JP2010195669A - Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material - Google Patents
Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010195669A JP2010195669A JP2009091416A JP2009091416A JP2010195669A JP 2010195669 A JP2010195669 A JP 2010195669A JP 2009091416 A JP2009091416 A JP 2009091416A JP 2009091416 A JP2009091416 A JP 2009091416A JP 2010195669 A JP2010195669 A JP 2010195669A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- boron carbide
- composite material
- powder
- peak intensity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
本発明の態様は、一般に、炭化硼素・炭化珪素・シリコンを主成分とする複合材料に係り、特に、高い比剛性率を持ち、研削性に優れた炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料に関する。 An aspect of the present invention generally relates to a composite material mainly composed of boron carbide / silicon carbide / silicon, and more particularly to a boron carbide / silicon carbide / silicon composite material having a high specific rigidity and excellent grindability.
近年、半導体製造装置等の産業機械に使用する移動ステージ等を構成する部材には、軽量かつ剛性が高く、また構成部材の薄肉軽量化の要望があり高い強度が要望されている。 2. Description of the Related Art In recent years, members that constitute a moving stage or the like used in an industrial machine such as a semiconductor manufacturing apparatus are required to have high strength because there is a demand for light weight and high rigidity, and reduction in thickness and weight of the constituent members.
その詳細な例としては高精度の位置決め機能が必要な移動体装置である３次元測定器、直線度測定器、平面状物体のパターンを形成するための露光機などがあげられる。特に露光機においては半導体ウェハーや液晶パネルなどを製造するにあたり、近年デバイス等のパターンが微細化している要求に対応したさらに高精度の位置決め機能が求められるとともに、経済的にパターンを転写するために高速で被露光ワークやレチクルなどが搭載された静水圧流体軸受け装置などの移動体を高速で動かして、装置のスループットを向上させることが求められている。 Specific examples thereof include a three-dimensional measuring instrument, a linearity measuring instrument, and an exposure machine for forming a pattern of a planar object, which are mobile devices that require a highly accurate positioning function. Especially in the exposure machine, when manufacturing semiconductor wafers, liquid crystal panels, etc., there is a need for a more accurate positioning function that can meet the demands for finer patterns of devices, etc. in recent years, and to transfer patterns economically. There is a need to improve the throughput of the apparatus by moving a moving body such as a hydrostatic pressure fluid bearing apparatus on which a workpiece or reticle to be exposed is mounted at a high speed.
しかしながら、上記のような要求を満たすためには、ステージ構成部材を薄肉軽量化、また剛性を上げステージ構成部材が持つ慣性力を小さくし、制動性を高める必要がある。 However, in order to satisfy the above requirements, it is necessary to reduce the thickness and weight of the stage constituent member, increase the rigidity, reduce the inertial force of the stage constituent member, and improve the braking performance.
このような特性が要求される構造部材としては、従来は鉄鋼等の金属系素材が用いられてきたが、最近では金属系素材よりも高比剛性率を持つセラミックスの中のアルミナが用いられるようになってきている。しかしながら、さらなる高比剛性率が要求される場合においてはセラミックの中でもアルミナのような酸化物セラミックスではなく非酸化物セラミックスを用いる必要がある。その中でも工業材料としては最高の比剛性率を持つ炭化硼素系の材料が期待されている。 As structural members that require such characteristics, metal materials such as steel have been used in the past, but recently alumina in ceramics with a higher specific modulus than metal materials is used. It is becoming. However, when a higher specific rigidity is required, it is necessary to use non-oxide ceramics instead of oxide ceramics such as alumina among ceramics. Among them, a boron carbide material having the highest specific rigidity is expected as an industrial material.
炭化硼素系素材として最も高比剛性が期待されるのは、ほぼ純粋な炭化硼素焼結体であるが、炭化硼素は難焼結材として知られている。従来の炭化硼素焼結体はホットプレスにより製造されていた。しかしながら、ホットプレス焼結法においては、大型複雑形状品は製造することが困難であり、また高温・高圧を付与するためのホットプレス装置や黒鉛型のコストが大きいために現実的に構造部材を製造する方法とはいえない。 The most specific boron carbide-based material that is expected to have a high specific rigidity is a substantially pure boron carbide sintered body, but boron carbide is known as a hardly sintered material. Conventional boron carbide sintered bodies have been manufactured by hot pressing. However, in the hot press sintering method, it is difficult to manufacture a large complex shape product, and since the cost of a hot press apparatus and a graphite mold for applying high temperature and high pressure is large, a structural member is realistically used. It is not a manufacturing method.
この問題を解決するために炭化硼素の鋳込成形・常圧焼結の手法が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照。）。しかしながら、この方法においては、焼成体が難研削性であるため、半導体・液晶製造装置のような高寸法精度が要求される用途においては研削コストが大きくなることと、常圧焼結温度が２２００℃以上とかなり高いため焼成コストが大きくなるという問題点がある。 In order to solve this problem, methods of casting molding and atmospheric pressure sintering of boron carbide have been disclosed (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document) 6). However, in this method, since the fired body is difficult to grind, in applications where high dimensional accuracy is required, such as a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus, the grinding cost is increased, and the atmospheric pressure sintering temperature is 2200. There is a problem in that the firing cost increases because the temperature is considerably higher than ℃.
そこで炭化硼素を焼結させるのではなく、金属マトリックス相内に炭化硼素粉をフィラーとして分散させた材料も開示されている（例えば、特許文献７参照。）。この材料はアルミニウム中に炭化硼素を分散させたものであるが、炭化硼素とアルミニウムの濡れ性が悪いため炭化硼素とアルミニウムの混合物をホットプレスして製造しており、ホットプレスでは大型複雑形状品を作製できないし製造コストも大きいために、現実的に構造部材を製造する方法とはいえない。 Therefore, a material in which boron carbide powder is dispersed as a filler in a metal matrix phase instead of sintering boron carbide is also disclosed (for example, see Patent Document 7). This material is a material in which boron carbide is dispersed in aluminum, but because the wettability of boron carbide and aluminum is poor, it is manufactured by hot pressing a mixture of boron carbide and aluminum. Can not be manufactured and the manufacturing cost is high, it cannot be said that it is a method of manufacturing a structural member realistically.
そこで炭化硼素との濡れ性が比較的優れているシリコンを金属として用い、炭化硼素成形体に溶融したシリコンを含浸させた複合材料も開示されており（例えば、特許文献８、特許文献９、特許文献１０参照。）、その中には原材料として少量の炭素源となりうる素材を含む例もある。しかしながら、この方法においては、シリコンが含浸されているとはいうものの炭化硼素が高充填されている複合材料となるので、炭化硼素単独のものよりやや研削性は改良されているものの、難研削性であることに変わりはない。 Therefore, composite materials in which silicon having relatively good wettability with boron carbide is used as a metal and a boron carbide molded body is impregnated with molten silicon are also disclosed (for example, Patent Document 8, Patent Document 9, Patent). Reference 10), and some examples include materials that can be used as a small amount of carbon source as raw materials. However, this method is a composite material that is highly impregnated with boron carbide although it is impregnated with silicon, so the grindability is slightly improved compared to that of boron carbide alone, but difficult to grind. It remains the same.
また、成形体の原料として炭化硼素に加えて炭化珪素をも含む材料を用い、この成形体に溶融したシリコンを含浸させた複合材料も開示されており（例えば特許文献１１参照。）、その中には原材料として少量の炭素源となりうる素材を含む例もある。しかしながら、この方法においてもやはり炭化硼素・炭化珪素が高充填された複合材料となるので、炭化硼素単独で充填されているものよりやや研削性は改良されているものの、やはり難研削性であることには変わらない。 Also disclosed is a composite material in which a material containing silicon carbide in addition to boron carbide is used as a raw material of a molded body, and this molded body is impregnated with molten silicon (see, for example, Patent Document 11). In some cases, the raw material contains a material that can be a small amount of carbon source. However, this method also results in a composite material that is highly filled with boron carbide / silicon carbide, so the grindability is slightly improved compared to that filled with boron carbide alone, but it is still difficult to grind. Will not change.
本発明の態様は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、炭化硼素の持つ高い比剛性率を利用した高比剛性率を持つ複合材料でありながら、研削性に優れた構造部材の作製を可能とする複合材料を提供する。 The aspect of the present invention has been made on the basis of recognition of such problems, and is a composite material having a high specific rigidity utilizing the high specific rigidity of boron carbide, and a structural member having excellent grindability. Provided is a composite material that can be fabricated.
本発明の一態様によれば、炭化硼素、炭化珪素、シリコンを主成分とする複合材料であって、Ｘ線回折により測定した炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度をＸ、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度をＹ、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度をＺ、としたときに、以下の式で表される前記炭化硼素のピーク強度比ｘが、５＜x＜３０となることを特徴とする炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a composite material containing boron carbide, silicon carbide, and silicon as main components, wherein the peak intensity attributed to the (021) plane of boron carbide measured by X-ray diffraction is X, silicon carbide. When the peak intensity attributed to the (006) plane of Y is Y and the peak intensity attributed to the (111) plane of silicon is Z, the peak intensity ratio x of the boron carbide represented by the following formula is 5 A boron carbide / silicon carbide / silicon composite material is provided, wherein <x <30.
本発明の態様によれば、炭化硼素の持つ高い比剛性を持つ複合材料でありながら、易研削性を持つ複合材料を提供することが可能となる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to provide a composite material having easy grindability while being a composite material having high specific rigidity of boron carbide.
第１の発明の実施形態は、炭化硼素、炭化珪素、シリコンを主成分とする複合材料であって、Ｘ線回折により測定した炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度をＸ、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度をＹ、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度をＺ、としたときに、以下の式で表される前記炭化硼素のピーク強度比ｘが、５＜x＜３０となることを特徴とする炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料である。 An embodiment of the first invention is a composite material mainly composed of boron carbide, silicon carbide, and silicon, wherein the peak intensity attributed to the (021) plane of boron carbide measured by X-ray diffraction is X, silicon carbide When the peak intensity attributed to the (006) plane of Y is Y and the peak intensity attributed to the (111) plane of silicon is Z, the peak intensity ratio x of the boron carbide represented by the following formula is 5 <X <30 is a boron carbide / silicon carbide / silicon composite material.
この炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料によれば、炭化硼素の持つ高い比剛性を持つ複合材料でありながら、易研削性を持つ複合材料を提供することが可能となる。
According to this boron carbide / silicon carbide / silicon composite material, it is possible to provide a composite material having easy grinding properties while being a composite material having a high specific rigidity of boron carbide.
また、第２の発明の実施形態は、第１の発明の実施形態において、前記複合材料の比剛性率が１３０ＧＰａ以上であることを特徴とする炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料である。 An embodiment of the second invention is a boron carbide / silicon carbide / silicon composite material according to the embodiment of the first invention, wherein the composite material has a specific rigidity of 130 GPa or more.
この炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料によれば、高比剛性率、易研削性を発現させることができる。 According to this boron carbide / silicon carbide / silicon composite material, high specific rigidity and easy grindability can be exhibited.
以下に本明細書で使用する語句の説明を行う。 The terms used in this specification are explained below.
（比剛性率）
比剛性とはヤング率を比重で割った値であり、比重は水に対する密度比で単位はないので、比剛性率の単位はヤング率の単位と同じである。ヤング率は共振法にて測定し、比重はアルキメデス法により測定する。
(Specific rigidity)
Specific rigidity is a value obtained by dividing Young's modulus by specific gravity. Since specific gravity is a density ratio to water and has no unit, the unit of specific rigidity is the same as the unit of Young's modulus. Young's modulus is measured by the resonance method, and specific gravity is measured by the Archimedes method.
（Ｘ線回折）
Ｘ線回折装置には、PANalytical製X'Pert PROを使用した。それぞれの焼成体のX線回折によるピーク強度の測定条件は、X線出力（CuKα線）は４５ｋＶ、４０ｍＡとし、走査範囲は１０°から７０°、走査速度は０．００８°／ｓ、走査時間は１ｓ／０．００８°である。各ピーク強度は、各ピーク角度の近傍の最大ピーク高さとした。測定した炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度X、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度Y、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度Zを足し合わせたもので各ピーク強度を除して１００を掛け、それぞれの成分のピーク強度比をｘ、y、zとした。ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００となる。
(X-ray diffraction)
X'Pert PRO made by PANalytical was used for the X-ray diffractometer. The measurement conditions of the peak intensity by X-ray diffraction of each fired body are as follows: X-ray output (CuKα ray) is 45 kV, 40 mA, scanning range is 10 ° to 70 °, scanning speed is 0.008 ° / s, scanning time. Is 1 s / 0.008 °. Each peak intensity was the maximum peak height in the vicinity of each peak angle. Each peak is the sum of the peak intensity X attributed to the (021) plane of boron carbide, the peak intensity Y attributed to the (006) plane of silicon carbide, and the peak intensity Z attributed to the (111) plane of silicon. The intensity is divided by 100 and the peak intensity ratio of each component is x, y, z. x + y + z = 100.
本発明の一実施形態における複合材料は炭化硼素・炭化珪素を主成分とする粉体の隙間にシリコンが充填された構造をとる。本複合材料を形成する炭化硼素は成形工程から炭化硼素粉体として原材料の主成分として加えられる。また、炭化珪素は成形工程から炭化珪素粉体として原材料の主成分として加えられるもの（以後初期投入炭化珪素と呼ぶ）と、成形体中の炭素源とシリコンが反応して生成した炭化珪素（以後、反応生成炭化珪素と呼ぶ）の両方からなる。 The composite material according to one embodiment of the present invention has a structure in which silicon is filled in a gap between powders mainly composed of boron carbide and silicon carbide. Boron carbide forming the composite material is added as a main component of the raw material as a boron carbide powder from the molding process. Silicon carbide is added as a main component of the raw material as silicon carbide powder from the molding process (hereinafter referred to as initially charged silicon carbide), and silicon carbide produced by the reaction of the carbon source and silicon in the molded body (hereinafter referred to as silicon carbide). , Called reaction-generated silicon carbide).
本発明の一実施形態における複合材料の製造方法は、炭化硼素、初期投入炭化珪素、及び炭素源を主成分とする成形体に溶融シリコンを含浸させ、炭素源とシリコンを反応させて反応生成炭化珪素を生成させ、また炭化硼素、初期投入炭化珪素、反応生成炭化珪素の隙間にシリコンを含浸させる反応焼結工程をとる。また、本発明における複合材料は、炭化硼素、炭化珪素、シリコンを主成分とする複合材料であり、Ｘ線回折により測定したそれぞれの成分のピーク強度を、炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度をX、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度をY、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度をZとし、それぞれの成分のピーク強度を足したものでそれぞれの成分のピーク強度を除して１００を掛けたものを炭化硼素、炭化珪素、シリコンのピーク強度比とし、それぞれのピーク強度比をx、y、zとしたとき、５＜x＜３０であることを特徴とする炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料である。 In one embodiment of the present invention, a composite material manufacturing method includes impregnating molten silicon into a molded body mainly composed of boron carbide, initially charged silicon carbide, and a carbon source, and reacting the carbon source with silicon to generate a reaction-generated carbon. A reactive sintering step is performed in which silicon is produced and silicon is impregnated in the gaps between boron carbide, initially charged silicon carbide, and reaction produced silicon carbide. The composite material in the present invention is a composite material mainly composed of boron carbide, silicon carbide, and silicon, and the peak intensity of each component measured by X-ray diffraction belongs to the (021) plane of boron carbide. X is the peak intensity, Y is the peak intensity attributed to the (006) plane of silicon carbide, and Z is the peak intensity attributed to the (111) plane of silicon. The peak intensity ratio of boron carbide, silicon carbide, and silicon is obtained by dividing the peak intensity by 100 and the peak intensity ratios are x, y, z, and 5 <x <30. Boron carbide / silicon carbide / silicon composite material.
すなわち、炭化硼素、炭化珪素、シリコンを主成分とする複合材料であって、Ｘ線回折により測定した炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度をＸ、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度をＹ、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度をＺ、としたときに、以下の式で表される前記炭化硼素のピーク強度比ｘが、５＜x＜３０となる炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料である。 That is, it is a composite material mainly composed of boron carbide, silicon carbide, and silicon, and the peak intensity attributed to the (021) plane of boron carbide measured by X-ray diffraction is X and the peak intensity attributed to the (006) plane of silicon carbide. The peak intensity ratio x of the boron carbide represented by the following formula is 5 <x <30, where Y is the peak intensity to be applied and Z is the peak intensity attributed to the (111) plane of silicon. Boron / silicon carbide / silicon composite material.
炭化硼素のピーク強度比がx＜５であれば、複合材料の十分な比剛性率が得られない場合があり、３０＜xであれば、複合材料の研削性が低下する可能性がある。比剛性率、研削性ともに重視するならば、５＜x＜１５である方がさらに好ましい。
If the peak intensity ratio of boron carbide is x <5, a sufficient specific rigidity of the composite material may not be obtained. If 30 <x, the grindability of the composite material may be reduced. If both the specific rigidity and the grindability are important, it is more preferable that 5 <x <15.
また、本発明の一実施形態における複合材料の比剛性率が１３０ＧＰａ以上あることが好ましい。比剛性率が１３０ＧＰａ未満では、構造体のたわみの影響等が大きくなり、必要な精度が得られない。 Moreover, it is preferable that the specific rigidity rate of the composite material in one Embodiment of this invention is 130 GPa or more. If the specific rigidity is less than 130 GPa, the influence of the deflection of the structure becomes large, and the required accuracy cannot be obtained.
このようなピーク強度比をとることにより、高比剛性率、易研削性を発現させることができる。 By taking such a peak intensity ratio, a high specific rigidity and easy grindability can be exhibited.
したがって、本発明の一実施形態における複合材料は、構造材料として高比剛性率が必要とされる製品に好適に応用される。 Therefore, the composite material in one embodiment of the present invention is suitably applied to a product that requires a high specific rigidity as a structural material.
以下に本発明の一実施形態における、材料及び工程の詳細について説明する。 Details of materials and processes in one embodiment of the present invention will be described below.
本発明の一実施形態における複合材料は、炭化硼素、炭化珪素、シリコンを主成分とする複合材料であり、Ｘ線回折により測定したそれぞれの成分のピーク強度を、炭化硼素の（０２１）面に帰属するピーク強度をＸ、炭化珪素の（００６）面に帰属するピーク強度をＹ、シリコンの（１１１）面に帰属するピーク強度をＺとし、それぞれの成分のピーク強度を足したものでそれぞれの成分のピーク強度を除して１００を掛けたものを炭化硼素、炭化珪素、シリコンのピーク強度比とし、それぞれのピーク強度比をx、y、zとしたとき、５＜x＜３０であることを特徴とする炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料である。 The composite material in one embodiment of the present invention is a composite material mainly composed of boron carbide, silicon carbide, and silicon, and the peak intensity of each component measured by X-ray diffraction is expressed on the (021) plane of boron carbide. The assigned peak intensity is X, the peak intensity attributed to the (006) plane of silicon carbide is Y, the peak intensity attributed to the (111) plane of silicon is Z, and the peak intensity of each component is added. 5 <x <30 when the peak intensity ratio of boron carbide, silicon carbide, and silicon is the peak intensity ratio of boron carbide, silicon carbide, and silicon, and the respective peak intensity ratios are x, y, and z. A boron carbide / silicon carbide / silicon composite material characterized by
炭化硼素のピーク強度比がx＜５であれば、複合材料の十分な比剛性率が得られない場合があり、３０＜xであれば、複合材料の研削性が低下する可能性がある。比剛性率、研削性ともに重視するならば、５＜x＜１５である方がさらに好ましい。 If the peak intensity ratio of boron carbide is x <5, a sufficient specific rigidity of the composite material may not be obtained. If 30 <x, the grindability of the composite material may be reduced. If both the specific rigidity and the grindability are important, it is more preferable that 5 <x <15.
また、炭化珪素、シリコンの好ましいピーク強度比は、４０＜y＜７０、１０＜z＜３５である。炭化珪素のピーク強度比がy＜４０であれば、複合材料の十分な比剛性率が得られない場合があり、７０＜yであれば、複合材料の研削性が低下する可能性がある。比剛性を重視するならば、６０＜y＜７０の方がさらに好ましい。 Moreover, the preferable peak intensity ratio of silicon carbide and silicon is 40 <y <70 and 10 <z <35. If the peak intensity ratio of silicon carbide is y <40, a sufficient specific rigidity of the composite material may not be obtained. If 70 <y, the grindability of the composite material may be reduced. If importance is attached to the specific rigidity, 60 <y <70 is more preferable.
シリコンのピーク強度比がz＜１０であれば、複合材料は反応焼結工程においてクラックが発生したり、シリコンが未含浸のポアが発生する欠点が生じやすくなり、３０＜zであれば、複合材料の比剛性が低下する可能性がある。比剛性を重視するならば、１０＜z＜２５の方がさらに好ましい。
本発明の一実施形態における複合材料を製造するための原料である炭化硼素粉体の平均粒径は１０μｍから５００μｍが好ましく、さらに好ましくは１０μｍから２０μｍである。なお、原料の平均粒径は、レーザー回折により測定する。平均粒径は、体積平均径を指している。炭化硼素粉体の平均粒径が１０μｍ未満になると十分な比剛性が得られず、また焼成時に溶融したシリコンと反応しやすくなりクラックを発生しやすい。また炭化硼素の平均粒径が５０μｍを超えると複合材料の研削性が悪くなり、この研削性悪化防止の意味では平均粒径５０μｍ以下であることが望ましい。
If the peak intensity ratio of silicon is z <10, the composite material is prone to cracks in the reaction sintering process and the pores that are not impregnated with silicon are likely to be generated. The specific rigidity of the material may be reduced. If the specific rigidity is important, 10 <z <25 is more preferable.
The average particle size of the boron carbide powder as a raw material for producing the composite material in one embodiment of the present invention is preferably 10 μm to 500 μm, more preferably 10 μm to 20 μm. The average particle diameter of the raw material is measured by laser diffraction. The average particle diameter refers to the volume average diameter. When the average particle diameter of the boron carbide powder is less than 10 μm, sufficient specific rigidity cannot be obtained, and it tends to react with silicon melted during firing, and cracks are likely to occur. Further, when the average particle size of boron carbide exceeds 50 μm, the grindability of the composite material is deteriorated, and in order to prevent the deterioration of the grindability, the average particle size is desirably 50 μm or less.
原料として用いられる炭化硼素粉体の粒径と、複合材料中の炭化硼素粉体の粒径については、ほぼ一致している。ただし、炭化硼素は含浸されたシリコンと表面が反応して表面にはその反応生成物で覆われていると思われ、ＳＥＭで観察した炭化硼素粉体の表面はややコントラストが異なる層で覆われている。本発明における複合材料の炭化硼素粒子やその粒径に関してはこの反応性生物からなる表面層も含めて定義するものとする。また、複合材料中の粒子の粒径とは、複合材料の切断面をラップし、電子顕微鏡で０．０１ｍｍ２以上の大きさの視野を２０視野以上観察し、２００個以上の粒子を計測したときの粒径の長軸の平均値とする。 The particle size of the boron carbide powder used as the raw material is almost the same as the particle size of the boron carbide powder in the composite material. However, it seems that boron carbide reacts with the surface of the impregnated silicon and the surface is covered with the reaction product, and the surface of the boron carbide powder observed by SEM is covered with a layer having a slightly different contrast. ing. The boron carbide particles of the composite material in the present invention and the particle size thereof are defined including the surface layer made of this reactive organism. The particle size of the particles in the composite material is such that the cut surface of the composite material is wrapped, 20 or more fields of view having a size of 0.01 mm 2 or more are observed with an electron microscope, and 200 or more particles are measured. The average value of the major axis of the particle size at the time.
前述の微粒の炭化硼素粉体を用いると反応焼結時にクラックが発生するという理由はこの表面の反応生成物からなる層の割合が炭化硼素粉体全体に対して無視できないほど大きくなったためであろうと推定される。 The reason why cracks are generated during reaction sintering when the fine boron carbide powder described above is used is that the ratio of the reaction product layer on the surface is so large that it cannot be ignored relative to the entire boron carbide powder. Presumed to be waxy.
なお、炭化硼素はシリコンと反応するため、原料粒径や焼成温度、焼成時間により、焼成体中に残存する炭化硼素量は変化する。そこで、X線回折のピーク強度比で炭化硼素の残存量を定義した。炭化硼素の残存量が多いと研削性が悪くなり、炭化硼素の残存量が少ないと十分な比剛性が得られない。 Since boron carbide reacts with silicon, the amount of boron carbide remaining in the fired body varies depending on the raw material particle size, firing temperature, and firing time. Therefore, the residual amount of boron carbide was defined by the peak intensity ratio of X-ray diffraction. If the residual amount of boron carbide is large, the grindability is deteriorated, and if the residual amount of boron carbide is small, sufficient specific rigidity cannot be obtained.
本発明の一実施形態における複合材料を製造するための原料である炭化珪素の好ましい平均粒径は、０．１μｍから３０μｍである。また、好ましくは炭化珪素粒子の最大粒径１００μm未満、さらに好ましくは６５μｍ未満である。ただし、炭化珪素粒子は炭化硼素と異なり、シリコンを成形体に含浸したときに反応することやクラックが入らないため、炭化硼素粒子の最大粒径ほど強度に影響を及ぼさない。 A preferable average particle diameter of silicon carbide, which is a raw material for producing the composite material in one embodiment of the present invention, is 0.1 μm to 30 μm. Further, the maximum particle size of the silicon carbide particles is preferably less than 100 μm, more preferably less than 65 μm. However, unlike boron carbide, silicon carbide particles do not react or crack when silicon is impregnated into a molded body, and therefore do not affect the strength as much as the maximum particle size of boron carbide particles.
本発明の一実施形態における複合材料を製造するための原料である炭素源として好ましいのはカーボン粉末であり、そのカーボンとシリコンが反応してできた反応生成炭化珪素の粒径は実質的に全部が１０μｍ未満であることが好ましい。 Preferred as a carbon source that is a raw material for producing a composite material in one embodiment of the present invention is carbon powder, and the particle size of reaction-generated silicon carbide formed by the reaction of the carbon and silicon is substantially all. Is preferably less than 10 μm.
カーボン粉末としては結晶度が非常に低いものから結晶度が非常に高い黒鉛まで何でも用いることができるが、一般にカーボンブラックと呼ばれる結晶度がそれほど高くないものが入手しやすい。カーボン粉末の好ましい平均粒径は１０ｎｍから１μｍである。 As the carbon powder, anything from a very low crystallinity to a graphite having a very high crystallinity can be used, but generally a carbon black having a low crystallinity is easily available. The preferred average particle size of the carbon powder is 10 nm to 1 μm.
なお、このようなカーボン粉末は反応焼結工程において実質的にその全量がシリコンとの反応により反応生成炭化珪素に転換したものと推定され、複合材料の観察の結果では未反応と思われるカーボン粉末は観察されなかった。 In addition, it is presumed that substantially all of such carbon powder was converted into reaction-generated silicon carbide by reaction with silicon in the reaction sintering process, and carbon powder that is considered unreacted as a result of observation of the composite material Was not observed.
また、炭素源としてカーボン粉末に加えて有機物を用いることも可能である。カーボン源として有機物を用いる場合には非酸化性雰囲気における焼結工程において残炭率が高い有機物を選定する必要があり、特に好適な有機物としてはフェノール樹脂やフラン樹脂をあげることができる。なおこのような有機物を炭素源として用いる場合においては成形工程におけるバインダーとしての役割や可塑性付与剤としての役割や粉体を分散させるための溶媒としての役割を期待することもできる。 In addition to carbon powder, an organic substance can be used as a carbon source. When an organic substance is used as the carbon source, it is necessary to select an organic substance having a high residual carbon ratio in the sintering step in a non-oxidizing atmosphere, and particularly suitable organic substances include phenol resins and furan resins. When such an organic substance is used as a carbon source, it can be expected to serve as a binder, a plasticizer, or a solvent for dispersing powder in the molding process.
本発明の一実施形態における複合材料を製造するための原料であるシリコンは、熔融含浸されるものであるため、粉体状、顆粒状、板状など特に形状は問わず、成形体に含浸しやすいように配置できるような形状のものを使用すればよい。 Since silicon, which is a raw material for producing a composite material in one embodiment of the present invention, is melt impregnated, it is impregnated into a molded body regardless of the shape such as powder, granule, or plate. A shape that can be easily arranged may be used.
また、シリコンは不純物としてシリコン以外の物質を含む場合もあるが、その不純物も含んだシリコンマトリックス層として本発明における複合材料中のシリコンの量は定義される。 Further, silicon may contain substances other than silicon as impurities, but the amount of silicon in the composite material in the present invention is defined as a silicon matrix layer containing the impurities.
なお、シリコン中の不純物としてはシリコンの製造工程上不可避的に含まれるもの以外にも、シリコンの融点を下げて反応焼結工程の温度を下げるため、炭化硼素表面における炭化硼素との反応を防止するため、反応焼結後の降温時にシリコンの反応焼結体からの吹き出しを防止するため、またシリコンの熱膨張係数をコントロールするため、複合材料に導電性を付与するためなどに意図的にＢ、Ｃ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏなどの不純物を加えることもできる。 In addition to impurities inevitably included in the silicon manufacturing process, impurities in silicon are prevented from reacting with boron carbide on the surface of boron carbide because the melting point of silicon is lowered to lower the temperature of the reaction sintering process. Therefore, in order to prevent the silicon from blowing out from the reaction sintered body when the temperature is lowered after the reaction sintering, to control the thermal expansion coefficient of silicon, to intentionally add B to the composite material, etc. Impurities such as C, Al, Ca, Mg, Cu, Ba, Sr, Sn, Ge, Pb, Ni, Co, Zn, Ag, Au, Ti, Y, Zr, V, Cr, Mn, and Mo are added. You can also.
本発明の一実施形態における複合材料の製造方法は、炭化硼素、初期投入炭化珪素、炭素源を主成分とする原料を成形して成形体を製造する成形工程と、その成形体にシリコンを含浸させることにより炭素を炭化珪素に転換させて空隙にシリコンを埋めていく反応焼結工程を備えている。 A method for producing a composite material according to an embodiment of the present invention includes: a molding step of molding a raw material mainly composed of boron carbide, initially charged silicon carbide, and a carbon source; and a molded body impregnated with silicon. The reaction sintering step of converting carbon into silicon carbide and filling the voids with silicon is thus provided.
本発明の一実施形態における成形方法としては特に制限はなく、乾式プレス成形、湿式プレス成形、ＣＩＰ成形、鋳込成形、射出成形、押し出し成形、可塑性成形、振動成形などを目標とするワークの形状や生産量により選定することができる。 There is no restriction | limiting in particular as the shaping | molding method in one Embodiment of this invention, The shape of the workpiece | work aiming at dry press molding, wet press molding, CIP molding, cast molding, injection molding, extrusion molding, plastic molding, vibration molding, etc. And can be selected according to production volume.
その中でも特に大型複雑形状品の製造に適しているのは鋳込成形である。 Among them, cast molding is particularly suitable for the production of large complex shaped products.
本発明の一実施形態における成形方法として鋳込成形を採用する場合、溶媒としては有機溶媒を用いても水を用いてもよいが、工程の簡略化や地球環境への影響を考えると水を溶媒とするのが好ましい。 When adopting cast molding as a molding method according to an embodiment of the present invention, an organic solvent or water may be used as a solvent, but water is used in consideration of simplification of the process and influence on the global environment. A solvent is preferred.
水を溶媒とした鋳込成形の場合には、原料である炭化硼素粉体、初期投入炭化珪素粉体、炭素源と水を混合したスラリーをまず製造するが、その際に高濃度のスラリーを製造するための分散剤・解膠剤、バインダー、可塑性付与剤などの添加剤を加えることもできる。 In the case of casting using water as a solvent, a raw material boron carbide powder, initially charged silicon carbide powder, and a slurry in which a carbon source and water are mixed are first manufactured. Additives such as dispersants / peptizers, binders, and plasticizers for production can also be added.
好適な添加剤としてはポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム、アルギン酸トリエタノールアミン、スチレン・マレイン酸共重合体、ジブタルフタール、カルボキシルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、カルボキシルメチルセルロースアンモニウム、メチルセルロース、メチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム塩、アクリル酸またはそのアンモニウム塩のオリゴマー、モノエチルアミンなどの各種アミン、ピリジン、ピペリジン、水酸化テトラメチルアンモニウム、デキストリン、ペプトン、水溶性デンプン、アクリルエマルジョンなどの各種樹脂エマルジョン、レゾルシン型フェノール樹脂などの各種水溶性樹脂、ノボラック型フェノール樹脂などの各種非水溶性樹脂、水ガラスなどをあげることができる。 Suitable additives include ammonium polycarboxylate, sodium polycarboxylate, sodium alginate, ammonium alginate, triethanolamine alginate, styrene / maleic acid copolymer, dibutalftal, carboxymethylcellulose, sodium carboxymethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium, methylcellulose, Sodium methylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, sodium polyacrylate, oligomers of acrylic acid or its ammonium salt, various amines such as monoethylamine, pyridine, piperidine, tetramethylammonium hydroxide, dextrin, peptone, water-soluble starch, acrylic Various resin emulsions such as emulsion, resorcin Various water-soluble resins such as phenol resins, novolak type various water-insoluble resins such as phenol resins, water glass and the like.
なお、非水溶性の添加物を加える場合にはエマルジョンにしたり、また粉体表面にコーティングしたりするのが好適であり、またスラリー製造工程として粉砕工程を含む場合には粉砕により分解する添加剤は粉砕工程後に加えるのが好適である。 In addition, when adding a water-insoluble additive, it is preferable to form an emulsion or coat the powder surface, and when the slurry production process includes a grinding process, the additive is decomposed by grinding. Is preferably added after the grinding step.
また、鋳込成形は石膏型の毛管吸引力を利用した石膏鋳込成形と、スラリーに直接圧力をかける加圧鋳込成形のどちらも利用可能である。加圧鋳込成形の場合は適切な加圧力は０．１ＭＰａから５ＭＰaである。 Casting can be performed using either gypsum casting using a gypsum-type capillary suction force or pressure casting that directly applies pressure to the slurry. In the case of pressure casting, an appropriate pressure is 0.1 MPa to 5 MPa.
成形工程においては高い充填率の成形体を製造することが重要である。これは成形体の空隙から炭素がシリコンと化合して炭化珪素に転換することによる体積膨張分を除いた部分にシリコンが埋められていくためである。即ち高充填の成形体から製造される反応焼結体はシリコンの含有量が小さいことになり、シリコンの含有量が小さい反応焼結体は高い比剛性率を期待することができる。 In the molding process, it is important to produce a compact with a high filling rate. This is because silicon is buried in the portion excluding the volume expansion due to the combination of carbon with silicon and conversion into silicon carbide from the voids of the molded body. That is, a reaction sintered body produced from a highly filled molded body has a small silicon content, and a reaction sintered body having a small silicon content can be expected to have a high specific rigidity.
好ましい成形体の充填率は６０〜８０％であり、さらに好ましくは６５〜７５％である。 The filling rate of a preferable molded body is 60 to 80%, more preferably 65 to 75%.
なお、好ましい充填率に下限があるのは前述のように反応焼結体のシリコン含有量を小さくするためであるが、好ましい充填率に上限があるのはあまりにも高充填率の成形体はシリコンの含浸が難しいためである。ただし、実際的にはそのような高充填率の成形体を工業的に製造することは難しいので下限のみを考慮すればよい。 The lower limit of the preferable filling rate is to reduce the silicon content of the reaction sintered body as described above, but the upper limit of the preferable filling rate is that the molded body with an excessively high filling rate is silicon. This is because it is difficult to impregnate. However, in practice, it is difficult to industrially produce a molded body having such a high filling rate, so only the lower limit needs to be considered.
なお、本発明の一実施形態における複合材料の成形工程と反応焼結工程の間に、仮焼工程を設けることも可能である。 In addition, it is also possible to provide a calcination process between the formation process of the composite material and the reaction sintering process in one embodiment of the present invention.
成形体が小型・単純形状である場合、この仮焼工程は必要でない場合もあるが、成形体が大型複雑形状になると成形体のハンドリング時の破損や反応焼結時のクラックの発生を防止するため、仮焼工程を設けることが好ましい。 This calcining process may not be necessary if the compact has a small size and simple shape. However, if the compact has a large complex shape, it will prevent damage during handling and cracking during reactive sintering. Therefore, it is preferable to provide a calcination step.
仮焼温度として好ましい温度は１０００〜２０００℃であり、１０００℃より低温だと仮焼の効果が期待できず、２０００℃より高温にすると焼結がはじまることによりワークが収縮し、本複合材料の製造工程の特徴である焼成収縮がほぼ０であるニアネットシェイプ製造プロセスとしての利点が損なわれる恐れがある。また、仮焼工程における好ましい焼成雰囲気は非酸化性雰囲気である。 A preferable temperature as the calcining temperature is 1000 to 2000 ° C., and if the temperature is lower than 1000 ° C., the effect of the calcining cannot be expected. There is a possibility that the advantage as a near net shape manufacturing process in which the firing shrinkage, which is a characteristic of the manufacturing process, is almost zero may be impaired. Moreover, the preferable baking atmosphere in a calcination process is a non-oxidizing atmosphere.
なお、この仮焼工程について通常は成形体の脱脂工程を兼ねて行われるが、炉の汚染が懸念される場合においては仮焼工程の前に脱脂工程を別に設けてもよい。 In addition, although this calcining process is normally performed also as the degreasing | defatting process of a molded object, you may provide a degreasing process separately before a calcining process in case concern about contamination of a furnace.
また、仮焼工程なしで脱脂工程のみを設けてもよい。その場合にはバインダー分が分解・除去されるのに必要な脱脂温度を採用すればよい。 Moreover, you may provide only a degreasing process without a calcination process. In that case, a degreasing temperature necessary for decomposing and removing the binder may be adopted.
シリコン含浸反応焼結工程での好ましい反応焼結温度はシリコンの融点から１８００℃である。ワークが大きく複雑形状になるほどシリコンの含浸が難しくなるため反応焼結温度は高く、また最高温度にキープする時間は長くする必要があるが、炭素が炭化珪素に転換する反応焼結が完全に進行しシリコンが完全に含浸してポアがなくなる範囲内で、なるべく反応焼結温度は低く、最高温度キープ時間も短いことが好ましい。 A preferable reaction sintering temperature in the silicon impregnation reaction sintering step is 1800 ° C. from the melting point of silicon. The larger the workpiece, the more complex the shape, the more difficult it is to impregnate silicon, so the reaction sintering temperature is high, and it is necessary to increase the time for keeping the maximum temperature, but the reaction sintering where carbon is converted to silicon carbide is completely advanced. However, it is preferable that the reaction sintering temperature is as low as possible and the maximum temperature keeping time is short as long as silicon is completely impregnated and pores are eliminated.
なお、シリコンの融点は１４１４℃であるので１４３０℃以上の反応焼結温度が通常は必要であるが、シリコンに不純物を加えて融点を下げれば、１３５０℃程度までは反応焼結温度を低下させることも可能である。 Since the melting point of silicon is 1414 ° C., a reaction sintering temperature of 1430 ° C. or higher is usually necessary. However, if impurities are added to silicon to lower the melting point, the reaction sintering temperature is lowered to about 1350 ° C. It is also possible.
なお、ここでいう炭素源は炭素に換算しての重量部であり、カーボン粉末を用いる場合は調合重量そのものであり、残炭分がある添加剤を利用する場合には調合重量にその残炭率を乗じた値である。 The carbon source here means parts by weight in terms of carbon. When carbon powder is used, it is the blended weight itself, and when an additive with a residual carbon content is used, the residual carbon is added to the blended weight. It is the value multiplied by the rate.
炭化硼素・炭化珪素の各成分が、好ましい組成範囲から外れた場合に生じる不具合については、前述の複合材料の構成成分である炭化硼素・炭化珪素の各成分が好ましい範囲から外れた場合に生じる不具合と同様である。 About the trouble that occurs when each component of boron carbide and silicon carbide is out of the preferred composition range, the trouble that occurs when each component of boron carbide and silicon carbide that is a component of the composite material is out of the preferred range. It is the same.
炭素は０重量部でもかまわないが、その場合には炭素がシリコンと反応して膨張する反応を利用できなくなるため、成形体の空隙を完全にシリコンで埋めることが困難になり、ポアが残存する可能性が高い。また、炭素分があまりにも多すぎるとその膨張反応によって反応焼結体にクラックが発生する可能性がある。 Carbon may be 0 part by weight, but in this case, since the reaction of carbon reacting with silicon and expanding is not available, it becomes difficult to completely fill the voids of the molded body with silicon, and pores remain. Probability is high. Moreover, when there is too much carbon content, there exists a possibility that a crack may generate | occur | produce in the reaction sintered compact by the expansion reaction.
そのため、さらに好ましい炭素源の調合割合は、炭化硼素と初期投入炭化珪素の合計１００重量部に対して１０〜４０重量部である。また反応焼結に必要な好ましいシリコン量は炭素分を炭化珪素に転換させさらに空隙を埋め尽くすのに必要なシリコン量の１０５〜２００％、さらに好ましくは１１０〜１５０％であり、成形体の大きさ形状により適宜調整する。 Therefore, a more preferable blending ratio of the carbon source is 10 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of boron carbide and initially charged silicon carbide. Further, the preferable silicon amount necessary for the reactive sintering is 105 to 200%, more preferably 110 to 150% of the silicon amount necessary for converting the carbon content into silicon carbide and filling the voids. Adjust according to the shape.
本発明の一実施形態における複合材料の好ましい比剛性率は１３０ＧＰａ以上である。 The preferable specific rigidity of the composite material in one embodiment of the present invention is 130 GPa or more.
比剛性率に関して好ましい上限はないが、現実的には２００ＧＰａ以上の比剛性率を持つ複合材料を作ることは困難であり、また優れた研削性を維持しながら高比剛性を達成するためには１７０ＧＰａ程度がその上限となる。 Although there is no preferred upper limit for the specific rigidity, it is practically difficult to make a composite material having a specific rigidity of 200 GPa or more, and in order to achieve high specific rigidity while maintaining excellent grindability The upper limit is about 170 GPa.
本発明の一実施形態における複合材料は高比剛性が要求され、また精密な研削が必要とされる製品や大型複雑形状のため研削コストが大きい製品に好適に応用される。特に好適な製品への応用例は半導体・液晶製造装置部材である。その中でも特に好適な製品への応用例は露光装置用部材であり、サセプタ・ステージなどのウェハー支持部材、レチクルステージなどの光学系支持部材として用いることにより、露光装置の位置決め精度を向上させまた、位置決め時間を短縮することにより装置のスループットを向上させることができる。
（実施例）
以下、本発明の実施の形態について表、図を参照して説明する。
The composite material according to an embodiment of the present invention is preferably applied to a product that requires high specific rigidity, requires precise grinding, and has a large grinding cost due to a large complex shape. A particularly suitable product application is a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus member. Among them, an application example to a particularly suitable product is a member for an exposure apparatus. By using it as a wafer support member such as a susceptor stage and an optical system support member such as a reticle stage, the positioning accuracy of the exposure apparatus is improved. The throughput of the apparatus can be improved by shortening the positioning time.
(Example)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to tables and drawings.
表１に、以下に示す実施例及び比較例の一覧を示す。 Table 1 shows a list of examples and comparative examples shown below.
それぞれの焼成体のX線回折によるピーク強度の測定条件は、X線出力は４５ｋＶ、４０ｍＡとし、走査範囲は１０°から７０°、走査速度は０．００８°／ｓ、走査時間は１ｓ／０．００８°である。 The measurement conditions of the peak intensity of each fired body by X-ray diffraction are as follows: X-ray output is 45 kV, 40 mA, scanning range is 10 ° to 70 °, scanning speed is 0.008 ° / s, and scanning time is 1 s / 0. .008 °.
それぞれの反応焼結体は、表面の余剰シリコンを除去した後にテストピースを切り出し、表面を研磨した後に、アルキメデス法により比重、共振法によりヤング率を測定し比剛性を算出した。N数は、比重、ヤング率、それぞれ５本づつである。 Each reactive sintered body was cut out a test piece after removing surplus silicon on the surface, and after polishing the surface, specific gravity was measured by Archimedes method and Young's modulus was measured by resonance method to calculate specific stiffness. N number is 5 each for specific gravity and Young's modulus.
また、表面加工を施したものを動力計（キスラー社製 型番９２５６Ｃ２）の上に設置しφ１０ｍｍのコアドリル（♯６０、旭ダイヤモンド工業製）にて回転数１００ｍ／ｍｉｎ（３２００ｒｐｍ）、送り速度２ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量０．２ｍｍにて深さ４ｍｍの孔加工を行い、加工抵抗力の測定、孔周りのチッピングの状態を確認した。被削性の評価は、加工抵抗の最大値が２０００Ｎ以上の場合を×、１５００−２０００Ｎの場合を△、１５００Ｎ未満のものを○として評価した。 In addition, the surface-finished product is placed on a dynamometer (model number 9256C2 manufactured by Kistler), and rotated at a rotational speed of 100 m / min (3200 rpm) with a φ10 mm core drill (# 60, manufactured by Asahi Diamond Industrial Co., Ltd.). A hole with a depth of 4 mm was drilled at a step amount of 0.2 mm, and the resistance of the machining was measured and the state of chipping around the hole was confirmed. For the evaluation of machinability, the case where the maximum value of the machining resistance was 2000N or more was evaluated as x, the case of 1500-2000N as Δ, and the case of less than 1500N as ◯.
ただし、最大抵抗値が△または×であっても、加工抵抗が短時間で低下し、その低い値で安定したものはその低い値で評価した。また、加工抵抗が○または△であっても、加工時に加工が原因であると推測されるクラックが発生するものと、工具破損が発生するものは×とした。 However, even when the maximum resistance value was Δ or ×, the machining resistance decreased in a short time, and those that were stable at the low value were evaluated at the low value. Moreover, even if the machining resistance was ◯ or Δ, the case where cracks presumed to be caused by machining during machining and the case where tool breakage occurred were rated as x.
また、チッピングの状態の評価は孔の外周の欠けが０．３ｍｍ未満で○、０．３ｍｍ以上〜０．５ｍｍ未満で△、０．５ｍｍ以上で×とした。また微構造の観察は、焼成体を適当な大きさに切り出し表面を１μｍの砥粒にてラップ加工を行い、光学顕微鏡にて２８００倍に設定し観察した。 Moreover, the evaluation of the chipping state was evaluated as “◯” when the outer peripheral chip of the hole was less than 0.3 mm, “Δ” when 0.3 mm or more but less than 0.5 mm, and “x” when 0.5 mm or more. In addition, the microstructure was observed by cutting the fired body into a suitable size, lapping the surface with 1 μm abrasive grains, and setting it at 2800 times with an optical microscope.
図１に本発明の一実施形態における炭化硼素・炭化珪素・シリコン複合材料（実施例１）のＸ線回折プロファイルを示す。 FIG. 1 shows an X-ray diffraction profile of a boron carbide / silicon carbide / silicon composite material (Example 1) according to an embodiment of the present invention.
（実施例１）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が１３μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末１５重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ＣＰ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
Example 1
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 13 μm, and 15 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are obtained by silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 CP did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例２〜３）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が１３μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末１５もしくは２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ＣＰ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。なお、実施例２〜３はカーボンブラック粉末の添加量がそれぞれ２０、１５重量部の場合である。
(Examples 2-3)
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 13 μm, 15 or 20 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm, silicon carbide powder, boron carbide powder A slurry having a low viscosity of less than 500 CP by adding and dispersing in pure water to which 0.1 to 1 part by weight of a dispersant is added to the carbon black powder and adjusting the pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia or the like. Was made. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body. In addition, Examples 2-3 are cases where the addition amount of carbon black powder is 20 and 15 parts by weight, respectively.
（実施例４〜５）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が２３μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末１５もしくは２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ＣＰ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。なお、実施例４〜５はカーボンブラック粉末の添加量がそれぞれ２０、１５重量部である。
(Examples 4 to 5)
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 23 μm, 15 or 20 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm, silicon carbide powder, boron carbide powder A slurry having a low viscosity of less than 500 CP by adding and dispersing in pure water to which 0.1 to 1 part by weight of a dispersant is added to the carbon black powder and adjusting the pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia or the like. Was made. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body. In Examples 4 to 5, the amount of carbon black powder added is 20 and 15 parts by weight, respectively.
（実施例６）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が２３μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ＣＰ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Example 6)
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 23 μm, and 20 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are mixed with silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 CP did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例７）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が２８μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ＣＰ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Example 7)
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 28 μm, and 20 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are obtained by silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 CP did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例８）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末７０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Example 8)
30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 70 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 50 μm, and 20 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are mixed with silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 cp. did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例９）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末２０重量部と平均粒径が６５μmの炭化珪素粉末３０重量部、平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末５０重量部と平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末３０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
Example 9
20 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 30 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 65 μm, 50 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 50 μm, and carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm 30 parts by weight is dispersed in pure water to which 0.1 to 1 part by weight of a dispersant is added to silicon carbide powder, boron carbide powder and carbon black powder, and the pH is adjusted to 8 to 9.5 with ammonia water or the like. A low-viscosity slurry of less than 500 cp was prepared. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例１０）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末２０重量部と平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末８０重量部と平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末１０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Example 10)
20 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 80 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 50 μm, and 10 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are mixed with silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 cp. did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（実施例１１）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末２５重量部と平均粒径が６５μmの炭化珪素粉末２５重量部、平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末５０重量部と平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末２０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Example 11)
25 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 0.6 μm, 25 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 65 μm, 50 parts by weight of boron carbide powder having an average particle size of 50 μm, and carbon black powder having an average particle size of 55 nm 20 parts by weight is placed in and dispersed in pure water to which 0.1 to 1 part by weight of a dispersant is added to silicon carbide powder, boron carbide powder and carbon black powder, and the pH is adjusted to 8 to 9.5 with ammonia water or the like. A low-viscosity slurry of less than 500 cp was prepared. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（比較例１）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末３０重量部と平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末７０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Comparative Example 1)
30 parts by weight of silicon carbide powder with an average particle size of 0.6 μm and 70 parts by weight of boron carbide powder with an average particle size of 50 μm are added to silicon carbide powder, and 0.1 to 1 part by weight of a dispersant is added to the boron carbide powder. The slurry was placed in pure water and dispersed, and the pH was adjusted to 8 to 9.5 with ammonia water or the like to prepare a low viscosity slurry of less than 500 cp. After mixing this slurry for several hours in a pot mill or the like, add 1-2 parts by weight of binder to silicon carbide powder and boron carbide powder, mix, and then defoam and place an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on the gypsum plate to prepare the slurry. Casting and the molded object about 10 mm thick were produced. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（比較例２）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末５０重量部と平均粒径が５０μｍの炭化硼素粉末５０重量部、平均粒径５５ｎｍのカーボンブラック粉末５０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して1〜2重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｎｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Comparative Example 2)
50 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 50 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 50 μm, and 50 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are mixed with silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon black The powder was placed in pure water to which 0.1 to 1 part by weight of a dispersant was added and dispersed, and the pH was adjusted to 8 to 9.5 with ammonia water or the like to produce a low viscosity slurry of less than 500 cp. . After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe having an inner diameter of 80 nm on the gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
（比較例３）
平均粒径が０．６μｍの炭化珪素粉末８０重量部と平均粒径が４μｍの炭化硼素粉末２０重量部、平均粒径が５５ｎｍのカーボンブラック粉末５０重量部を炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して０．１〜１重量部の分散剤を添加した純水中に入れ分散させ、アンモニア水等でｐＨを８〜９．５に調整して５００ｃｐ未満の低粘度のスラリーを作製した。このスラリーをポットミル等で数時間混合した後バインダーを炭化珪素粉末、炭化硼素粉末、カーボンブラック粉末に対して１〜２重量部添加し混合、その後脱泡し石膏板の上に内径８０ｍｍのアクリルパイプを置きスラリーを鋳込み、厚み１０ｍｍ程度の成形体を作製した。成形体は自然乾燥、１００〜１５０℃の乾燥の後、１×１０−４〜１×１０−３ｔｏｒｒの減圧下において温度６００℃で２ｈ保持し脱脂を行い、温度１７００℃で１ｈ保持することで仮焼を行う。仮焼を行った後、温度１４７０℃に加熱し３０ｍｉｎ保持し、成形体中に溶融したシリコンを含浸させることにより反応焼結体を製造した。
(Comparative Example 3)
80 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.6 μm, 20 parts by weight of boron carbide powder having an average particle diameter of 4 μm, and 50 parts by weight of carbon black powder having an average particle diameter of 55 nm are obtained by silicon carbide powder, boron carbide powder, carbon Disperse in pure water with 0.1 to 1 part by weight of dispersant added to black powder, adjust pH to 8 to 9.5 with aqueous ammonia, etc. to produce low viscosity slurry of less than 500 cp. did. After mixing this slurry with a pot mill or the like for several hours, add 1 to 2 parts by weight of binder to silicon carbide powder, boron carbide powder, or carbon black powder, and then defoaming and then an acrylic pipe with an inner diameter of 80 mm on a gypsum plate. And a slurry was cast to prepare a molded body having a thickness of about 10 mm. The molded body is naturally dried, dried at 100 to 150 ° C., degreased by holding at a temperature of 600 ° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −3 torr, and held at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour. Calcination is performed. After calcination, the reaction sintered body was manufactured by heating to a temperature of 1470 ° C. and holding for 30 minutes, and impregnating molten silicon into the molded body.
実施例１〜１１においていずれも炭化硼素のピーク強度比xは５＜x＜３０の範囲であり、比剛性率が１３０ＧＰａ以上発現し、研削抵抗が小さくチッピングも生じにくいために研削加工性に優れた複合材料を製造することができた。
比較例１において炭化硼素のピーク強度比xは３０＜xであり、比剛性が１３０ＧＰａ以上ではあるが、研削抵抗が大きくチッピングも多かった。
比較例２、３において炭化硼素のピーク強度比xはx＜５であり、複合材料に細かなクラックが発生し比剛性率が低下すると共に研削時にチッピングが発生しやすかった。
In each of Examples 1 to 11, the peak intensity ratio x of boron carbide is in the range of 5 <x <30, the specific rigidity is 130 GPa or more, the grinding resistance is small, and chipping is not likely to occur. Composite materials could be manufactured.
In Comparative Example 1, the peak intensity ratio x of boron carbide was 30 <x and the specific rigidity was 130 GPa or more, but the grinding resistance was large and the chipping was large.
In Comparative Examples 2 and 3, the peak intensity ratio x of boron carbide was x <5, and fine cracks were generated in the composite material, the specific rigidity decreased, and chipping was likely to occur during grinding.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009091416A JP2010195669A (en) | 2008-04-04 | 2009-04-03 | Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008097997 | 2008-04-04 | ||
| JP2009015244 | 2009-01-27 | ||
| JP2009091416A JP2010195669A (en) | 2008-04-04 | 2009-04-03 | Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010195669A true JP2010195669A (en) | 2010-09-09 |
Family
ID=42820799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009091416A Pending JP2010195669A (en) | 2008-04-04 | 2009-04-03 | Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010195669A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024010100A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 주식회사 티씨케이 | Semiconductor manufacturing part including boron carbide plasma-resistance member |
-
2009
- 2009-04-03 JP JP2009091416A patent/JP2010195669A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024010100A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 주식회사 티씨케이 | Semiconductor manufacturing part including boron carbide plasma-resistance member |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2009123282A1 (en) | Composite material and method for producing the same | |
| US8568650B2 (en) | Silicon carbide matrix composite material, process for producing the same and process for producing part of silicon carbide matrix composite material | |
| CA2778198C (en) | Cubic boron nitride sintered body tool | |
| JP2008537703A (en) | Alumina-boron carbide ceramic and its production and use | |
| JP2010195668A (en) | Boron carbide silicon carbide silicon composite material | |
| JP4232852B1 (en) | Boron carbide / silicon carbide / silicon composite material and manufacturing method thereof | |
| WO2009123283A1 (en) | Boron carbide/silicon carbide/silicon composite material | |
| JP4894770B2 (en) | Silicon carbide / boron nitride composite sintered body, method for producing the same, and member using the sintered body | |
| WO2014126178A1 (en) | Cutting tool | |
| JP2010202488A (en) | Boron carbide/silicon carbide/silicon complex material | |
| JP2009263205A (en) | Method for producing boron carbide-silicon carbide-silicon composite material | |
| JP5115898B2 (en) | Mobile device composed of highly rigid material | |
| JP2010195669A (en) | Boron carbide, silicon carbide, and silicon composite material | |
| JP5077937B2 (en) | Method for producing sintered silicon carbide | |
| JP3537241B2 (en) | Method for producing silicon nitride sintered body | |
| JP3145470B2 (en) | Tungsten carbide-alumina sintered body and method for producing the same | |
| JP6072557B2 (en) | Glass molding material | |
| JP2008273753A (en) | Boron carbide-based sintered compact and protective member | |
| CN110698206A (en) | Sintering method of large-size silicon nitride bearing ball and preparation method of large-size silicon nitride bearing ball | |
| JP2003201178A (en) | Method of producing carbide sintered compact and carbide sintered compact | |
| JP2008273752A (en) | Boron carbide-based sintered compact and protective member | |
| JP2008297135A (en) | Boron carbide based sintered compact, its manufacturing method and protective member | |
| JP2006175561A (en) | Sialon insert and cutting tool | |
| JP2006193353A (en) | Alumina sintered body, cutting insert, and cutting tool | |
| JPH0733532A (en) | Fiber-reinforced sintered silicon nitride and its production |