JP5528749B2 - Boron carbide-silicon carbide composite ceramic and method for producing the ceramic - Google Patents
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Description
本発明は、高速で可動する機械部材や、化学的な反応が起こりうる環境下で使用される構造部材、さらには、バルブ等の耐摩耗性が要求される摺動部材にも適用可能なセラミックス、及び該セラミックスの製造方法に関する。さらに詳しくは、炭化ホウ素と炭化ケイ素との複合材料からなる優れた機械的特性を有する炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス（以下、単に複合セラミックスとも呼ぶ）を経済的に製造することができる技術の提供に関する。 The present invention is applicable to ceramic members that can be moved at high speed, structural members that are used in environments where chemical reactions can occur, and sliding members that require wear resistance such as valves. And a method for producing the ceramic. More specifically, the provision of technology capable of economically producing boron carbide-silicon carbide composite ceramics (hereinafter also simply referred to as composite ceramics) having excellent mechanical properties made of a composite material of boron carbide and silicon carbide. About.
セラミックスは、金属材料と比較して軽量で硬く、弾性率の高い材料であることから、構造用部材として工業製品に幅広く応用されている。その代表的なものであるアルミナセラミックスは、かさ密度が３．９ｇ／ｃｍ3と、セラミックスとしては比較的高く、構造部材の重量が相対的に高くなってしまうため、高速で可動する機械部材としては最適な材料とは言い難い。そのため、かさ密度が相対的に低く、アルミナと機械的特性がほぼ同等である炭化ケイ素セラミックスが、可動する機械部材の材料として期待されている。 Ceramics are lighter, harder and have a higher elastic modulus than metal materials, and thus are widely applied to industrial products as structural members. Alumina ceramics, which is a typical example, has a bulk density of 3.9 g / cm 3, which is relatively high for ceramics and the weight of structural members is relatively high. Is not the best material. Therefore, silicon carbide ceramics having a relatively low bulk density and substantially the same mechanical properties as alumina are expected as a material for movable mechanical members.
一方、近年、可動する機械部材の高速化は目覚しく、例えば、セラミックス材料が適用されている、半導体製造装置用露光装置やロボットアーム等においても高速化が進んでいる。これに対し、可動する機械部材の重要なパラメーターである比剛性（弾性率／かさ密度）を、アルミナセラミックスと炭化ケイ素セラミックスとについて比較すると、それぞれが約１００ＧＰａ・ｃｍ3／ｇと、約１２８ＧＰａ・ｃｍ3／ｇであり、僅かな差異しかない。このことは、炭化ケイ素セラミックスは、従来のレベルであればアルミナセラミックスの代替品として十分であるものの、高速化が目覚しい半導体製造装置用露光装置やロボットアーム等への適用を考えた場合、十分とは言えない。 On the other hand, in recent years, the speed of movable mechanical members has been remarkably increased. For example, the exposure speed for semiconductor manufacturing apparatuses, robot arms, and the like to which ceramic materials are applied are also increasing. On the other hand, when the specific rigidity (elastic modulus / bulk density), which is an important parameter of the movable mechanical member, is compared between alumina ceramics and silicon carbide ceramics, they are about 100 GPa · cm 3 / g and about 128 GPa · g, respectively. cm 3 / g with only slight differences. This means that silicon carbide ceramics are sufficient as substitutes for alumina ceramics at conventional levels, but are sufficient when considering application to exposure equipment for semiconductor manufacturing equipment, robot arms, etc., which are remarkably fast. I can't say that.
これらの状況により、比剛性が高い材料の開発が行われ、軽量で高弾性率を示す炭化ホウ素セラミックスに注目が集まり、様々な研究機関や企業にて研究開発が行われている。しかしながら、炭化ホウ素セラミックスは共有結合性が強く、工業用セラミックスの一般的な製造方法である常圧焼結法により緻密化が困難であることから、常圧焼結によって緻密質のものを作製する場合には、焼結助剤である炭素や様々な化合物を添加することが行われている（特許文献１及び２等参照）。しかし、このような方法で得られたセラミックスは、添加する焼結助剤により炭化ホウ素セラミックスの有する優れた特性が阻害される傾向があり、工業製品として実用化するには至っていない。高純度の炭化ホウ素セラミックスは、微量の添加物、例えば、炭素を添加し、ホットプレスに代表される加圧焼結法により作製するのが一般的であることから、現状では、僅かに線引きダイスやサンドブラストノズル等、単純な形状の部材への応用が進んでいるのみである。 Under these circumstances, materials with high specific rigidity have been developed, and attention has been paid to boron carbide ceramics that are lightweight and exhibit high elastic modulus, and research and development are being conducted by various research institutions and companies. However, since boron carbide ceramics have strong covalent bonding and are difficult to be densified by the atmospheric pressure sintering method, which is a general manufacturing method for industrial ceramics, a dense one is produced by atmospheric pressure sintering. In some cases, carbon as a sintering aid and various compounds are added (see Patent Documents 1 and 2, etc.). However, ceramics obtained by such a method tend to inhibit the excellent characteristics of boron carbide ceramics by the added sintering aid, and have not yet been put into practical use as industrial products. High-purity boron carbide ceramics are generally produced by adding a small amount of additive, for example, carbon, and by pressure sintering represented by hot pressing. Application to simple-shaped members such as blast nozzles and sandblast nozzles is only progressing.
上記した実情から、炭化ホウ素セラミックスの優れた特性を示すものが得られ、しかも、工業製品を提供する手段として有用な常圧焼結法によって、炭化ホウ素セラミックスを製造することが種々試みられている。代表的な例として、微量の炭素を添加し、焼成雰囲気をＨ2／Ｈｅとすることで焼結を阻害する要因を抑制し、常圧焼結法により緻密なセラミックスを得る方法についての提案がある（特許文献３等参照）。一方、焼成雰囲気中に、焼結を促進する金属アルミニウムやシリコンの蒸気を共存させることで、常圧で、高純度の炭化ホウ素を容易に緻密化することについての提案がある（特許文献４参照）。かかる技術によれば、優れた機械的特性を示し、比剛性としても、１６０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇと、加圧焼結法により作製された炭化ホウ素セラミックスとほぼ同等なセラミックスを、容易に得ることができる。 From the above situation, those exhibiting excellent characteristics of boron carbide ceramics are obtained, and various attempts have been made to produce boron carbide ceramics by atmospheric pressure sintering which is useful as a means for providing industrial products. . As a typical example, there is a proposal for a method for obtaining a dense ceramic by a normal pressure sintering method by adding a small amount of carbon and suppressing a factor that inhibits sintering by setting the firing atmosphere to H 2 / He. Yes (see Patent Document 3). On the other hand, there is a proposal for easily densifying high-purity boron carbide at normal pressure by coexisting metal aluminum or silicon vapor that promotes sintering in a firing atmosphere (see Patent Document 4). ). According to this technology, it is possible to easily obtain a ceramic exhibiting excellent mechanical properties and having a specific rigidity of 160 GPa · cm 3 / g, which is almost equivalent to a boron carbide ceramic produced by a pressure sintering method. Can do.
しかしながら、炭化ホウ素セラミックスは、軽量で高弾性で高硬度である特長とともに、他のセラミックスと比較して極めてもろい性質を示すことから、可動部材としての信頼性に欠けるという問題がある。これに対し、比較的、破壊靱性値の高い炭化ケイ素をベースとし、比剛性を高くする試みとして、炭化ケイ素に、炭化ホウ素を添加することで、比剛性が１３０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇ以上の複合セラミックス材料とすることが提案されている（特許文献５参照）。該文献には、焼成を不活性ガス雰囲気中（常圧）で行うことも記載されている。しかしながら、前記したように、近年、半導体製造装置（例えばステッパー）などでは、さらにセラミックス部材が高速に可動する条件に移行しており、後述するように、このようなものに適用する材料としては十分なものとは言えない。 However, boron carbide ceramics have the problem of lacking in reliability as a movable member because they are lightweight, highly elastic, and have a high hardness as well as extremely brittle properties compared to other ceramics. On the other hand, based on silicon carbide with a relatively high fracture toughness value, as an attempt to increase the specific rigidity, by adding boron carbide to silicon carbide, a composite having a specific rigidity of 130 GPa · cm 3 / g or more A ceramic material has been proposed (see Patent Document 5). This document also describes that firing is performed in an inert gas atmosphere (normal pressure). However, as described above, in recent years, in a semiconductor manufacturing apparatus (for example, a stepper), the ceramic member has been moved to a condition where the ceramic member can move at a high speed. I can't say that.
上記した従来技術では、下記のことを具体的に開示しているが、これらの技術によって得られるセラミックス材料は、使用目的によっては十分なものとは言えず、改良の余地があった。前記した特許文献４では、炭化ホウ素セラミックスが相対密度８９％以上で、アルミニウム含有量が０．０３以上１．０質量％以下である緻密なセラミックスが簡易に得られること、さらに、その製造方法として、焼成雰囲気を、アルミニウムを少なくとも含有しているものとすることで、常圧焼結が可能となることを開示している。また、前記特許文献５には、炭化ケイ素５０〜９５質量部、炭化ホウ素５〜５０質量部、遊離炭素０．１〜５質量部を含み、比剛性が１３０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇ以上であるセラミックス材料が開示されており、その製造の際に、焼結助剤として、原料混合時に、アルミニウム換算で０．１〜５質量部のアルミニウム或いはアルミニウム化合物を添加することが記載されている。 The above-described prior art specifically discloses the following, but ceramic materials obtained by these techniques are not sufficient depending on the purpose of use, and there is room for improvement. In the above-mentioned Patent Document 4, a dense ceramic having a relative density of 89% or more of boron carbide ceramics and an aluminum content of 0.03 or more and 1.0% by mass or less can be easily obtained. In addition, it is disclosed that atmospheric sintering is possible by setting the firing atmosphere to contain at least aluminum. Further, Patent Document 5 includes ceramics containing 50 to 95 parts by mass of silicon carbide, 5 to 50 parts by mass of boron carbide, 0.1 to 5 parts by mass of free carbon, and having a specific rigidity of 130 GPa · cm 3 / g or more. The materials are disclosed, and it is described that 0.1 to 5 parts by mass of aluminum or an aluminum compound in terms of aluminum is added as a sintering aid when mixing the raw materials.
しかしながら、特許文献４に記載されている緻密質炭化ホウ素セラミックスは、可動する部材に求められている高比剛性の観点では極めて高い値を示すものの、高純度炭化ホウ素セラミックスであることから、破壊靱性値（もろさの指標）が低いという課題がある。すなわち、この場合は、構造部材、特に高速で可動する用途に適用することへの信頼性が低く、このことが、これらの用途への実用化の妨げになっている。これに対し、炭化ケイ素に炭化ホウ素を添加することにより得られた複合セラミックスは、炭化ケイ素セラミックスが、炭化ホウ素セラミックスに比較して破壊靱性値が高いことから、より高い破壊靱性値が期待される。ところが、特許文献５に記載されている複合セラミックスは、炭化ホウ素の含有量が５０質量％以下であることから、複合則に従って緻密化したとして算出しても、その比剛性は炭化ケイ素の１．２５倍程度が上限であり、この複合セラミックスの比剛性は、高純度炭化ホウ素セラミックスのおおよそ８５％程度になってしまう。これに対し、半導体製造装置（例えばステッパー）などでは、近年、さらにセラミックス部材が高速に可動する条件に移行していることから、これに適用するためには、さらなる高比剛性化を達成した工業生産が可能なセラミックス材料が待望されている。 However, although the dense boron carbide ceramic described in Patent Document 4 shows a very high value in terms of the high specific rigidity required for a movable member, it is a high-purity boron carbide ceramic. There is a problem that the value (index of brittleness) is low. That is, in this case, the reliability for applying to structural members, particularly applications that move at high speed, is low, which hinders practical application to these applications. In contrast, composite ceramics obtained by adding boron carbide to silicon carbide are expected to have higher fracture toughness values because silicon carbide ceramics have higher fracture toughness values than boron carbide ceramics. . However, since the composite ceramic described in Patent Document 5 has a boron carbide content of 50% by mass or less, even if it is calculated as being densified according to the composite rule, the specific rigidity is 1. The upper limit is about 25 times, and the specific rigidity of this composite ceramic is about 85% of that of high-purity boron carbide ceramics. On the other hand, in semiconductor manufacturing equipment (for example, a stepper) and the like, in recent years, the ceramic member has moved to a condition where it can move at a higher speed. A ceramic material that can be produced is awaited.
従って、本発明の目的は、炭化ホウ素セラミックスが本来有する高い比剛性を著しく損なうことなく、構造材料とした場合に課題であった破壊靱性値を改善し、比較的高強度化を維持でき、高速で可動する用途に使用する場合における信頼性をも満足できる炭化ホウ素系セラミックスを提供することにある。より具体的には、本発明の目的は、室温での曲げ強度が２００ＭＰａ以上、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上であり、かつ、比剛性が１５０乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇである複合セラミックスを提供することにある。本発明の別の目的は、上記の優れた特性の炭化ホウ素系セラミックスを、常圧下で、より低い焼成温度で、容易に、かつ、安定して製造することができる経済的な製造技術を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to improve the fracture toughness value, which has been a problem when used as a structural material, without significantly impairing the high specific rigidity inherent in boron carbide ceramics, and to maintain a relatively high strength, and at high speed. An object of the present invention is to provide a boron carbide-based ceramics that can satisfy the reliability when used in applications that can be moved at low temperatures. More specifically, the object of the present invention is that the bending strength at room temperature is 200 MPa or more, the fracture toughness value is 2.5 MPa · m 0.5 or more, and the specific rigidity is 150 to 180 GPa · cm 3 / g. It is to provide composite ceramics. Another object of the present invention is to provide an economical manufacturing technique capable of easily and stably manufacturing the boron carbide ceramics having the above-described excellent characteristics at a lower firing temperature under normal pressure. There is to do.
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、室温での曲げ強度が２００ＭＰａ以上、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上であり、かつ、比剛性が１５０乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇである炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスであって、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下の、炭化ホウ素粉末及び炭化ケイ素粉末を原料としてなる、少なくとも、炭化ホウ素の含有量が５０質量％よりも多く（但し、炭化ホウ素の含有量が９６質量％以上である場合を除く）、炭化ケイ素の含有量が５０質量％未満であり（但し、炭化ケイ素の含有量が５重量％以下である場合を除く）、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が３質量％以下であり、該その他の成分のうちの１つであるアルミニウムの含有量が１質量％以下である組成を有することを特徴とする炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスを提供する。 The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention provides a boron carbide-silicon carbide composite having a bending strength at room temperature of 200 MPa or more, a fracture toughness value of 2.5 MPa · m 0.5 or more, and a specific rigidity of 150 to 180 GPa · cm 3 / g. It is a ceramic and is made of boron carbide powder and silicon carbide powder having an average particle size of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less, and at least the content of boron carbide is more than 50% by mass (however, boron carbide The content of silicon carbide is less than 50% by mass (except for the case where the content of silicon carbide is 5% by weight or less) , free carbon and and the total content of other components than 3% by mass, carbon, characterized in Rukoto to have a composition content of aluminum is less than 1 mass% is one of the other components Boron - that provides a silicon carbide composite ceramic.
上記炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの好ましい実施形態としては、炭化ホウ素の含有量が７０質量％以上（但し、炭化ホウ素の含有量が９６質量％以上である場合を除く）、炭化ケイ素の含有量が３０質量％未満（但し、炭化ケイ素の含有量が５重量％以下である場合を除く）であること；アルミニウムの含有量が、０．０３質量％乃至１．０質量％であることが挙げられる。 As a preferred embodiment of the boron carbide-silicon carbide composite ceramics, the boron carbide content is 70% by mass or more (except when the boron carbide content is 96% by mass or more), the silicon carbide content. Is less than 30% by mass (except when the silicon carbide content is 5% by mass or less); the aluminum content is 0.03% by mass to 1.0% by mass. It is done.
本発明の別の実施形態としては、上記したいずれかの炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法であって、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下である炭化ホウ素の原料粉末を５０質量％よりも多く含有し（但し、炭化ホウ素の含有量が９６質量％以上である場合を除く）、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下である炭化ケイ素の原料粉末を５０質量％未満で含有し、かつ、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が３質量％以下であり、アルミニウムの含有量が０．０３質量％未満である組成を有する混合物からなるセラミックス材料で成形体を作成し、該成形体をカーボンの容器内に入れて、加圧せずに常圧で２，２００℃よりも低い温度で焼成する際に、焼成雰囲気中にアルミニウムを少なくとも含有する蒸気を存在させ、焼成中に、上記成形体に該蒸気を含浸させることを特徴とする炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法を提供する。 Another embodiment of the present invention is a method for producing any of the above-described boron carbide-silicon carbide composite ceramics, wherein the raw material powder of boron carbide having an average particle size of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less is 50 50% by mass of silicon carbide raw material powder containing more than mass% (except when the boron carbide content is 96% by mass or more) and having an average particle size of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less containing less than, and the total content of 3% by mass or less of free carbon and other ingredients is, molding a ceramic material in which the content of aluminum consists of a mixture having a composition Ru der less than 0.03 wt% When the body is prepared, the molded body is placed in a carbon container and fired at a pressure lower than 2,200 ° C. at normal pressure without pressurization, steam containing at least aluminum is contained in the firing atmosphere. Existence Is, during the firing, boron carbide and wherein the impregnating steam into the shaped body - that provides the method of producing a silicon carbide composite ceramic.
上記炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法の好ましい形態としては、前記混合物中に遊離炭素を含有させる場合に、平均粒径が、０．０５μｍ以上２．０μｍ以下である遊離炭素の原料粉末を用いること；さらに、前記成形体を、成形圧２０〜３００ＭＰａの範囲で、加熱することなく加圧成形して得ることが挙げられる。 As a preferred embodiment of the method for producing the boron carbide-silicon carbide composite ceramic, when free carbon is contained in the mixture, a raw carbon raw material powder having an average particle size of 0.05 μm or more and 2.0 μm or less is used. Furthermore, it is mentioned that the molded body is obtained by pressure molding without heating in the range of a molding pressure of 20 to 300 MPa .
本発明によれば、炭化ホウ素セラミックスが本来有している、例えば、軽量性や高い弾性率を著しく損なうことがなく、極めて高い比剛性を示し、優れた機械的特性をも示す安価な炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスが提供される。また、本発明によれば、従来から行われてきた、原料中への多量の焼結助剤の添加や、特殊な添加物を混合させること、また、特殊な処理や、その後の加工を必要とすることもなく、常圧焼成することで、極めて優れた特性を示し、さらに、単純な形状のものは勿論、複雑な形状のセラミックス製品をも、簡易にかつ安定的に得ることができる炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法が提供される。 According to the present invention, boron carbide ceramics originally possessed by, for example, inexpensive boron carbide that does not significantly impair the light weight and high elastic modulus, exhibits extremely high specific rigidity, and exhibits excellent mechanical properties. -A silicon carbide composite ceramic is provided. In addition, according to the present invention, it is necessary to add a large amount of sintering aid to the raw material, to mix special additives, and to perform special treatment and subsequent processing, which have been conventionally performed. However, by firing at atmospheric pressure, it exhibits extremely excellent characteristics, and it is possible to easily and stably obtain ceramic products with complex shapes as well as simple shapes. A method for producing a boron-silicon carbide composite ceramic is provided.
本発明によれば、上記の種々の特性を満足した極めて優れた複合セラミックスが、簡易かつ安価に提供できるようになるため、これまでは、限定的にしか使用されていなかった炭化ホウ素系セラミックスの、広範な分野での利用拡大が期待できる。また、本発明によれば、常圧下での製造が可能になることに加え、高純度炭化ホウ素セラミックスを製造する場合は、焼成温度が２，２００〜２，３００℃であったのに対して、これよりも１００〜２００℃程度低い、２，２００℃よりも低い焼成温度で、上記優れた複合セラミックスを得ることができる。このため、製造コストの著しい削減が達成できる。さらに、比較的高額な材料である炭化ホウ素の一部を、安価な炭化ケイ素材料に置換することから、原料面においてもコストの低減が可能であることから、より安価に高性能の複合セラミックスを提供でき、その工業的価値は極めて高い。 According to the present invention, an extremely excellent composite ceramic satisfying the above-described various characteristics can be provided easily and inexpensively. Therefore, the boron carbide ceramics that have been used only in a limited manner until now can be provided. The expansion of use in a wide range of fields can be expected. Moreover, according to the present invention, in addition to being able to be produced under normal pressure, when producing high purity boron carbide ceramics, the firing temperature was 2,200 to 2,300 ° C. The above-mentioned excellent composite ceramics can be obtained at a firing temperature lower than this by about 100 to 200 ° C. and lower than 2,200 ° C. For this reason, a significant reduction in manufacturing costs can be achieved. Furthermore, since a part of boron carbide, which is a relatively expensive material, is replaced with an inexpensive silicon carbide material, the cost can be reduced on the raw material side. The industrial value is extremely high.
本発明の好ましい実施の形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、これまで、常圧下での焼結によって、炭化ホウ素の含有量の多い炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスの作製を行うことは困難であるとされてきたことに対し、これを可能とし、経済性の高い簡易な製造方法を開発すべく鋭意検討の結果、本発明に至ったものである。本発明者らは、優れた特性が期待できる、高い比率で炭化ホウ素を含有する炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスを得るための条件について検討する過程で、経済性に優れる条件で、期待する特性を満足した複合セラミックスの製造が可能となることを見出した。すなわち、そのためには、常圧焼成中の雰囲気や、原料の組成や粒径、さらには焼成温度を高度に制御することが有効であることを見出した。 The present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. The present inventors have heretofore considered that it has been difficult to produce a boron carbide-silicon carbide composite ceramic having a high boron carbide content by sintering under normal pressure. As a result of intensive studies to develop a simple and highly economical manufacturing method, the present invention has been achieved. In the process of studying the conditions for obtaining boron carbide-silicon carbide composite ceramics containing boron carbide at a high ratio, in which excellent characteristics can be expected, the inventors have obtained the expected characteristics under excellent economic conditions. It has been found that satisfactory composite ceramics can be produced. That is, it has been found that for this purpose, it is effective to highly control the atmosphere during normal-pressure firing, the composition and particle size of raw materials, and the firing temperature.
本発明者らは、さらに詳細な検討を行った結果、高い比剛性を示し、比較的高強度を維持でき、高速で可動する用途に適用した場合における信頼性を満足できる機械的特性にも優れた複合セラミックスであるためには、以下の２点が複合セラミックスの構成として必要であることを見出した。その一つは、複合セラミックスが、少なくとも、炭化ホウ素の含有量が５０質量％よりも多く、炭化ケイ素の含有量が５０質量％未満であり、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が３質量％以下であり、その他の成分の１つであるアルミニウムの含有量が１質量％以下である組成を有することである。また、二つめは、複合セラミックス中の粒子の平均粒径が２０μｍ以下であることである。特に、上記その他の成分として含有されるアルミニウムの含有量が、０．０３乃至１．０質量％であることが好ましい。上記要件をいずれも満足する炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスは、比剛性が１５０乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇと高い値を示し、室温での曲げ強度が２００ＭＰａ以上で、かつ、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上と、比較的高強度であり、高速で可動する用途にも適用可能なものである。 As a result of further detailed studies, the present inventors have exhibited high specific rigidity, can maintain relatively high strength, and are excellent in mechanical characteristics that can satisfy reliability when applied to applications that move at high speed. In order to be a composite ceramic, the following two points were found to be necessary for the composition of the composite ceramic. One of them is that the composite ceramic has at least a boron carbide content of more than 50% by mass, a silicon carbide content of less than 50% by mass, and a total content of free carbon and other components of 3% by mass. %, And the content of aluminum which is one of the other components is 1% by mass or less. The second is that the average particle size of the particles in the composite ceramic is 20 μm or less. In particular, the content of aluminum contained as the other component is preferably 0.03 to 1.0% by mass. The boron carbide-silicon carbide composite ceramic satisfying all of the above requirements has a high specific rigidity of 150 to 180 GPa · cm 3 / g, a bending strength at room temperature of 200 MPa or more, and a fracture toughness value of 2 .5 MPa · m 0.5 or more, which is relatively high strength and can be applied to applications that move at high speed.
さらに、上記した組成及び平均粒径を有する本発明の複合セラミックスは、下記の構成を有する本発明の製造方法によって、容易にかつ安定して得ることができる。すなわち、まず、少なくとも、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下の炭化ホウ素を原料粉末として用い、その含有量が５０質量％よりも多くなるようにし、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下の炭化ケイ素を原料粉末として用い、その含有量が５０質量％未満となるようにし、かつ、遊離炭素及びその他の成分の合計含有量が３質量％以下となるようにした組成の混合物からなるセラミックス材料を用意する。その際、必要に応じて遊離炭素を含有させる場合には、平均粒径が０．０５μｍ以上２．０μｍ以下である原料粉末を用いることが好ましい。そして、該セラミックス材料で、常法にしたがって成形体を作成する。次に、該成形体を加圧せずに常圧で焼成するが、その際に、焼成雰囲気中にアルミニウムを少なくとも含有する蒸気を存在させ、焼成中に、これらの蒸気を上記成形体に含浸させるようにする。焼成温度は、炭化ホウ素セラミックスの焼成温度と比較して１００℃〜２００℃程度低くしても焼成が可能であるので、経済性を考慮して２，２００℃よりも低い、例えば、２，１００℃程度の温度で焼成することが好ましい。このように、焼成温度を低くすることにより、省エネ等の効果とともに、強度等、機械的性質の向上がさらに期待できる。 Furthermore, the composite ceramic of the present invention having the above composition and average particle size can be easily and stably obtained by the production method of the present invention having the following constitution. That is, first, at least boron carbide having an average particle size of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less is used as a raw material powder so that its content is more than 50% by mass, and the average particle size is 0.2 μm or more and 2 A mixture having a composition in which silicon carbide of 0.0 μm or less is used as a raw material powder, the content of which is less than 50% by mass, and the total content of free carbon and other components is 3% by mass or less. Prepare a ceramic material consisting of At that time, when free carbon is included as required, it is preferable to use a raw material powder having an average particle size of 0.05 μm or more and 2.0 μm or less. And a molded object is created with this ceramic material according to a conventional method. Next, the molded body is fired at normal pressure without being pressurized. At that time, a vapor containing at least aluminum is present in the firing atmosphere, and the molded body is impregnated with these vapors during the firing. Let's make it. Since firing is possible even if the firing temperature is lower by about 100 ° C. to 200 ° C. than the firing temperature of boron carbide ceramics, it is lower than 2,200 ° C. in view of economy, for example, 2,100 Baking is preferably performed at a temperature of about ° C. Thus, by lowering the firing temperature, mechanical properties such as strength can be further improved along with effects such as energy saving.
本発明の製造方法において、焼成雰囲気中に、アルミニウムを少なくとも含有する蒸気を存在させる具体的な方法について説明する。例えば、アルミニウムを少なくとも含有してなる、粉末、成形体若しくは焼結体を炉内に配置するか、あるいは、アルミニウムを少なくとも含有してなる、粉末、成形体若しくは焼結体を炉内に配置すればよい。この際に使用するアルミニウムの純度は、特に限定されないが、例えば、純度９０％以上のもの、さらには純度９５％以上のものを使用することが好ましい。これらは、粉末である場合には、ルツボ内に収容した状態で炉内に配置すればよい。また、成形体若しくは焼結体である場合は、粉体材料を用いて作製したブロック状、多孔状、環状などの任意の形状のものを使用すればよい。アルミニウムを少なくとも含むものとしては、該金属を含むいずれの化合物を用いた場合にも、良好な複合セラミックスを得ることは可能である。本発明においては、特に、アルミニウムの金属、炭化物或いは窒化物を用いると、より安定して、所望する特性の複合セラミックスを得ることができるので好ましい。本発明者らの検討によれば、蒸気となったアルミニウム成分は、例えば、炉内のルツボ内に配置して焼結をした場合、容器材料のカーボンとの反応に一部が消費されることが認められるものの、ルツボを繰り返し使用すれば、ほぼ１００％、含浸してセラミックス中へと移行することを確認した。このため、本発明の製造方法によれば、セラミックスにおけるアルミニウムの含有量を適宜に設計したものを容易に得ることができる。 In the production method of the present invention, a specific method for causing a vapor containing at least aluminum to exist in the firing atmosphere will be described. For example, a powder, compact or sintered body containing at least aluminum is placed in the furnace, or a powder, compact or sintered body containing at least aluminum is placed in the furnace. That's fine. The purity of the aluminum used at this time is not particularly limited. For example, it is preferable to use aluminum having a purity of 90% or more, and more preferably 95% or more. If these are powders, they may be placed in the furnace while being housed in the crucible. Further, in the case of a molded body or a sintered body, an arbitrary shape such as a block shape, a porous shape, or an annular shape made using a powder material may be used. As a material containing at least aluminum, it is possible to obtain a good composite ceramics when any compound containing the metal is used. In the present invention, it is particularly preferable to use aluminum metal, carbide, or nitride because a composite ceramic having desired characteristics can be obtained more stably. According to the study by the present inventors, when the aluminum component converted into steam is placed in a crucible in a furnace and sintered, for example, a part of the aluminum component is consumed for reaction with carbon of the container material. However, it was confirmed that when the crucible was repeatedly used, it was impregnated almost 100% and transferred into the ceramic. For this reason, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily obtain an appropriately designed aluminum content in ceramics.
上記本発明の製造方法によれば、原料中への種々の添加物や特殊な処理を必要とすることなく、簡易な方法でありながら、得られる焼結体は、炭化ホウ素セラミックスが本来有している、例えば、軽量性や高い弾性率を著しく損なうことがなく、極めて高い比剛性を示し、優れた機械的特性を示す炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスとなる。具体的には、比剛性が１５０乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇで、室温の曲げ強度が２００ＭＰａ以上で、かつ、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の特性を有する複合セラミックスが得られる。 According to the production method of the present invention, boron carbide ceramics inherently have a sintered body that is a simple method without requiring various additives and special treatments in the raw material. For example, it becomes a boron carbide-silicon carbide composite ceramic that exhibits extremely high specific rigidity without significantly impairing lightness and high elastic modulus, and exhibits excellent mechanical properties. Specifically, composite ceramics having specific rigidity of 150 to 180 GPa · cm 3 / g, a bending strength at room temperature of 200 MPa or more, and a fracture toughness value of 2.5 MPa · m 0.5 or more can be obtained.
焼結体を製造する際に、原料粉末中にアルミニウム化合物を添加する方法はこれまでも提案されている。しかしながら、アルミニウム化合物は一般的に不安定であるため、原料粉末に混合する際に、混合させる量にもよるが爆発するおそれがあり、工程上の特殊な管理が必要となる。また、混合させる場合、アルミニウム化合物の添加量が少量である場合は、均一に混合することが困難である。また、本発明者らの検討によれば、混合状態が不均一である場合は、得られる焼結体の特性、特に機械的な信頼性を著しく阻害する傾向が高い。 A method of adding an aluminum compound to a raw material powder when manufacturing a sintered body has been proposed. However, since aluminum compounds are generally unstable, there is a risk of explosion when mixed into the raw material powder, depending on the amount to be mixed, and special management in the process is required. Moreover, when mixing, when the addition amount of an aluminum compound is a small amount, it is difficult to mix uniformly. Further, according to the study by the present inventors, when the mixed state is not uniform, the characteristics of the obtained sintered body, particularly mechanical reliability, tend to be remarkably impaired.
本発明の製造方法では、焼成雰囲気中にアルミニウムを少なくとも含有する蒸気を存在させ、この状態で、前記したような原料の組成及び粒径を特定してなる成形体について常圧焼成を行う。このようにすることで、前記した複合セラミックスに期待される優れた特性を示すものを容易に得ることができる。本発明者らは、この理由を、焼成中に気化したガス状のアルミニウムが、炭化ホウ素−炭化ケイ素複合材料からなる成形体に含浸され、その結果、その含有量が１．０質量％以下と微量な範囲でありながら、アルミニウム化合物が極めて高い均一性をもって混合された状態の複合セラミックスとできたことによって達成されたものと考えている。 In the production method of the present invention, steam containing at least aluminum is present in the firing atmosphere, and in this state, the molded body having the composition and particle size of the raw material as described above is subjected to normal pressure firing. By doing in this way, what shows the outstanding characteristic anticipated in above-mentioned composite ceramics can be obtained easily. For this reason, the inventors impregnated a gaseous aluminum vaporized during firing into a molded body made of a boron carbide-silicon carbide composite material, and as a result, its content is 1.0% by mass or less. It is considered that this is achieved by the composite ceramic in which the aluminum compound is mixed with extremely high uniformity while being in a minute range.
本発明の複合セラミックスは、高速で可動する部材として適用することを可能にすることを目的としていることから、比剛性が１５０乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇであることに加えて、曲げ強度が２００ＭＰａ以上、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上であることを要す。本発明では、特に、複合セラミックスの組成において、炭化ホウ素の含有量を５０質量％以上と高くしているにもかかわらず、炭化ホウ素及び炭化ケイ素以外の添加物の総含有量を３質量％以下と少量に抑制し、さらに、アルミニウムの含有量を１質量％以下と微少量にしたことで、複合セラミックスに上記特性を発現させている。さらに、本発明の製造方法では、焼成の際に、少なくとも、蒸気としたアルミニウム気体を利用して複合セラミックスを得る構成とすることで、材料中への固体（粉体原料）の混合では到底得ることができなかった高い再現性で、前記した所望する特性の複合セラミックスを安定して得ることができる。 Since the composite ceramic of the present invention is intended to be applicable as a member that can move at high speed, in addition to having a specific rigidity of 150 to 180 GPa · cm 3 / g, a bending strength of 200 MPa As described above, the fracture toughness value needs to be 2.5 MPa · m 0.5 or more. In the present invention, in particular, in the composite ceramic composition, the total content of additives other than boron carbide and silicon carbide is 3% by mass or less even though the content of boron carbide is as high as 50% by mass or more. Further, the above-mentioned characteristics are expressed in the composite ceramic by reducing the content of aluminum to a very small amount of 1% by mass or less. Furthermore, in the production method of the present invention, at the time of firing, at least by using a vaporized aluminum gas, a composite ceramic is obtained, so that solid (powder material) can be mixed in the material. With the high reproducibility that could not be achieved, it is possible to stably obtain the composite ceramic having the desired characteristics described above.
本発明の効果は、上記に加えて、下記のような構成とした場合に、特に顕著に得られる。先ず、焼成する対象物となる成形体は、複合セラミックスの主成分となる、炭化ホウ素粉末に所定量の炭化ケイ素を機械的に混合した原料を加圧成形したものを用いるが、上記原料中に、若干の遊離炭素を添加させてもよい。しかし、出発原料（入手した原料）に含まれる遊離炭素が原料中に存在している場合は、特に添加する必要はない。ここで、遊離炭素とは、金属と結合して炭化物や炭窒化物を構成する炭素成分を除いた以外の遊離の炭素成分を意味する。なお、遊離炭素量は、試料となるセラミックス又は原料粉末を微粉砕した後、融剤を添加し、高周波誘導加熱等により短時間で高温まで加熱し、試料を分解し、発生した二酸化炭素量を赤外分光法により総炭素量を算出し、ホウ素及びケイ素の含有量を別の方法により定量化し、エックス線等により結晶構造を測定することによりホウ素と炭素、ケイ素と炭素の比率を算出し、差より求める。 In addition to the above, the effects of the present invention are particularly prominent when the following configuration is adopted. First, the compact to be fired is a material obtained by pressure-molding a raw material in which a predetermined amount of silicon carbide is mechanically mixed in a boron carbide powder, which is the main component of the composite ceramic. Some free carbon may be added. However, when free carbon contained in the starting material (obtained raw material) is present in the raw material, it is not particularly necessary to add it. Here, the free carbon means a free carbon component other than the carbon component that forms a carbide or carbonitride by combining with a metal. The amount of free carbon is determined by pulverizing the sample ceramic or raw material powder, adding a flux, heating to high temperature in a short time by high frequency induction heating, etc., decomposing the sample, Calculate the total carbon content by infrared spectroscopy, quantify the content of boron and silicon by another method, calculate the ratio of boron to carbon, silicon and carbon by measuring the crystal structure by X-ray etc. Ask more.
本発明で使用する成形体は、主成分となる炭化ホウ素及び炭化ケイ素のセラミックス原料粉末に、それぞれ前記した特定の粒径範囲のものを用い、かつ、これらにより、加熱することなく特定の範囲の圧力で加圧成形してなるものが好ましい。具体的には、平均粒径が０．２μｍ以上２．０μｍ以下の、炭化ホウ素粉末及び炭化ケイ素粉末をそれぞれ特定量、さらに、必要に応じて、平均粒径が０．０５μｍ以上２μｍ以下の遊離炭素を混合した粉末原料を用い、成形圧２０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下、より好ましくは、１００〜２００ＭＰａで、加熱することなく加圧成形して成形体を得、これを被焼成体とすることが好ましい。本発明者らの検討によれば、平均粒径が上記範囲の出発原料を用い、成形圧２０〜３００ＭＰａの範囲で、加熱することなく加圧成形して得られた成形体を用い、先に述べた条件で常圧焼成すれば、室温での曲げ強度が２００ＭＰａ以上、破壊靱性値が２．５ＭＰａ・ｍ0.5以上で、かつ、比剛性が１５０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇ乃至１８０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇである複合セラミックスを容易に得ることができる。 The molded body used in the present invention is a ceramic raw material powder of boron carbide and silicon carbide, which are the main components, each having a specific particle size range as described above. Those formed by pressure molding with pressure are preferred. Specifically, boron carbide powder and silicon carbide powder each having an average particle diameter of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less are respectively specified amounts, and if necessary, the average particle diameter is 0.05 μm or more and 2 μm or less. It is preferable to use a powder raw material in which carbon is mixed and to form a molded body by pressure molding without heating at a molding pressure of 20 MPa or more and 300 MPa or less, more preferably 100 to 200 MPa, which is used as a fired body. According to the study by the present inventors, a starting material having an average particle diameter in the above range is used, and a molded body obtained by pressure molding without heating in a molding pressure range of 20 to 300 MPa is used. If normal pressure firing is performed under the described conditions, the bending strength at room temperature is 200 MPa or more, the fracture toughness value is 2.5 MPa · m 0.5 or more, and the specific rigidity is 150 GPa · cm 3 / g to 180 GPa · cm 3 / g. The composite ceramic can be easily obtained.
［例１］
原材料としての炭化ホウ素粉末（Ｈ．Ｓ．Ｓｔａｒｃｋ社製）には、市販の平均粒径が０．８μｍの、純度９９．５質量％（酸素含有量１．２％、窒素含有量０．２質量％を除く）のものを使用した。この炭化ホウ素粉末材料中におけるアルミニウムの含有量は０．０３質量％未満であり、アルミニウムが殆ど含有されていないことを確認した。また、炭化ケイ素粉末（屋久島電工社製）には、市販の平均粒径が０．７μｍの、純度９９質量％のものを使用した。いずれの粉末も、遊離している炭素量は０．３質量％未満であった。そして、上記の炭化ホウ素と炭化ケイ素との比率を、１０質量％毎に変えてそれぞれ秤量した。その際、さらに炭素源として原料粉末中に、焼成後の残留炭素量が３０質量％の樹脂を、炭素換算で２質量％となるようにそれぞれ添加し、エタノール中で混合乾燥した。このようにして得られた各混合粉末を、それぞれ直径２５ｍｍの金型に充填し、９８ＭＰａの加圧により、成形体を作製した。得られた各成形体をそれぞれ、アルミニウム換算でセラミックス中におけるアルミニウムの含有量が０．５質量％となるように金属アルミニウムを配置した密閉容器中に入れて、２，１００℃の温度で、常圧で焼成して炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスをそれぞれ得た。本発明者らの検討によれば、上記したような条件で焼成を行った場合、炉内に配置した金属アルミニウムは、容器であるカーボンとの反応により、その一部が消費されるが、ルツボを繰り返し使用することによりほぼ１００％、セラミックス中に移行する。
[Example 1]
The raw material boron carbide powder (manufactured by HS Starck) has a commercially available average particle size of 0.8 μm, purity of 99.5% by mass (oxygen content 1.2%, nitrogen content 0.2). (Excluding mass%) was used. The content of aluminum in this boron carbide powder material was less than 0.03% by mass, and it was confirmed that aluminum was hardly contained. Further, as the silicon carbide powder (manufactured by Yakushima Electric Works), a commercially available average particle diameter of 0.7 μm and a purity of 99% by mass was used. In any powder, the amount of free carbon was less than 0.3% by mass. And the ratio of said boron carbide and silicon carbide was changed for every 10 mass%, and each was weighed. At that time, a resin having a residual carbon amount of 30% by mass after firing was added to the raw material powder as a carbon source so as to be 2% by mass in terms of carbon, and mixed and dried in ethanol. Each of the mixed powders thus obtained was filled in a mold having a diameter of 25 mm, and a compact was produced by pressurization at 98 MPa. Each of the obtained molded bodies was placed in a sealed container in which metal aluminum was arranged so that the aluminum content in the ceramics was 0.5 mass% in terms of aluminum, and was always at a temperature of 2,100 ° C. The boron carbide-silicon carbide composite ceramics were obtained by firing under pressure. According to the study by the present inventors, when firing is performed under the conditions as described above, a part of the metal aluminum placed in the furnace is consumed due to the reaction with carbon as a container, but the crucible By repeating the use, almost 100% is transferred into the ceramic.
上記のようにして得られた各複合セラミックスについて、相対密度と弾性率より算出した比剛性を求めた。そして、図１に、複合セラミックスを構成する炭化ホウ素含有量と相対密度（図中に黒丸で表示）、及び、炭化ホウ素含有量と比剛性（図中に白丸で表示）の関係を示した。図１に示したように、炭化ホウ素の含量の増加とともに相対密度は若干低下する傾向を示したが、大きくは損なわれないことを確認した。また、比剛性の値は、炭化ホウ素含有量が５０質量％を超えると１５０ＧＰａ・ｃｍ3／ｇ以上の値を示し、炭化ホウ素含有量の増加とともに、上昇する傾向を示した。 For each composite ceramic obtained as described above, the specific rigidity calculated from the relative density and the elastic modulus was obtained. FIG. 1 shows the relationship between the boron carbide content and relative density (indicated by black circles in the figure) constituting the composite ceramic, and the relationship between the boron carbide content and specific rigidity (indicated by white circles in the figure). As shown in FIG. 1, the relative density tended to decrease slightly with increasing boron carbide content, but it was confirmed that the relative density was not significantly impaired. Moreover, the value of specific rigidity showed a value of 150 GPa · cm 3 / g or more when the boron carbide content exceeded 50 mass%, and showed a tendency to increase as the boron carbide content increased.
炭化ホウ素含有量７０質量％の複合セラミックスについて、強度と破壊靱性値を測定したところ、室温での曲げ強度が３６０ＭＰａであり、破壊靱性値が３．７ＭＰａ・ｍ0.5であった。これは、炭化ホウ素単味のセラミックスと比較した場合、室温での曲げ強度で２０％、破壊靱性値で約２倍と、著しい改善効果を確認した。 When the strength and fracture toughness value of the composite ceramic having a boron carbide content of 70% by mass were measured, the bending strength at room temperature was 360 MPa and the fracture toughness value was 3.7 MPa · m 0.5 . Compared with a simple ceramic boron carbide, the bending strength at room temperature was 20% and the fracture toughness value was about twice, confirming a remarkable improvement effect.
［例２］
例１で使用したと同様の原料粉末を用い、同様の方法で作成した成形体を、アルミニウム換算で、セラミックス中におけるアルミニウムが、１、１．５、２．０、３．０質量％となるように、それぞれの焼成雰囲気を調整し、２，１００℃の温度で焼成して、複合セラミックスをそれぞれ作製した。アルミニウム含有量が１質量％の複合セラミックスは、強度、破壊靱性値いずれも高い値を示した。これに対し、アルミニウムの含有量が１質量％よりも増加した複合セラミックスでは、急激に強度、及び破壊靱性値が低下する傾向を示し、いずれのものも、室温での曲げ強度は２００ＭＰａよりも小さく、破壊靱性値は２．５ＭＰａ・ｍ0.5よりも小さく、構造材料としては著しく信頼性に欠ける特性を示した。
[Example 2]
Using the same raw material powder as used in Example 1 and forming the formed body by the same method, the aluminum in the ceramic becomes 1, 1.5, 2.0, and 3.0% by mass in terms of aluminum. Thus, the respective firing atmospheres were adjusted and fired at a temperature of 2,100 ° C. to produce composite ceramics. The composite ceramics having an aluminum content of 1% by mass showed high values for both strength and fracture toughness. On the other hand, in the composite ceramics in which the aluminum content is increased from 1% by mass, the strength and fracture toughness value tend to decrease rapidly, and the bending strength at room temperature is less than 200 MPa in any of them. The fracture toughness value was smaller than 2.5 MPa · m 0.5 , indicating that the structural material was extremely unreliable.
また、上記で得た種々の複合セラミックスについて電子顕微鏡で観察した結果、その粒子径が２０μｍを超えると、アルミニウムの含有量が増加した場合と同様に機械的特性が急激に低下した。このような複合セラミックスを高速で回転させる用途に使用したところ、可動時に発生する振動や応力により破壊する現象が見られた。ここで、複合セラミックスの粒径を決定する要因は、炭化ホウ素と炭化ケイ素の比率とともに、製造上認められる温度分布、存在するアルミニウム含有量により発生し、複合的に生じる要因である。 Moreover, as a result of observing with the electron microscope about the various composite ceramics obtained above, when the particle diameter exceeded 20 μm, the mechanical properties were drastically lowered as in the case where the aluminum content was increased. When such a composite ceramic was used for the purpose of rotating at a high speed, a phenomenon of breaking due to vibration and stress generated during movement was observed. Here, the factors that determine the particle size of the composite ceramic are factors that are generated in combination with the ratio of boron carbide and silicon carbide, as well as the temperature distribution recognized in production and the existing aluminum content.
本発明の活用例としては、本発明によれば、軽量で高い弾性率を示す、高比剛性な炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックスを安価に提供できるために、高速で可動するような部材への利用拡大が図れ、可動用の駆動装置（例えば、モーター）を小型化することができ、省エネ化が可能となる。例えば、半導体製造装置の代表的な露光機（ステッパー）用部材は、複雑な形状のセラミックス製品であるが、下記に述べるように、本発明の製造方法によれば、このような形状のものを容易に得ることができ、特に有用である。すなわち、従来の加圧焼結法では、加圧する関係上、焼成できる成形体は単純な形状のものに限られており、複雑な形状の機械部品等を製造する場合は、単純な形状の炭化ホウ素系セラミックスを得た後、高価なダイヤモンド工具等により機械加工を行っている。しかし、常圧焼成できれば複雑な形状の成形体であっても焼成が可能となるため、加工工程を省略でき、この点での製造コストの削減効果は極めて大きい。このため、製品コストが高いことを理由に応用が果たせなかった分野での炭化ホウ素系セラミックス製品の利用拡大が期待される。これと同時に、本発明によれば、常圧で焼成できるので、加圧焼結の設備面での制約から解放されることで、従来より蓄積され培われているセラミックス製造における様々な技術を本発明の実施品に応用可能となるので、例えば、材料面におけるさらなる相乗効果等も期待できる。 As an application example of the present invention, according to the present invention, a light and high elastic modulus and high specific rigidity boron carbide-silicon carbide composite ceramics can be provided at low cost. The use can be expanded, and a movable drive device (for example, a motor) can be reduced in size, and energy saving can be achieved. For example, a typical exposure machine (stepper) member of a semiconductor manufacturing apparatus is a ceramic product having a complicated shape. However, according to the manufacturing method of the present invention, a member having such a shape is used as described below. It can be easily obtained and is particularly useful. In other words, in the conventional pressure sintering method, the compact that can be fired is limited to a simple shape because of the pressurization, and when a mechanical part having a complicated shape is manufactured, the carbonization of a simple shape is performed. After obtaining boron-based ceramics, machining is performed with an expensive diamond tool or the like. However, if it can be fired at normal pressure, it is possible to fire even a molded body having a complicated shape, so that the processing step can be omitted, and the manufacturing cost reduction effect in this respect is extremely large. For this reason, it is expected that the use of boron carbide ceramic products will be expanded in fields where application cannot be achieved due to high product costs. At the same time, according to the present invention, since it can be fired at normal pressure, various technologies in ceramic manufacturing that have been accumulated and cultivated from the past can be released by releasing from the constraints of the pressure sintering equipment. Since the present invention can be applied to the product of the invention, for example, further synergistic effects in terms of materials can be expected.
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