JP2001146494A - Production process of sintered silicon carbide - Google Patents

Production process of sintered silicon carbide

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for the production of a sintered silicon carbide having high purity and high strength. SOLUTION: The objective process for the production of a sintered silicon carbide comprises a step of dissolving or disperse silicon carbide powder in a solvent to produce a slurry of mixed silicon carbide powder, a step of casting the slurry in a mold and drying the molded product to obtain a green material, a step of immersing the green material in molten metallic silicon in vacuum or in an inert gas atmosphere to impregnate the metallic silicon into the void of the green material, a step of immersing the green material containing metallic silicon filled in the void in an alkaline aqueous solution or an acidic aqueous solution and heating the material to remove the metallic silicon from the void and a step of immersing the green material obtained by removing the metallic silicon from the void in molten metallic silicon in vacuum or in an inert gas atmosphere to impregnate the metallic silicon in the pore of the green material.

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、炭化ケイ素焼結体
の製造方法に関し、詳しくは高純度、且つ高強度な炭化
ケイ素焼結体の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide sintered body, and more particularly, to a method for manufacturing a high-purity and high-strength silicon carbide sintered body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、炭化ケイ素は1000℃を超
える高温下においても良好な強度、耐熱性、耐熱衝撃
性、耐摩耗性等を有することから高温領域で使用される
材料として注目されおり、近年、半導体の製造冶具とし
て石英の代替材料として使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, silicon carbide has been attracting attention as a material used in a high temperature region because it has good strength, heat resistance, thermal shock resistance, abrasion resistance, etc. even at high temperatures exceeding 1000 ° C. In recent years, it has been used as a substitute for quartz as a jig for manufacturing semiconductors.

【0003】このように炭化ケイ素は、非常に良好な強
度、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性等を有するが、近
年、より高性能な炭化ケイ素が求められており、特に半
導体関連部品用として炭化けい素焼結体を用いる場合に
は、高い純度、強度が求められ、さらなる向上が望まれ
ている。
[0003] As described above, silicon carbide has very good strength, heat resistance, thermal shock resistance, abrasion resistance, and the like. In recent years, however, higher performance silicon carbide has been demanded, particularly for semiconductor-related parts. In the case of using a silicon carbide sintered body, high purity and strength are required, and further improvement is desired.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
技術に鑑みてなされたものであり、即ち、高純度、且つ
高強度な炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and has as its object to provide a method for producing a silicon carbide sintered body having high purity and high strength. I do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、鋭意研究した結果、本発明に至っ
た。即ち、本発明は、
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, have accomplished the present invention. That is, the present invention

【0006】<1>炭化ケイ素粉末を溶媒中に溶解、分
散してスラリー状の炭化ケイ素混合粉体を製造する工程
と、該スラリー状の炭化ケイ素混合粉体を成形型に流し
込み、乾燥して、グリーン体を製造する工程と、該グリ
ーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融し
た金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体
中の気孔に浸透させて充填する工程と、該気孔に金属シ
リコンを充填したグリーン体を、アルカリ水溶液或いは
酸水溶液中に浸漬した後、加熱して、該金属シリコンを
気孔から除去する工程と、該気孔から金属シリコンを除
去したグリーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気
下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンを
グリーン体中の気孔に浸透させて充填する工程とを有す
ることを特徴とする炭化ケイ素焼結体の製造方法であ
る。
<1> A step of dissolving and dispersing silicon carbide powder in a solvent to produce a slurry-like silicon carbide mixed powder, and pouring the slurry-like silicon carbide mixed powder into a mold and drying. A step of manufacturing a green body, and a step of immersing the green body in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to allow the metal silicon to penetrate pores in the green body and fill the same. A step of immersing the green body filled with metallic silicon in the pores in an aqueous alkali or acid solution and then heating to remove the metallic silicon from the pores. Dipping in molten metal silicon under an atmosphere or an inert gas atmosphere, and infiltrating and filling the pores in the green body with the metal silicon. A method for producing a silicon carbide sintered body.

【0007】<2>前記炭化ケイ素粉末が、ケイ素化合
物と、加熱により炭素を発生する有機化合物とを溶媒中
で溶解し、乾燥し、得られた粉末を非酸化性雰囲気下で
焼成する工程を有する製造方法により得られたものであ
ること特徴とする前記<1>に記載の炭化ケイ素焼結体
の製造方法である。
<2> a process in which the silicon carbide powder is prepared by dissolving a silicon compound and an organic compound which generates carbon by heating in a solvent, drying the resultant, and firing the obtained powder in a non-oxidizing atmosphere. <1> The method for producing a silicon carbide sintered body according to <1>, wherein the method is a method for producing a silicon carbide sintered body.

【0008】<3>前記グリーン体を、真空雰囲気又は
不活性ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬
し、金属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充
填する工程、及び気孔から金属シリコンを除去したグリ
ーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融し
た金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体
中の気孔に浸透させて充填する工程において、該グリー
ン体を、1450〜1700℃で加熱して溶融した金属
シリコン中に浸漬することを特徴とする前記<1>又は
<2>に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法である。
<3> a step of immersing the green body in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with metallic silicon; In a step of immersing the green body from which the metal has been removed in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with the metal silicon, the green body is treated with 1450 to 1700 The method for producing a silicon carbide sintered body according to the above <1> or <2>, characterized in that the sintered body is immersed in molten metal silicon heated at a temperature of ° C.

【0009】<4>前記グリーン体を、真空雰囲気又は
不活性ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬
し、金属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充
填する工程、及び気孔から金属シリコンを除去したグリ
ーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融し
た金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体
中の気孔に浸透させて充填する工程において、該金属シ
リコンが、総不純物含有量が1ppb未満の高純度金属
シリコンであることを特徴とする前記<1>〜<3>の
いずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法である。
<4> a step of immersing the green body in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with metallic silicon; The green body from which is removed is immersed in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and the metal silicon is penetrated into pores in the green body to fill the green body. The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of <1> to <3>, wherein the amount is high-purity metallic silicon having an amount of less than 1 ppb.

【0010】<5>前記気孔に金属シリコンを充填した
グリーン体を、アルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬
した後、加熱して、該金属シリコンを気孔から除去する
工程において、該グリーン体を、1450〜1700℃
で加熱することを特徴とする前記<1>〜<4>のいず
れかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法である。
<5> After immersing the green body in which the pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution, and heating to remove the metallic silicon from the pores, 1450 ~ 1700 ° C
The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of the above items <1> to <4>, characterized by heating.

【0011】<6>前記気孔に金属シリコンを充填した
グリーン体を、アルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬
した後、加熱して、該金属シリコンを気孔から除去する
工程において、該グリーン体を、真空雰囲気又は不活性
ガス雰囲気下で加熱することを特徴とする前記<1>〜
<5>のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法
である。
<6> In the step of immersing the green body in which the pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution, and then heating and removing the metallic silicon from the pores, the green body is vacuumed. <1> to heating under an atmosphere or an inert gas atmosphere.
<5> The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of <5>.

【0012】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、
グリーン体中の気孔に、一旦、金属シリコンを充填し、
この充填した金属シリコンを除去して、再び金属シリコ
ンを充填することにより、高純度、且つ高強度な炭化ケ
イ素焼結体を製造することができる。
The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention comprises:
Once the pores in the green body are filled with metallic silicon,
By removing the filled metallic silicon and refilling the metallic silicon, a high-purity and high-strength silicon carbide sintered body can be manufactured.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造
方法は、炭化ケイ素粉末を溶媒中に溶解、分散してスラ
リー状の炭化ケイ素混合粉体を製造する工程(以下、炭
化ケイ素混合粉体製造工程という。)と、該スラリー状
の炭化ケイ素混合粉体を成形型に流し込み、乾燥して、
グリーン体を製造する工程(以下、グリーン体製造工程
という。)と、該グリーン体を、真空雰囲気又は不活性
ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、金属
シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充填する工
程(以下、シリコン充填工程という。)と、該気孔に金
属シリコンを充填したグリーン体を、アルカリ水溶液或
いは酸水溶液中に浸漬した後、加熱して、該金属シリコ
ンを気孔から除去する工程(以下、シリコン除去工程と
いう。)と、該気孔から金属シリコンを除去したグリー
ン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融した
金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体中
の気孔に浸透させて充填する工程(以下、シリコン再充
填工程という。)とを有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention comprises the steps of dissolving and dispersing silicon carbide powder in a solvent to produce a slurry-like silicon carbide mixed powder (hereinafter referred to as silicon carbide mixed powder). Powder manufacturing step), and the slurry-like silicon carbide mixed powder is poured into a mold, dried,
A step of manufacturing a green body (hereinafter, referred to as a green body manufacturing step); and immersing the green body in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, so that the metal silicon becomes pores in the green body. A step of infiltrating and filling (hereinafter referred to as a silicon filling step) and a step of immersing the green body in which the pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution and then heating the metallic body to remove the metallic silicon from the pores A step of removing (hereinafter, referred to as a silicon removing step), and immersing the green body from which the metal silicon has been removed from the pores in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and placing the metal silicon in the green body (Hereinafter referred to as a silicon refilling step).

【0014】(炭化ケイ素混合粉体製造工程)前記炭化
ケイ素混合粉体製造工程は、炭化ケイ素粉末を溶媒中に
溶解、分散して、スラリ−状の炭化ケイ素混合粉体を製
造する工程であるが、溶媒中に溶解、分散時に、十分に
攪拌混合することにより、グリーン体中に均一に気孔を
分散させることができる。
(Silicon Carbide Mixed Powder Production Step) The silicon carbide mixed powder production step is a step of dissolving and dispersing silicon carbide powder in a solvent to produce a slurry-like silicon carbide mixed powder. However, pores can be uniformly dispersed in the green body by sufficiently stirring and mixing during dissolution and dispersion in a solvent.

【0015】前記炭化ケイ素混合粉体製造工程におい
て、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、アセトン等が挙げれる。また、この
炭素源からなる有機物質、炭素粉末、及び溶媒について
も不純物の含有量が低いものを使用することが好まし
い。
In the silicon carbide mixed powder production step, the solvent may be water. For example, a lower alcohol such as ethyl alcohol may be used for a phenol resin which is an organic compound which generates carbon by suitable heating. And ethyl ether, acetone and the like. In addition, it is preferable that the organic substance, the carbon powder, and the solvent composed of the carbon source have low impurity contents.

【0016】前記炭化ケイ素混合粉体製造工程において
は、炭化ケイ素粉末と共に、有機バインダーを添加して
もよい。この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、解膠剤としては、導電性を付与する
場合、その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。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)等が好適に用いられる。また、その他、消泡剤
を添加してもよい。消包剤としては、シリコーン消泡剤
等が挙げられる。
In the silicon carbide mixed powder production step, an organic binder may be added together with the silicon carbide powder. Examples of the organic binder include a deflocculant and a powder adhesive. As the deflocculant, when imparting conductivity, a nitrogen-based compound is preferable in that the effect is further enhanced. Ammonium acrylate and the like are preferably used. As the powdery adhesive, polyvinyl alcohol, urethane resin (for example, water-soluble polyurethane) and the like are preferably used. In addition, an antifoaming agent may be added. Examples of the antifoaming agent include a silicone antifoaming agent.

【0017】前記炭化ケイ素混合粉体製造工程におい
て、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。
In the silicon carbide mixed powder production step, stirring and mixing can be performed by a known stirring and mixing means such as a mixer and a planetary ball mill. The stirring and mixing are preferably performed for 10 to 30 hours, particularly 16 to 24 hours.

【0018】以下に炭化ケイ素粉末について詳しく説明
する。 −炭化ケイ素粉末− 前記炭化ケイ素粉末は、α型、β型、非晶質或いはこれ
らの混合物等のいずれでもよい。また、高純度のグリー
ン体、或いは炭化ケイ素焼結体を得るためには、原料の
炭化ケイ素粉末として、高純度の炭化ケイ素粉末を用い
ることが好ましい。
Hereinafter, the silicon carbide powder will be described in detail. —Silicon Carbide Powder— The silicon carbide powder may be α-type, β-type, amorphous, or a mixture thereof. In order to obtain a high-purity green body or a silicon carbide sintered body, it is preferable to use a high-purity silicon carbide powder as a raw material silicon carbide powder.

【0019】前記炭化ケイ素粉末のグレードとしては、
特に制限はなく、例えば一般に市販されているβ型炭化
ケイ素粉末を用いることができる。
As the grade of the silicon carbide powder,
There is no particular limitation, and for example, generally commercially available β-type silicon carbide powder can be used.

【0020】前記炭化ケイ素粉末の粒径は、高密度化の
観点からは、小さいことが好ましく、具体的には、0.
01〜10μm程度、さらに好ましくは、0.05〜5
μmである。粒径が、0.01μm未満であると、計
量、混合等の処理工程における取扱いが、困難となり易
く、10μmを超えると、比表面積が小さく、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
なるため、好ましくない。
The particle size of the silicon carbide powder is preferably small from the viewpoint of increasing the density, and specifically, it is preferable that the particle size of the silicon carbide powder is 0.1.
About 01 to 10 μm, more preferably 0.05 to 5 μm
μm. If the particle size is less than 0.01 μm, the handling in the processing steps such as measurement and mixing tends to be difficult, and if it exceeds 10 μm, the specific surface area is small, that is, the contact area with the adjacent powder is small, It is not preferable because it is difficult to increase the density.

【0021】−炭化ケイ素粉末の製造方法− 前記炭化ケイ素粉末は、ケイ素化合物と、加熱により炭
素を発生する有機化合物と、必要に応じて重合又は架橋
触媒と、を溶媒中で溶解し、乾燥し、得られた粉末を非
酸化性雰囲気下で焼成する工程(以下、「炭化ケイ素粉
末製造工程」ということがある)を有する製造方法によ
り製造することが好ましい。
-Method for Producing Silicon Carbide Powder- The silicon carbide powder is prepared by dissolving a silicon compound, an organic compound which generates carbon by heating, and, if necessary, a polymerization or crosslinking catalyst in a solvent and drying. It is preferable that the powder is manufactured by a manufacturing method including a step of firing the obtained powder in a non-oxidizing atmosphere (hereinafter, may be referred to as a “silicon carbide powder manufacturing step”).

【0022】前記ケイ素化合物(以下、「ケイ素源」と
いうことがある)としては、加熱によりケイ素を発生す
る化合物であれば特に制限はなく、液状のケイ素化合物
及び固体状のケイ素化合物のいずれであってもよいが、
高純度化、及び均一分散させる観点から、少なくとも1
種が液状のケイ素化合物であるのが好ましい。
The silicon compound (hereinafter sometimes referred to as “silicon source”) is not particularly limited as long as it is a compound that generates silicon by heating, and may be either a liquid silicon compound or a solid silicon compound. May be
From the viewpoint of high purification and uniform dispersion, at least 1
Preferably, the seed is a liquid silicon compound.

【0023】前記液状のケイ素化合物としては、(モノ
−、ジ−、トリ−、テトラ−)アルコキシシラン、及
び、テトラアルコキシシランの重合体等が好適に挙げら
れる。
Suitable examples of the liquid silicon compound include (mono-, di-, tri-, and tetra-) alkoxysilanes and polymers of tetraalkoxysilanes.

【0024】前記(モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−)
アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシランが
好適に挙げられる。テトラアルコキシシランとしては、
具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシ
ラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン
等が好適に挙げられ、取り扱い性に優れる点から、テト
ラエトキシシランが特に好ましい。
The above (mono-, di-, tri-, tetra-)
Preferable examples of the alkoxysilane include tetraalkoxysilane. As tetraalkoxysilane,
Specifically, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and the like are preferably exemplified, and tetraethoxysilane is particularly preferred from the viewpoint of excellent handleability.

【0025】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2〜15程度の低分子量重合体(オリゴ
マー)(例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキ
シシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシ
ラン等の低分子量重合体(オリゴマー))や、液状の高
重合度ケイ酸ポリマー等が好適に挙げられる。
As the polymer of the tetraalkoxysilane, a low molecular weight polymer (oligomer) having a degree of polymerization of about 2 to 15 (eg, a low molecular weight polymer such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, etc.) Polymers (oligomers)) and liquid high-polymer silicate polymers are preferred.

【0026】前記固体状のケイ素化合物としては、酸化
ケイ素等が好適に挙げられる。ここで、本発明における
酸化ケイ素とは、SiOのほか、シリカゾル(コロイド
状超微粉体シリカ含有液、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、微粉体シリ
カ、石英粉体)等をも含む。
Preferred examples of the solid silicon compound include silicon oxide. Here, the silicon oxide in the present invention means, in addition to SiO, silica sol (colloidal ultrafine silica containing liquid, containing OH group or alkoxyl group inside), silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder) Body) and the like.

【0027】前記ケイ素化合物のうち、均質性や取り扱
い性に優れる点から、テトラエトキシシランの低分子量
重合体(オリゴマー)、及び、該テトラエトキシシラン
の低分子量重合体(オリゴマー)と微粉体シリカとの混
合物等が特に好ましい。また、これらのケイ素化合物
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。
Among the above-mentioned silicon compounds, low molecular weight polymer (oligomer) of tetraethoxysilane, and low molecular weight polymer (oligomer) of tetraethoxysilane, and fine powder silica are preferred because of their excellent homogeneity and handleability. And the like are particularly preferred. These silicon compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0028】前記ケイ素化合物における不純物元素の総
含有量としては、20ppm以下が好ましく、5ppm
以下がより好ましい。但し、加熱・焼結の際における純
化の許容範囲内であれば必ずしも前記数値範囲内の数値
に限定されるものではない。
The total content of the impurity elements in the silicon compound is preferably 20 ppm or less, and more preferably 5 ppm.
The following is more preferred. However, the value is not necessarily limited to the numerical value within the above numerical range as long as it is within the allowable range of purification during heating and sintering.

【0029】前記加熱により炭素を発生する有機化合物
(以下、「炭素源」ということがある)としては、特に
制限はなく、液状の及び固体状のいずれの有機化合物を
用いてもよいが、高純度化、及び均一分散させる観点か
ら、少なくとも1種が液状の有機化合物であるのが好ま
しい。
The organic compound capable of generating carbon by heating (hereinafter, sometimes referred to as a “carbon source”) is not particularly limited, and any liquid or solid organic compound may be used. From the viewpoints of purification and uniform dispersion, it is preferable that at least one type is a liquid organic compound.

【0030】前記加熱により炭素を発生する有機化合物
としては、残炭率が高く、触媒の存在及び/又は加熱に
よって、重合・架橋する有機化合物が好ましい。このよ
うな有機化合物としては、例えば、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や、セルロ
ース、蔗糖、ピッチ、タール等の液状有機化合物が好適
に挙げられる。これらの中でも、フェノール樹脂が好ま
しく、特にレゾール型フェノール樹脂が好ましい。これ
らの有機化合物は、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。
The organic compound which generates carbon by heating is preferably an organic compound which has a high residual carbon ratio and is polymerized and crosslinked by the presence of a catalyst and / or heating. As such organic compounds, for example, phenol resins, furan resins, polyimides, polyurethanes, resin monomers such as polyvinyl alcohol, and prepolymers, and liquid organic compounds such as cellulose, sucrose, pitch, and tar are preferably exemplified. . Among these, a phenol resin is preferable, and a resol-type phenol resin is particularly preferable. These organic compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0031】前記加熱により炭素を発生する有機化合物
における不純物元素の総含有量としては、目的により適
宜制御選択することができるが、特に高純度の炭化ケイ
素粉末を得るためには、5ppm以下のものが好まし
い。
The total content of the impurity elements in the organic compound which generates carbon by heating can be appropriately controlled and selected according to the purpose. In particular, in order to obtain high-purity silicon carbide powder, the total content of impurity elements is 5 ppm or less. Is preferred.

【0032】前記炭化ケイ素粉末製造工程においては、
さらに重合又は架橋触媒加えて、ケイ素源と炭素源とを
溶媒中に溶解し、乾燥して粉末を得るために、ケイ素源
と炭素源との混合物を硬化して炭化ケイ素粉末とするこ
とも必要に応じて行われる。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の
他、電子線や放射線による方法等が挙げられる。
In the silicon carbide powder producing step,
Further, in addition to a polymerization or crosslinking catalyst, it is necessary to dissolve the silicon source and the carbon source in a solvent and dry the mixture of the silicon source and the carbon source to obtain a silicon carbide powder in order to obtain a powder. It is performed according to. 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.

【0033】前記重合又は架橋触媒としては、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を用いる。これらの混合
触媒を溶媒に、溶解又は分散させて混合させる。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。これ
らの中でも、トルエンスルホン酸が好適に用いられる。
The polymerization or crosslinking catalyst 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, sulfuric acid, maleic acid And amines such as hexamine. These mixed catalysts are 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. Among these, toluenesulfonic acid is preferably used.

【0034】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、炭
素とケイ素の比(以下、C/Si比という)は、混合物
を1000℃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定義される。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Si
O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
合を決定することが重要である。通常、1気圧近傍で1
600℃以上での焼成では、C/Si比を2.0〜2.
5にすると遊離炭素を抑制することができ、この範囲を
好適に用いることができる。C/Si比を2.5以上に
すると遊離炭素が顕著に増加するが、この遊離炭素は粒
成長を抑制する効果を持つため、粒子形成の目的に応じ
て適宜選択してもよい。但し、雰囲気の圧力を低圧又は
高圧で焼成する場合は、純粋な炭化ケイ素を得るための
C/Si比は変動するので、この場合は必ずしも前記C
/Si比の範囲に限定するものではない。
In the silicon carbide powder production process, the ratio of carbon to silicon (hereinafter referred to as C / Si ratio) is defined by elemental analysis of a carbide intermediate obtained by carbonizing the mixture at 1000 ° C. You. Stoichiometrically, C
When the / Si ratio is 3.0, the free carbon in the generated silicon carbide should be 0%, but actually, the
Free carbon is generated at a low C / Si ratio due to the volatilization of the O gas. It is important to determine the composition in advance so that the amount of free carbon in the produced silicon carbide powder does not become an unsuitable amount for the production use of a sintered body or the like. Normally, 1
In firing at 600 ° C. or higher, the C / Si ratio is set to 2.0 to 2.
When it is 5, free carbon can be suppressed, and this range can be suitably used. When the C / Si ratio is 2.5 or more, the amount of free carbon increases remarkably. However, since this free carbon has an effect of suppressing grain growth, it may be appropriately selected according to the purpose of forming particles. However, when the atmosphere is fired at a low or high pressure, the C / Si ratio for obtaining pure silicon carbide varies.
The ratio is not limited to the range of the / Si ratio.

【0035】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、焼
成は、ケイ素源と炭素源とを、溶媒中に溶解し、乾燥し
た粉末を、アルゴン等の非酸化性雰囲気中1350℃〜
2000℃で加熱して炭化ケイ素を生成させることによ
り行うことが好ましい。焼成温度と時間は希望する粒径
等の特性に応じて適宜選択できるが、より効率的な生成
のためには1600℃〜1900℃での焼成が特に好ま
しい。
In the above-mentioned silicon carbide powder production process, the firing is performed by dissolving a silicon source and a carbon source in a solvent, and drying the powder in a non-oxidizing atmosphere such as argon at 1350 ° C.
It is preferable to carry out by heating at 2000 ° C. to generate silicon carbide. The firing temperature and time can be appropriately selected according to the desired properties such as the particle size, but firing at 1600 ° C. to 1900 ° C. is particularly preferable for more efficient production.

【0036】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、前
述の焼成前に、ハンドリング性向上、揮発性ガス及び水
分の除去を目的として、前記ケイ素源と前記炭素源と
を、溶媒中に溶解し、乾燥した粉末を、加熱炭化させて
もよい。加熱炭化は、窒素又はアルゴン等の非酸化性雰
囲気中800℃〜1000℃にて30分〜120分間、
該粉末を加熱することにより行われることが好ましい。
In the above-mentioned silicon carbide powder production process, before the above-mentioned calcination, the above-mentioned silicon source and the above-mentioned carbon source were dissolved in a solvent and dried for the purpose of improving handling properties and removing volatile gas and moisture. The powder may be heated and carbonized. Heat carbonization is performed at 800 ° C. to 1000 ° C. for 30 minutes to 120 minutes in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon.
It is preferably carried out by heating the powder.

【0037】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、前
述の焼成時に、より高純度の炭化ケイ素粉末を得る目的
として、1900〜2100℃にて5〜20分間加熱処
理を施してもよく、この加熱処理により不純物をさらに
除去することができる。
In the above-mentioned silicon carbide powder production step, a heat treatment may be performed at 1900 to 2100 ° C. for 5 to 20 minutes for the purpose of obtaining a higher purity silicon carbide powder during the above-mentioned firing. Impurities can be further removed.

【0038】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、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。
In the above-mentioned silicon carbide powder production process, the stirring and mixing can be performed by a known stirring and mixing means, for example, a mixer, a planetary ball mill or the like. The stirring and mixing are preferably performed for 10 to 30 hours, particularly 16 to 24 hours.

【0039】前記炭化ケイ素粉末製造工程において、特
に高純度の炭化ケイ素粉末を得たい場合は、本願出願人
が先に出願した特開平9−48605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20
00℃未満の温度に保持し、該温度の保持中に、200
0℃〜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
み、前記2工程を行うことにより、各不純物元素の含有
量が0.5ppm以下である炭化ケイ素粉末を得るこ
と、を特徴とする高純度炭化ケイ素粉末の製造方法等を
利用することもできる。
In the above-mentioned silicon carbide powder production step, particularly when it is desired to obtain a high-purity silicon carbide powder, the raw material powder described in the method for producing a single crystal of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48605 filed by the present applicant has been filed. Production method, namely, high purity tetraalkoxysilane, at least one selected from tetraalkoxysilane polymers as a silicon source, a high purity organic compound that generates carbon by heating as a carbon source, and these are mixed uniformly. Heating the mixture obtained in a non-oxidizing atmosphere to obtain a silicon carbide powder, and subjecting the obtained silicon carbide powder to a temperature of 1700 ° C. to 20 ° C.
At a temperature of less than 00 ° C.
A post-treatment step of performing heating at a temperature of 0 ° C. to 2100 ° C. for at least 5 minutes for at least one time, and by performing the two steps, the carbon content of each impurity element is 0.5 ppm or less. A method for producing high-purity silicon carbide powder, which is characterized by obtaining silicon powder, can also be used.

【0040】以上の様にして得られた炭化ケイ素粉末
は、大きさが不均一であるため、解粉、分級により、所
望の炭化ケイ素粉末が得られる。
Since the silicon carbide powder obtained as described above is not uniform in size, a desired silicon carbide powder can be obtained by pulverization and classification.

【0041】(グリーン体製造工程)前記グリーン体製
造工程は、前記スラリー状の炭化ケイ素混合粉体を成形
型に流し込み、乾燥して、グリーン体を製造する工程で
ある。なお、グリーン体とは、多くの気孔が内在する炭
化ケイ素の成形体を示す。
(Green Body Production Step) The green body production step is a step of pouring the slurry-like silicon carbide mixed powder into a mold and drying it to produce a green body. The green body refers to a silicon carbide molded body having many pores therein.

【0042】前記グリーン体製造工程は、前記スラリー
状の炭化ケイ素混合粉体を石膏或いは樹脂の成形型に鋳
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、
規定寸法のグリーン体を製造する工程であることが好ま
しい。また、必要に応じて、得られたグリーン体を、微
量の水分、解膠剤、結合剤等を除去する、或いはグリー
ン体中の炭化ケイ素粉体間の接触を十分に促進させ接触
強度を得る目的で、1200℃〜2400℃程度の範囲
で焼成を行ってもよい(これにより得られたグリーン体
を「仮焼グリーン体」ということがある.)。
In the green body production step, the slurry-like silicon carbide mixed powder is cast into a gypsum or resin mold, left as it is, and then removed from the mold, and then heated and dried or naturally dried at a temperature of 50 to 60 ° C. To remove the solvent
Preferably, the process is a process for producing a green body having a specified size. Further, if necessary, the obtained green body may be removed from a trace amount of water, a deflocculant, a binder, or the like, or the contact between silicon carbide powders in the green body may be sufficiently promoted to obtain a contact strength. For the purpose, baking may be performed at a temperature in the range of about 1200 ° C. to 2400 ° C. (the green body thus obtained may be referred to as “calcined green body”).

【0043】(シリコン充填工程)前記シリコン充填工
程は、グリーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気
下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンを
吸入によりグリーン体中の気孔に浸透させて充填する工
程である。
(Silicon Filling Step) In the silicon filling step, the green body is immersed in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and the metal silicon is inhaled into pores in the green body by inhalation. This is the step of filling.

【0044】前記シリコン充填工程においては、グリー
ン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、金属シリ
コンの融点以上、好ましくは1450〜1700℃迄加
熱して溶融した金属シリコン中に浸漬する。このように
グリーン体を溶融金属シリコーン中に浸漬することによ
り、液状になった金属シリコンが、吸入、例えば毛細管
現象によりグリーン体中の気孔に浸透し、グリーン体中
の気孔が金属シリコンによって充填される。
In the silicon filling step, the green body is immersed in molten metal silicon by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of metal silicon, preferably 1450 to 1700 ° C., in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. By immersing the green body in the molten metal silicone in this way, the liquid metal silicon penetrates into the pores in the green body by inhalation, for example, capillary action, and the pores in the green body are filled with the metal silicon. You.

【0045】前記シリコン充填工程において、グリーン
体を溶融金属シリコン中に浸漬する時間は、特に限定さ
れなく、大きさ等により適宜決定する。
In the silicon filling step, the time for immersing the green body in the molten metal silicon is not particularly limited, and is appropriately determined depending on the size and the like.

【0046】前記シリコン充填工程において、前記金属
シリコンは、1450〜1700℃迄、好ましくは、1
550〜1650℃迄加熱して溶融させるが、この溶融
温度が1450℃未満であると、金属シリコンの粘性が
上昇するため、吸入によりグリーン体に浸透し難くなる
場合があり、また1700℃を超えると蒸発が著しくな
り炉体等に損傷を与えてしまう場合ある。
In the silicon filling step, the metal silicon is heated up to 1450-1700 ° C., preferably 1
The material is heated to 550 to 1650 ° C. to be melted. If the melting temperature is lower than 1450 ° C., the viscosity of the metallic silicon increases, so that it may be difficult to infiltrate the green body by inhalation, and may exceed 1700 ° C. In some cases, evaporation may be remarkable, resulting in damage to the furnace body and the like.

【0047】前記シリコン充填工程において、前記金属
シリコンとしては、粉末、顆粒、塊状の金属シリコンが
等が挙げられ、2〜5mmの塊状の金属シリコンが好適
に用いられる。また、前記金属シリコンは、総不純物含
有量が1ppb未満の高純度金属シリコンであることが
好ましい。
In the silicon filling step, examples of the metal silicon include powder, granules, and bulk metal silicon, and bulk metal silicon having a size of 2 to 5 mm is preferably used. Preferably, the metal silicon is high-purity metal silicon having a total impurity content of less than 1 ppb.

【0048】前記シリコン充填工程において、グリーン
体は、気孔中に金属シリコンを充填した後、一旦、室温
まで冷却させることが好ましい。
In the silicon filling step, the green body is preferably cooled to room temperature once after filling the pores with metallic silicon.

【0049】(シリコン除去工程)前記シリコン除去工
程は、気孔に金属シリコンを充填したグリーン体を、ア
ルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬した後、加熱し
て、該金属シリコンを気孔から除去する工程である。こ
の気孔に金属シリコンを充填したグリーン体を、加熱す
ることにより、該金属シリコンが溶融或いは蒸発して、
気孔から除去される。
(Silicon Removal Step) The silicon removal step is a step of immersing a green body in which pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution and then heating the green body to remove the metallic silicon from the pores. is there. By heating the green body filled with metallic silicon in the pores, the metallic silicon melts or evaporates,
Removed from pores.

【0050】前記シリコン除去工程においては、グリー
ン体を、アルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬した
後、加熱して、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、金
属シリコンの融点以上、好ましくは1450〜1700
℃迄で加熱することにより、グリーン体中の金属シリコ
ンを除去することが好ましい。
In the silicon removing step, the green body is immersed in an alkaline aqueous solution or an acidic aqueous solution and then heated to a temperature equal to or higher than the melting point of metallic silicon, preferably 1450 to 1700, in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
It is preferable to remove metallic silicon in the green body by heating up to ℃.

【0051】前記シリコン除去工程において、アルカリ
水溶液としては、水酸化アルカリ水溶液等が挙げられ
る。また、酸水溶液としては、フッ化水素酸水溶液、硝
酸水溶液、硫酸水溶液、塩酸水溶液、過酸化水素水、オ
ゾン水及びこれらの混合酸水溶液等が挙げられる。前記
混合酸水溶液としては、フッ硝酸水溶液、フッ硝酸と硫
酸との混合酸水溶液、フッ酸と塩酸との混合酸水溶液等
が挙げられる。
In the silicon removal step, examples of the aqueous alkali solution include an aqueous alkali hydroxide solution. Examples of the acid aqueous solution include a hydrofluoric acid aqueous solution, a nitric acid aqueous solution, a sulfuric acid aqueous solution, a hydrochloric acid aqueous solution, a hydrogen peroxide solution, an ozone water, and a mixed acid aqueous solution thereof. Examples of the mixed acid aqueous solution include a hydrofluoric nitric acid aqueous solution, a mixed acid aqueous solution of hydrofluoric nitric acid and sulfuric acid, and a mixed acid aqueous solution of hydrofluoric acid and hydrochloric acid.

【0052】前記シリコン除去工程において、グリーン
体は、1450〜1700℃迄、好ましくは、1550
〜1650℃迄加熱して、グリーン体中の金属シリコン
を除去するが、この溶融温度が1450℃未満である
と、金属シリコンの粘性が上昇するため、グリーン体か
ら除去し難くなる場合があり、また1700℃を超える
と蒸発が著しくなり炉体等に損傷を与えてしまう場合あ
る。
In the silicon removing step, the green body is heated to 1450 to 1700 ° C., preferably 1550 ° C.
迄 1650 ° C. to remove metallic silicon in the green body. If the melting temperature is less than 1450 ° C., the viscosity of the metallic silicon increases, so that it may be difficult to remove the metallic silicon from the green body. On the other hand, when the temperature exceeds 1700 ° C., the evaporation is remarkable and the furnace body or the like may be damaged.

【0053】(シリコン再充填工程)シリコン再充填工
程は、気孔から金属シリコンを除去したグリーン体を、
真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融した金属シリ
コン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体中の気孔に
浸透させて充填する工程であり、前記シリコン充填工程
と同様に行うことが好ましい。
(Silicon refilling step) In the silicon refilling step, the green body obtained by removing metal silicon from the pores is
This is a step of dipping in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with the metal silicon, and is preferably performed in the same manner as the silicon filling step.

【0054】(その他)本発明の炭化ケイ素焼結体の製
造方法により得られる炭化ケイ素焼結体は、導電性を付
与する目的で、窒素を含有さてもよい。窒素を導入する
方法としては、前記炭化ケイ素粉末製造工程、又は前記
炭化ケイ素混合粉体製造工程において、少なくとも1種
以上の窒素含有化合物(以下、「窒素源」ということが
ある)を添加することにより導入できる。
(Others) The silicon carbide sintered body obtained by the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention may contain nitrogen for the purpose of imparting conductivity. As a method for introducing nitrogen, in the silicon carbide powder production step or the silicon carbide mixed powder production step, at least one or more nitrogen-containing compounds (hereinafter, sometimes referred to as “nitrogen source”) are added. Can be introduced by

【0055】前記窒素源としては、加熱により窒素を発
生する物質が好ましく、例えば、高分子化合物(具体的
には、ポリイミド樹脂、及びナイロン樹脂等)、有機ア
ミン(具体的には、ヘキサメチレンテトラミン、アンモ
ニア、トリエチルアミン等、及びこれらの化合物、塩
類)の各種アミン類が挙げられ、これらの中でも、ヘキ
サメチレンテトラミンが好ましい。また、ヘキサミンを
触媒として合成したフェノール樹脂であり、その合成工
程に由来する窒素を樹脂1gに対して2.0mmol以
上含有するフェノール樹脂も、窒素源として好適に用い
ることができる。これら窒素源は、単独で用いてもよい
し、2以上併用してもよい。
As the nitrogen source, a substance that generates nitrogen by heating is preferable. For example, a polymer compound (specifically, a polyimide resin and a nylon resin), an organic amine (specifically, hexamethylenetetramine) , Ammonia, triethylamine and the like, and compounds and salts thereof), and among these, hexamethylenetetramine is preferable. Also, a phenol resin synthesized using hexamine as a catalyst and containing 2.0 mmol or more of nitrogen derived from the synthesis process per 1 g of the resin can be suitably used as a nitrogen source. These nitrogen sources may be used alone or in combination of two or more.

【0056】前記窒素源を、前記炭化ケイ素粉末製造工
程において導入する場合、ケイ素源、炭素源と同時に、
窒素源を添加することが好ましい。また、この窒素源の
添加量としては、ケイ素源1gあたり窒素が1mmol
以上含有することが好ましいので、ケイ素源1gに対し
て80μg〜1000μgが好ましい。
In the case where the nitrogen source is introduced in the silicon carbide powder production step, the nitrogen source and the silicon source are
Preferably, a nitrogen source is added. The amount of nitrogen added was 1 mmol / g of silicon source.
Since the above content is preferable, the content is preferably 80 μg to 1000 μg with respect to 1 g of the silicon source.

【0057】前記窒素源を、前記炭化ケイ素混合粉体製
造工程において導入する場合、炭化ケイ素粉末とを溶媒
中に溶解、分散する際に、窒素源を同時に溶媒中に添加
し、溶解、分散する方法が好ましい。また、この窒素源
の添加量としては、炭化ケイ素粉末1gあたり窒素が
0.7mmol以上含有することが好ましいので、炭化
ケイ素粉末1gに対して200μg〜2000μgが好
ましく、1500μg〜2000μgがさらに好まし
い。
When the nitrogen source is introduced in the silicon carbide mixed powder production step, when dissolving and dispersing the silicon carbide powder in the solvent, the nitrogen source is simultaneously added to the solvent to dissolve and disperse. The method is preferred. Since the amount of nitrogen added is preferably 0.7 mmol or more per 1 g of silicon carbide powder, the amount is preferably 200 μg to 2000 μg, more preferably 1500 μg to 2000 μg per 1 g of silicon carbide powder.

【0058】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法にお
いて、前記加熱条件を満たしうるものであれば、特に製
造装置等に制限はなく、公知の加熱炉内や反応装置を使
用することができる。
In the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention, as long as the heating conditions can be satisfied, there is no particular limitation on the production apparatus and the like, and a known heating furnace or reactor can be used. .

【0059】以上のようにして製造された炭化ケイ素焼
結体は、通常、所定の形状に加工し、研磨、洗浄等の処
理が行われる。この加工方法としては、前記炭化ケイ素
焼結体が良好な導電性を有することから、放電加工等が
好適に用いられる。
The silicon carbide sintered body manufactured as described above is usually processed into a predetermined shape, and is subjected to processing such as polishing and washing. As the machining method, electric discharge machining or the like is preferably used because the silicon carbide sintered body has good conductivity.

【0060】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、
グリーン体中の気孔に、一旦、金属シリコンを充填し、
この充填した金属シリコンを除去して、再び金属シリコ
ンを充填することにより、炭化ケイ素焼結体を高純度化
することができ、例えば、不純物元素の総含有量が、好
ましくは10ppm以下、より好ましくは5ppm以
下、より好ましくは1.5ppm以下である炭化ケイ素
焼結体を製造することも可能である。これはグリーン体
中に不純物が、充填した金属シリコン中に移行し、これ
を除去することにより、不純物を共に除去されるため高
純度化することができると考えられる。
The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention comprises:
Once the pores in the green body are filled with metallic silicon,
By removing the charged metallic silicon and refilling the metallic silicon, the silicon carbide sintered body can be highly purified. For example, the total content of impurity elements is preferably 10 ppm or less, more preferably Can be 5 ppm or less, more preferably 1.5 ppm or less. It is considered that this is because impurities in the green body migrate into the metal silicon filled therein, and by removing this, the impurities are removed together, so that high purity can be achieved.

【0061】前記不純物元素の総含有量は、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、評価が異なっ
てくるが、本発明においては、溶液ICP−MS法によ
って測定した値を用いる。
As for the total content of the impurity elements, the impurity content obtained by chemical analysis has only a meaning as a reference value. In practice, the evaluation differs depending on whether the impurities are uniformly distributed or locally unevenly distributed. In the present invention, values measured by the solution ICP-MS method are used.

【0062】前記不純物元素とは、1989年IUPA
Cの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、且つ原子番号3以上であり、原子番
号6〜8及び同14を除く元素をいう。
The above-mentioned impurity element is defined in IUPA 1989
C refers to an element belonging to Group 1 to Group 16 elements in the periodic table of the revised inorganic chemical nomenclature for C, having an atomic number of 3 or more, and excluding atomic numbers 6 to 8 and 14.

【0063】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、
グリーン体中の気孔に、一旦、金属シリコンを充填し、
この充填した金属シリコンを除去して、再び金属シリコ
ンを充填することにより、炭化ケイ素焼結体を高強度化
することができ、例えば、曲げ強度が、好ましくは、3
50〜380MPaの炭化ケイ素焼結体を製造すること
も可能である。
The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention
Once the pores in the green body are filled with metallic silicon,
By removing the filled metallic silicon and refilling the metallic silicon again, the silicon carbide sintered body can be made to have a high strength.
It is also possible to produce a silicon carbide sintered body of 50 to 380 MPa.

【0064】本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法によ
り製造される炭化ケイ素焼結体のその他の好適な物性に
ついて検討すると、例えば、ヤング率は3.5×104
〜4.5×104、ビッカース硬度は204MPa(2
000kgf/mm2)以上、ポアソン比は0.14〜
0.21、熱膨張係数は3.8×10-6〜4.2×10
-6(℃-1)、熱伝導率は150W/m・K以上、比熱は
0.68〜0.76j/g・℃(0.15〜0.18c
al/g・℃)、耐熱衝撃性はΔTが500〜700℃
である。
According to the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention,
Other suitable physical properties of the silicon carbide sintered body
Considering that, for example, the Young's modulus is 3.5 × 10Four
~ 4.5 × 10Four, Vickers hardness is 204 MPa (2
000kgf / mmTwo) Above, Poisson's ratio is 0.14 ~
0.21, thermal expansion coefficient 3.8 × 10-6~ 4.2 × 10
-6(℃-1), Thermal conductivity is 150W / mK or more, specific heat is
0.68 to 0.76 j / g · ° C. (0.15 to 0.18 c
al / g · ° C), thermal shock resistance ΔT is 500-700 ° C
It is.

【0065】[0065]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明の主旨を超えない限り本実施例に限定さ
れるものではない。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the present invention.

【0066】(比較例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以下の炭化珪素:1.5重量%のシリカ
を含有)850gを、解膠剤としてポリアクリル酸アン
モニウム9gを溶解した水500gに入れ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」)30gと、シ
リコーン消泡剤(信越化学(株)製「KM72A」)1
gを添加し、さらに10分間ボールミルで分散混合し、
粘度0.09Pa・s(0.9ポイズ)のスラリ−状の
混合粉体を製造した。
Comparative Example 1 As a silicon carbide powder, a high-purity silicon carbide powder having a center particle diameter of 0.8 μm (JP-A-9-4)
850 g of silicon carbide having an impurity content of 5 ppm or less produced according to the production method described in No. 8605 and containing 1.5% by weight of silica) in 500 g of water in which 9 g of ammonium polyacrylate was dissolved as a deflocculant. After adding and dispersing and mixing in a ball mill for 16 hours, 30 g of a water-soluble polyurethane ("Yukote" manufactured by Sanyo Chemical) as a powdery adhesive and a silicone antifoaming agent ("KM72A" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 1
g, and further dispersed and mixed in a ball mill for 10 minutes.
A slurry-like mixed powder having a viscosity of 0.09 Pa · s (0.9 poise) was produced.

【0067】このスラリ−状の混合粉体を長さ70m
m、径10mm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、グリー
ン体を製造した。
The slurry-like mixed powder was 70 m long.
m, cast into a gypsum mold having a diameter of 10 mm, left for 6 hours, demolded, and dried (50 ° C.) for 12 hours to produce a green body.

【0068】得られたグリーン体を、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
純度金属シリコン(株式会社オクヤマ製:総不純物量1
ppb以下)に浸漬し、30分保持することにより、溶
融した金属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて
充填し、比較例1の炭化ケイ素焼結体を製造した。
The obtained green body was heated to 1550 ° C. and melted in a carbon crucible having an inner diameter of 60 mm and a height of 80 mm under an argon atmosphere to form a block of high-purity metallic silicon of 2 to 5 mm (Okuyama Corporation) Made: Total impurities 1
ppb or less) and held for 30 minutes to allow the molten metal silicon to permeate and fill the pores in the green body, thereby producing a silicon carbide sintered body of Comparative Example 1.

【0069】(実施例1)比較例1の炭化ケイ素焼結体
(気孔に金属シリコンを充填したグリーン体)を、アル
カリ水溶液或いは酸水溶液に浸漬した後、アルゴン雰囲
気下で1550℃まで昇温して、該気孔中の金属シリコ
ンを除去した。
Example 1 A silicon carbide sintered body (a green body in which pores were filled with metallic silicon) of Comparative Example 1 was immersed in an aqueous alkali solution or an aqueous acid solution, and then heated to 1550 ° C. in an argon atmosphere. Thus, metallic silicon in the pores was removed.

【0070】得られた気孔から金属シリコンを除去した
グリーン体を、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の塊の高純度金属シリコン(株
式会社オクヤマ製:総不純物量1ppb以下)に浸漬
し、30分保持することにより、溶融した金属シリコン
をグリーン体中の気孔に浸透させて充填し、実施例1の
炭化ケイ素焼結体を製造した。
The green body obtained by removing metallic silicon from the pores was heated to 1550 ° C. in a carbon crucible having an inner diameter of 60 mm and a height of 80 mm and heated to 1550 ° C. in an argon atmosphere to form a 2 to 5 mm lump. By immersing in pure metal silicon (manufactured by Okuyama Co., Ltd .: total impurity amount of 1 ppb or less) and holding for 30 minutes, the molten metal silicon was infiltrated into the pores in the green body and filled, and the silicon carbide fired in Example 1 was filled. A compact was produced.

【0071】<評価>得られた実施例1及び比較例1の
炭化ケイ素焼結体について、それぞれ下記評価、3点曲
げ試験、純度の測定を行った。結果を表1に示す。
<Evaluation> The obtained silicon carbide sintered bodies of Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to the following evaluation, three-point bending test, and measurement of purity. Table 1 shows the results.

【0072】(3点曲げ試験)炭化ケイ素焼結体の3点
曲げ試験は、JIS R1601に従って行った。
(Three-point bending test) The three-point bending test of the silicon carbide sintered body was performed according to JIS R1601.

【0073】(純度の測定)炭化ケイ素焼結体の純度の
測定は、ICP−質量分析装置を用いて、各不純物元素
の含有量を測定することにより行った。
(Measurement of Purity) The purity of the silicon carbide sintered body was measured by measuring the content of each impurity element using an ICP-mass spectrometer.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】表1より、本発明の炭化ケイ素焼結体の製
造方法を行うと、炭化ケイ素焼結体の純度、強度が向上
することがわかる。
Table 1 shows that the purity and strength of the silicon carbide sintered body can be improved by performing the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上により、本発明によれば、高純度、
且つ高強度な炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, high purity,
Further, it is possible to provide a method for producing a silicon carbide sintered body having high strength.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化ケイ素粉末を溶媒中に溶解、分散し
てスラリー状の炭化ケイ素混合粉体を製造する工程と、 該スラリー状の炭化ケイ素混合粉体を成形型に流し込
み、乾燥して、グリーン体を製造する工程と、 該グリーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、
溶融した金属シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリ
ーン体中の気孔に浸透させて充填する工程と、 該気孔に金属シリコンを充填したグリーン体を、アルカ
リ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬した後、加熱して、該
金属シリコンを気孔から除去する工程と、該気孔から金
属シリコンを除去したグリーン体を、真空雰囲気又は不
活性ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、
金属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充填す
る工程とを有することを特徴とする炭化ケイ素焼結体の
製造方法。
A step of dissolving and dispersing the silicon carbide powder in a solvent to produce a slurry-like silicon carbide mixed powder; pouring the slurry-like silicon carbide mixed powder into a mold, drying; A step of manufacturing a green body, the green body under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere,
A step of immersing the metal body in a molten metal silicon to fill the pores in the green body by infiltrating the metal silicon, and a step of immersing the green body filled with the metal silicon in the pores in an aqueous alkali solution or an acid solution and then heating And removing the metal silicon from the pores, and immersing the green body from which the metal silicon has been removed in a molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere,
A step of infiltrating and filling metallic silicon with pores in the green body.
【請求項2】 前記炭化ケイ素粉末が、ケイ素化合物
と、加熱により炭素を発生する有機化合物とを溶媒中で
溶解し、乾燥し、得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼
成する工程を有する製造方法により得られたものである
こと特徴とする請求項1に記載の炭化ケイ素焼結体の製
造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the silicon carbide powder comprises a step of dissolving a silicon compound and an organic compound that generates carbon by heating in a solvent, drying the powder, and firing the obtained powder in a non-oxidizing atmosphere. The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the method is obtained by a production method.
【請求項3】 前記グリーン体を、真空雰囲気又は不活
性ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、金
属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充填する
工程、及び気孔から金属シリコンを除去したグリーン体
を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融した金属
シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体中の気
孔に浸透させて充填する工程において、該グリーン体
を、1450〜1700℃で加熱して溶融した金属シリ
コン中に浸漬することを特徴とする請求項1又は2に記
載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
3. A step of immersing the green body in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with the metal silicon, and to remove the metal silicon from the pores. In the step of immersing the removed green body in molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to fill the pores in the green body by infiltrating the metal silicon, the green body is heated to 1450 to 1700 ° C. 3. The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the substrate is immersed in molten metal silicon heated by the method described in claim 1.
【請求項4】 前記グリーン体を、真空雰囲気又は不活
性ガス雰囲気下、溶融した金属シリコン中に浸漬し、金
属シリコンをグリーン体中の気孔に浸透させて充填する
工程、及び気孔から金属シリコンを除去したグリーン体
を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下、溶融した金属
シリコン中に浸漬し、金属シリコンをグリーン体中の気
孔に浸透させて充填する工程において、該金属シリコン
が、総不純物含有量が1ppb未満の高純度金属シリコ
ンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
4. A step of immersing the green body in molten metal silicon in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to infiltrate and fill the pores in the green body with the metal silicon, and to remove the metal silicon from the pores. In the step of immersing the removed green body in a molten metal silicon under a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere to fill the pores in the green body by infiltrating the metal silicon, the metal silicon has a total impurity content. Is a high-purity metallic silicon of less than 1 ppb. The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein
【請求項5】 前記気孔に金属シリコンを充填したグリ
ーン体を、アルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬した
後、加熱して、該金属シリコンを気孔から除去する工程
において、該グリーン体を、1450〜1700℃で加
熱することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
5. A step of immersing the green body in which the pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution, and then heating the green body to remove the metallic silicon from the pores. The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating is performed at 1700 ° C.
【請求項6】 前記気孔に金属シリコンを充填したグリ
ーン体を、アルカリ水溶液或いは酸水溶液中に浸漬した
後、加熱して、該金属シリコンを気孔から除去する工程
において、該グリーン体を、真空雰囲気又は不活性ガス
雰囲気下で加熱することを特徴とする請求項1〜5のい
ずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
6. A step of immersing the green body in which the pores are filled with metallic silicon in an alkaline aqueous solution or an acid aqueous solution, and then heating the green body to remove the metallic silicon from the pores. The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein heating is performed in an inert gas atmosphere.
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