％〜６０質量％の範囲である、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項７】
前記（Ｉ）の工程は、前記ＳｉＣ粒子を含む粉体層に対して、バインダをインクジェット印刷する工程を含む、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項８】
前記粉体層は、さらに、硬化剤を有する、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記（ＩＩ）の工程の後、
（ＩＶ）前記第２の成形体を乾燥させるステップ、
を有する、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の成形体は、真空凍結乾燥される、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記（ＩＩＩ）の工程では、前記第２の成形体に、溶融金属Ｓｉが含浸される、請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１２】
前記（ＩＩＩ）の工程は、前記金属Ｓｉと前記第２の成形体の共存下、金属Ｓｉの融点以上の温度で実施される、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記（ＩＩＩ）の工程後に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、嵩密度が２．７９ｇ／ｃｍ３以上である、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１４】
ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材であって、
平均粒径が３０μｍ〜２００μｍのα−ＳｉＣ粒子、平均粒径が１μｍ〜２０μｍのβ−ＳｉＣ粒子、および金属Ｓｉを含む、海島構造を有し、
前記金属Ｓｉは、前記海島構造の海部を構成し、前記金属Ｓｉで構成される海部の中に、前記α−ＳｉＣ粒子からなる第１の島部と、前記β−ＳｉＣ粒子からなる第２の島部とが存在する、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【請求項１５】
前記第２の島部の少なくとも一部は、複数の前記β−ＳｉＣ粒子が相互に連結されて構成されている、請求項１４に記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【請求項１６】
当該ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の断面を２０倍で撮影した際に、以下の手順で求められる比Ｐが３以上である、請求項１５に記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材：
（Ｉ）前記複数のβ−ＳｉＣ粒子が相互に連結されて構成された前記第２の島部において、いずれかのβ−ＳｉＣ粒子を中心とする直径２００μｍの円を描く；
（ＩＩ）前記円内に、前記中心を通る長さ２００μｍの第１の直線を引く；
（ＩＩＩ）前記円内に、前記中心を中心軸として、前記第１の直線に対する回転角が１°の、長さ２００μｍの第２の直線を引く；
（ＩＶ）前記（ＩＩＩ）と同様の操作を、回転角１８０°まで繰り返し、前記円内に合計１８０本の直線を引く；
（Ｖ）各直線において、前記海部を横断する１または複数の線分のそれぞれの寸法を測定し、前記線分の寸法の平均値Ｓａｖｅを求める；
（ＶＩ）前記直線１８０本の中から、前記平均値Ｓａｖｅが最大となる直線を選定し、該直線の前記平均値Ｓａｖｅを最大寸法Ｓｍａｘとするとともに、前記直線１８０本の中から、前記平均値Ｓａｖｅが最小となる直線を選定し、該直線の前記平均値Ｓａｖｅを最小寸法Ｓｍｉｎとし、
以下の（１）式
Ｐ＝Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎ      （１）式
から、比Ｐを算出する。
【請求項１７】
前記α−ＳｉＣ粒子と前記β−ＳｉＣ粒子の合計の含有量は、６０質量％以上９５質量％以下である、請求項１４乃至１６のいずれか一つに記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【請求項１８】
前記β−ＳｉＣ粒子の体積に対する前記α−ＳｉＣ粒子の体積の比（α−ＳｉＣ／β−ＳｉＣ）は、０．５〜１０である、請求項１４乃至１７のいずれか一つに記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【請求項１９】
前記金属Ｓｉの体積に対する前記β−ＳｉＣ粒子の体積の比（β−ＳｉＣ／金属Ｓｉ）は、０．４〜１２である、請求項１４乃至１８のいずれか一つに記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【請求項２０】
熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１４乃至１９のいずれか一つに記載のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法、およびＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）とケイ素（Ｓｉ）とを含む複合材料で構成された焼結部材（以下、「ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材」と称する）は、熱膨張率が低く、耐熱性、耐摩耗性および熱伝導性などに優れ、多くの分野において需要がある。【０００３】
ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、例えば、鋳込み成形法を用いて製造することができる（例えば、特許文献１および非特許文献１）。【０００４】
例えば、非特許文献１の方法では、圧力鋳込み成形法を用いて、炭化ケイ素粉末および炭素粉末を含む成形体を調製した後、この成形体に溶融金属Ｓｉを含浸させ、成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９５５２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】須山章子ら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｅｒａｍｉｃ  ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，１０９［４］，ｐｐ．３１５−３２１，（２００１年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、複雑な形状を有するＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材が要望されるようになってきた。しかしながら、前述のような鋳込み成形法を用いた方法では、複雑な形状のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することは難しい。【０００８】
そのため、粉末積層造形法（いわゆる「３Ｄ印刷法」）により、複雑な形状を有するＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することが提案されている。【０００９】
この方法では、例えば、ＳｉＣ粒子およびバインダを含む第１の粉体層にレーザが照射される。これにより、レーザの熱により活性化されたバインダを介して、粒子同士が結着される。その後、第１の粉体層の上に積層される第２の粉体層に対しても、同様の処理が実施される。このような工程を繰り返すことにより、３次元形状の成形体が形成される。【００１０】
次に、このようにして形成された成形体にＳｉを含浸させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することができる。【００１１】
しかしながら、一般に、３Ｄ印刷法を経て製造された焼結部材は、あまり機械的特性が良好ではないという問題がある。【００１２】
このため、機械的特性を犠牲にすることなく、複雑な形状のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造する技術が今もなお要望されている。【００１３】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、複雑形状の焼結部材の製造にも適用することができ、良好な機械的強度を有する焼結部材を得ることが可能な、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明では、良好な機械的強度を有するＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材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】
【００１４】
本発明では、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法であって、
（Ｉ）３Ｄ印刷法により、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体を調製する工程であって、前記第１の成形体は、第１の平均細孔径Ｍ１を有する、工程と、
（ＩＩ）前記第１の成形体を、炭素粒子を含む分散液と接触させることにより、ポアに前記炭素粒子が含浸された第２の成形体を形成する工程であって、前記炭素粒子は、二次粒子の平均粒径をＭ２として、Ｍ２≦Ｍ１／１０を満たす、工程と、
（ＩＩＩ）前記第２の成形体に金属Ｓｉを含浸させ、前記第２の成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得る工程と、
を有し、
前記（ＩＩＩ）の工程後に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、５質量％〜４０質量％の範囲のＳｉを含む、製造方法が提供される。【００１５】
また、本発明では、
ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材であって、
平均粒径が３０μｍ〜２００μｍのα−ＳｉＣ粒子、平均粒径が１μｍ〜２０μｍのβ−ＳｉＣ粒子、および金属Ｓｉを含む、海島構造を有し、
前記金属Ｓｉは、前記海島構造の海部を構成し、前記金属Ｓｉで構成される海部の中に、前記α−ＳｉＣ粒子からなる第１の島部と、前記β−ＳｉＣ粒子からなる第２の島部とが存在する、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、複雑形状の焼結部材の製造にも適用することができ、良好な機械的強度を有する焼結部材を得ることが可能な、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット焼結部材の製造方法を提供することができる。また、本発明では、良好な機械的強度を有するＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法の一例のフローを概略的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の顕微鏡写真の一例を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の微細組織上に描かれた、直径２００μｍの円の一例を示した図である。
【図４】図３に示した円内に描かれた、長さ２００μｍの第１の直線の一例を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の断面の光学顕微鏡写真の一例を示した図である。
【図６】図５に示した断面におけるＳｉのマッピングパターンの一例を示した図である。
【図７】図５に示した断面におけるα−ＳｉＣのマッピングパターンの一例を示した図である。
【図８】図５に示した断面におけるβ−ＳｉＣのマッピングパターンの一例を示した図である。
【図９】図４に示した円内に描かれた１８０本の直線のそれぞれにおいて測定された、Ｓｉ領域を横断する線分の平均値Ｓａｖｅのプロットを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１９】
本発明の一実施形態では、
ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法であって、
（Ｉ）３Ｄ印刷法により、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体を調製する工程であって、前記第１の成形体は、第１の平均細孔径Ｍ１を有する、工程と、
（ＩＩ）前記第１の成形体を、炭素粒子を含む分散液と接触させることにより、ポアに前記炭素粒子が含浸された第２の成形体を形成する工程であって、前記炭素粒子は、二次粒子の平均粒径をＭ２として、Ｍ２≦Ｍ１／１０を満たす、工程と、
（ＩＩＩ）前記第２の成形体に金属Ｓｉを含浸させ、前記第２の成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得る工程と、
を有し、
前記（ＩＩＩ）の工程後に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材は、５質量％〜４０質量％の範囲のＳｉを含む、製造方法が提供される。
【００２０】
このようなＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法では、３Ｄ印刷法を利用するため、鋳込み成形法では難しい、複雑な形状および／または大型形状のコンポジット部材を製造することができる。
【００２１】
ここで、前述のように、３Ｄ印刷法では、多くのポアを含む成形体が形成される。従って、そのような成形体を経て製造された焼結体は、あまり機械的強度が良好ではないという問題がある。
【００２２】
しかしながら、上記製造方法では、前記（Ｉ）の工程において、３Ｄ印刷法を用いて第１の成形体を調製した後、前記（ＩＩ）の工程において、該第１の成形体のポアに炭素粒子が含浸され、第２の成形体が形成される。
【００２３】
特に、前記（ＩＩ）の工程では、分散液に含まれる炭素粒子は、二次粒子の平均粒径Ｍ２が、第１の成形体の第１の平均細孔径Ｍ１の１／１０よりも小さくなるように選定される。このため、炭素粒子は、比較的容易に第１の成形体のポア内に移動することができ、比較的多くの炭素粒子をポアに含浸することが可能となる。
【００２４】
なお、本願において、成形体のポアの平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定される細孔径の積算容積分布図において、積算細孔容積が５０％となるときの細孔直径として定められる。
【００２５】
また、二次粒子（凝集粒子）の平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル（株）製  ＭＴ３３００ＥＸＩＩ）を用いて測定することができる。
【００２６】
さらに、本発明の一実施形態では、前記（ＩＩＩ）の工程において、第２の成形体にＳｉを含浸させた後、第２の成形体が反応焼結される。反応焼結の際に、第２の成形体のポア内では、導入されたＳｉと炭素粒子との反応により、ＳｉＣが生成される。この新たに生成されるＳｉＣによりポアが充填されるため、ポロシティが低く、嵩密度が高いＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することができる。
【００２７】
その結果、本発明の一実施形態による製造方法では、３Ｄ印刷法を利用するものの、製造されるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の機械的強度を有意に改善することができる。
【００２８】
（本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法）
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法の一例について、詳しく説明する。
【００２９】
図１には、本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の製造方法の一例のフローを概略的に示す。
【００３０】
図１に示すように、この製造方法（以下、「第１の製造方法」と称する）は、
（１）３Ｄ印刷法により、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体を調製する工程（工程Ｓ１１０）と、
（２）前記第１の成形体のポアに、炭素粒子を含浸させ、第２の成形体を形成する工程（工程Ｓ１２０）と、
（３）前記第２の成形体を乾燥する工程（工程Ｓ１３０）と、
（４）前記第２の成形体にＳｉを含浸させ、前記第２の成形体を反応焼結させることにより、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得る工程（工程Ｓ１４０）と、
を有する。
【００３１】
ただし、このうち工程Ｓ１３０は、必要に応じて実施される工程であり、第１の製造方法において、必須の工程ではない。
【００３２】
以下、各工程について、より詳しく説明する。
【００３３】
（工程Ｓ１１０）
工程Ｓ１１０では、３Ｄ印刷法を用いて、ＳｉＣ粒子を含む第１の成形体が形成される。
【００３４】
（３Ｄ印刷法）
まず、第１の製造方法で使用され得る３Ｄ印刷法について説明する。
【００３５】
本工程Ｓ１１０で使用される３Ｄ印刷法は、特に限られない。工程Ｓ１１０では、例えば、「レーザ照射造形法」および「バインダジェット造形法」などの３Ｄ印刷法が用いられても良い。
【００３６】
このうち、レーザ照射造形法では、ＳｉＣ粒子およびバインダを含む粉体層に対して、レーザが照射される。このレーザの熱により、照射領域に存在するバインダが溶融、固化し、ＳｉＣ粒子同士が結着される。このような処理を、順次積層される各粉体層のそれぞれに対して実施することにより、３次元構造の第１の成形体が形成される。
【００３７】
また、バインダジェット造形法では、インクジェットノズルから、粉体層にバインダが噴射される。バインダが噴射された領域では、ＳｉＣ粒子同士が結着される。粉体層が積層される毎に、この操作を繰り返し実施することにより、３次元構造の第１の成形体が形成される。
【００３８】
バインダジェット造形法では、粉体層に予め硬化剤を含有させておき、噴射されるバインダと硬化剤が接触した領域においてのみ、バインダを反応、硬化させても良い。硬化剤の含有量は、例えば、粉体層に対して、０．１質量％〜１質量％程度で十分である。
【００３９】
いずれの造形法でも、バインダとしては、フェノール樹脂のような熱硬化性樹脂、およびフラン樹脂のような自己硬化性樹脂などが使用可能である。
【００４０】
３Ｄ印刷法に使用される粉体層一層の厚さは、通常、２００μｍ〜３００μｍの範囲である。
【００４１】
（ＳｉＣ粒子）
粉体層に含まれるＳｉＣ粒子の平均粒径は、例えば、３０μｍ〜２００μｍの範囲である。ＳｉＣ粒子の平均粒径は、５０μｍ〜１８０μｍの範囲であることが好ましい。
【００４２】
ＳｉＣ粒子は、α−ＳｉＣであることが好ましい。
【００４３】
一般的な傾向として、ＳｉＣ粒子の平均粒径が大きくなるほど、形成される第１の成形体に含まれるポアの平均細孔径Ｍ１が増大する。従って、ポアの平均細孔径Ｍ１を比較的小さくしたい場合には、平均粒径が比較的小さなＳｉＣ粒子が選定され、ポアの平均細孔径Ｍ１を比較的大きくしたい場合には、平均粒径が大きなＳｉＣ粒子が選定される。
【００４４】
ただし、ＳｉＣ粒子の平均粒径があまりに小さくなると、以降の工程Ｓ１２０において、第１の成形体のポアに、炭素粒子を十分に含浸できなくなる可能性がある。従って、ＳｉＣ粒子の平均粒径は、３０μｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
なお、ＳｉＣ粒子には、造粒粉や球状粉など、任意の粉末を使用することができる。
【００４６】
また、ＳｉＣ粒子の平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル（株）製  ＭＴ３３００ＥＸＩＩ）により、測定することができる。
【００４７】
（第１の成形体）
３Ｄ印刷法により製造される第１の成形体は、通常、多孔質体であり、多数のポアを有する。
【００４８】
第１の成形体におけるＳｉＣ粒子が占める体積は、例えば、３０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％の範囲である。換言すれば、第１の成形体におけるポアの容積、すなわちポロシティは、５０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲であっても良い。
【００４９】
第１の成形体の嵩密度は、例えば、０．９７ｇ／ｃｍ３〜１．６１ｇ／ｃｍ３の範囲である。
【００５０】
また、第１の成形体のポアの平均細孔径Ｍ１は、例えば、２０μｍ〜１００μｍの範囲、特に３０μｍ〜１００μｍの範囲であっても良い。ただし、第１の成形体のポアの平均細孔径Ｍ１は、使用するＳｉＣ粒子の粒径、および粉体層の圧縮の程度などによっても変化する。
【００５１】
第１の成形体のポロシティおよびポアの平均細孔径Ｍ１は、前述のように、水銀ポロシメータを用いて測定することができる。
【００５２】
３Ｄ印刷法により製造される第１の成形体の寸法および形状は、特に限られない。
【００５３】
ただし、第１の製造方法は、大型の成形体、および／または複雑な形状を有する成形体にも適用できることに留意する必要がある。特に、第１の製造方法では、鋳込み成形法では製造することが難しい、複雑な形状を有する成形体も製造することができる。
【００５４】
（工程Ｓ１２０）
次に、工程Ｓ１２０では、第１の成形体のポアに炭素粒子が含浸され、第２の成形体が形成される。
【００５５】
この工程では、炭素粒子が分散された分散液が使用される。すなわち、第１の成形体を分散液中に浸漬したり、あるいは第１の成形体に分散液を流入したりすることにより、分散液に含まれる炭素粒子をポア内に含浸させることができる。
【００５６】
前者の場合、含浸処理は、減圧下で実施されることが好ましい。減圧環境とすることにより、より効果的に分散液をポアに含浸させことができる。また、いったん分散液をポアに含浸した後には、第１の成形体を加圧環境に保持することが好ましい。これより、分散液を、よりいっそう第１の成形体のポアに導入することができる。
【００５７】
分散液に含まれる炭素粒子の濃度は、例えば、２０質量％〜６０質量％の範囲である。炭素粒子の濃度は、炭素粒子が沈降しない限り、高い方が好ましい。従って、炭素粒子の濃度は、例えば、３０質量％〜５５質量％の範囲であることが好ましい。
【００５８】
炭素粒子は、ナノ粒子またはナノ粒子の凝集体であることが好ましい。例えば、炭素粒子の凝集粒子（二次粒子）の平均粒径Ｍ２は、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であり、１１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲であることが好ましい。炭素粒子の凝集粒子の平均粒径Ｍ２を１００ｎｍよりも小さくすることは、分散剤の含有量を大幅に増量する必要があるなど現実的ではなく、また、分散液の粘度が高くなる傾向があるため好ましくない。炭素粒子の凝集粒子の平均粒径Ｍ２が２００ｎｍより大きくなると、分散性が悪化し沈降しやすくなるため好ましくない。
【００５９】
分散液に含まれる分散媒体は、特に限られない。分散媒体は、例えば、水、および／またはアルコールなどを含んでも良い。
【００６０】
ここで、炭素粒子は、前記平均粒径Ｍ２が、第１の成形体に含まれるポアの平均細孔径Ｍ１の１／１０以下となるように選定される。すなわち、Ｍ２≦Ｍ１／１０である。
【００６１】
これは、第１の成形体のポアに、炭素粒子を確実に導入するためである。例えば、炭素粒子の前記平均粒径Ｍ２が第１の成形体に含まれるポアの平均細孔径Ｍ１と略同程度の場合、十分な量の炭素をポア内に含浸することが難しくなる。
【００６２】
例えば、炭素粒子の前記平均粒径Ｍ２は、第１の成形体のポアの平均細孔径Ｍ１に対して、Ｍ２≦Ｍ１／３０、Ｍ２≦Ｍ１／５０、Ｍ２≦Ｍ１／１００、Ｍ２≦Ｍ１／２００となるように選定されることが好ましい。
【００６３】
ところで、上記分散液を使用する代わりに、第１の成形体に、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の炭素源を含浸させてから、これを熱処理して、炭素源から炭素を生成（析出）することが考えられる。
【００６４】
しかしながら、そのような方法では、炭素源から炭素を生成（析出）させるための追加の反応工程が必要となる。また、十分な量の炭素を生成（析出）させるため、炭素源の含浸、および炭素析出の過程を、複数回繰り返し実施することが必要になる。その結果、製造方法が煩雑となるという問題がある。さらに、特に、炭素源が固体の場合、炭素析出反応により、第１の成形体の各ポアに、炭素をねらい通りに導入させることは難しいという問題がある。
【００６５】
このように、炭素源を使用して、これから炭素を析出させる方法は、問題が多く、現実的ではない。
【００６６】
しかしながら、第１の製造方法では、炭素粒子を含む分散液を使用して、第１の成形体のポアに炭素粒子が含浸される。このため、第１の製造方法では、炭素析出反応などの工程を省略することができ、製造方法を簡略化することができる。
【００６７】
また、分散液に含まれる炭素粒子の濃度は、適宜調整することができる。このため、分散液による含浸工程の回数を抑制することができ、製造方法を簡略化することができる。例えば、炭素粒子の濃度が３０質量％以上の分散液を用いた場合、含浸工程は、１回でも十分である。
【００６８】
さらに、第１の製造方法では、前記平均細孔径Ｍ１と前記平均粒径Ｍ２との間で、Ｍ２≦Ｍ１／１０の関係が成り立つような炭素粒子を含む分散液が使用されるため、第１の成形体の各ポアに、多くの炭素粒子を比較的簡単に導入することができる。
【００６９】
さらに、第１の製造方法では、成形体のポア内に、比較的平均粒径の小さな炭素粒子が導入される。このような小さな炭素粒子では、反応表面積が有意に増大し、以降の工程Ｓ１４０での炭素粒子とＳｉとの反応工程において、反応性を高めることができるという利点が得られる。
【００７０】
以上のような方法により、ポアに炭素粒子が導入された成形体、すなわち第２の成形体を形成することができる。
【００７１】
（工程Ｓ１３０）
次に、必要な場合、第２の成形体が乾燥処理される。
【００７２】
この工程Ｓ１３０は、第２の成形体に含まれる分散媒体を確実に除去するために実施される。
【００７３】
乾燥処理の方法としては、大別して、「加熱乾燥方式」と「真空凍結乾燥方式」の２種類の方式が挙げられる。
【００７４】
加熱乾燥方式は、第２の成形体を加熱して、分散媒体を揮発除去させる乾燥方法である。加熱温度は、分散媒体の種類などによって変化する。分散媒体が水の場合、加熱温度は、１００℃〜１２０℃の範囲であっても良い。
【００７５】
一方、真空凍結乾燥方式では、まず、乾燥室内に設置された第２の成形体が冷却、凍結される。これにより、第２の成形体に含まれる分散液も凍結する。冷却温度は、分散媒体が凍結する温度以下の温度に設定される。例えば、分散媒体が水を含む場合、冷却温度は、−５℃〜−５０℃の範囲であっても良い。
【００７６】
その後、乾燥室内を真空排気することで分散媒体が昇華除去され、第２の成形体が乾燥される。
【００７７】
加熱乾燥方式では、ポア内の分散媒体の気化が徐々に進行すると、残された分散媒体は、ポアを形成するポア壁に移動し、ポア壁に付着した状態を経てから、完全に気化される。炭素粒子もこのような液体の流れに従うため、乾燥処理後には、炭素粒子は、凝集した状態で、ポア壁上に偏析した状態となる傾向にある。
【００７８】
これに対して、真空凍結乾燥方式では、分散媒体は、ポア内で少ない移動のうちに昇華され、除去される。このため、真空凍結乾燥方式では、乾燥処理前のポア内の炭素粒子の分布状態を維持したまま、分散媒体を除去できる。従って、炭素粒子同士の凝集も生じ難い。
【００７９】
前述のように、工程Ｓ１３０は、必要に応じて実施される工程であり、必ずしも積極的に実施する必要はない。例えば、第２の成形体は、自然乾燥されても良い。
【００８０】
（工程Ｓ１４０）
次に、工程Ｓ１４０では、乾燥された第２の成形体から、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材が製造される。
【００８１】
なお、この工程Ｓ１４０の前に、第２の成形体を焼結する処理（以下、「予備焼結処理」と称する）を実施しても良い。
【００８２】
予備焼結処理を実施することにより、第２の成形体中で、少なくとも一部のＳｉＣ粒子同士が焼結、結合され、形状をより安定化することができる。また、最終的に（すなわち工程Ｓ１４０後に）得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の機械的強度を、より高めることできると思われる。
【００８３】
予備焼結処理の条件、すなわち、処理温度、処理時間および処理環境などは、ＳｉＣ粒子の少なくとも一部が焼結、結合される限り、特に限られない。
【００８４】
なお、予備焼結処理は、必ずしも必要な工程ではなく、省略しても良い。
【００８５】
次に、第２の成形体に、金属ケイ素（Ｓｉ）が含浸される。
【００８６】
また、第２の成形体に含浸された金属Ｓｉの一部が、第２の成形体のポアに含まれていた炭素粒子と反応し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が生成される。さらに、第２の成形体に含まれていたＳｉＣ粒子、および本工程Ｓ１４０で新たに生じたＳｉＣが相互に焼結され、焼結体が形成される。以下、これらの過程を、まとめて「反応焼結プロセス」と称する。
【００８７】
なお、導入された金属Ｓｉのうち、炭素粒子と反応しなかった分は、そのまま残留する。そのため、反応焼結プロセス後には、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材が形成される。
【００８８】
ここで、前述のように、第２の成形体のポア内には、比較的平均粒径の小さな炭素粒子が含浸されている。このため、反応焼結プロセスでは、比較的迅速に、炭素粒子とＳｉとの反応、すなわちＳｉＣの生成反応が進行することに留意する必要がある。また、その結果、一部のＳｉＣ同士の焼結反応も迅速化される。
【００８９】
工程Ｓ１４０において、第２の成形体に、金属Ｓｉを含浸する方法は、特に限られない。例えば、第２の成形体と金属Ｓｉとを相互に接触させた状態で、これらを加熱して、金属Ｓｉを溶融させても良い。この場合、溶融金属Ｓｉが、毛管現象により、第２の成形体中のポアに含浸される。また、第２の成形体の上部に金属Ｓｉを配置した状態で金属Ｓｉを溶融させた場合には、さらに重力の影響を利用して、溶融金属Ｓｉを第２の成形体のポアに含浸させることができる。
【００９０】
このような方法を採用する場合、第２の成形体および金属Ｓｉ（以下、これらをまとめて「被加熱体」と称する）の加熱温度は、金属Ｓｉの融点以上であれば良く、例えば金属Ｓｉの融点〜１６５０℃の範囲であることが好ましい。金属Ｓｉの融点は、測定方法によって若干異なるが、概ね１４１０℃〜１４１４℃程度である。
【００９１】
被加熱体の加熱温度を金属Ｓｉの融点〜１６５０℃の範囲とした場合、第２の成形体への溶融金属Ｓｉの含浸とともに、反応焼結プロセスを進行させることができる。
【００９２】
上記方法では、被加熱体の処理環境は、減圧環境であることが好ましい。
【００９３】
なお、この他の方法で、金属Ｓｉを第２の成形体に含浸させても良い。
【００９４】
第２の成形体に導入される金属Ｓｉの量は、第２の成形体に含まれる炭素粒子の量、および最終的に得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれるＳｉ濃度に基づいて、定められる。
【００９５】
例えば、第２の成形体に含まれる炭素粒子の量から計算される、ＳｉＣの反応焼結反応に必要なＳｉ量をＲ１とし、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれる、金属状態のＳｉ濃度から計算される必要Ｓｉ量をＲ２としたとき、第２の成形体に導入される金属Ｓｉの量Ｒは、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２で定められる。
【００９６】
以上の工程により、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することができる。
【００９７】
得られるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれるＳｉの含有量は、全体の重量に対して、５質量％〜４０質量％の範囲であり、８質量％〜３０質量％の範囲であることが好ましい。換言すれば、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれるＳｉＣの含有量は、全体の重量に対して、６０質量％〜９５質量％の範囲であり、７０質量％〜９２質量％の範囲であることが好ましい。ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれるＳｉの含有量が５質量％未満になると、第１の成形体への炭素粒子の分散液の含侵操作が複数回必要になるため工程が複雑になり好ましくない。ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材に含まれるＳｉの含有量が４０質量％を超えると、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジットの機械的強度が低くなり好ましくない。
【００９８】
第１の製造方法では、ポロシティが小さく、嵩密度が高いＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することができる。例えば、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材のポロシティは、０ｖｏｌ％〜３ｖｏｌ％の範囲である。また、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の嵩密度は、２．７９ｇ／ｃｍ３〜３．１６ｇ／ｃｍ３の範囲である。
【００９９】
従って、第１の製造方法では、良好な機械的強度を有するＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を得ることができる。ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の４点曲げ強度は、１００ＭＰａ以上、例えば、１９０ＭＰａ以上であっても良い。
【０１００】
なお、本願において、４点曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１（ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法）で規定された方法で測定された値である。
【０１０１】
また、第１の製造方法では、複雑形状、および／または大型形状のＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造することもできる。
【０１０２】
以上、第１の製造方法を例に、本発明の一実施形態について説明した。しかしながら、本発明による製造方法が第１の製造方法に限定されないことは、当業者には明らかである。例えば、第１の製造方法に含まれる各工程は、本発明の範囲内で変更されても良い。
【０１０３】
（本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材）
以下、図２を参照して、本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材の一例について、詳しく説明する。
【０１０４】
図２には、本発明の一実施形態によるＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材（以下、「第１のコンポジット部材」と称する）の顕微鏡写真の一例を示す。
【０１０５】
図２に示すように、第１のコンポジット部材の微細組織は、「海部」としての金属Ｓｉと、「島部」としてのα−ＳｉＣ粒子およびβ−ＳｉＣ粒子とが混在する、いわゆる「海島構造」を有する。
【０１０６】
より具体的には、図２の微細組織において、白く見える「海部」が金属Ｓｉであり、黒く見える大きな「島部」がα−ＳｉＣ粒子である。また、金属Ｓｉの「海部」に分散されている小さな黒い「島部」がβ−ＳｉＣ粒子である。
【０１０７】
なお、微細組織において、各部分がα−ＳｉＣ粒子、β−ＳｉＣ粒子、および金属Ｓｉのいずれかであるかは、ラマン顕微分光法により判断できる。すなわち、α−ＳｉＣ粒子の場合は、ラマンスペクトルにおいて、７６６ｃｍ−１、７８８ｃｍ−１、および７９７ｃｍ−１のそれぞれの位置に大きなピークが生じる。また、β−ＳｉＣ粒子の場合は、ラマンスペクトルにおいて、７９６ｃｍ−１の位置に大きなピークが生じる。一方、金属Ｓｉの場合は、５２１ｃｍ−１の位置に大きなピークが生じる。
【０１０８】
このようにして、微細組織の各部分を同定することができる。
【０１０９】
以下、第１のコンポジット部材の微細組織において、α−ＳｉＣ粒子の部分を「第１の島部」と称し、β−ＳｉＣ粒子の部分を「第２の島部」とも称する。
【０１１０】
第１の島部、すなわちα−ＳｉＣ粒子は、平均粒径が３０μｍ〜２００μｍの範囲にある。α−ＳｉＣ粒子は、例えば、平均粒径が５０μｍ〜１８０μｍの範囲にあっても良い。
【０１１１】
一方、第２の島部、すなわちβ−ＳｉＣ粒子は、平均粒径が１μｍ〜２０μｍの範囲にある。ただし、図２において、第２の島部を詳細に観察すると、第１のコンポジット部材において、β−ＳｉＣ粒子は、必ずしも粒子同士が相互に分離されて存在している訳ではないことがわかる。すなわち、図２において、第２の島部の少なくとも一部は、相互に連結されて構成されている。
【０１１２】
なお、微細組織におけるα−ＳｉＣ粒子の平均粒径は、顕微鏡写真から求めることができる。すなわち、３０μｍ以上の長径を有するα−ＳｉＣ粒子を２００個以上選択し、それぞれの粒子の長径と短径の平均値を求める。次に、得られた各平均値を、選択された全てのα−ＳｉＣ粒子で平均化することにより、α−ＳｉＣ粒子の平均粒径が求められる。測定には、画像解析ソフトウェアＷｉｎＲＯＯＦ２０１５が使用される。
【０１１３】
β−ＳｉＣ粒子の平均粒径も、同様に顕微鏡写真から求めることができる。この場合、顕微鏡写真から、３０μｍ以下の長径を有するβ−ＳｉＣ粒子が２００個以上選択される。その後、それぞれの粒子の円相当径を画像解析ソフトウェアＷｉｎＲＯＯＦ２０１５を使用して算出し、選択された全てのβ−ＳｉＣ粒子で平均化することにより、β−ＳｉＣ粒子の平均粒径が求められる。
【０１１４】
第１のコンポジット部材において、α−ＳｉＣ粒子とβ−ＳｉＣ粒子の合計の含有量は、例えば、６０質量％以上９５質量％以下である。一方、第１のコンポジット部材において、金属Ｓｉの含有量は、例えば、５質量％以上４０質量％以下である。この場合、第１のコンポジット部材の製造が容易となり、高い強度が得られやすくなる。
【０１１５】
α−ＳｉＣ粒子とβ−ＳｉＣ粒子の合計の含有量は、７０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。また、金属Ｓｉの含有量は、１０質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。
【０１１６】
また、第１のコンポジット部材において、β−ＳｉＣ粒子の体積に対するα−ＳｉＣ粒子の体積の比Ａ、すなわちＡ＝（α−ＳｉＣの体積）／（β−ＳｉＣの体積）は、０．５〜１０である。
【０１１７】
なお、比Ａを０．５よりも小さくするには、分散液中の炭素粒子の濃度を高くする必要があり、その場合、分散液の粘度が高くなる。その結果、第１の成形体のポア内に炭素粒子を含浸することが難しくなる可能性がある。また、比Ａを１０よりも大きくするには、第１の成形体の空隙率を小さくする必要があるが、成形体の空隙率はα−ＳｉＣ粒子の嵩密度に支配されるため、現実的には難しい。
【０１１８】
比Ａは、０．７〜３の範囲であることが好ましい。
【０１１９】
一方、第１のコンポジット部材において、金属Ｓｉの体積に対するβ−ＳｉＣ粒子の体積の比Ｂ、すなわちＢ＝（β−ＳｉＣの体積）／（金属Ｓｉの体積）は、０．４〜１２である。この場合、第１のコンポジット部材の製造の際に、炭素粒子の分散性が安定化する。比Ｂは、０．４〜４の範囲であることが好ましい。
【０１２０】
なお、比Ａおよび比Ｂは、いずれも、第１のコンポジット部材の断面において、微細組織を画像処理して、面積比を求めることにより得ることができる。すなわち、第１のコンポジット部材は、3次元方向において比較的均質な組織を有するため、得られた面積比から、そのまま体積比が求められる。
【０１２１】
本願では、異なる５つの組織断面において、上記面積比の測定を実施し、得られた５回の平均から、比Ａおよび比Ｂを算定した。
【０１２２】
なお、画像処理には、画像解析ソフトウェアＷｉｎＲＯＯＦ２０１５を使用した。
【０１２３】
具体的には、このソフトウェアを使用して、組織写真画像をモノクロ化処理した後に、自動２値化処理することで、ＳｉＣ面積とＳｉ面積を算出した。
【０１２４】
また、組織写真画像から、粒径が３０μm以上の粒子を選択し、算出した面積を、α−ＳｉＣ面積とし、前述のＳｉＣ面積からα―ＳｉＣ面積を差し引いた値を、β―ＳｉＣ面積とした。これらの面積を使用し、比Ａおよび比Ｂを算出した。
【０１２５】
また、第１のコンポジット部材において、断面の組織を２０倍で撮影した際に、以下の手順で求められるＰ値は、３以上であることが好ましい。
【０１２６】
＜Ｐ値の求め方＞
（ｉ）微細組織の第２の島部において、複数のβ−ＳｉＣ粒子が相互に連結されて構成された領域において、いずれかのβ−ＳｉＣ粒子を中心Ｘとする直径２００μｍの円Ｚを描く。例えば、図３には、そのような操作により、微細組織上に描かれた円Ｚの一例が示されている。
（ｉｉ）次に、円Ｚ内に、中心Ｘを通る長さ２００μｍの第１の直線を引く。例えば、図４には、そのような操作により、円Ｚ内に描かれた第１の直線Ｌの一例が示されている。
（ｉｉｉ）円Ｚ内に、中心Ｘを中心軸として、第１の直線Ｌに対する回転角が１°の、長さ２００μｍの第２の直線を引く。
（ｉｖ）（ｉｉｉ）と同様の操作を、回転角１８０°まで繰り返し、円Ｚ内に合計１８０本の直線を引く。
（ｖ）各直線において、金属Ｓｉの「海部」を横断する１または複数の線分のそれぞれの寸法を測定し、得られた線分の寸法の平均値Ｓａｖｅを求める。これにより、直線１８０本のそれぞれに対応する平均値Ｓａｖｅが得られる。
（ｖｉ）直線１８０本の中から、前記平均値Ｓａｖｅが最大となる直線を選定し、該直線の前記平均値Ｓａｖｅを最大寸法Ｓｍａｘとする。また、直線１８０本の中から、前記平均値Ｓａｖｅが最小となる直線を選定し、該直線の前記平均値Ｓａｖｅを最小寸法Ｓｍｉｎとする。以下の（１）式
Ｐ＝Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎ      （１）式
から、Ｐ値を算出する。
【０１２７】
前記（ｖ）の操作は、画像解析ソフトウェア（例えば、ＷｉｎＲＯＯＦ２０１５）を使用することにより、統計的に実行することができる。
【０１２８】
このようにして得られるＰ値は、第１のコンポジット部材において、第２の島部がどの程度、連結されているかを表す指標となり得る。すなわち、Ｐ値が大きいほど、第２の島部が長い列状に連結されていると言える。
【０１２９】
また、Ｐ値が３以上の場合、第２の島部において、多くのβ−ＳｉＣ粒子が相互に連結されているため、そのような第１のコンポジット部材は、高い強度を有する傾向にある。例えば、第１のコンポジット部材は、４点曲げ試験（ＪＩＳ  Ｒ１６０１（ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法））による強度が１９０ＭＰａ以上である。
【０１３０】
さらに、第１のコンポジット部材は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。熱伝導率は、例えば、２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。第１のコンポジット部材では、第２の島部において、多くのβ−ＳｉＣ粒子が相互に連結されている場合、高い熱伝導性が得られる。
【０１３１】
なお、上記のような微細組織を有する第１のコンポジット部材は、例えば、前述の第１の製造方法において、特に乾燥工程（工程Ｓ１３０）を、凍結乾燥法により実施した際に得ることができる。
【０１３２】
前述のように、凍結乾燥法により、ポア内に炭素粒子を含む成形体を乾燥した場合、ポア内での炭素粒子の凝集が有意に抑制される。このため、その後の反応焼結プロセスでは、比較的平均粒径の小さな炭素粒子が金属Ｓｉと反応焼結され、微細なβ−ＳｉＣ粒子を生成することが可能になる。
【実施例】
【０１３３】
以下、実施例について説明する。なお、以下の記載において、例１〜例３、および例６は、実施例であり、例４〜例５は、比較例である。【０１３４】
（例１）
以下のように、前述の第１の製造方法に従って、ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材を製造した。【０１３５】
まず、３Ｄ印刷法により、第１の成形体を調製した。【０１３６】
３Ｄ印刷法としては、「バインダジェット造形法」を採用し、インクジェットノズルから、粉体層に向かってバインダを噴射した。バインダには、フェノール樹脂を使用した。【０１３７】
粉体層は、ＳｉＣ粒子と硬化剤との混合物とした。硬化剤の含有量は、約０．１質量％である。ＳｉＣ粒子としては、平均粒径が８０μｍのα−ＳｉＣ粉末（信濃電気精錬（株）製）を使用した。また、粉体層の一層の厚さは約２００μｍとし、各粉体層を積層する毎に、バインダ噴射を繰り返した。【０１３８】
これにより、縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体状の第１の成形体が調製された。【０１３９】
第１の成形体の嵩密度は、１．１４ｇ／ｃｍ３であった。第１の成形体のポロシティは、６４．６％であった。また、第１の成形体のポアの平均細孔径Ｍ１は、４６．９μｍであった。【０１４０】
次に、第１の成形体から、第２の成形体を形成した。【０１４１】
最初に、炭素粒子を含む分散液中に、第１の成形体を浸漬した。【０１４２】
分散液中の炭素粒子の濃度は、４０質量％とし、炭素粒子は、ナノ粒子とした。炭素粒子の二次粒子の平均粒径Ｍ２は、約１２０ｎｍである。従って、Ｍ２／Ｍ１は、約０．００２５６である。また、分散媒体は、水とした。【０１４３】
第１の成形体は、減圧環境下において分散液中に浸漬させた。これにより、第１の成形体のポアに炭素粒子が含浸され、第２の成形体が形成された。【０１４４】
その後、第２の成形体を乾燥させた。乾燥には、真空凍結乾燥法を使用した。具体的には、第２の成形体が０℃から−１０℃の範囲を２０分未満で通過するようにして、第２の成形体を凍結させた後、真空排気することで第２の成形体から水分を昇華させた。【０１４５】
第２の成形体の嵩密度は、１．３７ｇ／ｃｍ３であり、ポロシティは、５３．２％であった。【０１４６】
また、熱分析法を用いて、第２の成形体に含まれる炭素粒子の濃度を測定したところ、成形体におけるＳｉＣに対する炭素粒子の含有量は、２０質量％であった。【０１４７】
次に、第２の成形体に金属Ｓｉを含浸させた。【０１４８】
金属Ｓｉの含浸処理のため、第２の成形体の上に金属Ｓｉを設置して構成した被加熱体を、反応炉内に設置した。金属Ｓｉは、１２．７ｇとした。【０１４９】
次に、反応炉内を減圧環境にした状態で、被加熱体を１５５０℃まで加熱した。【０１５０】
この処理により、金属Ｓｉが溶融し、溶融物が第２の成形体中に含浸された。また、同時に反応焼結プロセスが進行した。すなわち、ポア内の炭素と含浸Ｓｉとの反応により、ＳｉＣが形成されるとともに、これらの新たに生じたＳｉＣを含む、第２の成形体に含まれるＳｉＣ同士の間で、焼結反応が生じた。【０１５１】
これにより、焼結体（ＳｉＣ−Ｓｉコンポジット部材）が形成された。【０１５２】
焼結体（以下、「例１に係る焼結体」と称する）は、縦４０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体が維持されていた。【０１５３】
（例２）
例１と同様の方法により、焼結体（以下、「例２に係る焼結体」と称する）を製造した。【０１５４】
ただし、この例２では、分散液中の炭素粒子の濃度は、５０質量％とした。炭素粒子の二次粒子の平均粒径Ｍ２は、約１３０ｎｍである。その他の条件は、例１の場合と同様である。【０１５５】
（例３）
例１と同様の方法により、焼結体（以下、「例３に係る焼結体」と称する）を製造した。【０１５６】
ただし、この例３では、ＳｉＣ粒子の平均粒径は、１５０μｍとした。その他の条件は、例１の場合と同様である。【０１５７】
（例４）
例１と同様の方法により、焼結体（以下、「例４に係る焼結体」と称する）を製造した。【０１５８】
ただし、この例４では、第１の成形体を、炭素粒子含有分散液中に浸漬させる工程を実施しなかった。すなわち、第１の成形体を用いて、金属Ｓｉの含浸処理以降の工程を実施した。また、第１の成形体は、金属Ｓｉの含浸処理に供する前に、自然乾燥させた。【０１５９】
（例５）
例１と同様の方法により、焼結体（以下、「例５に係る焼結体」と称する）を製造した。【０１６０】
ただし、この例５では、ＳｉＣ粒子の平均粒径は、１μｍとした。その他の条件は、例１の場合と同様である。【０１６１】
以下の表１には、各例に係る焼結体の製造に使用した条件を、まとめて示した。【０１６２】
【表１】
2019194137.tif 000002
（評価）
前述の例１〜例５に係る焼結体を用いて、以下の評価を行った。【０１６３】
（物性値）
各焼結体の物性を測定した。具体的には、各焼結体に含まれる未反応の金属Ｓｉの量、嵩密度、およびポロシティを測定した。【０１６４】
測定結果を、以下の表２にまとめて示す。【０１６５】
【表２】
2019194137.tif 000003
測定の結果、例４に係る焼結体では、嵩密度が２．６５ｇ／ｃｍ３であり、あまり高くないことがわかった。【０１６６】
これに対して、例１〜例３に係る焼結体では、いずれも嵩密度が２．８５ｇ／ｃｍ３以上であり、高い嵩密度を有することがわかった。また、ポロシティは、３ｖｏｌ％未満であった。【０１６７】
なお、例５に係る焼結体は、均一性が劣ることがわかったため、各種評価を実施しなかった。【０１６８】
（強度）
例１〜例３に係る焼結体の強度を、４点曲げ試験により評価した。【０１６９】
４点曲げ試験は、各焼結体からサンプルを切り出して実施した。サンプルの寸法は、長さ３６ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍとした。また、４点曲げ試験は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１（ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法）に準拠して実施した。【０１７０】
測定結果を、以下の表３にまとめて示す。【０１７１】
【表３】
2019194137.tif 000004
測定の結果、焼結体の４点曲げ強度は、いずれも１９２ＭＰａ以上であり、各焼結体は、良好な強度を有することがわかった。【０１７２】
このように、本発明の一実施形態による方法を用いて製造されたＳｉＣ−Ｓｉコンポジットは、緻密性が高く、良好な機械的強度を有することが確認された。【０１７３】
（例６）
例２と同様の方法により、焼結体（以下、「例６に係る焼結体」と称する）を製造した。【０１７４】
ただし、この例６では、反応焼結プロセスにおける被加熱体の加熱温度は、１４５０℃とした。すなわち、第２の成形体の上に金属Ｓｉを設置して構成した被加熱体を、反応炉内で１４５０℃まで加熱した。その他の条件は、例２の場合と同様である。【０１７５】
（評価）
例６に係る焼結体を用いて、以下の評価を行った。【０１７６】
（組織評価）
例６に係る焼結体を切断して得られた断面に対して、組織観察を行った。【０１７７】
前述の図２には、断面の組織の顕微鏡写真を示す。【０１７８】
図２から、例６に係る焼結体の組織は、海島構造を有することがわかる。【０１７９】
得られた断面の組織に対して、ラマン顕微分光測定を実施した。その結果、例６に係る焼結体は、α−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ、および金属Ｓｉを含むことがわかった。【０１８０】
図５〜図８には、ラマン顕微分光測定によって得られたマッピング図を示す。なお、図５は、評価対象領域の光学顕微鏡写真である。図６は、Ｓｉのマッピングパターンであり、図７は、α−ＳｉＣのマッピングパターンであり、図８は、β−ＳｉＣのマッピングパターンである。【０１８１】
図５〜図８と、図２との対比から、海島構造において、大きな第１の島部は、α−Ｓｉ粒子であることがわかる。また、金属Ｓｉの海部に分散されている小さな第２の島部は、β−Ｓｉ粒子で構成されていることがわかる。【０１８２】
測定の結果、α−Ｓｉ粒子の平均粒径は、５６μｍであり、β−Ｓｉ粒子の平均粒径は、７μｍであった。【０１８３】
次に、例６に係る焼結体において、前述の操作によりＰ値を算定した。ソフトウェアには、ＷｉｎＲＯＯＦ２０１５を使用した。【０１８４】
前述の図３および図４には、それぞれ、Ｐ値を算定する操作の過程において得られる円Ｚおよび第１の直線Ｌを示した。【０１８５】
図９には、円Ｚ内に描かれた１８０本の直線のそれぞれにおいて測定された平均値Ｓａｖｅのプロットを示す。前述のように、平均値Ｓａｖｅは、対象とする直線が金属Ｓｉの領域を横断する際の線分のそれぞれの寸法を平均することにより得られた平均値である。【０１８６】
図９において、横軸は、各直線の第１の直線に対する回転角度を示しており、従って、横軸の範囲は、０°（第１の直線Ｌ）から１７９°である。また、縦軸は、平均値Ｓａｖｅを示す。【０１８７】
図９から、この操作では、最大寸法Ｓｍａｘ＝８．７μｍであり、最小寸法Ｓｍｉｎ＝１．９μｍであることがわかった。従って、以下の（１）式
Ｐ＝Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎ      （１）式
から得られるＰ値は、４．６となった。【０１８８】
次に、得られた微細組織の断面から、画像処理により、前述の比Ａ（＝α−ＳｉＣの体積／β−ＳｉＣの体積）、および比Ｂ（＝β−ＳｉＣの体積／金属Ｓｉの体積）を算定した。【０１８９】
以下の表４には、異なる５つの断面組織において得られた面積比の測定結果をまとめて示す。【０１９０】
【表４】
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５つの測定結果から、（α−ＳｉＣの面積率）／（β−ＳｉＣの面積率）の平均値、すなわち比Ａを求めると、比Ａ＝０．８８であった。また、５つの（β−ＳｉＣの面積率）／（Ｓｉの面積率）の平均値、すなわち比Ｂを求めると、比Ｂ＝１．６０であった。【０１９１】
なお、例６に係る焼結体において、α−ＳｉＣ粒子とβ−ＳｉＣ粒子の合計の含有量は、８２質量％であった。【０１９２】
（強度）
例６に係る焼結体の強度を、４点曲げ試験により評価した。その結果、強度は、２８０ＭＰａであった。【０１９３】
（熱伝導率）
例６に係る焼結体の熱伝導率を、キセノンフラッシュ法により評価した。その結果、２５℃での熱伝導率は、２２６Ｗ／ｍ・Ｋであった。【０１９４】
本願は、２０１８年４月３日に出願した日本国特許出願２０１８−０７１７７１号、および２０１９年３月２７日に出願した日本国特許出願２０１９−６１７５５号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願の参照として援用する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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