JP2004018322A - シリコン／炭化ケイ素複合材料及びその製造方法 - Google Patents

シリコン／炭化ケイ素複合材料及びその製造方法 Download PDF

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    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/365—Silicon carbide

Abstract

【課題】強度、靭性等の機械的特性や耐久性の改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合材料を提供すること。
【解決手段】炭化ケイ素結晶粒の隙間にシリコンがネットワーク状に連続して存在することを特徴とする。
このシリコン／炭化ケイ素複合材料は、平均粒径０．１μｍから１０μｍ炭化ケイ素と平均粒径０．００５μｍから１μｍのカーボン粉末との混合粉末を、所定の形状の成形体に加圧成形し、この成形体をシリコンの融点以上の温度に加熱して、溶融したシリコンを含浸させることにより製造される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度、靭性などの機械的特性が改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合材料に係り、特に、半導体製造治具、半導体関連部品、摺動部品、高温用構造部品、ミラー部品、ポンプ部品等の用途に適したシリコン／炭化ケイ素複合材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミックス材料は、金属材料に比べて、強度及び靭性等の機械的特性が低いため、信頼性と耐久性の面で問題がある。このようなセラミックス材料を、高信頼性と高耐久性が要求される部品や製品へ適用できるようにするため、高強度化や高靭性化されたセラミックス材料が求められている。このような高強度化、高靭性化されたセラミックス材料としては、炭化ケイ素セラミックスや金属基複合材料（ＭＭＣ：Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が検討されているが、特に半導体製造治具、半導体関連部品、摺動部品、高温用構造部品、ミラー部品、ポンプ部品等の用途に適した機械的特性や耐久性に優れたセラミックス材料の開発が要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既存の炭化ケイ素セラミックスやＭＭＣ材料はいずれも機械的特性や耐久性が十分なものではなく、このため必要な機械的特性や耐久性を持たせるには、部品形状が大きなくなってコスト高になるという問題があった。
【０００４】
特に、近年の傾向として機器及びシステム全体のコンパクト化が求められており、この点からも、より一層機械的特性や耐久性に優れた炭化ケイ素セラミックスやＭＭＣ材料の開発が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる従来の課題を解決すべくなされたもので、強度、靭性等の機械的特性や耐久性の改善された、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題が解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素結晶粒の隙間にシリコンがネットワーク状に連続して存在することを特徴としている。
【０００７】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素結晶の隙間を、シリコンがネットワーク状に連続して存在する気孔のない緻密質の焼結体である。典型的な本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度５００ＭＰａ以上で、３ＭＰａ／ｍ１／２　以上の破壊靭性値を有し、機械的特性のバラツキが小さく、高い信頼性と耐久性を有している。
【０００８】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、好ましくは、シリコン／炭化ケイ素複合材料を構成する炭化ケイ素が通常２種類の結晶粒径分布を有している。より高い機械的特性をもつシリコン／炭化ケイ素複合材料を得るためには、結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が、０．１μｍから１０μｍ、好ましくは０．１μｍから５μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０１μｍから１μｍであることが望ましい。結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素結晶粒は、通常、出発原料の炭化ケイ素であり、製造過程において殆ど結晶成長が認められない。結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素、すなわち出発原料の炭化ケイ素の平均粒径が０．０５μｍ未満、通常は０．１μｍ未満であると製造プロセスにおいて粒子が凝集しやすくなり、均質な組織が容易に得られにくくなる傾向が見られる。また、結晶粒径分布の大きい方の炭化ケイ素の平均粒径が３０μｍ、通常は２０μｍを越えると、他の条件によっては１０μｍを越えると機械的特性である強度、靭性が十分に発現しない傾向が見られる。小さい方の炭化ケイ素は、一般に、製造過程において、出発原料のカーボン粉末とシリコンとが反応して形成されたものである。
【０００９】
カーボン粉末は、通常、出発原料の炭化ケイ素に付着した状態で原料混合物中に分散しているため、平均粒径の小さい方の炭化ケイ素は、平均粒径の大きい炭化ケイ素の付近から成長し、平均粒径の大きい炭化ケイ素に接触したような状態でシリコン／炭化ケイ素複合材料中に存在する。
【００１０】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料を構成する炭化ケイ素は、通常、１種類または２種類の結晶相を有している。炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有する場合には、通常、大きい方の炭化ケイ素の結晶相がα相またはβ相であり、小さい方の炭化ケイ素の結晶相がβ相である。その理由は、出発原料の炭化ケイ素はα相とβ相とのものがあるのに対して、カーボン粉末と溶融シリコンとの反応ではβ相の炭化ケイ素しか生成しないためである。本発明においては、このカーボン粉末と溶融シリコンとの反応により生成したβ相の炭化ケイ素の存在より、気孔のない均質な焼結体が得られ、機械的特性にバラツキの小さい、高い信頼性と耐久性を有する材料が得られる。
【００１１】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料においてネットワークを形成しているシリコンの含有量は、通常、５重量％から５０重量％であり、好ましくは５重量％から３０重量％である。シリコンの含有量が５０重量％を超えると十分な機械的特性が得られない傾向が見られ、逆にシリコンの含有量が５重量％未満であると、シリコンがネットワークを形成できない可能性が高くなり、製造プロセス上、均質な組織の材料が得にくくなる。なお、前述した範囲内においては、分散粒子の含有量が多いほど、機械的特性である強度および靭性が向上する傾向が見られ、より高い信頼性と耐久性を有する材料が得られる。
【００１２】
また、本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料において、ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた細孔の比表面積は、好ましくは０．１平方ｍ／ｇから１０平方ｍ／ｇであり、より好ましくは０．１平方ｍ／ｇから６平方ｍ／ｇである。ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた細孔の比表面積は、シリコンと炭化ケイ素間の粒界面積に相当する。上記範囲内にシリコンと炭化ケイ素の粒界面積を調整した場合、シリコンが炭化ケイ素結晶粒の隙間に満遍なく充填され、したがって、カーボン粉末と溶融シリコンの反応も均一に行われて、機械的特性にすぐれた、高い信頼性と耐久性をもつ材料が得られる。
【００１３】
さらにまた、本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料において、ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた平均細孔径は、好ましくは０．０３μｍから３μｍ、より好ましくは０．０３μｍから２μｍである。この平均細孔径が、３μｍを超えると、曲げ強度が５００ＭＰａを下回るものが発現するようになり、逆に、平均細孔径が０．０３μｍを下回ると、製造プロセス上、シリコンをネットワーク状に連続して存在させることが難しくなって、機械的特性のバラツキが見られるようになる。
【００１４】
なお、このシリコンを除去して求めた平均細孔径は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を、減圧下１６００℃で加熱して含有するシリコンを除去し、水銀圧入法を用いて細孔を円柱と仮定したときの径を求めたものである。この平均細孔径は炭化ケイ素粒子間の平均距離に相当する。
【００１５】
このシリコンを除去して求めた平均細孔径が３μｍ以下である場合、炭化ケイ素が均質分散され、安定して高強度・高靭性を示す材料が得られる。
【００１６】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体に、溶かしたシリコンを溶浸することにより製造される。
【００１７】
上記の炭化ケイ素としては、平均粒径０．１μｍから１５μｍ、好ましくは０．１μｍから１０μｍ、より好ましくは平均粒径０．１μｍから５μｍの範囲のものである。また、カーボン粉末として平均粒径０．０１μｍから１μｍのものが好ましい。
【００１８】
炭化ケイ素とカーボンの配合比は、重量比で１０：１〜１０（１０：１〜１０：１０）が好ましく、１０：３〜５（１０：１〜１０：５）の範囲がより好ましい。１０：３〜５の範囲に入る場合、製造プロセス上大きな形状のものまで、安定して高強度、高靭性を示す材料が得られる。
【００１９】
炭化ケイ素とカーボンには、必要に応じて公知の有機バインダの適当量を添加してもよい。
【００２０】
成形体は、炭化ケイ素とカーボンの混合粉末をそのまま加圧成形したり、水または有機系溶媒に分散して加圧成形した後乾燥することにより得られる。
【００２１】
加圧成形の場合の成形圧力は、０．５ＭＰａから２ＭＰａの範囲が望ましく、水又は有機系溶媒に分散させた場合の成形圧力は、０．５ＭＰａから１０ＭＰａの範囲が好ましい。
【００２２】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体の組成と、成形体の密度を調整することによって、上述した構造をもたせることが可能となる。
【００２３】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、例えば、平均粒径０．１μｍから１０μｍ炭化ケイ素と平均粒径０．００５μｍから１μｍのカーボン粉末との混合粉末を、所定の形状の成形体に加圧成形する工程と、前記成形体をシリコンの融点以上の温度に加熱する工程と、前記シリコンの融点以上の温度に加熱されている前記成形体に溶融したシリコンを含浸させる工程とからなる方法により製造される。上記の炭化ケイ素とカーボンの混合比率は、重量比で１０：１〜１０であることが望ましい。成形体は、例えば炭化ケイ素とカーボン粉末との混合粉末を分散媒に分散させたスラリーを０．５ＭＰａから１０ＭＰａの加圧下で鋳込み成形することができる。また、成形体は、炭化ケイ素とカーボン粉末との混合粉末を０．５ＭＰａから２ＭＰの加圧下でプレス成形やＣＩＰ成形などの加圧成形することによっても成形することができる。成形体へのシリコンの含浸は、必要に応じて成形体を脱脂した後、減圧下又は不活性雰囲気下で成形体をシリコンの融点以上、例えば１４００℃以上に加熱し、この加熱した成形体に溶融したシリコンを含浸させることにより行われる。成形体の大きさにもよるが、溶融シリコンの成形体への含浸は迅速に（秒の単位）行われ、次いで溶融シリコンとカーボン粉末との反応も迅速に（分の単位）で行われる。なお、炭化ケイ素のみからなる成形体にシリコンを溶浸したのでは、上記のような優れた機械的特性を持つシリコン／炭化ケイ素複合材料は得られない。本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体中に溶融したシリコンを含浸させ、成形体中のカーボンと含浸したシリコンを反応させて、出発原料の炭化ケイ素の表面にこれとは別の平均粒径の小さい炭化ケイ素を形成させたものである。このように、出発原料の炭化ケイ素の粒子間に、溶融シリコンとカーボン粉末との反応により形成された炭化ケイ素とシリコン相とを存在させることによって、優れた機械的特性と、高い信頼性と耐久性を有するシリコン／炭化ケイ素複合材料が得られる。上記の方法では、炭化ケイ素とカーボンからなる成形体を加圧成形したのちにシリコンを溶浸するため、緻密な材料が得られ、溶浸・焼結時に材料の収縮がない。また、ネットあるいはニヤネットで大型かつ複雑形状の製品を、短時間・低コストプロセスで製作することができる。
【００２４】
本発明に係るシリコン／炭化ケイ素複合材料は、半導体製造治具、半導体関連部品（ヒートシンク、ダミーウエハ）、ガスタービン高温構造部材、宇宙及び航空用構造部材、メカニカルシール部材、ブレーキ用部材、摺動部品、ミラー部品、ポンプ部品等に適用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を製造する過程を模式的に示す拡大断面図、図２は本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料の組織を模式的に示す拡大断面図である。
【００２６】
本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料１は、図１に示すように、炭化ケイ素３とカーボン粉末４を加圧下に所定の形状に成形してなる成形体２を高温に加熱し、この高温の成形体２に溶融したシリコン５を含浸させて製作される。
【００２７】
成形体中のカーボン粉末４は、高温下で溶融シリコン５と接触して反応し、出発原料の炭化ケイ素３より平均粒径の小さい炭化ケイ素６を生成する。この反応過程で出発原料の炭化ケイ素３は殆ど粒成長をしない。このため、本発明のシリコン／炭化ケイ素複合材料は、一般に、相対的に平均粒径の大きい出発原料の炭化ケイ素３と、相対的に平均粒径の小さいカーボン粉末と溶融シリコンとの反応により生成した炭化ケイ素６と、これら炭化ケイ素３，６の間隙にマトリックス状に充填された遊離シリコン７とから構成されている。
【００２８】
［実施例１］
平均粒径０．５μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．０３μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／４の混合比率（重量）で混合し、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に７ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の板状の成形体を作製した。この成形体を自然乾燥した後、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、この成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００２９】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度から求めたシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出して求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００３０】
実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．５ｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０５ｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はα相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量は１８重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が４平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径は０．０８μｍであった。
【００３１】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法（インデンテーション・フラクチャー法、圧子圧入法）を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度１２００ＭＰａ、破壊靭性値３．６ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００３２】
［実施例２］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．０７μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／５の混合比率（重量）で混合し、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に５ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の成形体を作製した。この成形体を自然乾燥し、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持して、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例２に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００３３】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法、及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００３４】
実施例２に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が１μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．１μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はα相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が１２重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が１平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径は０．１μｍであった。
【００３５】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例２に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度１０００ＭＰａ、破壊靭性値３．８ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００３６】
［実施例３］
平均粒径５μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．３μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／３の混合比率（重量）で混合して、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に３ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の成形体を作製した。この成形体を不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、この成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例３に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００３７】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出して求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００３８】
実施例３に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が５μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．５μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はα相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が９重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が単位重量あたり、０．２平方ｍであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が１．０μｍであった。
【００３９】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法（インデンテーション・フラクチャー法、圧子圧入法）を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例３に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度８００ＭＰａ、破壊靭性値３．７ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００４０】
［実施例４］
平均粒径０．２μｍの炭化ケイ素粉末（β−ＳｉＣ）と平均粒径０．０１μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／２の混合比率（重量）で混合して造粒粉末を作製した。次に、成形機を用いて、上記粉末を成形型に充填し、２ＭＰａの圧力で加圧して、所定の成形体密度の成形体を作製した。この成形体を、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例４に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００４１】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法、及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００４２】
実施例４に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．２μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０２μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相もβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が３６重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が２平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が０．８μｍである。
【００４３】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例４に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度９００ＭＰａ、破壊靭性値３．２ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００４４】
［実施例５］
平均粒径５μｍの炭化ケイ素粉末（β−ＳｉＣ）と平均粒径０．５μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／３の混合比率（重量）で混合して造粒粉末を作製した。次に、プレス成形機を用いて、上記粉末を成形型に充填し、１ＭＰａの圧力で加圧して、所定の成形体密度の成形体を作製した。不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例５に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００４５】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法、及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００４６】
実施例５に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が８μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．８μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相もβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が２４重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が０．３平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が１．５μｍである。
【００４７】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例５に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度７００ＭＰａ、破壊靭性値３．４ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００４８】
［実施例６］
平均粒径０．０８μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．００１μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／４の混合比率（重量）で混合し、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。
【００４９】
次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に２ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の成形体を作製した。自然乾燥した後、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例６に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００５０】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００５１】
実施例６に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０８μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均決勝粒径が０．０２μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相は、α相、小さい方の炭化ケイ素の結晶層はβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が１９重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が１５平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が２μｍである。
【００５２】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例６に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度６００ＭＰａ、破壊靭性値２．４ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００５３】
［実施例７］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．７μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／５の混合比率（重量）で混合し、溶媒中に分散して低粘度のスラリーを作製した。
【００５４】
次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に４ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の成形体を作製した。自然乾燥した後、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例７に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００５５】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を実施した。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００５６】
実施例７に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素の結晶粒径分布は１種類であり、炭化ケイ素の平均結晶粒径が１μｍ、炭化ケイ素は２種類の結晶相、α相とβ相を有していることがわかった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が１４重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が０．２平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が３μｍである。
【００５７】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で実施した。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例７に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度５００ＭＰａ、破壊靭性値２．６ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００５８】
［実施例８］
平均粒径５μｍの炭化ケイ素粉末（β−ＳｉＣ）と平均粒径２μｍのカーボン粉末（黒鉛粉末）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／８の混合比率（重量）で混合して造粒粉末を作製した。次に、プレス成形機を用いて、上記粉末を成形型に充填し、２ＭＰａの圧力で加圧して、所定の成形体密度の成形体を作製した。不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例８に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００５９】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を実施した。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００６０】
実施例８に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が５μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が３μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相もβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が８重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が単位重量あたり、０．２平方ｍであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が５μｍである。
【００６１】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で実施した。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例８に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度４００ＭＰａ、破壊靭性値３．０ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００６２】
［実施例９］
平均粒径０．０５μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．３μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／１０の混合比率（重量）で混合した粉末により成形体を加圧形成し、これを不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、成形助剤を脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例９に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００６３】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を実施した。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００６４】
実施例９に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．５μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０５μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はα相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が１７重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が０．０４平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が３μｍである。
【００６５】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で実施した。次に、ＩＦ法（インデンテーション・フラクチャー法、圧子圧入法）を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例９に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度５００ＭＰａ、破壊靭性値２．４ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００６６】
［実施例１０］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（β−ＳｉＣ）と平均粒径０．０７μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／１０の混合比率で混合し、溶媒中に分散して低粘度スラリーを作製した。次に、圧力鋳込み成形機を用いて、上記スラリーを成形型に４ＭＰａで加圧しながら充填し、所定の成形体密度の成形体を作製した。不活性ガス雰囲気中５００〜８００℃の温度で加熱・保持し、成形助剤を脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例１０に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００６７】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を実施した。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００６８】
実施例１０に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が１μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．１μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相もβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が４重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が単位重量あたり、０．２平方ｍであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が０．１μｍである。
【００６９】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で実施した。次に、ＩＦ法を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例１０に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度３５０ＭＰａ、破壊靭性値３．２ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００７０】
［実施例１１］
平均粒径１μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．０７μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／１の混合比率（重量）で混合して造粒粉末を作製した。次に、プレス成形機を用いて、上記粉末を成形型に充填し、０．５ＭＰａの圧力で加圧して、所定の成形体密度の成形体を作製した。不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、成形助剤を脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例１１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００７１】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を実施した。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度からシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出する方法により求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００７２】
実施例１１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が１μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．１μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はα相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量が５５重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が単位重量あたり、０．０８平方ｍであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径が５μｍである。
【００７３】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で実施した。次に、ＩＦ法（インデンテーション・フラクチャー法、圧子圧入法）を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例１１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度４００ＭＰａ、破壊靭性値２．０ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００７４】
［比較例１］
平均粒径３０μｍの炭化ケイ素粉末（α−ＳｉＣ）と平均粒径０．０７μｍのカーボン粉末（カーボンブラック）とを、所定の有機バインダとともに炭化ケイ素／カーボン粉末＝１０／１の混合比率（重量）で混合して造粒粉末を作製した。次に、プレス成形機を用いて、上記粉末を成形型に充填し、０．５ＭＰａの圧力で加圧して、所定の成形体密度の成形体を作製した。この成形体を、不活性ガス雰囲気中６００℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを脱脂した後に、減圧下または不活性ガス雰囲気中において１４００℃以上の温度に加熱し、この成形体に溶融したシリコンを含浸・焼結させた。得られた焼結体は、表面研磨加工を実施して、実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を作製した。
【００７５】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料は、鏡面仕上げ後電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、観察写真画像処理により炭化ケイ素の結晶粒径を測定し、平均粒径を算出した。また、微小領域でのＸ線回折法により炭化ケイ素の結晶相の同定を行った。材料組成比は、組織観察写真による画像処理法及び焼結体密度から求めたシリコン、炭化ケイ素の理論密度から算出して求めた。シリコンと炭化ケイ素の粒界面積は、シリコン／炭化ケイ素複合材料を減圧下１６００℃に加熱し、シリコンを除去した後、水銀圧入法により比表面積を測定し、これを粒界面積とした。また、このとき同時に測定される細孔径の平均値を、シリコンを円柱と見なした時の平均径とした。
【００７６】
実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、炭化ケイ素が２種類の結晶粒径分布を有しており、大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が３０μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．１μｍであり、大きい方の炭化ケイ素の結晶相はα相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相はβ相であった。また、ネットワークを形成しているシリコンの含有量は４５重量％であり、シリコンと炭化ケイ素の粒界面積が０．０１平方ｍ／ｇであり、シリコンを円柱と見なしたときの平均径は１０μｍであった。
【００７７】
得られたシリコン／炭化ケイ素複合材料から、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍの曲げ試験片を加工し、スパン３０ｍｍ、ヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を室温で行った。次に、ＩＦ法（インデンテーション・フラクチャー法、圧子圧入法）を用いて、シリコン／炭化ケイ素複合材料の破壊靭性値を測定した。実施例１に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料は、曲げ強度２００ＭＰａ、破壊靭性値１．６ＭＰａ／ｍ１／２　であった。
【００７８】
表１に、実施例１乃至実施例１１及び比較例１のシリコン／炭化ケイ素複合材料の組織と機械的特性をまとめて示す。
【００７９】
【表１】
Figure 2004018322
【００８０】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明に係るシリコン／炭化ケイ素複合材料は、原料の炭化ケイ素結晶粒の隙間に、カーボン粉末と溶融シリコンとの反応によって生成した炭化ケイ素が存在し、かつこれらの炭化ケイ素のシリコンがネットワーク状に連続して存在するため、優れた曲げ強度を有し、高い信頼性と耐久性が要求される用途に好適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料を製造する過程を模式的に示す拡大断面図である。
【図２】本発明に係わるシリコン／炭化ケイ素複合材料の組織を模式的に示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１……シリコン／炭化ケイ素複合材料、２……炭化ケイ素とカーボン粉末からなる成形体、３……出発原料の炭化ケイ素、４……カーボン粉末、５……溶融したシリコン、６……カーボン粉末と溶融シリコンの反応により生成した炭化ケイ素、７……遊離シリコン。

Claims (14)

  1. 炭化ケイ素結晶粒の隙間にシリコンがネットワーク状に連続して存在することを特徴とするシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  2. 炭化ケイ素が２つの結晶粒径分布を有することを特徴とする請求項１記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  3. 大きい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．１μｍから１０μｍ、小さい方の炭化ケイ素の平均結晶粒径が０．０１μｍから２μｍであることを特徴とする請求項２記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  4. 炭化ケイ素が１種類または２種類の結晶相を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  5. 大きい方の炭化ケイ素の結晶相がα相またはβ相、小さい方の炭化ケイ素の結晶相がβ相であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  6. ネットワークを形成しているシリコンの含有量が５重量％から５０重量％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  7. ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた細孔の平均比表面積が０．１平方ｍ／ｇから１０平方ｍ／ｇであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  8. ネットワークを形成しているシリコンを除去して求めた平均細孔径が０．０３μｍから３μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  9. 曲げ強度が５００ＭＰａ以上である請求項１乃至８のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料。
  10. 平均粒径０．１μｍから１０μｍ炭化ケイ素と平均粒径０．００５μｍから１μｍのカーボン粉末との混合粉末を、所定の形状の成形体に加圧成形する工程と、
    前記成形体をシリコンの融点以上の温度に加熱する工程と、
    前記シリコンの融点以上の温度に加熱されている前記成形体に溶融したシリコンを含浸させる工程と
    を有することを特徴とするシリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法。
  11. 炭化ケイ素とカーボンの混合比率が、重量比で１０：１〜１０であることを特徴とする請求項１０記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法。
  12. 成形体の成形が、前記混合粉末を分散媒に分散させたスラリーを０．５ＭＰａから１０ＭＰａの加圧下で鋳込み成形により行われることを特徴とする請求項１０又は１１記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法。
  13. 成形体の成形が、前記混合粉末を０．５ＭＰａから２ＭＰの加圧下で加圧成形により行われることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法。
  14. 成形体へのシリコンの含浸が、１４００℃以上で、減圧下又は不活性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項記載のシリコン／炭化ケイ素複合材料の製造方法。
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