JP2001278685A

JP2001278685A - 炭化珪素部材およびその製造方法

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Publication number: JP2001278685A
Application number: JP2001006276A
Authority: JP
Inventors: Osamu Morita; 修森田; Yoichiro Mochizuki; 陽一郎望月; Seiichi Fukuoka; 聖一福岡
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: JP4743973B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被熱処理物と反応しにくく、軽量化が図られ、
かつセラミック溶射被膜が剥離しにくい炭化珪素部材を
提供する。【解決手段】気孔率が０．１％以下で、表面３が中心線
平均粗さ（Ｒａ）３〜１５μｍに粗面化された常圧焼結
炭化珪素製の基材２と、この基材２の表面３の一部また
は全部に形成された複数層のセラミック溶射被膜４とを
有し、このセラミック溶射被膜４の最外層５はジルコニ
アセラミック溶射被膜である炭化珪素部材。また、その
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミック溶射被膜
を有する炭化珪素部材に係わり、特に電子部品を非酸化
性雰囲気で熱処理する際に使用される治具に適した炭化
珪素部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックコンデンサ等の電子部品の熱
処理工程においては、コンデンサとの接触部分での反応
が最も少ないジルコニア、アルミナ、スピネル等を溶射
した熱処理用治具が用いられ、その基材としては、アル
ミナ−シリカ質、炭化珪素質材料等が使用されている。

【０００３】また、従来の熱処理用治具の肉厚は約５〜
１０ｍｍであるが、これを４ｍｍ以下の薄肉化にするこ
とによりコンデンサ等の熱処理工程の際の段積み枚数を
増やして生産性向上が望まれていた。

【０００４】そこで、従来使用されてきた基材の材料の
中で、気孔率が０．１％以下の常圧炭化珪素焼結体を基
材として用いることにより、高強度で薄肉化が図れる
が、この基材は表面の開気孔が少なく、中心線平均粗さ
がＲａ＝０．１μｍ程度なので、そのままの状態で溶射
しても熱処理用治具として使用した場合に、膜の剥離が
原因で十分な耐用寿命とならない欠点があった。

【０００５】この対策として、特開平５−２３８８５３
号公報にはセラミックス基材の表面改質により被覆層の
密着性の向上を図る提案がなされている。この発明の具
体的手段は、基材表面を中心線平均粗さがＲａ＝０．１
５μｍ以上に粗面化することにより、被覆層の密着性の
向上が図れることが開示されている。しかしながら、こ
の発明では中心線平均粗さがＲａ＝２．８５μｍまでの
検討しかしておらず、電子部品の熱処理用治具として使
用した場合に、膜の十分な剥離防止効果が得られない。

【０００６】また、特開平１１−２６３６７１号公報に
はポーラスなアルミナ・シリカ系やＳｉＣ系の焼結体基
材の下地層に水プラズマ溶射による気孔率が１２％以上
のポーラスなセラミック溶射膜と、表面層にガスプラズ
マ溶射による気孔率が７％以下のセラミック溶射膜の２
層からなるセラミック溶射膜を備えた焼成用道具材が記
載されている。しかし、この焼成用道具材は被焼成物と
の接触面が比較的徽密な組織であるため、被焼成物との
接触面積が大きくなり反応を十分に抑制できず、また、
十分な軽量化が期待できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、被熱処理物と
反応しにくく、軽量化が図られ、かつセラミック溶射被
膜が剥離しにくい炭化珪素部材が要望されていた。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、被熱処理物と反応しにくく、軽量化が図られ、
かつセラミック溶射被膜が剥離しにくい炭化珪素部材を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、気孔率が０．１％以
下で、表面が中心線平均粗さ（Ｒａ）３〜１５μｍに粗
面化された常圧焼結炭化珪素製基材と、この基材の表面
の一部または全部に形成された複数のセラミック溶射被
膜層とを有し、このセラミック溶射被膜の最外層はジル
コニア質溶射被膜であることを特徴とする炭化珪素部材
であることを要旨としている。

【００１０】本願請求項２の発明では、上記ジルコニア
質溶射被膜はカルシア、マグネシア、またはイットリア
から選ばれた少なくとも１つにより安定化または部分安
定化したジルコニア、または安定化ジルコニアと未安定
ジルコニアとの混合物からなることを特徴とする請求項
１に記載の炭化珪素部材であることを要旨としている。

【００１１】本願請求項３の発明では、上記常圧焼結炭
化珪素焼結体は、かさ密度が、３．０５ｇ／ｃｍ^３以上
で、かつ室温の３点曲げ強さが３８０ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素焼
結部材であることを要旨としている。

【００１２】本願請求項４の発明は、常圧焼結炭化珪素
焼結体表面の一部あるいは全面にガスプラズマ溶射によ
りアルミナ、または、ムライトからなるプラズマ溶射層
の下地層を形成し、さらに、この下地層の上に水プラズ
マ溶射により未安定、カルシア部分安定、イットリア部
分安定ジルコニアの中の一種または二種以上からなる表
面層を形成することを特徴とする炭化珪素焼結部材の製
造方法であることを要旨としている。

【００１３】本願請求項５の発明では、上記下地層が形
成される焼結体表面の十点平均粗さ（Ｒａ）はＲｚ≧２
０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪
素部材の製造方法であることを要旨としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係わる炭化珪素部材の一
実施の形態について図面に基づき説明する。

【００１５】図１に示すように、炭化珪素部材は、気孔
率が０．１％以下で、表面が中心線平均粗さ（Ｒａ）３
〜１５μｍに粗面化された常圧焼結炭化珪素製の基材２
と、この基材２の表面３に形成された複数層、例えば２
層のセラミック溶射被膜４とを有し、このセラミック溶
射被膜４の最外層５はジルコニアセラミック溶射被膜で
あり、基材２に形成される下地層６はムライト溶射被膜
である。

【００１６】最外層（表面層）５のジルコニアセラミッ
ク溶射被膜は、カルシア、マグネシア、またはイットリ
アから選ばれた少なくとも１つにより安定化された安定
化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、または安定化ジ
ルコニアと未安定化ジルコニアとの混合物からなる。

【００１７】下地層６は、ムライト溶射被膜が好ましい
が、セラミック溶射被膜を３層にする場合には、下地層
をＡｌ_２Ｏ_３にし、この下地層と最外層間に形成される
中間層をムライトにしてもよい。

【００１８】次に炭化珪素部材の製造方法を説明する。

【００１９】炭化珪素部材の製造方法は、一般に用いら
れている製造方法を用い、複数の粒度からなるＳｉＣ原
料と焼結助剤としてのＢ系化合物からなる配合に、珪素
樹脂と熱硬化性樹脂とを添加して、混合し、加圧成形
し、焼成して気孔率が０．１％以下の常圧焼結炭化珪素
の焼成体を得る。この焼成体のかさ密度は３．０５ｇ／
ｍ^３以上で、かつ、室温曲げ強さが３８０ＭＰａ以上で
ある。これにより棚板治具として用いる場合には高温強
度や耐ベンド性が得られ肉薄化が図れる。かさ密度が
３．０５ｇ／ｍ^３未満であると高温強度や耐ベンド性に
劣るため、十分な耐用が得られない。

【００２０】また、この焼成体の少なくとも被熱処理物
が載置される側の一表面を、例えばサンドブラストやア
ルカリエッチングによって、算術平均粗さＲａを特定範
囲、すなわち、Ｒａ＝３〜１５μｍになるように粗面化
する。最も好ましくは、Ｒａ＝１０〜１５μｍである。
また、十点平均粗さはＲｚ≧２０μｍである。Ｒａ＝１
０〜１５μｍおよびＲｚ≧２０μｍに粗面化するには、
焼成前に素地状態でサンドブラスト処理が好ましい。

【００２１】平均粗さＲ＝３〜１５μｍの範囲にするこ
とで、使用中の温度差による熱応力の伝達を緩和し、割
れや亀裂の発生を抑制することが可能となり、棚板治具
としての信頼性および寿命を向上させる。また、部材表
面の粗面化は一表面あるいは全表面行い、粗面化後に焼
結することで、粗面化の際にできた微細なクラックは焼
結時の粒成長によって消滅するため粗面化による強度の
低下を抑えることができる。

【００２２】Ｒａが３μｍより小さいと、ジルコニア層
（最外層）の剥離までの使用可能回数が小さくなり、熱
処理治具として用いた場合に実用に供しにくい。

【００２３】また、サンドブラストやアルカリエッチン
グによって、常圧焼結炭化珪素の焼成体の粗面化は、１
５μｍを超え、特に２０μｍより大きくするのは、困難
である。その理由として気孔率が０．１％以下と表面の
開気孔が非常に少ない常圧燒結炭化珪素はもとから開気
孔を有する耐火物系の炭化珪素材料とは異なり、粗面化
によって初めて溶射被膜形成が可能になるが、構成して
いる炭化珪素造粒粒径が数μｍ程度であり、粗面化を長
く行えば、粒子ごと剥離してしまい、部分的に深く掘る
ことは非常に困難であるからである。また、１５μｍを
超えると基材の強度が低下し、２０μｍより大きい場合
には、加熱冷却サイクルにより、基材自身にも亀裂が入
るおそれがある。

【００２４】基材の表面粗さがＲｚ≧２０μｍであれ
ば、溶射膜に対する十分なアンカー効果が得られ、溶射
膜の耐剥離性を向上させることができる。Ｒｚ＜２０μ
ｍであると溶射膜に対する十分なアンカー効果が得られ
ずに、溶射膜が剥離しやすくなる。

【００２５】しかる後、この一表面に溶射により複数層
の溶射被膜を形成する。例えば、一表面にはアルゴン雰
囲気でのガスプラズマ溶射によりムライト溶射被膜を下
地層として形成し、この上に水プラズマ溶射によりジル
コニア溶射被膜を形成する。

【００２６】上記常圧焼結炭化珪素の焼成体は、室温で
の曲げ強さが、概ね４００ＭＰａ程度であり、熱処理用
治具基材に常圧焼結炭化珪素を用いることで、肉厚を４
ｍｍ以下の肉薄にすることができる。また、焼成体は炭
化珪素が９５％程度であり、焼結助剤としてのＢ系化合
物を用いたが、焼結助剤の種類はいずれでもよい。

【００２７】下地層はムライト、Ａｌ_２Ｏ_３などの溶射
被膜である。ムライトが耐クリープ性に優れており、最
も好ましくは、ムライト組成（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ
_２、Ａｌ_２Ｏ_３＝７１．８重量％）であるが、ムライト
原料の製法上、ムライト化していないＳｉＯ_２が含まれ
るため、現行の市販の原料を用いた場合は耐クリープ性
を向上させるには、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３が７２〜８５
重量％、最も好ましくは７４〜７８重量％である。下地
層の厚さは、熱処理用治具の形状、基体の材質種によっ
て異なるが０．０５ｍｍ以上であれば耐クリープ性向上
の効果が得られる。厚くすれば耐クリープ性は向上する
が、厚すぎると重量が増加し軽量化に反し、また剥離が
発生しやすくなる。

【００２８】最外層はカルシア、マグネシア、またはイ
ットリアから選ばれた少なくとも１つにより安定化され
た安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、または安
定化ジルコニアと未安定化ジルコニアとの混合物からな
るジルコニアセラミック溶射被膜である。

【００２９】最外層に要求される特性は、被熱処理物と
の難反応性、耐久性（剥離、脱落）である。最外層をジ
ルコニアにすることにより、被熱処理物との反応を最小
限に抑えることができる。

【００３０】ジルコニア層の単層被膜である従来の場合
には、基材を粗面化しても、常圧焼結炭化珪素基材とジ
ルコニア層の熱膨張率の差により、熱処理用治具として
被膜の剥離により耐用寿命に耐えられない。

【００３１】また、コーティング品の欠点である最外層
の剥離については、溶射法を用いることで剥離しにくい
被膜を得ることができる。プラズマ溶射法で溶射された
被膜は、弾性率が低く膨張収縮に伴う熱応力の発生が小
さい、応力が分散される、膨張自体が緩和される等の効
果により剥離が起こり難い。特に、表面層が水プラズマ
の場合、被焼成物との接触面積が小さくなると共に、溶
射材料の粒径が大きいことから、反応を抑制することが
できる。これに対して、下地層と表面層が共に水プラズ
マ溶射からなる場合、比較的気孔率が大きいことから、
被焼成物中の成分が溶射層へ浸透し、一方で基材が極め
て緻密なため、基材と溶射層の界面へ蓄積して物理的に
付着している溶射層を剥離させやすくする。

【００３２】上述のような熱処理用治具は、基体の気孔
率が０．１％以上であるので、曲げ強さが大きく、ま
た、密度は３．０５ｇ／ｍ^３以上で室温曲げ強さが３８
０ＭＰａ以上であるので、棚板治具として用いる場合に
は高温強度や耐ベンド性が得られ肉薄化が図れる。この
基材の表面に耐クリープ性に優れたムライト等を主成分
とする下地層を形成することにより、耐熱衝撃性を維持
しつつ、耐クリープ性を向上させ、かつ薄肉化が可能と
なり、さらに、その内被膜層の表面に被熱処理物と難反
応性であるジルコニアあるいはジルコン酸塩を被膜して
最外層を形成することにより被熱処理物を直接載置する
ことが可能で、種々の被熱処理物の焼成に対応可能な熱
処理用治具を提供することができる。

【００３３】また、肉薄化しても使用中に反りが発生し
にくく、高耐用・被熱処理物の積載スペースの拡大によ
る焼成工程のスループットの向上、熱処理用治具の軽
量、低熱容量による省エネが可能となった。

【００３４】

【実施例】１．試験１「１」目的：本発明に係わる炭化珪素部材の製造方法を
用い、以下に示す基材に、表１に示すような材質の下地
層と最外層を形成した試料について、被膜剥離試験およ
び被加熱物との反応性試験を行った。

【００３５】「２」試料：（１）基材実施例１〜８および比較例１〜７大きさが２００ｍｍ×３５０ｍｍで厚さ３．５ｍｍ、材
質がＳｉＣ９８重量％、かさ密度３．１５ｋｇ／ｃｍ^３
程度、室温３点曲げ強さ４００ＭＰａ程度の常圧焼結炭
化珪素材質である。

【００３６】比較例８寸法はと同様であり、材質はＳｉＣ９４重量％、かさ
密度２．５ｋｇ／ｃｍ ^３程度、室温３点曲げ強さ２５Ｍ
Ｐａ程度の炭化珪素焼結体である。

【００３７】（２）粗面化実施例１〜８および比較例１〜４約５００℃に加熱した水酸化ナトリウムと硝酸ナトリウ
ムの混合アルカリ溶液中（重量比：ＮａＯＨ／ＮａＮＯ
_３＝５：１〜６：１）に基材を浸漬させ、エッチング時
間を変えてエッチング処理を行い、Ｒａ値を変化させ、
表面を表１および表２に示すようなＲａ値程度に粗面化
した。

【００３８】比較例６、７サンドブラストにより表面を表２に示すようなＲａ値程
度に粗面化した。

【００３９】（３）溶射被膜形成実施例１〜８および比較例１〜４、６〜８表１および表２に示す材質をガスプラズマ溶射により、
試料の一表面のみに溶射することにより溶射被膜を形成
した。このときの溶射被膜（下地層から表面層まで）の
厚さは２００〜３００μｍであった。

【００４０】「３」試験方法：（１）図２に示すような電気炉を用い、試料を大気中、
１４００℃に加熱、１４００℃を２時間保持後、室温ま
で冷却する加熱冷却サイクルを複数回（最大１５回迄）
行い、ジルコニア層（最外層）が剥離するまでの回数を
調べた。

【００４１】（２）実機使用して被熱処理物であるセラ
ミックコンデンサと試料との反応性を調べた。

【００４２】「４」試験結果：表１および表２に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】実施例１（Ｒａ＝１０μｍ）：ジルコニ
ア層の剥離、セラミックコンデンサとの反応性がなく、
最も安定している。

【００４６】実施例２（Ｒａ＝３μｍ）：実施例１に
は及ばないが、ジルコニア層の剥離までの回数は１３回
と従来例に比べて著しく向上しており、また、セラミッ
クコンデンサとの反応性もない。剥離までの回数が１３
回を超えているため、実機使用に対応できるとみなせる
ことから、表面粗さはＲａ＝３μｍ以上であればよいこ
とが確認された。

【００４７】実施例３（Ｒａ＝５μｍ）：実施例１に
は及ばないが、ジルコニア層の剥離までの回数は１４回
と実施例２に比べて優れており、また従来例に比べて著
しく向上しており、さらにセラミックコンデンサとの反
応性もない。

【００４８】実施例４（Ｒａ＝１５μｍ）：ジルコニ
ア層の剥離、セラミックコンデンサとの反応性もない。
しかし、この実施例４の基材強度を測定したところ、粗
面化前よりも強度が約４０％も低下していることが判明
した。粗面化を進めれば溶射被膜は剥離しにくくなる
が、同時に基材強度が低下し、割れが発生し易くなり、
表面粗さはＲａ＝１５を超えないことが必要であること
が確認できた。

【００４９】実施例５（Ｒａ＝１０μｍ）：実施例１
と同様に基材を用い、下地層をムライトからＡｌ_２Ｏ_３
に変更したが、ジルコニア層の剥離、セラミックコンデ
ンサとの反応性はなく、実施例１と同様に安定してい
る。下地層はムライトと同程度で炭化珪素と反応しない
材質であればよいことが確認できた。

【００５０】実施例６：実施例１と同様に基材を用
い、ジルコニア安定化材質を実施例１のイットリア８％
安定化からイットリア４％部分安定化に変更したが、最
外層ジルコニア層の剥離、セラミックコンデンサとの反
応性もなく、実施例１と同様に安定している。

【００５１】実施例７：同様にカルシア４％部分安定
化に変更したが、最外層ジルコニア層の剥離、セラミッ
クコンデンサとの反応性もなく、実施例１と同様に安定
している。

【００５２】実施例８：同様にマグネシア４％部分安
定化に変更したが、最外層ジルコニア層の剥離、セラミ
ックコンデンサとの反応性もなく、実施例１と同様に安
定している。

【００５３】実施例６〜８は種々の安定化材のジルコニ
アを使用した基材を対象に剥離試験および反応性調査を
行ったが、安定化材８％イットリアを使用した実施例１
と同じく問題はなかったことから、安定化材の種類を特
に限定する必要がないことを確認した。

【００５４】実施例９：実施例１において、基材とム
ライト間に下地層としてＡｌ_２Ｏ_３を被覆し、３層にし
たが、ジルコニア層の剥離、セラミックコンデンサとの
反応性はなく、実施例１と同様に安定している。溶射層
は下地層が形成されていれば、層数を特に限定する必要
がないことが確認できた。

【００５５】なお、安定化ジルコニア、部分安定化ジル
コニアの他に安定化ジルコニアと未安定化ジルコニアと
の混合物でも実施例１と同様の効果が得られた。

【００５６】比較例１（Ｒａ＝１μｍ）：実施例１と
同様の基材を用い、表面粗さをＲａ＝１μｍにしたが、
ジルコニア層の剥離までの回数は１回と著しく低く、実
用に供しえない。

【００５７】比較例２（Ｒａ＝２μｍ）：同様に表面
粗さをＲａ＝２μｍにしたが、ジルコニア層の剥離まで
の回数は６回と低く、実用に供しにくい。

【００５８】比較例３（Ｒａ＝２０μｍ）：同様に表
面粗さをＲａ＝２０μｍにしたが、ジルコニア層の剥離
までの回数は１回と著しく低くく、さらに基材自体にも
亀裂が発生し、実用に供しえない。

【００５９】比較例４：実施例１と同様の基材を用
い、下地層を形成せず、ジルコニア層を直接基材に形成
したが、ジルコニア層の剥離までの回数は１回と著しく
低く、実用に供しえない。

【００６０】比較例５：焼結された基材そのものを用
い、粗面化、被膜形成を行わない。被加熱物との反応が
あり、実用に供しえない。

【００６１】比較例６：実施例１に用いた基板を用
い、この基材にムライト被膜の単層を形成した。被加熱
物との反応があり、実用に供しえない。

【００６２】比較例７：同様に基材にＡｌ_２Ｏ_３被膜
の単層を形成した。被加熱物との反応があり、実用に供
しえない。

【００６３】比較例８：実施例７において、基材を常
圧燒結炭化珪素焼結体から耐火物系炭化珪素焼結体に変
更した。ジルコニア層の剥離までの回数は３回と低く、
実用に供しえない。耐火物系炭化珪素焼結体は粗い粒子
を原料とし気孔率が１５％であり、剥離試験では剥離の
ほか、基材自身に反りおよび亀裂が発生した。

【００６４】２．試験２「１」目的：表３および表４に示すような材質と下地層
と表面層の形成条件で、試験１と同様の試験を行った。

【００６５】「２」試験結果：表３および表４に示す。

【００６６】

【表３】

【００６７】

【表４】

【００６８】実施例１０〜１４は、いずれも耐剥離性と
耐反応性が優れていることがわかった。

【００６９】これに対して、比較例９、１１は耐反応性
に問題はないが、耐剥離性に問題があり、また、比較例
１０、１２は耐剥離性に問題はないが、耐反応性に問題
があり、実用に供し得ないことがわかった。

【００７０】３．試験３「１」目的：本発明に係わる炭化珪素部材に用いられる
常圧焼結炭化珪素製基材のかさ比重、室温３点曲げ強さ
および表面粗さＲａを変えて、図３に示すようなヒート
サイクル試験装置を用いて、亀裂発生の有無を調べる。

【００７１】「２」試料：実施例１５〜２５および比較
例１３〜２１の材質は、ＳｉＣ９５％程度の常圧焼結炭
化珪素材質である。この材質は炭化珪素９７％程度で焼
結助剤としてボロンとカーボン（Ｂ−Ｃ系）を用いたが
焼結助剤の種類は問わない。製造方法は市販の純度約９
９％、比表面積約１５ｍ^２／ｇのＳｉＣ粉末に、焼結助
剤として平均粒径約２．５μｍのＢ４Ｃを０．３質量％
（但し、比較例１８のみ０．２％）、残炭量約５０質量
％のフェノールレジン（レゾールタイプ）を８．５質量
％添加し、エタノール中で２４時間湿式粉砕混合した。
そのスラリーをスプレードライヤーにより平均粒径約８
０μｍに造粒した後、成形圧力一軸加圧成形により約２
３５×４ｍｍの成形体を得た。成形圧力については実施
例・比較例ごとに数値を変えている。

【００７２】この成形体を２００℃で１２時間硬化させ
た後サンドブラスト（砥粒ＳｉＣ＃６０）により下記表
５〜表７に示す実施例１５〜２５、比較例１３〜２１の
表面粗さ（焼結後）になるように粗面化を行った。（但
し、比較例１６のみ焼成後に粗面化を行なった。）その後、カーボンケースに充填し、２２０℃で２時間焼
結した。なお、焼結時の雰囲気は、室温から１４００℃
まではフェノールレジンの熱分解を考慮し真空中で、そ
れ以降は常圧のアルゴン雰囲気中とした。

【００７３】得られた炭化珪素焼結体のかさ密度をＪＩ
ＳＲ１６３４に準拠して測定後、ＪＩＳＲ１６０１
に準拠して曲げ試験片（３×４×４０ｍｍ、Ｃ０．２）
をそれぞれ３０本作製し、室温における３点曲げ強さを
測定した。

【００７４】中心線平均粗さの測定条件は測定長さ４．
８ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍである。

【００７５】比較例１９〜２１については実際にコンデ
ンサ等焼成治具として使われているものを入手した。す
べて２００×２００×ｔ３．５板形状に成形及び加工し
たものである。

【００７６】比較例１９の材質はＳｉＣ９４％、かさ密
度２．５ｇ／ｃｍ^３程度、室温三点曲げ強さ２５ＭＰａ
程度の炭化珪素材質である。

【００７７】比較例２０の材質はＡｌ_２Ｏ_３７２％、Ｓ
ｉＯ_２２６％程度、かさ密度２．６５ｇ／ｃｍ^３程度、
室温三点曲げ強さ９ＭＰａ程度のアルミナ・シリカ材質
である。

【００７８】比較例２１の材質はＺｒＯ_２９５％程度、
ＣａＯ部分安定、かさ密度４．３ｇ／ｃｍ^３程度、室温
三点曲げ強さ２５ＭＰａ程度のジルコニア材質である。

【００７９】また、実施例１５〜２５、比較例１３〜２
１の焼成治具を薄肉化した場合コンデンサ等の焼成時に
亀裂が発生するのを調査するため２００×２００×ｔ
３．５板形状に成形及び加工した実施例１５〜２５、比
較例１〜２１のサンプルを大気中、１４００℃に加熱、
１４００℃を２時間保持後、室温まで冷却する加熱冷却
サイクルを複数回行い（最大１５回まで）、亀裂が発生
した回数を調べた。サンプルに載置させたセッタはジル
コニア製（サイス：５０×５０×ｔ３）である。（但
し、比較例２１は加熱冷却サイクル試験の際はジルコニ
ア製のセッタは載置せず）。

【００８０】「３」試験結果：表５〜表７に示す。

【００８１】

【表５】

【００８２】

【表６】

【００８３】

【表７】

【００８４】実施例１５〜２５は、表面粗さＲａ＝３〜
１５μｍ、かさ密度３．０５ｇ／ｃｍ^３以上、室温の３
点曲げ強さが３８０ＭＰａ以上に製作されており、加熱
冷却サイクル試験においていずれも亀裂の発生は認めら
れなかった。

【００８５】これに対して、比較例１３および１４の様
にＲａ＝０．２μｍおよび２μｍでは加熱冷却サイクル
回数４および７回で亀裂が発生した。

【００８６】比較例１６は、焼結体時に粗面化を行った
が、加熱冷却サイクル回数４回で亀裂が発生した。

【００８７】比較例１７は、焼結体かさ密度が低いため
加熱冷却サイクル１２回目で亀裂が発生した。これは密
度が低いと開気孔率が高いので、加熱冷却サイクルで材
質が継続酸化される面積が多くなり、サイクル回数が増
えると強度の低下が著しくなるためと考えられる。

【００８８】比較例１８は、焼結助剤の量を所定量より
も少なくしたので、曲げ強さが低く加熱冷却サイクル８
回目で亀裂が発生した。

【００８９】比較例１９〜２１は、従来の材質の薄肉化
が可能かどうか検証したものであり、厚み３．５ｍｍに
した場合、いずれの材質も加熱冷却サイクル回数１〜４
で剥離が発生した。

【００９０】

【発明の効果】本発明に係わる炭化珪素部材およびその
製造方法によれば、被熱処理物と反応しにくく、軽量化
が図られ、かつセラミック溶射被膜が剥離しにくい炭化
珪素部材を提供することができる。

【００９１】すなわち、気孔率が０．１％以下で、表面
が中心線平均粗さ（Ｒａ）３〜１５μｍに粗面化された
常圧焼結炭化珪素製の基材と、この基材の表面の一部ま
たは全部に形成された複数層のセラミック溶射被膜とを
有し、最外層はジルコニアセラミック溶射被膜であり、
Ｒａを特定範囲にすることにより、繰返し使用によって
もジルコニア層に剥離がなく、長寿命であり、被熱処理
物を直接載置することが可能で、種々の被熱処理物の焼
成に対応可能な熱処理用治具に適する炭化珪素部材を提
供することができる。さらに、肉薄化しても使用中に反
りが発生しにくく、高耐用・被熱処理物の積載スペース
の拡大による焼成工程のスループットの向上、熱処理用
治具の軽量、低熱容量による省エネが可能となった。

【００９２】また、ジルコニアセラミック溶射被膜はカ
ルシア、マグネシア、またはイットリアから選ばれた少
なくとも１つにより安定化された安定化ジルコニア、部
分安定化ジルコニア、または安定化ジルコニアと未安定
化ジルコニアとの混合物からなるので、被熱処理物と難
反応性であり、被熱処理物を直接熱処理用治具に載置す
ることが可能で、種々の被熱処理物の焼成に対応可能な
熱処理用治具を提供することができる。

【００９３】また、常圧焼結炭化珪素焼結体は、かさ密
度が、３．０５ｇ／ｃｍ^３以上で、かつ室温の３点曲げ
強さが３８０ＭＰａ以上であるので、棚板治具として用
いる場合には高温強度や耐ベンド性が得られ肉薄化が図
れる。

【００９４】また、常圧焼結炭化珪素焼結体表面の一部
あるいは全面にガスプラズマ溶射によりアルミナ、また
は、ムライトからなるプラズマ溶射層の下地層を形成
し、さらに、この下地層の上に水プラズマ溶射により未
安定、カルシア部分安定、イットリア部分安定ジルコニ
アの中の一種または二種以上からなる表面層を形成する
製造方法であるので、被焼成物との接触面積が小さくな
ると共に、溶射材料の粒径が大きいことから、反応を抑
制した炭化珪素部材を製造することができる。

【００９５】また、下地層が形成される焼結体表面の十
点平均粗さ（Ｒｚ）はＲｚ≧２０μｍであるので、溶射
膜に対する十分なアンカー効果が得られ、溶射膜の耐剥
離性が向上した炭化珪素部材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる炭化珪素部材の断面図。

【図２】実施例における試験１に用いられる電気炉の概
略図。

【図３】実施例における試験３に用いられる電気炉（ヒ
ートサイクル試験装置）の概略図。

【符号の説明】

１熱処理用治具２基材３表面４セラミック溶射被膜５最外層６下地層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気孔率が０．１％以下で、表面が中心線
平均粗さ（Ｒａ）３〜１５μｍに粗面化された常圧焼結
炭化珪素製基材と、この基材の表面の一部または全部に
形成された複数のセラミック溶射被膜層とを有し、この
セラミック溶射被膜の最外層はジルコニア質溶射被膜で
あることを特徴とする炭化珪素部材。
【請求項２】上記ジルコニア質溶射被膜はカルシア、
マグネシア、またはイットリアから選ばれた少なくとも
１つにより安定化または部分安定化したジルコニア、ま
たは安定化ジルコニアと未安定ジルコニアとの混合物か
らなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素部
材。
【請求項３】上記常圧焼結炭化珪素焼結体は、かさ密
度が、３．０５ｇ／ｃｍ^３以上で、かつ室温の３点曲げ
強さが３８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項
１または２に記載の炭化珪素焼結部材。
【請求項４】常圧焼結炭化珪素焼結体表面の一部ある
いは全面にガスプラズマ溶射によりアルミナ、または、
ムライトからなるプラズマ溶射層の下地層を形成し、さ
らに、この下地層の上に水プラズマ溶射により未安定、
カルシア部分安定、イットリア部分安定ジルコニアの中
の一種または二種以上からなる表面層を形成することを
特徴とする炭化珪素焼結部材の製造方法。
【請求項５】上記下地層が形成される焼結体表面の十
点平均粗さ（Ｒｚ）はＲｚ≧２０μｍであることを特徴
とする請求項４に記載の炭化珪素部材の製造方法。