JP2001048651A - Silicon carbide sintered body and its production - Google Patents

Silicon carbide sintered body and its production

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JP2001048651A
JP2001048651A JP2000147923A JP2000147923A JP2001048651A JP 2001048651 A JP2001048651 A JP 2001048651A JP 2000147923 A JP2000147923 A JP 2000147923A JP 2000147923 A JP2000147923 A JP 2000147923A JP 2001048651 A JP2001048651 A JP 2001048651A
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silicon
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carbon
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Kazuhiro Ushida
和宏 牛田
Keichi Takahashi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a silicon carbide sintered body excellent in strength without occurrence of cracks or breakages. SOLUTION: The method for producing a silicon carbide sintered body comprises impregnating metallic silicon into a formed body containing silicon carbide and carbon under a vacuum atmosphere or non-oxidizing atmosphere to form an impregnated body and cooling the impregnated body under the condition such that the distribution of temp. in the impregnated body is in the range of 0.1 to 1.5 deg.C/cm. The silicon carbide sintered body is obtained by the production method for the silicon carbide sintered body mentioned above.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体熱処理用ボ
ートやライナーチューブ等の炭化ケイ素質焼結体、及び
該炭化ケイ素質焼結体を効率的に製造し得る方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide sintered body such as a boat for heat treatment of semiconductors and a liner tube, and a method for efficiently producing the silicon carbide sintered body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、炭化ケイ素と炭素とを含有する成
形体に対し、非酸化性雰囲気下で、金属ケイ素を含浸、
充填して含浸体を形成し、該含浸体を冷却する際に、前
記炭素と反応しなかった余剰の金属ケイ素が、冷却固化
時に体積膨張を伴うため、前記含浸体が割れてしまうと
いう問題があった。特に、長尺ものの場合、炉の冷却と
ともに一瞬に固まるためその事故は多く、冷却速度を調
整しても不良率を小さくすることは困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a compact containing silicon carbide and carbon is impregnated with metallic silicon in a non-oxidizing atmosphere.
Filling to form the impregnated body, when cooling the impregnated body, the excess metal silicon that did not react with the carbon, because of volume expansion during cooling and solidification, there is a problem that the impregnated body breaks there were. In particular, in the case of a long one, it hardened instantaneously with cooling of the furnace, so many accidents occurred, and it was difficult to reduce the defect rate even by adjusting the cooling rate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、クラックや割れが生じない炭
化ケイ素質焼結体の製造方法、及び該製造方法によって
製造され、強度等に優れる炭化ケイ素質焼結体を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide-based sintered body that does not cause cracks or cracks, and a silicon carbide-based sintered body that is produced by the production method and has excellent strength and the like.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段としては、以下の通りである。即ち、 <1> 炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に対し、
真空雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素を含浸
させて含浸体を形成し、該含浸体に0.1〜1.5℃/
cmの温度分布をもたせた状態で、該含浸体を冷却する
ことを特徴とする炭化ケイ素質焼結体の製造方法であ
る。 <2> 含浸体を形成する前に、成形体を1200〜2
400℃で仮焼する前記<1>に記載の炭化ケイ素質焼
結体の製造方法である。 <3> 含浸させる金属ケイ素が1420〜1700℃
で加熱溶融された前記<1>又は<2>に記載の炭化ケ
イ素質焼結体の製造方法である。 <4> 2以上のヒーターを用いて温度分布をもたせ、
該2以上のヒーターの温度を同じ速度で下げることによ
り含浸体を冷却する前記<1>から<3>のいずれかに
記載の炭化ケイ素質焼結体の製造方法である。 <5> 含浸体を冷却する速度が50℃/h以下である
前記<1>から<4>のいずれかに記載の炭化ケイ素質
焼結体の製造方法である。 <6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の炭化
ケイ素質焼結体の製造方法により製造されることを特徴
とする炭化ケイ素質焼結体である。
Means for solving the above problems are as follows. That is, <1> for a molded article containing silicon carbide and carbon,
In a vacuum atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, metal silicon is impregnated to form an impregnated body.
A method for producing a silicon carbide-based sintered body, comprising cooling the impregnated body while maintaining a temperature distribution of about 0.5 cm. <2> Before forming the impregnated body, the molded body is
The method for producing a silicon carbide sintered body according to <1>, wherein the sintered body is calcined at 400 ° C. <3> The metal silicon to be impregnated is 1420 to 1700 ° C.
The method for producing a silicon carbide-based sintered body according to <1> or <2>, wherein the sintered body is heated and melted. <4> A temperature distribution is provided by using two or more heaters,
The method for producing a silicon carbide-based sintered body according to any one of <1> to <3>, wherein the impregnated body is cooled by lowering the temperature of the two or more heaters at the same rate. <5> The method for producing a silicon carbide-based sintered body according to any one of <1> to <4>, wherein the rate of cooling the impregnated body is 50 ° C / h or less. <6> A silicon carbide based sintered body produced by the method for producing a silicon carbide based sintered body according to any one of <1> to <5>.

【0005】本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法に
おいては、先ず、前記成形体に金属ケイ素を含浸させ
る。この時、溶融した金属ケイ素は、毛細管現象等によ
って前記成形体中に浸透される。浸透した金属ケイ素
は、前記成形体中の炭素と反応し、炭化ケイ素が生成す
る。次に、前記含浸体を一定の温度分布をもたせた状態
で冷却する。これにより、未反応の金属ケイ素による冷
却固化時の体積膨張分を低温側から高温側にずらすこと
ができ、クラック、割れのない炭化ケイ素質焼結体が得
られる。
In the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention, first, the compact is impregnated with metallic silicon. At this time, the molten metal silicon penetrates into the compact by capillary action or the like. The infiltrated metallic silicon reacts with the carbon in the compact to form silicon carbide. Next, the impregnated body is cooled with a certain temperature distribution. As a result, the volume expansion during cooling and solidification by unreacted metallic silicon can be shifted from the low temperature side to the high temperature side, and a silicon carbide sintered body free from cracks and cracks can be obtained.

【0006】本発明の炭化ケイ素質焼結体は、前記本発
明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法によって製造される
ので、強度に優れる。
The silicon carbide sintered body of the present invention is excellent in strength because it is manufactured by the method of manufacturing a silicon carbide sintered body of the present invention.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の炭化ケイ素質焼結体の製
造方法は、含浸体形成工程と、冷却工程とを有し、所望
によりその他の工程を含む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention has an impregnated body forming step and a cooling step, and may include other steps as required.

【0008】[含浸体形成工程]前記含浸体形成工程
は、炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に対し、真空
雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素を含浸させ
て含浸体を形成する工程である。
[Impregnated Body Forming Step] In the impregnated body forming step, a molded body containing silicon carbide and carbon is impregnated with metallic silicon in a vacuum atmosphere or a non-oxidizing atmosphere to form an impregnated body. It is a process.

【0009】(成形体)前記成形体は、炭化ケイ素粉末
と、少なくとも1種以上の炭素源からなる有機物質又は
炭素粉末とをスラリー状の混合粉体とし、該混合粉体を
成形して得られる。ここで得られる成形体は、グリーン
体と称されることがあり、スラリー状の混合粉体から溶
媒を除去して得られる多くの気孔が内在する未焼結の炭
化ケイ素−炭素成形体である。
(Molded Body) The formed body is obtained by forming a mixed powder of silicon carbide powder and an organic substance or carbon powder comprising at least one or more carbon sources in a slurry state, and molding the mixed powder. Can be The molded body obtained here may be called a green body, and is an unsintered silicon carbide-carbon molded body in which many pores obtained by removing the solvent from the slurry-like mixed powder are present. .

【0010】前記炭化ケイ素粉末は、α型、β型、非晶
質或いはこれらの混合物等の炭化ケイ素粉末を原料とし
て、後述の方法で製造することができる。なお、得られ
る炭化ケイ素質焼結体を高純度炭化ケイ素質焼結体とす
るためには、原料に高純度の炭化ケイ素粉末を用いるこ
とが好ましい。また、前記β型の炭化ケイ素粉末のグレ
ードには特に制限はなく、例えば、一般に市販されてい
るβ型の炭化ケイ素粉末を用いることができる。
The silicon carbide powder can be produced from silicon carbide powder such as α-type, β-type, amorphous or a mixture thereof by a method described below. In order to make the obtained silicon carbide sintered body a high purity silicon carbide sintered body, it is preferable to use a high purity silicon carbide powder as a raw material. The grade of the β-type silicon carbide powder is not particularly limited, and for example, generally commercially available β-type silicon carbide powder can be used.

【0011】前記炭化ケイ素粉末の粒径としては、高密
度化の点では、小さい方が好ましく、具体的には、0.
01〜10μmが好ましく、0.05〜5μmがより好
ましい。前記粒径が、0.01μm未満の場合には、計
量、混合等の処理工程における取扱いが困難となること
がある一方、10μmを超える場合には、比表面積が小
さい、即ち、隣接する粉末との接触面積が小さくなり、
高密度化し難くなることがある。
The particle size of the silicon carbide powder is preferably small from the viewpoint of increasing the density.
It is preferably from 01 to 10 μm, more preferably from 0.05 to 5 μm. When the particle size is less than 0.01 μm, it may be difficult to handle in processing steps such as measurement and mixing, while when it exceeds 10 μm, the specific surface area is small, that is, The contact area of
It may be difficult to increase the density.

【0012】前記高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、
少なくとも1種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、
少なくとも1種以上の加熱により炭素を生成する有機化
合物を含む炭素源と、重合・架橋触媒と、を溶媒中で溶
解し、乾燥した後、得られた粉末を非酸化性雰囲気下で
焼成して得ることができる。
The high-purity silicon carbide powder is, for example,
A silicon source comprising at least one or more silicon compounds;
After dissolving at least one or more carbon sources containing an organic compound that generates carbon by heating and a polymerization / crosslinking catalyst in a solvent and drying, the obtained powder is fired under a non-oxidizing atmosphere. Obtainable.

【0013】前記ケイ素源としては、液状のケイ素源と
固体状のケイ素源とを併用することもできるが、少なく
とも1種は液状のケイ素源であることが必要である。
As the silicon source, a liquid silicon source and a solid silicon source can be used in combination, but at least one of them must be a liquid silicon source.

【0014】前記液状のケイ素源としては、(モノ−、
ジ−、トリ−、テトラ−)アルコキシシラン、テトラア
ルコキシシランの重合体等が挙げられる。前記アルコキ
シシランの中でも、テトラアルコキシシランが好まし
く、具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プ
ロポキシシラン、ブトキシシラン等が好ましく、取扱い
性の点では、エトキシシランが特に好ましい。前記テト
ラアルコキシシランの重合体としては、重合度が2〜1
5程度の低分子量重合体(オリゴマー)や高重合度のケ
イ酸ポリマーで液状の重合体などが挙げられる。これら
の重合体は、所望により、酸化ケイ素を併用してもよ
い。尚、前記酸化ケイ素には、SiOの他、シリカゾル
(コロイド状超微細シリカ含有液、内部にOH基やアル
コキシル基を含む)や二酸化ケイ素(シリカゲル、微細
シリカ、石英粉末)等が含まれる。前記ケイ素源は、1
種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
As the liquid silicon source, (mono-,
And di-, tri-, tetra-) alkoxysilanes and polymers of tetraalkoxysilanes. Among the above alkoxysilanes, tetraalkoxysilanes are preferable, and specifically, methoxysilane, ethoxysilane, propoxysilane, butoxysilane, and the like are preferable, and ethoxysilane is particularly preferable in terms of handleability. As the polymer of the tetraalkoxysilane, the degree of polymerization is 2-1.
Examples include a low molecular weight polymer (oligomer) of about 5 and a liquid polymer such as a high polymerization degree silicate polymer. These polymers may be used in combination with silicon oxide, if desired. The silicon oxide includes, in addition to SiO, silica sol (colloidal ultrafine silica-containing liquid containing an OH group or an alkoxyl group therein), silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder) and the like. The silicon source is 1
The species may be used alone or in combination of two or more.

【0015】前記ケイ素源の中でも、均質性や取扱い性
が良好な点で、テトラエトキシシランのオリゴマー及び
テトラエトキシシランのオリゴマーと微粉末シリカとの
混合物等が好適に挙げられる。また、前記ケイ素源は、
純度が高いことが好ましく、具体的には、初期の不純物
含有量で、20ppm以下が好ましく、5ppm以下が
より好ましい。
Among the above-mentioned silicon sources, an oligomer of tetraethoxysilane and a mixture of an oligomer of tetraethoxysilane and finely divided silica are preferred from the viewpoint of good homogeneity and handleability. Further, the silicon source is:
The purity is preferably high, and specifically, the initial impurity content is preferably 20 ppm or less, more preferably 5 ppm or less.

【0016】前記炭素源としては、液体状の炭素源の
他、液状の炭素源と固体状の炭素源とを併用することが
できるが、残炭率が高く、かつ、触媒の作用又は加熱に
よって重合又は架橋する有機化合物が好ましい。その具
体例としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミ
ド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等の樹脂のモ
ノマーやプレポリマー等、セルロース、蔗糖、ピッチ、
タール等の液状の炭素源が好適に挙げられる。これらの
中でも、レゾール型フェノール樹脂が特に好ましい。こ
れらの炭素源は、1種単独で使用してもよいし、2種以
上併用してもよい。また、その純度は、目的により適宜
制御選択が可能であるが、特に高純度の炭化ケイ素粉末
が必要な場合には、各金属を5ppm以上含有していな
い有機化合物を用いるのが好ましい。
As the carbon source, in addition to a liquid carbon source, a liquid carbon source and a solid carbon source can be used in combination. Organic compounds that polymerize or crosslink are preferred. Specific examples thereof include phenolic resins, furan resins, polyimides, polyurethanes, monomers and prepolymers of resins such as polyvinyl alcohol, cellulose, sucrose, pitch,
A liquid carbon source such as tar is preferred. Among these, resol-type phenol resins are particularly preferred. These carbon sources may be used alone or in combination of two or more. In addition, the purity can be appropriately controlled and selected depending on the purpose. In particular, when high-purity silicon carbide powder is required, it is preferable to use an organic compound not containing 5 ppm or more of each metal.

【0017】前記重合・架橋触媒としては、前記炭素源
に応じて適宜選択でき、例えば、前記炭素源が、フェノ
ール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエンスルホン
酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、硫酸等の酸
類が挙げられる。これらの中でも、トルエンスルホン酸
がより好ましい。
The polymerization / crosslinking catalyst can be appropriately selected according to the carbon source. For example, when the carbon source is a phenol resin or a furan resin, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid and the like are used. And acids such as sulfuric acid. Among these, toluenesulfonic acid is more preferred.

【0018】前記高純度の炭化ケイ素粉末を製造する場
合、炭素とケイ素との仕込み比(以下、C/Si比と略
記する。)は、雰囲気の圧力によっても変動するため、
一概には規定できないが、前記各成分の混合物を100
0℃にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素分析す
ることにより規定される。化学量論的には、C/Si比
が、3.0の時に生成炭化ケイ素中の遊離炭素が0%と
なるはずであるが、実際には同時に生成するSiOガス
の揮散により低C/Si比において遊離炭素が発生す
る。この生成炭化ケイ素粉末中の遊離炭素量が焼結体等
の製造用途に適当でない量にならないように予め配合量
を決定することが重要である。通常、1気圧近傍で16
00℃以上での焼成においては、遊離炭素を抑制する観
点から、C/Si比としては、2.0〜2.5が好まし
い。但し、C/Si比が2.5を超える場合には、遊離
炭素の発生は顕著に増加するものの、該遊離炭素は、粒
子の成長を抑制する効果を有するため、粒子形成の目的
によっては、C/Si比が2.5を超える場合も好まし
い。
When the high-purity silicon carbide powder is produced, the charging ratio of carbon to silicon (hereinafter abbreviated as C / Si ratio) varies depending on the pressure of the atmosphere.
Although it cannot be specified unconditionally, a mixture of each of the above-mentioned components is added to 100
It is defined by elemental analysis of a carbide intermediate obtained by carbonization at 0 ° C. Stoichiometrically, when the C / Si ratio is 3.0, the free carbon in the generated silicon carbide should be 0%. However, actually, the low C / Si ratio is low due to the volatilization of the simultaneously generated SiO gas. Free carbon is evolved in the ratio. It is important to determine the compounding amount in advance so that the amount of free carbon in the produced silicon carbide powder does not become an amount unsuitable for the production use of a sintered body or the like. Normally, 16
In baking at 00 ° C. or higher, the C / Si ratio is preferably 2.0 to 2.5 from the viewpoint of suppressing free carbon. However, when the C / Si ratio exceeds 2.5, although the generation of free carbon is significantly increased, the free carbon has an effect of suppressing the growth of the particles. It is also preferable that the C / Si ratio exceeds 2.5.

【0019】所望により、前記ケイ素源と前記炭素源と
を含有する混合物を硬化した後に前記炭化ケイ素粉末を
製造してもよい。前記硬化の方法としては、加熱により
架橋する方法、硬化触媒により硬化する方法、電子線や
放射線による方法等が挙げられる。前記硬化の際に使用
する触媒としては、前記炭素源に応じて適宜選択できる
が、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエン
スルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、塩
酸、硫酸、マレイン酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン
類等が好適に挙げられる。前記触媒は、溶媒中に、溶解
又は分散させて混合させる。該溶媒としては、低級アル
コール(例えばエチルアルコール等)、エチルエーテ
ル、アセトン等が挙げられる。
If desired, the silicon carbide powder may be produced after curing the mixture containing the silicon source and the carbon source. Examples of the curing method include a method of crosslinking by heating, a method of curing with a curing catalyst, and a method of electron beam or radiation. The catalyst used for the curing can be appropriately selected according to the carbon source.In the case of a phenol resin or a furan resin, toluene sulfonic acid, toluene carboxylic acid, acetic acid, oxalic acid, hydrochloric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, maleic acid and the like are used. Acids such as acids and amines such as hexamine are preferably exemplified. The catalyst is dissolved or dispersed in a solvent and mixed. Examples of the solvent include lower alcohols (for example, ethyl alcohol and the like), ethyl ether, acetone and the like.

【0020】前記ケイ素源と炭素源と重合・架橋触媒と
を溶解する溶媒としては、特に制限はなく、公知の有機
溶媒、例えば、低級アルコール、アセトン等が挙げられ
る。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を
併用してもよい。
The solvent for dissolving the silicon source, the carbon source, and the polymerization / crosslinking catalyst is not particularly limited, and includes a known organic solvent such as a lower alcohol and acetone. These may be used alone or in combination of two or more.

【0021】前記乾燥の方法としては、特に制限はな
く、熱風乾燥、真空乾燥、高周波乾燥等の公知の乾燥方
法が好適に用いられる。
The drying method is not particularly limited, and a known drying method such as hot air drying, vacuum drying, and high frequency drying is preferably used.

【0022】前記焼成は、窒素又はアルゴン等の非酸化
性雰囲気中800〜1000℃にて30〜120分間、
加熱炭化して炭化物を得た後、得られた炭化物を、アル
ゴン等の非酸化性雰囲気中1350〜2000℃で加熱
して行う。前記焼成温度と焼成時間とは、所望の炭化ケ
イ素の粒径等に応じて適宜選択できるが、1600〜1
900℃が、生成効率の点で好ましい。
The calcination is performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon at 800 to 1000 ° C. for 30 to 120 minutes.
After heating and carbonizing to obtain a carbide, the obtained carbide is heated at 1350 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as argon. The firing temperature and the firing time can be appropriately selected depending on the desired particle size of silicon carbide and the like.
900 ° C. is preferred in terms of production efficiency.

【0023】また、前記焼成時に2000〜2100℃
にて5〜20分間加熱処理を行うことにより、更に高純
度の炭化ケイ素を得ることができる。
Also, at the time of the above-mentioned firing, the temperature is from 2000 to 2100 ° C.
By performing the heat treatment for 5 to 20 minutes, silicon carbide with higher purity can be obtained.

【0024】また、特に高純度の炭化ケイ素粉末を得る
方法としては、本出願人が先に出願した特開平9−48
605号の単結晶の製造方法に記載の原料粉末の製造方
法、即ち、高純度のテトラアルコキシシラン、テトラア
ルコキシシラン重合体から選択される1種以上をケイ素
源とし、加熱により炭素を生成する高純度有機化合物を
炭素源とし、これらを均質に混合して得られた混合物を
非酸化性雰囲気下において加熱焼成して炭化ケイ素粉末
を得る炭化ケイ素生成工程と、得られた炭化ケイ素粉末
を、1700℃以上2000℃未満の温度に保持し、該
温度の保持中に、2000〜2100℃の温度において
5〜20分間にわたり加熱する処理を少なくとも1回行
う後処理工程とを含む、前記2工程を行う方法が好まし
い。この方法によれば、不純物元素の含有量が0.5p
pm以下の、高純度の炭化ケイ素粉末を得ることができ
る。但し、この方法により得られた高純度炭化ケイ素粉
末は、大きさが不均一であるため、解粉、分級により前
記粒度に適合するように処理するのが好ましい。
A method for obtaining a silicon carbide powder having a particularly high purity is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48 filed earlier by the present applicant.
No. 605, a method for producing a raw material powder as described in the method for producing a single crystal, that is, a method for producing carbon by heating using at least one selected from high-purity tetraalkoxysilane and tetraalkoxysilane polymer as a silicon source. Using a pure organic compound as a carbon source, heating and firing a mixture obtained by mixing these homogeneously in a non-oxidizing atmosphere to obtain a silicon carbide powder; And a post-treatment step of heating at a temperature of 2000 to 2100 ° C. for 5 to 20 minutes at least once while maintaining the temperature at not less than 2000 ° C. and less than 2000 ° C. The method is preferred. According to this method, the content of the impurity element is 0.5 p
pm or less, high-purity silicon carbide powder can be obtained. However, since the high-purity silicon carbide powder obtained by this method is not uniform in size, it is preferable to treat the powder by pulverization and classification so as to conform to the particle size.

【0025】前記炭化ケイ素粉末を製造する際には、導
電性を付与することを目的として、所望により、前記炭
化ケイ素粉末に窒素を導入させることができる。この場
合、先ず、前記ケイ素源、前記炭素源、前記重合・架橋
触媒と、窒素源からなる有機物質とを均質に混合する
が、フェノール樹脂等の炭素源と、ヘキサメチレンテト
ラミン等の窒素源からなる有機物質と、トルエンスルホ
ン酸等の重合・架橋触媒とを、エタノール等の溶媒に溶
解する際に、テトラエトキシシランのオリゴマー等のケ
イ素源と十分に混合するのが好ましい。
In the production of the silicon carbide powder, nitrogen can be introduced into the silicon carbide powder, if desired, for the purpose of imparting conductivity. In this case, first, the silicon source, the carbon source, the polymerization / crosslinking catalyst, and the organic substance composed of a nitrogen source are homogeneously mixed, but a carbon source such as a phenol resin and a nitrogen source such as hexamethylenetetramine are mixed. When the organic substance and a polymerization / crosslinking catalyst such as toluenesulfonic acid are dissolved in a solvent such as ethanol, it is preferable to sufficiently mix the organic substance with a silicon source such as an oligomer of tetraethoxysilane.

【0026】前記スラリー状の混合粉体は、前記炭化ケ
イ素粉末と、少なくとも1種以上の炭素源からなる有機
物質又は炭素粉末と、を溶媒中に溶解、分散して製造す
る。
The slurry-like mixed powder is produced by dissolving and dispersing the silicon carbide powder and an organic substance or carbon powder comprising at least one or more carbon sources in a solvent.

【0027】前記有機物質は、加熱により炭素を生成す
る物質であり、導電性であるのが好ましい。具体的に
は、残炭率の高いコールタールピッチ、ピッチタール、
フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキ
シ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等の少糖類、セル
ロース、デンプン等の多糖類などの各種糖類が挙げられ
る。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上
を併用してもよい。また、炭化ケイ素粉末と均質に混合
する目的から、常温で液体状の物質、溶媒に溶解する物
質、加熱により軟化又は液状となる、熱可塑性又は熱融
解性の物質が好適に挙げられるが、これらの中でも、得
られる成形体の強度が高いフェノール樹脂、特に、レゾ
ール型フェノール樹脂が好適に挙げられる。
The organic substance is a substance which generates carbon by heating, and is preferably conductive. Specifically, coal tar pitch, pitch tar,
Examples include various sugars such as phenolic resins, furan resins, epoxy resins, phenoxy resins, monosaccharides such as glucose, oligosaccharides such as sucrose, and polysaccharides such as cellulose and starch. These may be used alone or in combination of two or more. Further, for the purpose of homogeneously mixing with the silicon carbide powder, a substance that is liquid at room temperature, a substance that dissolves in a solvent, softens or becomes liquid by heating, and a thermoplastic or heat-meltable substance is preferably used. Among them, a phenol resin having a high strength of the obtained molded article, particularly a resol-type phenol resin, is preferably mentioned.

【0028】前記炭素粉末としては、カーボンブラッ
ク、アセチレンブラック等の熱分解カーボン、黒鉛、活
性炭、及び水分散性カーボンが挙げられ、導電性のもの
が好ましい。これらの中でも導電性のカーボンブラック
が特に好ましい。
Examples of the carbon powder include pyrolytic carbon such as carbon black and acetylene black, graphite, activated carbon, and water-dispersible carbon, and are preferably conductive. Among these, conductive carbon black is particularly preferred.

【0029】前記溶媒としては、水でもよいが、例えば
好適な加熱により炭素を生成する有機化合物であるフェ
ノール樹脂に対しては、エチルアルコール等の低級アル
コール類やエチルエーテル、アセトン等が挙げられる。
なお、前記炭素源からなる有機物質、炭素粉末、及び溶
媒は、不純物の含有量が低いものが好ましい。前記各成
分を前記溶媒中に溶解、分散した際に、十分に攪拌混合
することにより、グリーン体中に均一分散した気孔を形
成させることができる。
As the solvent, water may be used. For example, for a phenol resin which is an organic compound which generates carbon by suitable heating, lower alcohols such as ethyl alcohol, ethyl ether, acetone and the like can be mentioned.
The organic substance, carbon powder, and solvent comprising the carbon source preferably have low impurity contents. When each of the components is dissolved and dispersed in the solvent, the components are sufficiently stirred and mixed to form uniformly dispersed pores in the green body.

【0030】前記グリーン体の製造においては、所望に
より、有機バインダーを添加してもよい。前記有機バイ
ンダーとしては、解膠剤、粉体粘着剤等が挙げられる。
前記解膠剤としては、導電性を付与する効果をさらに上
げる点で窒素系の化合物が好ましく、例えばアンモニ
ア、ポリアクリル酸アンモニウム塩等が好適に用いられ
る。前記粉体粘着剤としては、ポリビニルアルコール、
ウレタン樹脂(例えば水溶性ポリウレタン)等が好適に
挙げられる。また、その他、所望により、消泡剤を添加
してもよい。前記消泡剤としては、シリコーン消泡剤等
が挙げられる。
In the production of the green body, an organic binder may be added, if desired. Examples of the organic binder include a deflocculant and a powder adhesive.
As the deflocculant, a nitrogen-based compound is preferable from the viewpoint of further improving the effect of imparting conductivity, and for example, ammonia, ammonium polyacrylate and the like are suitably used. As the powder adhesive, polyvinyl alcohol,
A urethane resin (for example, water-soluble polyurethane) is preferably used. In addition, if desired, an antifoaming agent may be added. Examples of the antifoaming agent include a silicone antifoaming agent.

【0031】前記有機物質の前記グリーン体における含
有量としては、炭素量で、10〜50%が好ましく、1
5〜40%がより好ましい。前記含有量が、10%未満
の場合には、後述の金属ケイ素を含浸させる際に、炭素
が不足し、未反応のSiが気孔内に5%以上残存し、導
電性が低くなることがある一方、50%を超える場合に
は、スラリーのチクソトロピックが大きくなり易く、成
形性が劣るため、実用上実施が困難となることがある。
The content of the organic substance in the green body is preferably 10 to 50% by carbon amount,
5 to 40% is more preferable. When the content is less than 10%, when impregnating metal silicon described below, carbon is insufficient, unreacted Si remains in the pores by 5% or more, and the conductivity may be reduced. On the other hand, if it exceeds 50%, the thixotropy of the slurry tends to be large and the moldability is poor, so that it may be difficult to carry out the method practically.

【0032】所望により、窒素を導入する場合は、まず
炭化ケイ素粉末と、炭素源からなる有機物質又は炭素粉
末と、窒素源からなる有機物質と、を均質に混合する
が、前記同様に、カーボンブラック、フェノール樹脂等
の炭素源からなる有機物質又は炭素粉末と、ヘキサメチ
レンテトラミン等の窒素源からなる有機物質とを、水、
エチルアルコールなどの溶媒に溶解、分散した後、炭化
ケイ素粉末と十分に攪拌混合するのが好ましい。
If nitrogen is introduced as desired, first, silicon carbide powder, an organic substance or a carbon powder composed of a carbon source, and an organic substance composed of a nitrogen source are homogeneously mixed. Black, an organic substance or a carbon powder composed of a carbon source such as a phenol resin, and an organic substance composed of a nitrogen source such as hexamethylenetetramine are mixed with water,
After dissolving and dispersing in a solvent such as ethyl alcohol, it is preferable to sufficiently stir and mix with the silicon carbide powder.

【0033】前記攪拌混合は、公知の攪拌混合手段、例
えば、ミキサー、遊星ボールミルなどによって行うこと
ができる。攪拌混合は、10〜30時間、特に、16〜
24時間にわたって行うことが好ましい。
The stirring and mixing can be performed by known stirring and mixing means such as a mixer and a planetary ball mill. The stirring and mixing is performed for 10 to 30 hours, particularly 16 to 30 hours.
Preferably, it is performed for 24 hours.

【0034】前記スラリー状の混合粉体を成形する方法
としては、特に制限はなく、公知の成形方法が挙げられ
るが、一般的には、鋳込み成形が好適に挙げられる。該
鋳込み成形においては、前記スラリー状の混合粉体を前
記鋳込み成形の成形型に流し込み、放置、脱型した後、
50〜60℃の温度条件下で加熱乾燥又は自然乾燥して
溶媒を除去することにより、規定寸法の成形体(グリー
ン体)を得ることができる。
The method of molding the slurry-like mixed powder is not particularly limited, and a known molding method can be used. In general, a casting method is preferably used. In the casting, the slurry-like mixed powder is poured into the casting mold, left, and after demolding,
By removing the solvent by heating or air drying under a temperature condition of 50 to 60 ° C., a molded body (green body) having a specified size can be obtained.

【0035】本発明においては、炭化ケイ素と炭素とを
含有する成形体に、金属ケイ素を含浸させる前に、該成
形体を仮焼することが、強度等の点で好ましい。前記仮
焼の温度としては、1200〜2400℃が好ましく、
1450〜2000℃がより好ましい。前記温度が、1
200℃未満の場合には、グリーン体中の炭化ケイ素粉
体同士の接触が十分に促進されず、接着強度が十分とな
らないため、取扱い性を向上させることができないこと
がある一方、2400℃を超える場合には、グリーン体
中の炭化ケイ素粉体の粉体成長が著しくなり、後述の金
属ケイ素の含浸が不十分となることがある。
In the present invention, it is preferable in terms of strength and the like to calcine the molded body before impregnating the molded body containing silicon carbide and carbon with metallic silicon. The calcining temperature is preferably 1200 to 2400 ° C,
1450-2000 degreeC is more preferable. The temperature is 1
When the temperature is lower than 200 ° C., the contact between the silicon carbide powders in the green body is not sufficiently promoted, and the adhesive strength is not sufficient, so that the handleability may not be improved. When it exceeds, the powder growth of the silicon carbide powder in the green body becomes remarkable, and the impregnation of metal silicon described below may be insufficient.

【0036】前記仮焼の際の昇温速度としては、800
℃までは、1〜3℃/minが好ましく、800℃から
最高温度までは、5〜8℃/minが好ましいが、前記
グリーン体の形状、大きさ等を考慮して、適宜決定する
ことができる。
The rate of temperature rise during the calcination is 800
The temperature is preferably from 1 to 3 ° C./min up to ° C., and from 5 to 8 ° C./min. Is preferable from 800 ° C. to the maximum temperature. it can.

【0037】前記仮焼の最高保持時間としては、10〜
120分が好ましく、20〜60分がより好ましいが、
前記グリーン体の形状、大きさ等を考慮して適宜決定す
ることができる。また、前記仮焼は、酸化防止の観点か
ら、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で行うのが好ま
しい。
The maximum holding time of the calcination is 10 to
120 minutes is preferred, 20 to 60 minutes is more preferred,
It can be appropriately determined in consideration of the shape and size of the green body. The calcination is preferably performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere from the viewpoint of preventing oxidation.

【0038】前記仮焼は、真空焼結炉、雰囲気炉、培焼
炉等の公知の装置を用いて行う。
The calcination is performed using a known apparatus such as a vacuum sintering furnace, an atmosphere furnace, and a sintering furnace.

【0039】(金属ケイ素)前記金属ケイ素は、高純度
金属ケイ素(不純物の含有量が1ppm未満の金属ケイ
素)であり、その融点以上の温度に加熱し、溶融させ
て、前記成形体に含浸させる。
(Metal Silicon) The metal silicon is high-purity metal silicon (metal silicon having an impurity content of less than 1 ppm), and is heated to a temperature not lower than its melting point, melted, and impregnated into the molded body. .

【0040】前記含浸によって、液状になった前記金属
ケイ素が、毛細管現象等により前記成形体中に浸透し、
該金属ケイ素と成形体中の遊離炭素とが反応する。この
反応によって、炭化ケイ素が生成し、前記成形体中の気
孔等が、前記炭化ケイ素によって充填され、高密度かつ
強固で、良好な導電性を有する前記本発明の炭化ケイ素
質焼結体を得ることができる。
The metallic silicon which has been liquefied by the impregnation penetrates into the molded body by capillary action or the like,
The metal silicon reacts with the free carbon in the compact. By this reaction, silicon carbide is generated, pores and the like in the compact are filled with the silicon carbide, and the silicon carbide-based sintered body of the present invention having high density, strong, and good conductivity is obtained. be able to.

【0041】前記金属ケイ素の加熱温度としては、14
20〜1700℃が好ましく、1550〜1650℃が
より好ましい。前記加熱温度が、1420℃未満の場合
には、前記金属ケイ素の粘性が上昇するため、該金属ケ
イ素が毛細管現象等により前記成形体中に浸透しないこ
とがある一方、1700℃を超える場合には、前記金属
ケイ素の蒸発が著しくなり炉体等に損傷を与えることが
ある。
The heating temperature of the metal silicon is 14
20-1700 degreeC is preferable and 1550-1650 degreeC is more preferable. When the heating temperature is lower than 1420 ° C., the viscosity of the metal silicon increases, so that the metal silicon may not penetrate into the molded body due to capillary action or the like. In addition, the evaporation of the metal silicon becomes remarkable and may damage the furnace body and the like.

【0042】前記含浸の時間は、特に限定はなく、前記
成形体の大きさや、該成形体中の遊離炭素の量により適
宜決定することができる。前記金属ケイ素としては、粉
末、顆粒、塊状等の種々の形状が挙げられ、径が2〜5
mmの塊状の金属ケイ素が好適に挙げられる。
The time of the impregnation is not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the size of the compact and the amount of free carbon in the compact. Examples of the metallic silicon include various shapes such as powder, granules, and lump, and have a diameter of 2 to 5
A suitable example is a lump of metallic silicon of mm.

【0043】前記含浸体中の不純物元素の総含有量は、
10ppm以下が好ましく、5ppm以下がより好まし
い。但し、半導体工業分野への適用の観点からは、これ
らの化学的な分析による不純物含有量は参考値としての
意味を有するに過ぎない。実用的には、不純物が均一に
分布しているか、局所的に偏在しているかによっても、
評価が異なり、一般的に、実用装置を用いて所定の加熱
条件の下で、前記含浸体が、どの程度不純物元素によっ
て汚染されるかを種々の手段により評価することができ
る。
The total content of the impurity elements in the impregnated body is:
It is preferably at most 10 ppm, more preferably at most 5 ppm. However, from the viewpoint of application to the semiconductor industrial field, the impurity content obtained by these chemical analyzes has only a meaning as a reference value. Practically, depending on whether the impurities are uniformly distributed or locally unevenly distributed,
The evaluation differs, and in general, it is possible to evaluate the extent to which the impregnated body is contaminated with impurity elements by using various means under a predetermined heating condition using a practical apparatus.

【0044】[冷却工程]前記冷却工程は、前記含浸体
に0.1〜1.5℃/cmの温度分布をもたせた状態
で、該含浸体を冷却する工程である。前記含浸体をこの
ような温度分布をもたせた状態で冷却することにより、
未反応の金属ケイ素が冷却固化した際の体積膨張分を低
温側から高温側にずらすことができ、クラック、割れの
ない炭化ケイ素質焼結体を得ることができる。
[Cooling Step] The cooling step is a step of cooling the impregnated body with the impregnated body having a temperature distribution of 0.1 to 1.5 ° C./cm. By cooling the impregnated body with such a temperature distribution,
The volume expansion when unreacted metallic silicon is solidified by cooling can be shifted from the low temperature side to the high temperature side, and a silicon carbide sintered body free of cracks and cracks can be obtained.

【0045】前記冷却工程において、前記含浸体に0.
1〜1.5℃/cmの温度分布をもたせた状態で冷却す
るのは、該温度分布が0.1℃/cm未満であると、金
属ケイ素の冷却固化時の体積膨張分の吸収が足りず、一
方、1.5℃/cmを超えると、温度分布が大きくな
り、逆に膨張差によりクラック発生の原因となってしま
うためである。本発明においては、前記含浸体に0.5
〜1.0℃/cmの温度分布をもたせた状態で冷却する
ことが、内部歪をより発生させない点で、より好まし
い。なお、前記含浸体において温度分布をもたせる方向
としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択する
ことができるが、例えば、前記含浸体が棒状体の場合に
はその長手方向が好ましく、前記含浸体に長手方向が存
在しない場合には任意の方向でよい。
[0045] In the cooling step, the impregnated body is filled with 0.1%.
Cooling in a state having a temperature distribution of 1 to 1.5 ° C./cm means that if the temperature distribution is less than 0.1 ° C./cm, absorption of volume expansion during cooling and solidification of silicon metal is sufficient. On the other hand, if it exceeds 1.5 ° C./cm, the temperature distribution becomes large, and conversely, a difference in expansion causes cracks. In the present invention, 0.5 to the impregnated body is used.
Cooling in a state of having a temperature distribution of about 1.0 ° C./cm is more preferable because internal strain is less generated. The direction in which the impregnated body has a temperature distribution is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.For example, when the impregnated body is a rod-shaped body, its longitudinal direction is preferable. If there is no longitudinal direction in the impregnated body, any direction may be used.

【0046】前記含浸体に温度分布を持たせる方法は、
特に制限はないが、例えば、加熱炉内に2以上のヒータ
ーを設け、ヒーターの加熱温度を加熱炉の一端から他端
に向かって徐々に下げ、一定の温度勾配を持たせること
により、前記含浸体に温度分布を持たせる方法が挙げら
れる。
The method of giving the impregnated body a temperature distribution is as follows:
Although there is no particular limitation, for example, two or more heaters are provided in a heating furnace, and the heating temperature of the heater is gradually lowered from one end of the heating furnace to the other end, so that the impregnation is performed by giving a certain temperature gradient. There is a method of giving a temperature distribution to the body.

【0047】前記含浸体の冷却は、前記含浸体に一定の
温度分布を持たせながら行うことができれば、特に制限
はないが、例えば、上記の一定の温度勾配を持たせた加
熱炉内を、一定の速度で高温側から低温側へ向けて、前
記含浸体を平行移動させる方法が挙げられる。また、上
記の一定の温度勾配を持たせた加熱炉内に、前記含浸体
を平行移動させずに静止させ、前記2以上のヒーターの
加熱温度を、同じ速度で下げることにより、一定の温度
勾配を維持した状態で冷却させる方法が挙げられる。
The cooling of the impregnated body is not particularly limited as long as the impregnated body can be cooled while having a constant temperature distribution. For example, the inside of the heating furnace having the above-mentioned constant temperature gradient is cooled. A method of moving the impregnated body in parallel from a high temperature side to a low temperature side at a constant speed is exemplified. Further, in the heating furnace having the above-mentioned constant temperature gradient, the impregnated body is stopped without being moved in parallel, and the heating temperature of the two or more heaters is reduced at the same speed, so that the constant temperature gradient is obtained. In a state where the temperature is maintained.

【0048】前記含浸体の冷却速度は、50℃/h以下
が好ましく、5〜20℃/hがより好ましい。該冷却速
度が50℃/hを超えると、内部歪を生じ、クラックが
発生してしまうことがある。
The cooling rate of the impregnated body is preferably 50 ° C./h or less, more preferably 5 to 20 ° C./h. If the cooling rate exceeds 50 ° C./h, internal strain may occur and cracks may occur.

【0049】前記含浸体を加熱炉内の高温側から低温側
へ移動させることにより冷却する場合には、前記含浸体
の移動速度は、前記含浸体の好ましい冷却速度となるよ
うに適宜選択することができる。また、前記含浸体の長
手方向に所定の温度分布を持たせた状態で、前記含浸体
を冷却するのは、少なくとも、前記含浸体の高温側の温
度が1400℃になるまで行えばよく、1400℃以下
では溶融した金属ケイ素が完全に固化しているため、温
度分布を持たせない状態で冷却してもよい。
When the impregnated body is cooled by moving the impregnated body from the high temperature side to the low temperature side in the heating furnace, the moving speed of the impregnated body is appropriately selected so as to be a preferable cooling rate of the impregnated body. Can be. Further, the cooling of the impregnated body with the predetermined temperature distribution in the longitudinal direction of the impregnated body may be performed at least until the temperature on the high temperature side of the impregnated body reaches 1400 ° C. If the temperature is lower than or equal to ° C., the molten metal silicon is completely solidified, so that the metal silicon may be cooled without having a temperature distribution.

【0050】[その他]前記本発明の炭化ケイ素質焼結
体の製造方法に用いる製造装置としては、前記本発明の
加熱条件を満たしうるものであれば、特に制限はなく、
公知の加熱炉や反応装置等が挙げられる。
[Others] The production apparatus used in the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention is not particularly limited as long as the heating conditions of the present invention can be satisfied.
Known heating furnaces and reaction devices are exemplified.

【0051】前記本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方
法は、冷却固化時のクラックや割れを防ぎ、製造効率に
優れる。また、得られる炭化ケイ素質焼結体は、高密度
かつ強固で、強度等に優れる。
The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention prevents cracks and cracks during cooling and solidification, and is excellent in production efficiency. Further, the obtained silicon carbide-based sintered body is dense and strong, and has excellent strength and the like.

【0052】また、前記本発明の炭化ケイ素質焼結体の
製造方法によれば、得られる炭化ケイ素質焼結体中の不
純物元素の総含有量を10ppm以下にすることができ
る。なお、ここで、不純物元素とは、1989年IUP
AC無機化学命名法改訂版の周期律表における1族から
16族元素に属し、かつ、原子番号が、6〜8及び14
を除く3以上の元素をいう。
Further, according to the method for producing a silicon carbide based sintered body of the present invention, the total content of impurity elements in the obtained silicon carbide based sintered body can be reduced to 10 ppm or less. Here, the impurity element refers to the IUP in 1989.
It belongs to Group 1 to Group 16 elements in the periodic table of the revised version of AC Inorganic Chemical Nomenclature and has atomic numbers of 6 to 8 and 14
Means three or more elements excluding.

【0053】また、前記炭化ケイ素質焼結体の製造方法
によれば、得られる炭化ケイ素質焼結体は、密度が2.
9g/cm3以上の高密度品となり、導電性を発現する
多結晶半導体となる傾向がある。即ち、電気伝導に寄与
する伝導電子は、粒界を挟んで炭化ケイ素結晶間を流れ
るため、粒界相と炭化ケイ素との接合部も導電性の発現
に重要である。
Further, according to the method for producing a silicon carbide-based sintered body, the obtained silicon carbide-based sintered body has a density of 2.
It becomes a high-density product of 9 g / cm 3 or more, and tends to be a polycrystalline semiconductor exhibiting conductivity. That is, conduction electrons contributing to electric conduction flow between silicon carbide crystals with the grain boundaries interposed therebetween, and therefore, the junction between the grain boundary phase and silicon carbide is also important for the development of conductivity.

【0054】さらに、前記本発明の炭化ケイ素質焼結体
の製造方法で得られる炭化ケイ素質焼結体は、高い曲げ
強度を有する。一般の炭化ケイ素質焼結体の曲げ強度
は、室温における曲げ強度240MPa以上、1500
℃における曲げ強度55.0〜80.0MPaである
が、本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法で得られる
炭化ケイ素質焼結体の曲げ強度は、室温における曲げ強
度で350MPa以上である。
Further, the silicon carbide sintered body obtained by the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention has high bending strength. The bending strength of a general silicon carbide sintered body is 240 MPa or more at room temperature, and 1500 or more.
Although the bending strength at 5 ° C. is 55.0 to 80.0 MPa, the bending strength of the silicon carbide based sintered body obtained by the method for producing a silicon carbide based sintered body of the present invention is 350 MPa or more as a bending strength at room temperature. .

【0055】[0055]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではな
い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The present invention is not limited to these examples.

【0056】(実施例1)炭化ケイ素粉末として、中心
粒径0.8μmの高純度炭化ケイ素粉末(特開平9−4
8605号に記載の製造方法に準じて製造された不純物
含有量5ppm以下の炭化ケイ素:1.5重量%のシリ
カを含有)3400gと、炭素粉末としてカーボンブラ
ック(新日化製「#SL200」)600gと、解膠剤
としてポリアクリル酸アンモニウム44gを溶解した水
2200gに添加し、16時間ボールミルにて分散混合
した後、粉体粘着剤として水溶性ポリウレタン(三洋化
成製「ユーコート」)120gと、シリコーン消泡剤
(信越化学(株)製「KM72A」)4gを添加し、さ
らに10分間ボールミルで分散混合し、粘度1.8Pa
・sのスラリー状の混合粉体を製造した。
Example 1 As a silicon carbide powder, a high-purity silicon carbide powder having a center particle diameter of 0.8 μm (Japanese Patent Laid-Open No. 9-4)
3400 g of silicon carbide having an impurity content of 5 ppm or less and containing 1.5% by weight of silica produced according to the production method described in No. 8605, and carbon black (“# SL200” manufactured by Nippon Kayaku) as carbon powder 600 g and 2200 g of water in which 44 g of polyammonium ammonium acrylate was dissolved as a deflocculant, and dispersed and mixed in a ball mill for 16 hours. 4 g of a silicone antifoaming agent (“KM72A” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added, and the mixture was dispersed and mixed by a ball mill for 10 minutes, and the viscosity was 1.8 Pa.
・ S slurry-like mixed powder was produced.

【0057】得られたスラリー状の混合粉体を、800
×φ20、φ200×15tの石膏モールドに鋳込み、
6時間放置した後、脱型し、12時間乾燥(50℃)さ
せて、遊離炭素を含む成形体(グリーン体)を作製し
た。作製した成形体は、800×φ20が4本、φ20
0×15tが2枚である。
The obtained slurry-like mixed powder was mixed with 800
Cast into a gypsum mold of × φ20, φ200 × 15t,
After leaving it for 6 hours, it was removed from the mold and dried (50 ° C.) for 12 hours to produce a green body containing free carbon. The formed compacts were four 800 × φ20, φ20
0 × 15t is two sheets.

【0058】得られた成形体(グリーン体)を、180
0℃で1時間仮焼(昇温は800℃まで1℃/min、
1800℃まで5℃/min、雰囲気は真空である。)
した後、10分間保持して、仮焼した成形体を得た。仮
焼後の4本の円柱状体の両端部に、仮焼後の2枚の板状
体を接合することにより、ウエハボート形状の成形体を
作製した。
The obtained green body (green body) was
Calcination at 0 ° C for 1 hour (temperature rise up to 800 ° C at 1 ° C / min,
5 ° C./min up to 1800 ° C., atmosphere is vacuum. )
After that, it was held for 10 minutes to obtain a calcined molded body. By bonding the two calcined plate-like members to both ends of the four calcined cylindrical members, a molded body in the shape of a wafer boat was produced.

【0059】得られたウエハボート形状の成形体を、内
径60mm、高さ80mmのカーボンるつぼ内で、アル
ゴン雰囲気下で1550℃まで昇温して溶融させた2〜
5mmの塊の高純度金属ケイ素(高純度化学研究所製)
に浸漬し、30分保持することにより、成形体中の遊離
炭素と毛細管現象により該成形体中に浸透した溶融金属
ケイ素とを反応させ、含浸体を作製した。
The obtained wafer boat-shaped formed body was melted by heating to 1550 ° C. in an argon atmosphere in a carbon crucible having an inner diameter of 60 mm and a height of 80 mm.
5mm lump high-purity metallic silicon (manufactured by High-Purity Chemical Laboratory)
By immersion in the molded product and holding for 30 minutes, the free carbon in the molded product was reacted with the molten metal silicon permeated into the molded product by capillary action, thereby producing an impregnated product.

【0060】得られた含浸体の長手方向に1.5℃/c
mの温度分布を持たせた状態で、50℃/hの速度で冷
却した。前記含浸体に温度分布を持たせる方法は、雰囲
気炉の長手方向(含浸体の長手方向)に、3つのヒータ
ーを設置し、前記温度分布となるように制御した。3つ
のヒーターには、それぞれ温度コントローラが1個づつ
設けられ、これらの温度コントローラを統轄するメイン
の温度コントローラが、前記3個の温度コントローラと
つながっている。前記含浸体を冷却する方法は、メイン
の温度コントローラにより制御を行い、前記3つのヒー
ターの加熱温度を、総て50℃/hの速度で冷却した。
1.5 ° C./c in the longitudinal direction of the obtained impregnated body
The sample was cooled at a rate of 50 ° C./h with a temperature distribution of m. In the method of giving the impregnated body a temperature distribution, three heaters were installed in the longitudinal direction of the atmosphere furnace (longitudinal direction of the impregnated body), and the temperature distribution was controlled. One temperature controller is provided for each of the three heaters, and a main temperature controller that supervises these temperature controllers is connected to the three temperature controllers. The method of cooling the impregnated body was controlled by a main temperature controller, and the heating temperatures of the three heaters were all cooled at a rate of 50 ° C./h.

【0061】(実施例2)実施例1において、含浸体の
長手方向に1.0℃/cmの温度分布を持たせた状態
で、20℃/hの速度で冷却した外は、実施例1と同様
にして、炭化ケイ素質焼結体を作製した。
Example 2 Example 1 was the same as Example 1 except that the impregnated body was cooled at a rate of 20 ° C./h with a temperature distribution of 1.0 ° C./cm in the longitudinal direction. In the same manner as described above, a silicon carbide sintered body was produced.

【0062】(実施例3)実施例1において、含浸体の
長手方向に0.25℃/cmの温度分布を持たせた状態
で、5℃/hの速度で冷却した外は、実施例1と同様に
して、炭化ケイ素質焼結体を作製した。
Example 3 Example 1 was the same as Example 1 except that the impregnated body was cooled at a rate of 5 ° C./h with a temperature distribution of 0.25 ° C./cm in the longitudinal direction. In the same manner as described above, a silicon carbide sintered body was produced.

【0063】実施例1〜3では、クラックや割れが発生
せず、製造効率に優れていた。また、得られたそれぞれ
の炭化ケイ素質焼結体は、高密度かつ強固で、強度等に
優れていた。
In Examples 1 to 3, cracks and cracks did not occur, and the production efficiency was excellent. Further, each of the obtained silicon carbide-based sintered bodies was dense and strong, and was excellent in strength and the like.

【0064】(比較例1)実施例1において、含浸体の
長手方向に温度分布を持たせない状態で冷却した外は、
実施例1と同様にして、炭化ケイ素質焼結体を作製し
た。比較例1では、800×φ20のうち、2本が中心
付近で割れていた。
Comparative Example 1 In Example 1, except that the impregnated body was cooled without having a temperature distribution in the longitudinal direction,
In the same manner as in Example 1, a silicon carbide sintered body was produced. In Comparative Example 1, two of 800 × φ20 were cracked near the center.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、クラックや割れが生じ
ない炭化ケイ素質焼結体の製造方法、及び該製造方法に
よって製造され、強度等に優れる炭化ケイ素質焼結体を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a silicon carbide sintered body free from cracks and cracks, and a silicon carbide sintered body produced by the production method and having excellent strength and the like. it can.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化ケイ素と炭素とを含有する成形体に
対し、真空雰囲気中又は非酸化性雰囲気中、金属ケイ素
を含浸させて含浸体を形成し、該含浸体に0.1〜1.
5℃/cmの温度分布をもたせた状態で、該含浸体を冷
却することを特徴とする炭化ケイ素質焼結体の製造方
法。
1. A molded body containing silicon carbide and carbon is impregnated with metallic silicon in a vacuum atmosphere or a non-oxidizing atmosphere to form an impregnated body.
A method for producing a silicon carbide-based sintered body, comprising cooling the impregnated body while maintaining a temperature distribution of 5 ° C./cm.
【請求項2】 含浸体を形成する前に、成形体を120
0〜2400℃で仮焼する請求項1に記載の炭化ケイ素
質焼結体の製造方法。
2. Before forming the impregnated body, the molded body is
The method for producing a silicon carbide-based sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is calcined at 0 to 2400 ° C.
【請求項3】 含浸させる金属ケイ素が1420〜17
00℃で加熱溶融された請求項1又は2に記載の炭化ケ
イ素質焼結体の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the metallic silicon to be impregnated is 1420-17.
The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the silicon carbide sintered body is heated and melted at 00 ° C. 4.
【請求項4】 2以上のヒーターを用いて温度分布をも
たせ、該2以上のヒーターの温度を同じ速度で下げるこ
とにより含浸体を冷却する請求項1から3のいずれかに
記載の炭化ケイ素質焼結体の製造方法。
4. The silicon carbide material according to claim 1, wherein a temperature distribution is provided by using two or more heaters, and the impregnated body is cooled by lowering the temperature of the two or more heaters at the same speed. A method for manufacturing a sintered body.
【請求項5】 含浸体を冷却する速度が50℃/h以下
である請求項1から4のいずれかに記載の炭化ケイ素質
焼結体の製造方法。
5. The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the rate of cooling the impregnated body is 50 ° C./h or less.
【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の炭化
ケイ素質焼結体の製造方法により製造されることを特徴
とする炭化ケイ素質焼結体。
6. A silicon carbide-based sintered body produced by the method for producing a silicon carbide-based sintered body according to any one of claims 1 to 5.
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