JP2001048651A - 炭化ケイ素質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クラックや割れを生ずることなく、強度に優
れる炭化ケイ素質焼結体を製造する方法を提供する。 【解決手段】 炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に
対し、真空雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素
を含浸させて含浸体を形成し、該含浸体に０．１〜１．
５℃／ｃｍの温度分布をもたせた状態で、該含浸体を冷
却することを特徴とする炭化ケイ素質焼結体の製造方法
である。また、該炭化ケイ素質焼結体の製造方法によっ
て製造されることを特徴とする炭化ケイ素質焼結体であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体熱処理用ボ
ートやライナーチューブ等の炭化ケイ素質焼結体、及び
該炭化ケイ素質焼結体を効率的に製造し得る方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭化ケイ素と炭素とを含有する成
形体に対し、非酸化性雰囲気下で、金属ケイ素を含浸、
充填して含浸体を形成し、該含浸体を冷却する際に、前
記炭素と反応しなかった余剰の金属ケイ素が、冷却固化
時に体積膨張を伴うため、前記含浸体が割れてしまうと
いう問題があった。特に、長尺ものの場合、炉の冷却と
ともに一瞬に固まるためその事故は多く、冷却速度を調
整しても不良率を小さくすることは困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、クラックや割れが生じない炭
化ケイ素質焼結体の製造方法、及び該製造方法によって
製造され、強度等に優れる炭化ケイ素質焼結体を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段としては、以下の通りである。即ち、 ＜１＞ 炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に対し、
真空雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素を含浸
させて含浸体を形成し、該含浸体に０．１〜１．５℃／
ｃｍの温度分布をもたせた状態で、該含浸体を冷却する
ことを特徴とする炭化ケイ素質焼結体の製造方法であ
る。 ＜２＞ 含浸体を形成する前に、成形体を１２００〜２
４００℃で仮焼する前記＜１＞に記載の炭化ケイ素質焼
結体の製造方法である。 ＜３＞ 含浸させる金属ケイ素が１４２０〜１７００℃
で加熱溶融された前記＜１＞又は＜２＞に記載の炭化ケ
イ素質焼結体の製造方法である。 ＜４＞ ２以上のヒーターを用いて温度分布をもたせ、
該２以上のヒーターの温度を同じ速度で下げることによ
り含浸体を冷却する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに
記載の炭化ケイ素質焼結体の製造方法である。 ＜５＞ 含浸体を冷却する速度が５０℃／ｈ以下である
前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の炭化ケイ素質
焼結体の製造方法である。 ＜６＞ 前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の炭化
ケイ素質焼結体の製造方法により製造されることを特徴
とする炭化ケイ素質焼結体である。

【０００５】本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法に
おいては、先ず、前記成形体に金属ケイ素を含浸させ
る。この時、溶融した金属ケイ素は、毛細管現象等によ
って前記成形体中に浸透される。浸透した金属ケイ素
は、前記成形体中の炭素と反応し、炭化ケイ素が生成す
る。次に、前記含浸体を一定の温度分布をもたせた状態
で冷却する。これにより、未反応の金属ケイ素による冷
却固化時の体積膨張分を低温側から高温側にずらすこと
ができ、クラック、割れのない炭化ケイ素質焼結体が得
られる。

【０００６】本発明の炭化ケイ素質焼結体は、前記本発
明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法によって製造される
ので、強度に優れる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の炭化ケイ素質焼結体の製
造方法は、含浸体形成工程と、冷却工程とを有し、所望
によりその他の工程を含む。

【０００８】［含浸体形成工程］前記含浸体形成工程
は、炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に対し、真空
雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素を含浸させ
て含浸体を形成する工程である。

【０００９】（成形体）前記成形体は、炭化ケイ素粉末
と、少なくとも１種以上の炭素源からなる有機物質又は
炭素粉末とをスラリー状の混合粉体とし、該混合粉体を
成形して得られる。ここで得られる成形体は、グリーン
体と称されることがあり、スラリー状の混合粉体から溶
媒を除去して得られる多くの気孔が内在する未焼結の炭
化ケイ素−炭素成形体である。

【００１０】前記炭化ケイ素粉末は、α型、β型、非晶
質或いはこれらの混合物等の炭化ケイ素粉末を原料とし
て、後述の方法で製造することができる。なお、得られ
る炭化ケイ素質焼結体を高純度炭化ケイ素質焼結体とす
るためには、原料に高純度の炭化ケイ素粉末を用いるこ
とが好ましい。また、前記β型の炭化ケイ素粉末のグレ
ードには特に制限はなく、例えば、一般に市販されてい
るβ型の炭化ケイ素粉末を用いることができる。

【００１１】前記炭化ケイ素粉末の粒径としては、高密
度化の点では、小さい方が好ましく、具体的には、０．
０１〜１０μｍが好ましく、０．０５〜５μｍがより好
ましい。前記粒径が、０．０１μｍ未満の場合には、計
量、混合等の処理工程における取扱いが困難となること
がある一方、１０μｍを超える場合には、比表面積が小
さい、即ち、隣接する粉末との接触面積が小さくなり、
高密度化し難くなることがある。

【００１２】前記高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、
少なくとも１種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、
少なくとも１種以上の加熱により炭素を生成する有機化
合物を含む炭素源と、重合・架橋触媒と、を溶媒中で溶
解し、乾燥した後、得られた粉末を非酸化性雰囲気下で
焼成して得ることができる。

【００１３】前記ケイ素源としては、液状のケイ素源と
固体状のケイ素源とを併用することもできるが、少なく
とも１種は液状のケイ素源であることが必要である。

【００１４】前記液状のケイ素源としては、（モノ−、
ジ−、トリ−、テトラ−）アルコキシシラン、テトラア
ルコキシシランの重合体等が挙げられる。前記アルコキ
シシランの中でも、テトラアルコキシシランが好まし
く、具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プ
ロポキシシラン、ブトキシシラン等が好ましく、取扱い
性の点では、エトキシシランが特に好ましい。前記テト
ラアルコキシシランの重合体としては、重合度が２〜１
５程度の低分子量重合体（オリゴマー）や高重合度のケ
イ酸ポリマーで液状の重合体などが挙げられる。これら
の重合体は、所望により、酸化ケイ素を併用してもよ
い。尚、前記酸化ケイ素には、ＳｉＯの他、シリカゾル
（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ基やアル
コキシル基を含む）や二酸化ケイ素（シリカゲル、微細
シリカ、石英粉末）等が含まれる。前記ケイ素源は、１
種単独で使用してもよいし、２種以上併用してもよい。

【００１５】前記ケイ素源の中でも、均質性や取扱い性
が良好な点で、テトラエトキシシランのオリゴマー及び
テトラエトキシシランのオリゴマーと微粉末シリカとの
混合物等が好適に挙げられる。また、前記ケイ素源は、
純度が高いことが好ましく、具体的には、初期の不純物
含有量で、２０ｐｐｍ以下が好ましく、５ｐｐｍ以下が
より好ましい。

【００１６】前記炭素源としては、液体状の炭素源の
他、液状の炭素源と固体状の炭素源とを併用することが
できるが、残炭率が高く、かつ、触媒の作用又は加熱に
よって重合又は架橋する有機化合物が好ましい。その具
体例としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミ
ド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等の樹脂のモ
ノマーやプレポリマー等、セルロース、蔗糖、ピッチ、
タール等の液状の炭素源が好適に挙げられる。これらの
中でも、レゾール型フェノール樹脂が特に好ましい。こ
れらの炭素源は、１種単独で使用してもよいし、２種以
上併用してもよい。また、その純度は、目的により適宜
制御選択が可能であるが、特に高純度の炭化ケイ素粉末
が必要な場合には、各金属を５ｐｐｍ以上含有していな
い有機化合物を用いるのが好ましい。

【００１７】前記重合・架橋触媒としては、前記炭素源
に応じて適宜選択でき、例えば、前記炭素源が、フェノ
ール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエンスルホン
酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、硫酸等の酸
類が挙げられる。これらの中でも、トルエンスルホン酸
がより好ましい。

【００１８】前記高純度の炭化ケイ素粉末を製造する場
合、炭素とケイ素との仕込み比（以下、Ｃ／Ｓｉ比と略
記する。）は、雰囲気の圧力によっても変動するため、
一概には規定できないが、前記各成分の混合物を１００
０℃にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素分析す
ることにより規定される。化学量論的には、Ｃ／Ｓｉ比
が、３．０の時に生成炭化ケイ素中の遊離炭素が０％と
なるはずであるが、実際には同時に生成するＳｉＯガス
の揮散により低Ｃ／Ｓｉ比において遊離炭素が発生す
る。この生成炭化ケイ素粉末中の遊離炭素量が焼結体等
の製造用途に適当でない量にならないように予め配合量
を決定することが重要である。通常、１気圧近傍で１６
００℃以上での焼成においては、遊離炭素を抑制する観
点から、Ｃ／Ｓｉ比としては、２．０〜２．５が好まし
い。但し、Ｃ／Ｓｉ比が２．５を超える場合には、遊離
炭素の発生は顕著に増加するものの、該遊離炭素は、粒
子の成長を抑制する効果を有するため、粒子形成の目的
によっては、Ｃ／Ｓｉ比が２．５を超える場合も好まし
い。

【００１９】所望により、前記ケイ素源と前記炭素源と
を含有する混合物を硬化した後に前記炭化ケイ素粉末を
製造してもよい。前記硬化の方法としては、加熱により
架橋する方法、硬化触媒により硬化する方法、電子線や
放射線による方法等が挙げられる。前記硬化の際に使用
する触媒としては、前記炭素源に応じて適宜選択できる
が、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエン
スルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、塩
酸、硫酸、マレイン酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン
類等が好適に挙げられる。前記触媒は、溶媒中に、溶解
又は分散させて混合させる。該溶媒としては、低級アル
コール（例えばエチルアルコール等）、エチルエーテ
ル、アセトン等が挙げられる。

【００２０】前記ケイ素源と炭素源と重合・架橋触媒と
を溶解する溶媒としては、特に制限はなく、公知の有機
溶媒、例えば、低級アルコール、アセトン等が挙げられ
る。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を
併用してもよい。

【００２１】前記乾燥の方法としては、特に制限はな
く、熱風乾燥、真空乾燥、高周波乾燥等の公知の乾燥方
法が好適に用いられる。

【００２２】前記焼成は、窒素又はアルゴン等の非酸化
性雰囲気中８００〜１０００℃にて３０〜１２０分間、
加熱炭化して炭化物を得た後、得られた炭化物を、アル
ゴン等の非酸化性雰囲気中１３５０〜２０００℃で加熱
して行う。前記焼成温度と焼成時間とは、所望の炭化ケ
イ素の粒径等に応じて適宜選択できるが、１６００〜１
９００℃が、生成効率の点で好ましい。

【００２３】また、前記焼成時に２０００〜２１００℃
にて５〜２０分間加熱処理を行うことにより、更に高純
度の炭化ケイ素を得ることができる。

【００２４】また、特に高純度の炭化ケイ素粉末を得る
方法としては、本出願人が先に出願した特開平９−４８
６０５号の単結晶の製造方法に記載の原料粉末の製造方
法、即ち、高純度のテトラアルコキシシラン、テトラア
ルコキシシラン重合体から選択される１種以上をケイ素
源とし、加熱により炭素を生成する高純度有機化合物を
炭素源とし、これらを均質に混合して得られた混合物を
非酸化性雰囲気下において加熱焼成して炭化ケイ素粉末
を得る炭化ケイ素生成工程と、得られた炭化ケイ素粉末
を、１７００℃以上２０００℃未満の温度に保持し、該
温度の保持中に、２０００〜２１００℃の温度において
５〜２０分間にわたり加熱する処理を少なくとも１回行
う後処理工程とを含む、前記２工程を行う方法が好まし
い。この方法によれば、不純物元素の含有量が０．５ｐ
ｐｍ以下の、高純度の炭化ケイ素粉末を得ることができ
る。但し、この方法により得られた高純度炭化ケイ素粉
末は、大きさが不均一であるため、解粉、分級により前
記粒度に適合するように処理するのが好ましい。

【００２５】前記炭化ケイ素粉末を製造する際には、導
電性を付与することを目的として、所望により、前記炭
化ケイ素粉末に窒素を導入させることができる。この場
合、先ず、前記ケイ素源、前記炭素源、前記重合・架橋
触媒と、窒素源からなる有機物質とを均質に混合する
が、フェノール樹脂等の炭素源と、ヘキサメチレンテト
ラミン等の窒素源からなる有機物質と、トルエンスルホ
ン酸等の重合・架橋触媒とを、エタノール等の溶媒に溶
解する際に、テトラエトキシシランのオリゴマー等のケ
イ素源と十分に混合するのが好ましい。

【００２６】前記スラリー状の混合粉体は、前記炭化ケ
イ素粉末と、少なくとも１種以上の炭素源からなる有機
物質又は炭素粉末と、を溶媒中に溶解、分散して製造す
る。

【００２７】前記有機物質は、加熱により炭素を生成す
る物質であり、導電性であるのが好ましい。具体的に
は、残炭率の高いコールタールピッチ、ピッチタール、
フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキ
シ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等の少糖類、セル
ロース、デンプン等の多糖類などの各種糖類が挙げられ
る。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上
を併用してもよい。また、炭化ケイ素粉末と均質に混合
する目的から、常温で液体状の物質、溶媒に溶解する物
質、加熱により軟化又は液状となる、熱可塑性又は熱融
解性の物質が好適に挙げられるが、これらの中でも、得
られる成形体の強度が高いフェノール樹脂、特に、レゾ
ール型フェノール樹脂が好適に挙げられる。

【００２８】前記炭素粉末としては、カーボンブラッ
ク、アセチレンブラック等の熱分解カーボン、黒鉛、活
性炭、及び水分散性カーボンが挙げられ、導電性のもの
が好ましい。これらの中でも導電性のカーボンブラック
が特に好ましい。

【００２９】前記溶媒としては、水でもよいが、例えば
好適な加熱により炭素を生成する有機化合物であるフェ
ノール樹脂に対しては、エチルアルコール等の低級アル
コール類やエチルエーテル、アセトン等が挙げられる。
なお、前記炭素源からなる有機物質、炭素粉末、及び溶
媒は、不純物の含有量が低いものが好ましい。前記各成
分を前記溶媒中に溶解、分散した際に、十分に攪拌混合
することにより、グリーン体中に均一分散した気孔を形
成させることができる。

【００３０】前記グリーン体の製造においては、所望に
より、有機バインダーを添加してもよい。前記有機バイ
ンダーとしては、解膠剤、粉体粘着剤等が挙げられる。
前記解膠剤としては、導電性を付与する効果をさらに上
げる点で窒素系の化合物が好ましく、例えばアンモニ
ア、ポリアクリル酸アンモニウム塩等が好適に用いられ
る。前記粉体粘着剤としては、ポリビニルアルコール、
ウレタン樹脂（例えば水溶性ポリウレタン）等が好適に
挙げられる。また、その他、所望により、消泡剤を添加
してもよい。前記消泡剤としては、シリコーン消泡剤等
が挙げられる。

【００３１】前記有機物質の前記グリーン体における含
有量としては、炭素量で、１０〜５０％が好ましく、１
５〜４０％がより好ましい。前記含有量が、１０％未満
の場合には、後述の金属ケイ素を含浸させる際に、炭素
が不足し、未反応のＳｉが気孔内に５％以上残存し、導
電性が低くなることがある一方、５０％を超える場合に
は、スラリーのチクソトロピックが大きくなり易く、成
形性が劣るため、実用上実施が困難となることがある。

【００３２】所望により、窒素を導入する場合は、まず
炭化ケイ素粉末と、炭素源からなる有機物質又は炭素粉
末と、窒素源からなる有機物質と、を均質に混合する
が、前記同様に、カーボンブラック、フェノール樹脂等
の炭素源からなる有機物質又は炭素粉末と、ヘキサメチ
レンテトラミン等の窒素源からなる有機物質とを、水、
エチルアルコールなどの溶媒に溶解、分散した後、炭化
ケイ素粉末と十分に攪拌混合するのが好ましい。

【００３３】前記攪拌混合は、公知の攪拌混合手段、例
えば、ミキサー、遊星ボールミルなどによって行うこと
ができる。攪拌混合は、１０〜３０時間、特に、１６〜
２４時間にわたって行うことが好ましい。

【００３４】前記スラリー状の混合粉体を成形する方法
としては、特に制限はなく、公知の成形方法が挙げられ
るが、一般的には、鋳込み成形が好適に挙げられる。該
鋳込み成形においては、前記スラリー状の混合粉体を前
記鋳込み成形の成形型に流し込み、放置、脱型した後、
５０〜６０℃の温度条件下で加熱乾燥又は自然乾燥して
溶媒を除去することにより、規定寸法の成形体（グリー
ン体）を得ることができる。

【００３５】本発明においては、炭化ケイ素と炭素とを
含有する成形体に、金属ケイ素を含浸させる前に、該成
形体を仮焼することが、強度等の点で好ましい。前記仮
焼の温度としては、１２００〜２４００℃が好ましく、
１４５０〜２０００℃がより好ましい。前記温度が、１
２００℃未満の場合には、グリーン体中の炭化ケイ素粉
体同士の接触が十分に促進されず、接着強度が十分とな
らないため、取扱い性を向上させることができないこと
がある一方、２４００℃を超える場合には、グリーン体
中の炭化ケイ素粉体の粉体成長が著しくなり、後述の金
属ケイ素の含浸が不十分となることがある。

【００３６】前記仮焼の際の昇温速度としては、８００
℃までは、１〜３℃／ｍｉｎが好ましく、８００℃から
最高温度までは、５〜８℃／ｍｉｎが好ましいが、前記
グリーン体の形状、大きさ等を考慮して、適宜決定する
ことができる。

【００３７】前記仮焼の最高保持時間としては、１０〜
１２０分が好ましく、２０〜６０分がより好ましいが、
前記グリーン体の形状、大きさ等を考慮して適宜決定す
ることができる。また、前記仮焼は、酸化防止の観点か
ら、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で行うのが好ま
しい。

【００３８】前記仮焼は、真空焼結炉、雰囲気炉、培焼
炉等の公知の装置を用いて行う。

【００３９】（金属ケイ素）前記金属ケイ素は、高純度
金属ケイ素（不純物の含有量が１ｐｐｍ未満の金属ケイ
素）であり、その融点以上の温度に加熱し、溶融させ
て、前記成形体に含浸させる。

【００４０】前記含浸によって、液状になった前記金属
ケイ素が、毛細管現象等により前記成形体中に浸透し、
該金属ケイ素と成形体中の遊離炭素とが反応する。この
反応によって、炭化ケイ素が生成し、前記成形体中の気
孔等が、前記炭化ケイ素によって充填され、高密度かつ
強固で、良好な導電性を有する前記本発明の炭化ケイ素
質焼結体を得ることができる。

【００４１】前記金属ケイ素の加熱温度としては、１４
２０〜１７００℃が好ましく、１５５０〜１６５０℃が
より好ましい。前記加熱温度が、１４２０℃未満の場合
には、前記金属ケイ素の粘性が上昇するため、該金属ケ
イ素が毛細管現象等により前記成形体中に浸透しないこ
とがある一方、１７００℃を超える場合には、前記金属
ケイ素の蒸発が著しくなり炉体等に損傷を与えることが
ある。

【００４２】前記含浸の時間は、特に限定はなく、前記
成形体の大きさや、該成形体中の遊離炭素の量により適
宜決定することができる。前記金属ケイ素としては、粉
末、顆粒、塊状等の種々の形状が挙げられ、径が２〜５
ｍｍの塊状の金属ケイ素が好適に挙げられる。

【００４３】前記含浸体中の不純物元素の総含有量は、
１０ｐｐｍ以下が好ましく、５ｐｐｍ以下がより好まし
い。但し、半導体工業分野への適用の観点からは、これ
らの化学的な分析による不純物含有量は参考値としての
意味を有するに過ぎない。実用的には、不純物が均一に
分布しているか、局所的に偏在しているかによっても、
評価が異なり、一般的に、実用装置を用いて所定の加熱
条件の下で、前記含浸体が、どの程度不純物元素によっ
て汚染されるかを種々の手段により評価することができ
る。

【００４４】［冷却工程］前記冷却工程は、前記含浸体
に０．１〜１．５℃／ｃｍの温度分布をもたせた状態
で、該含浸体を冷却する工程である。前記含浸体をこの
ような温度分布をもたせた状態で冷却することにより、
未反応の金属ケイ素が冷却固化した際の体積膨張分を低
温側から高温側にずらすことができ、クラック、割れの
ない炭化ケイ素質焼結体を得ることができる。

【００４５】前記冷却工程において、前記含浸体に０．
１〜１．５℃／ｃｍの温度分布をもたせた状態で冷却す
るのは、該温度分布が０．１℃／ｃｍ未満であると、金
属ケイ素の冷却固化時の体積膨張分の吸収が足りず、一
方、１．５℃／ｃｍを超えると、温度分布が大きくな
り、逆に膨張差によりクラック発生の原因となってしま
うためである。本発明においては、前記含浸体に０．５
〜１．０℃／ｃｍの温度分布をもたせた状態で冷却する
ことが、内部歪をより発生させない点で、より好まし
い。なお、前記含浸体において温度分布をもたせる方向
としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択する
ことができるが、例えば、前記含浸体が棒状体の場合に
はその長手方向が好ましく、前記含浸体に長手方向が存
在しない場合には任意の方向でよい。

【００４６】前記含浸体に温度分布を持たせる方法は、
特に制限はないが、例えば、加熱炉内に２以上のヒータ
ーを設け、ヒーターの加熱温度を加熱炉の一端から他端
に向かって徐々に下げ、一定の温度勾配を持たせること
により、前記含浸体に温度分布を持たせる方法が挙げら
れる。

【００４７】前記含浸体の冷却は、前記含浸体に一定の
温度分布を持たせながら行うことができれば、特に制限
はないが、例えば、上記の一定の温度勾配を持たせた加
熱炉内を、一定の速度で高温側から低温側へ向けて、前
記含浸体を平行移動させる方法が挙げられる。また、上
記の一定の温度勾配を持たせた加熱炉内に、前記含浸体
を平行移動させずに静止させ、前記２以上のヒーターの
加熱温度を、同じ速度で下げることにより、一定の温度
勾配を維持した状態で冷却させる方法が挙げられる。

【００４８】前記含浸体の冷却速度は、５０℃／ｈ以下
が好ましく、５〜２０℃／ｈがより好ましい。該冷却速
度が５０℃／ｈを超えると、内部歪を生じ、クラックが
発生してしまうことがある。

【００４９】前記含浸体を加熱炉内の高温側から低温側
へ移動させることにより冷却する場合には、前記含浸体
の移動速度は、前記含浸体の好ましい冷却速度となるよ
うに適宜選択することができる。また、前記含浸体の長
手方向に所定の温度分布を持たせた状態で、前記含浸体
を冷却するのは、少なくとも、前記含浸体の高温側の温
度が１４００℃になるまで行えばよく、１４００℃以下
では溶融した金属ケイ素が完全に固化しているため、温
度分布を持たせない状態で冷却してもよい。

【００５０】［その他］前記本発明の炭化ケイ素質焼結
体の製造方法に用いる製造装置としては、前記本発明の
加熱条件を満たしうるものであれば、特に制限はなく、
公知の加熱炉や反応装置等が挙げられる。

【００５１】前記本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方
法は、冷却固化時のクラックや割れを防ぎ、製造効率に
優れる。また、得られる炭化ケイ素質焼結体は、高密度
かつ強固で、強度等に優れる。

【００５２】また、前記本発明の炭化ケイ素質焼結体の
製造方法によれば、得られる炭化ケイ素質焼結体中の不
純物元素の総含有量を１０ｐｐｍ以下にすることができ
る。なお、ここで、不純物元素とは、１９８９年ＩＵＰ
ＡＣ無機化学命名法改訂版の周期律表における１族から
１６族元素に属し、かつ、原子番号が、６〜８及び１４
を除く３以上の元素をいう。

【００５３】また、前記炭化ケイ素質焼結体の製造方法
によれば、得られる炭化ケイ素質焼結体は、密度が２．
９ｇ／ｃｍ³以上の高密度品となり、導電性を発現する
多結晶半導体となる傾向がある。即ち、電気伝導に寄与
する伝導電子は、粒界を挟んで炭化ケイ素結晶間を流れ
るため、粒界相と炭化ケイ素との接合部も導電性の発現
に重要である。

【００５４】さらに、前記本発明の炭化ケイ素質焼結体
の製造方法で得られる炭化ケイ素質焼結体は、高い曲げ
強度を有する。一般の炭化ケイ素質焼結体の曲げ強度
は、室温における曲げ強度２４０ＭＰａ以上、１５００
℃における曲げ強度５５．０〜８０．０ＭＰａである
が、本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法で得られる
炭化ケイ素質焼結体の曲げ強度は、室温における曲げ強
度で３５０ＭＰａ以上である。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではな
い。

【００５６】（実施例１）炭化ケイ素粉末として、中心
粒径０．８μｍの高純度炭化ケイ素粉末（特開平９−４
８６０５号に記載の製造方法に準じて製造された不純物
含有量５ｐｐｍ以下の炭化ケイ素：１．５重量％のシリ
カを含有）３４００ｇと、炭素粉末としてカーボンブラ
ック（新日化製「＃ＳＬ２００」）６００ｇと、解膠剤
としてポリアクリル酸アンモニウム４４ｇを溶解した水
２２００ｇに添加し、１６時間ボールミルにて分散混合
した後、粉体粘着剤として水溶性ポリウレタン（三洋化
成製「ユーコート」）１２０ｇと、シリコーン消泡剤
（信越化学（株）製「ＫＭ７２Ａ」）４ｇを添加し、さ
らに１０分間ボールミルで分散混合し、粘度１．８Ｐａ
・ｓのスラリー状の混合粉体を製造した。

【００５７】得られたスラリー状の混合粉体を、８００
×φ２０、φ２００×１５ｔの石膏モールドに鋳込み、
６時間放置した後、脱型し、１２時間乾燥（５０℃）さ
せて、遊離炭素を含む成形体（グリーン体）を作製し
た。作製した成形体は、８００×φ２０が４本、φ２０
０×１５ｔが２枚である。

【００５８】得られた成形体（グリーン体）を、１８０
０℃で１時間仮焼（昇温は８００℃まで１℃／ｍｉｎ、
１８００℃まで５℃／ｍｉｎ、雰囲気は真空である。）
した後、１０分間保持して、仮焼した成形体を得た。仮
焼後の４本の円柱状体の両端部に、仮焼後の２枚の板状
体を接合することにより、ウエハボート形状の成形体を
作製した。

【００５９】得られたウエハボート形状の成形体を、内
径６０ｍｍ、高さ８０ｍｍのカーボンるつぼ内で、アル
ゴン雰囲気下で１５５０℃まで昇温して溶融させた２〜
５ｍｍの塊の高純度金属ケイ素（高純度化学研究所製）
に浸漬し、３０分保持することにより、成形体中の遊離
炭素と毛細管現象により該成形体中に浸透した溶融金属
ケイ素とを反応させ、含浸体を作製した。

【００６０】得られた含浸体の長手方向に１．５℃／ｃ
ｍの温度分布を持たせた状態で、５０℃／ｈの速度で冷
却した。前記含浸体に温度分布を持たせる方法は、雰囲
気炉の長手方向（含浸体の長手方向）に、３つのヒータ
ーを設置し、前記温度分布となるように制御した。３つ
のヒーターには、それぞれ温度コントローラが１個づつ
設けられ、これらの温度コントローラを統轄するメイン
の温度コントローラが、前記３個の温度コントローラと
つながっている。前記含浸体を冷却する方法は、メイン
の温度コントローラにより制御を行い、前記３つのヒー
ターの加熱温度を、総て５０℃／ｈの速度で冷却した。

【００６１】（実施例２）実施例１において、含浸体の
長手方向に１．０℃／ｃｍの温度分布を持たせた状態
で、２０℃／ｈの速度で冷却した外は、実施例１と同様
にして、炭化ケイ素質焼結体を作製した。

【００６２】（実施例３）実施例１において、含浸体の
長手方向に０．２５℃／ｃｍの温度分布を持たせた状態
で、５℃／ｈの速度で冷却した外は、実施例１と同様に
して、炭化ケイ素質焼結体を作製した。

【００６３】実施例１〜３では、クラックや割れが発生
せず、製造効率に優れていた。また、得られたそれぞれ
の炭化ケイ素質焼結体は、高密度かつ強固で、強度等に
優れていた。

【００６４】（比較例１）実施例１において、含浸体の
長手方向に温度分布を持たせない状態で冷却した外は、
実施例１と同様にして、炭化ケイ素質焼結体を作製し
た。比較例１では、８００×φ２０のうち、２本が中心
付近で割れていた。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、クラックや割れが生じ
ない炭化ケイ素質焼結体の製造方法、及び該製造方法に
よって製造され、強度等に優れる炭化ケイ素質焼結体を
提供することができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に
   対し、真空雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素
   を含浸させて含浸体を形成し、該含浸体に０．１〜１．
   ５℃／ｃｍの温度分布をもたせた状態で、該含浸体を冷
   却することを特徴とする炭化ケイ素質焼結体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 含浸体を形成する前に、成形体を１２０
   ０〜２４００℃で仮焼する請求項１に記載の炭化ケイ素
   質焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 含浸させる金属ケイ素が１４２０〜１７
   ００℃で加熱溶融された請求項１又は２に記載の炭化ケ
   イ素質焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 ２以上のヒーターを用いて温度分布をも
   たせ、該２以上のヒーターの温度を同じ速度で下げるこ
   とにより含浸体を冷却する請求項１から３のいずれかに
   記載の炭化ケイ素質焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 含浸体を冷却する速度が５０℃／ｈ以下
   である請求項１から４のいずれかに記載の炭化ケイ素質
   焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の炭化
   ケイ素質焼結体の製造方法により製造されることを特徴
   とする炭化ケイ素質焼結体。