JP2008074667A - Silicon carbide sintered compact sheet and method of manufacturing the same - Google Patents

Silicon carbide sintered compact sheet and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2008074667A JP2006255751A JP2006255751A JP2008074667A JP 2008074667 A JP2008074667 A JP 2008074667A JP 2006255751 A JP2006255751 A JP 2006255751A JP 2006255751 A JP2006255751 A JP 2006255751A JP 2008074667 A JP2008074667 A JP 2008074667A
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Keiichi Sugimoto
敬一 杉本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high purity silicon carbide sintered compact sheet low in temperature dependency of resistance, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the silicon carbide sintered compact sheet includes a step for obtaining a slurry like powdery mixture containing silicon carbide powder and a non-metallic sintering aid, a step for forming a sheet like tentative formed body from silicon carbide slurry using a tape casting method and a step for obtaining the silicon carbide sintered compact sheet by sintering the sheet like tentative formed body by a hot press in a state of being held between carbon made spacers. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化ケイ素焼結体及びその製造方法、さらに詳しくは炭化ケイ素焼結体シート及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide sintered body and a method for producing the same, and more particularly to a silicon carbide sintered body sheet and a method for producing the same.

炭化ケイ素焼結体から構成されたヒータは、使用可能雰囲気が制限されずしかも急速昇温・降温特性に優れているため、半導体ウェハの各種熱処理用ヒータとして提案されている。かかるヒータの一態様としてシート状の炭化ケイ素焼結体ヒータが提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。   A heater composed of a silicon carbide sintered body has been proposed as a heater for various heat treatments of a semiconductor wafer because the usable atmosphere is not limited and is excellent in rapid temperature rise / fall characteristics. As one embodiment of such a heater, a sheet-like silicon carbide sintered body heater has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1は、炭化ケイ素、炭素粉末及びバインダーを水に加えポットミルで混合してスラリーを得る工程と、テープキャスティング法にてグリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成して多孔体シートを得る工程と、反応焼結法を用いて多孔体シートを炭化ケイ素質シートヒータに形成する工程と、を含む方法を開示している。
しかしながら、特許文献1にかかる炭化ケイ素シートヒータはケイ素(Si)含浸によるSiが過剰であるため、抵抗の温度依存性が高くなることからヒータには不向きである。
Patent Document 1 discloses a step of adding silicon carbide, carbon powder and a binder to water and mixing with a pot mill to obtain a slurry; a step of forming a green sheet by a tape casting method; And a method of forming a porous sheet on a silicon carbide sheet heater using a reactive sintering method.
However, the silicon carbide sheet heater according to Patent Document 1 is unsuitable for the heater because the temperature dependence of the resistance is high because Si is excessive due to silicon (Si) impregnation.

一方、特許文献2は、炭化ケイ素粉末に焼結助剤、有機バインダー、可塑剤を混合したスラリーからテープキャスティング法によりグリーンシートを形成し、グリーンシートを脱脂・焼成することにより炭化ケイ素焼結体シートを製造する方法を開示している。
しかしながら、特許文献2にかかる炭化ケイ素焼結体シートは、焼結助剤として金属系焼結助剤が用いられているため、半導体製造装置など不純物の嫌われる環境下で使うことは困難であった。また金属系助剤を添加していることにより、焼成の際にシートに反りが発生して表面形状が均一な炭化ケイ素焼結体シートを作製することは困難であった。
On the other hand, Patent Document 2 discloses a silicon carbide sintered body in which a green sheet is formed by a tape casting method from a slurry in which a silicon carbide powder is mixed with a sintering aid, an organic binder, and a plasticizer, and the green sheet is degreased and fired. A method of manufacturing a sheet is disclosed.
However, since the silicon carbide sintered body sheet according to Patent Document 2 uses a metal-based sintering aid as a sintering aid, it is difficult to use it in an environment where impurities are hated such as a semiconductor manufacturing apparatus. It was. In addition, by adding a metal-based auxiliary, it is difficult to produce a silicon carbide sintered body sheet having a uniform surface shape due to warpage of the sheet during firing.

特開2000−313669号公報JP 2000-313669 A 特開10−297971号公報JP 10-297971 A

以上より、抵抗の温度依存性が低く高純度な炭化ケイ素焼結体シート及びその製造方法が求められていた。   From the above, there has been a demand for a highly pure silicon carbide sintered body sheet having a low resistance temperature dependency and a method for producing the same.

即ち、本発明は以下の記載事項に関する。
(1)炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含むスラリー状混合粉体を得る工程と、テープキャスティング法を用いて前記炭化ケイ素スラリーからシート状仮成形品を形成する工程と、シート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結して炭化ケイ素焼結体シートを得る工程と、を含む炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(2)さらに、炭化ケイ素焼結体シート及び前記炭素製スペーサーの複合物を酸化雰囲気下で加熱して前記炭素製スペーサーを焼失させる工程を含む上記(1)記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(3)非金属系焼結助剤はフェノール樹脂である上記(1)又は(2)に記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(4)可塑剤はジオクチルフタレートである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(5)炭化ケイ素スラリーは、さらに結合剤としてポリビニルブチラールを含む上記(1)〜(4)のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(6)複数枚積層させたシート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結して炭化ケイ素焼結体シートを得る上記(1)〜(5)のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(7)スラリーはさらに結合剤を含む前記(1)〜(6)のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(8)スラリーはさらに可塑剤を含む前記(1)〜(7)のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
(9)厚みが240μm以下、かさ密度が3.15g/cm以上である炭化ケイ素焼結体シート。
That is, the present invention relates to the following description items.
(1) A step of obtaining a slurry-like mixed powder containing silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid, a step of forming a sheet-like temporary molded product from the silicon carbide slurry using a tape casting method, and a sheet-like shape And a step of obtaining a silicon carbide sintered body sheet by hot press sintering in a state where the temporary molded product is sandwiched between carbon spacers.
(2) The silicon carbide sintered body sheet according to (1), further comprising a step of heating a composite of the silicon carbide sintered body sheet and the carbon spacer in an oxidizing atmosphere to burn out the carbon spacer. Production method.
(3) The method for producing a silicon carbide sintered body sheet according to (1) or (2), wherein the nonmetallic sintering aid is a phenol resin.
(4) The method for producing a sintered silicon carbide sheet according to any one of (1) to (3), wherein the plasticizer is dioctyl phthalate.
(5) The method for producing a silicon carbide sintered body sheet according to any one of (1) to (4), wherein the silicon carbide slurry further contains polyvinyl butyral as a binder.
(6) The silicon carbide sintered body sheet according to any one of the above (1) to (5), wherein a plurality of laminated sheet-like temporary molded articles are hot-press sintered in a state of being sandwiched between carbon spacers to obtain a silicon carbide sintered body sheet A method for producing a sintered silicon carbide sheet.
(7) The method for producing a silicon carbide sintered body sheet according to any one of (1) to (6), wherein the slurry further contains a binder.
(8) The method for producing a sintered silicon carbide sheet according to any one of (1) to (7), wherein the slurry further contains a plasticizer.
(9) A silicon carbide sintered body sheet having a thickness of 240 μm or less and a bulk density of 3.15 g / cm 3 or more.

本発明によれば、抵抗の温度依存性が低く高純度な炭化ケイ素焼結体シート及びその製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature dependency of resistance is low and the highly purified silicon carbide sintered compact sheet | seat and its manufacturing method are provided.

以下に実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明が以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments.

〔炭化ケイ素焼結体シートの製造方法に用いられる成分〕
まず、本発明の実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートの製造方法に用いられる成分について説明する。
(炭化ケイ素粉末)
炭化ケイ素粉末としては、α型、β型、非晶質あるいはこれらの混合物等が挙げられる。また、高純度の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。このβ型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型炭化ケイ素を用いることができる。炭化ケイ素粉末の粒径は、高密度の観点からは、小さいことが好ましく、具体的には0.01μm〜10μm程度、さらに好ましくは0.05μm〜5μm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やすく、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。
[Components used in the method for producing a silicon carbide sintered sheet]
First, the component used for the manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet concerning embodiment of this invention is demonstrated.
(Silicon carbide powder)
Examples of the silicon carbide powder include α-type, β-type, amorphous, and mixtures thereof. In order to obtain a high-purity silicon carbide sintered body, it is preferable to use a high-purity silicon carbide powder as the raw material silicon carbide powder. The grade of the β-type silicon carbide powder is not particularly limited, and for example, commercially available β-type silicon carbide can be used. The particle size of the silicon carbide powder is preferably small from the viewpoint of high density, specifically about 0.01 μm to 10 μm, more preferably 0.05 μm to 5 μm. If the particle size is less than 0.01 μm, handling in processing steps such as weighing 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, and high This is not preferable because it is difficult to increase the density.

ここで「粒径」とは走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した写真から任意に選んだ200個の炭化ケイ素微粒子について個々の粒子の粒径を測定したときの炭化ケイ素微粒子の平均粒径をいうものとする。炭化ケイ素粉末の粒径は、得られた炭化ケイ素粉末をジェットミルで粉砕することにより例えば1μmから20μmの粉体に作製することができる。   Here, “particle size” means the average particle size of silicon carbide fine particles when the particle size of individual particles is measured for 200 silicon carbide fine particles arbitrarily selected from a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM). It shall be said. The particle size of the silicon carbide powder can be made into a powder of 1 μm to 20 μm, for example, by pulverizing the obtained silicon carbide powder with a jet mill.

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、重合又は架橋触媒と、を溶媒中で溶解し、乾燥した後に得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼成する工程により得ることができる。   The high-purity silicon carbide powder includes, for example, a silicon source containing at least one silicon compound, a carbon source containing an organic compound that generates carbon by heating at least one kind, and a polymerization or crosslinking catalyst. It can be obtained by a step of firing in a non-oxidizing atmosphere the powder obtained after being dissolved in and dried.

ケイ素化合物を含むケイ素源(以下、「ケイ素源」という。)としては、液状のものと固体のものとを併用することができるが、少なくとも1種は液状のものから選ばれなくてはならない。液状のものとしては、アルコキシシラン(モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−)及びテトラアルコキシシランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中ではテトラアルコキシシランが好適に用いられ、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挙げられるが、ハンドリングの点からは、エトキシシランが好ましい。また、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)及びさらに重合度が高いケイ酸ポリマーで液状のものが挙げられる。これらと併用可能な固体状のものとしては、酸化ケイ素が挙げられる。上記反応焼結法において酸化ケイ素とは、SiOの他、シリカゲル(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)、二酸化ケイ素(シリカゲル、微細シリカ、石英粉末)等を含む。これらケイ素源は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。   As a silicon source containing a silicon compound (hereinafter referred to as “silicon source”), a liquid source and a solid source can be used in combination, but at least one of them must be selected from a liquid source. As the liquid, a polymer of alkoxysilane (mono-, di-, tri-, tetra-) and tetraalkoxysilane is used. Among alkoxysilanes, tetraalkoxysilane is preferably used, and specific examples include methoxysilane, ethoxysilane, propoxysilane, butoxysilane, and the like. From the viewpoint of handling, ethoxysilane is preferable. Examples of the tetraalkoxysilane polymer include a low molecular weight polymer (oligomer) having a degree of polymerization of about 2 to 15 and a silicate polymer having a higher degree of polymerization, which are liquid. Examples of solid materials that can be used in combination with these include silicon oxide. In the above reaction sintering method, silicon oxide includes silica gel (colloidal ultrafine silica-containing liquid, containing OH group or alkoxyl group inside), silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder), etc. in addition to SiO. . These silicon sources may be used alone or in combination of two or more.

これらケイ素源の中でも、均質性やハンドリング性が良好な観点から、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である。また、これらのケイ素源は高純度の物質が用いられ、初期の不純物含有量が20ppm以下であることが好ましく、5ppm以下であることがさらに好ましい。
炭素源として用いられる物質は、酸素を分子内に含有し、加熱により炭素を残留する高純度有機化合物であることが好ましい。具体的には、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等の各種糖類が挙げられる。これらはケイ素源と均質に混合するという目的から、常温で液状のもの、溶媒に溶解するもの、熱可塑性あるいは熱融解性のように加熱することにより軟化するものあるいは液状となるものが主に用いられる。なかでも、レゾール型フェノール樹脂やノボラック型フェノール樹脂が好適である。特に、レゾール型フェノール樹脂が好適に使用される。
Among these silicon sources, from the viewpoint of good homogeneity and handling properties, an oligomer of tetraethoxysilane, a mixture of an oligomer of tetraethoxysilane and fine powder silica, and the like are preferable. These silicon sources are high-purity substances, and the initial impurity content is preferably 20 ppm or less, more preferably 5 ppm or less.
The substance used as the carbon source is preferably a high-purity organic compound that contains oxygen in the molecule and remains carbon by heating. Specific examples include various sugars such as phenol resin, furan resin, epoxy resin, phenoxy resin, monosaccharides such as glucose, oligosaccharides such as sucrose, polysaccharides such as cellulose and starch. For the purpose of homogeneously mixing with the silicon source, these are mainly used in liquid form at room temperature, those that dissolve in a solvent, those that soften or become liquid when heated, such as thermoplasticity or heat melting properties. It is done. Of these, resol type phenol resins and novolac type phenol resins are preferred. In particular, a resol type phenol resin is preferably used.

高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられる重合及び架橋触媒としては、炭素源に応じて適宜選択でき、炭素源がフェノール樹脂やフラン樹脂の場合、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好適に用いられる。   The polymerization and crosslinking catalyst used in the production of high-purity silicon carbide powder can be appropriately selected according to the carbon source. When the carbon source is a phenol resin or a furan resin, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid And acids such as sulfuric acid. Among these, toluenesulfonic acid is preferably used.

以上より、特に高純度の炭化ケイ素粉末を得る方法としては、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が挙げられる。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、上記温度の保持中に、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;を含み、上記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高純度炭化ケイ素粉末の製造方法等を利用することができる。こ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、分級により上記粒度に適合するように処理することが好ましい。   From the above, as a method for obtaining particularly high purity silicon carbide powder, the raw material powder production method described in the method for producing a single crystal in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48605 previously filed by the applicant of the present application can be mentioned. That is, one or more selected from high-purity tetraalkoxysilane and tetraalkoxysilane polymer is used as a silicon source, and a high-purity organic compound that generates carbon by heating is used as a carbon source. A silicon carbide production step for obtaining a silicon carbide powder by heating and firing the obtained mixture in a non-oxidizing atmosphere; and maintaining the obtained silicon carbide powder at a temperature of 1700 ° C. or higher and lower than 2000 ° C. A post-treatment step of performing at least one heat treatment at a temperature of 2000 ° C. to 2100 ° C. for 5 to 20 minutes, and the content of each impurity element is 0.5 ppm or less by performing the above two steps. A method for producing a high-purity silicon carbide powder for obtaining a silicon carbide powder can be used. Since the silicon carbide powder obtained in this manner is non-uniform in size, it is preferable to treat the silicon carbide powder so as to meet the above particle size by pulverization and classification.

炭化ケイ素粉末を製造する工程において窒素を導入する場合は、まずケイ素源と、炭素源と、窒素源からなる有機物質と、重合又は架橋触媒と、を均質に混合するが、上記如く、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又は架橋触媒とを、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ことが好ましい。また炭化ケイ素粉末を製造する際に窒素雰囲気中で焼成して窒素を多く固溶させることが好ましい。炭化ケイ素微粉末は、窒素含有量が0.1体積%以上のβ型炭化ケイ素粉体が都合がよい。炭化ケイ素焼結体に放電加工を行えることになり加工性が向上するからである。   In the case of introducing nitrogen in the process of producing silicon carbide powder, first, a silicon source, a carbon source, an organic substance composed of a nitrogen source, and a polymerization or crosslinking catalyst are homogeneously mixed. When dissolving an organic substance composed of a carbon source such as hexamethylenetetramine and a polymerization or crosslinking catalyst such as toluenesulfonic acid in a solvent such as ethanol, a silicon source such as an oligomer of tetraethoxysilane And thoroughly mixed. Moreover, when manufacturing silicon carbide powder, it is preferable to calcinate in a nitrogen atmosphere to dissolve a large amount of nitrogen. The silicon carbide fine powder is conveniently a β-type silicon carbide powder having a nitrogen content of 0.1% by volume or more. This is because electric discharge machining can be performed on the silicon carbide sintered body and the workability is improved.

次に非金属系焼結助剤について説明する。本実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体は、遊離炭素2〜10重量%のものである。この遊離炭素は、非金属系焼結助剤に用いられる有機材料に起因するものであり、非金属系焼結助剤の添加量等の添加条件を調整することにより遊離炭素量を前述の範囲にすることができる。   Next, the nonmetallic sintering aid will be described. The silicon carbide sintered body according to this embodiment has a free carbon content of 2 to 10% by weight. This free carbon is attributed to the organic material used for the nonmetallic sintering aid, and the amount of free carbon is adjusted to the above-mentioned range by adjusting the addition conditions such as the addition amount of the nonmetallic sintering aid. Can be.

非金属系焼結助剤としては、前述したように遊離炭素源となり得る、即ち加熱により炭素を生じる有機材料(以下「炭素源」という場合がある。)を含有するものを用いる。前述の有機材料を単独で、または前述の有機材料を炭化ケイ素粉末(粒径:約0.01〜1ミクロン)表面に被覆させたものを焼結助剤として用いてもよいが、効果の点からは、有機材料を単独で用いるのが好ましい。加熱により炭素を生成する有機材料としては、具体的には、残炭化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、フェノキシ樹脂の他、各種糖類、例えば、グルコース等の単糖類、しょ糖等の小糖類、セルロース、でんぷん等の多糖類等が挙げられる。有機材料を炭化ケイ素粉末と均質に混合するには、有機材料は常温で液状のもの、溶媒に溶解するもの、または熱可塑性、熱融解性を有する等加熱により軟化するものが好ましい。中でも、フェノール樹脂を用いると炭化ケイ素焼結体の強度が向上するので好ましく、さらにレゾール型フェノール樹脂が好ましい。これらの有機材料の作用機構は明確にはなっていないが、有機材料は加熱されると系中にカーボンブラック、グラファイトの如き無機炭素系化合物を生成する。この無機炭素系化合物が焼結助剤として有効に作用しているものと考えられる。但し、カーボンブラック等を焼結助剤として用いても、同様な効果は得られない。   As the non-metallic sintering aid, those containing an organic material that can be a free carbon source as described above, that is, carbon that is generated by heating (hereinafter sometimes referred to as “carbon source”) are used. The above-mentioned organic material alone or a material obtained by coating the above-mentioned organic material on the surface of silicon carbide powder (particle size: about 0.01 to 1 micron) may be used as a sintering aid. Therefore, it is preferable to use an organic material alone. Specific examples of organic materials that generate carbon by heating include coal tar pitch, pitch tar, phenol resin, furan resin, epoxy resin, phenoxy resin, and various sugars such as glucose, which have a high residual carbonization rate. Examples thereof include small sugars such as monosaccharides and sucrose, and polysaccharides such as cellulose and starch. In order to uniformly mix the organic material with the silicon carbide powder, the organic material is preferably liquid at room temperature, dissolved in a solvent, or softened by heating such as thermoplasticity and heat melting. Among these, the use of a phenol resin is preferable because the strength of the silicon carbide sintered body is improved, and a resol type phenol resin is more preferable. Although the action mechanism of these organic materials is not clear, when the organic materials are heated, inorganic carbon compounds such as carbon black and graphite are produced in the system. It is considered that this inorganic carbon-based compound acts effectively as a sintering aid. However, the same effect cannot be obtained even if carbon black or the like is used as a sintering aid.

非金属系焼結助剤は、所望により有機溶媒に溶解し、その溶液と炭化ケイ素粉末を混合してもよい。使用する有機溶媒は、非金属系焼結助剤により異なり、例えば、焼結助剤としてフェノール樹脂を用いる場合は、エチルアルコール等の低級アルコール類、エチルエーテル、アセトン等を選択することができる。高純度の炭化ケイ素焼結体を作製する場合は、高純度の炭化ケイ素粉末を使用するのみならず、焼結助剤および有機溶媒も不純物含有量の少ないものを用いるのが好ましい。   The nonmetallic sintering aid may be dissolved in an organic solvent if desired, and the solution and silicon carbide powder may be mixed. The organic solvent to be used varies depending on the nonmetallic sintering aid. For example, when a phenol resin is used as the sintering aid, lower alcohols such as ethyl alcohol, ethyl ether, acetone, or the like can be selected. When producing a high-purity silicon carbide sintered body, it is preferable to use not only a high-purity silicon carbide powder but also a sintering aid and an organic solvent having a low impurity content.

非金属系焼結助剤の炭化ケイ素粉末に対する添加量は、炭化ケイ素焼結体の遊離炭素が2〜10重量%になるように決定する。遊離炭素がこの範囲外であると、接合処理中に進行するSiCへの化学変化、および炭化ケイ素焼結体間の接合が不十分となる。ここで、遊離炭素の含有率(重量%)は、炭化ケイ素焼結体を酸素雰囲気下において、800℃で8分間加熱し、発生したCO2、COの量を炭素分析装置で測定し、その測定値から算出することができる。焼結助剤の添加量は、用いる焼結助剤の種類および炭化ケイ素粉末の表面シリカ(酸化ケイ素)量によって異なる。添加量を決定する目安としては、あらかじめ炭化ケイ素粉末の表面シリカ(酸化ケイ素)量を弗化水素水を用いて定量し、この酸化ケイ素を還元するのに十分な化学量論(式(I)で算出される化学量論)を算出する。これと、非金属系焼結助剤が加熱により炭素を生成する割合を考慮し、遊離炭素が前述の適する範囲となるように添加量を決定することができる。以上に説明した炭化ケイ素焼結体の非金属系焼結助剤についての説明は、特願平9−041048号明細書中により詳細に記載されている。 The addition amount of the nonmetallic sintering aid to the silicon carbide powder is determined so that the free carbon of the silicon carbide sintered body is 2 to 10% by weight. If the free carbon is outside this range, the chemical change to SiC that progresses during the bonding process, and the bonding between the silicon carbide sintered bodies becomes insufficient. Here, the content (% by weight) of free carbon is determined by heating the silicon carbide sintered body at 800 ° C. for 8 minutes in an oxygen atmosphere, and measuring the amount of generated CO 2 and CO with a carbon analyzer. It can be calculated from the measured value. The amount of sintering aid added varies depending on the type of sintering aid used and the amount of surface silica (silicon oxide) in the silicon carbide powder. As a guideline for determining the addition amount, the surface silica (silicon oxide) content of the silicon carbide powder is quantified in advance using hydrogen fluoride water, and the stoichiometry sufficient to reduce the silicon oxide (formula (I)) The stoichiometry calculated in (1) is calculated. In consideration of this and the ratio of the nonmetallic sintering aid to generate carbon by heating, the amount added can be determined so that the free carbon falls within the above-mentioned suitable range. The description of the non-metallic sintering aid for the silicon carbide sintered body described above is described in more detail in the specification of Japanese Patent Application No. 9-041048.

溶媒としては、水、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。溶媒としては不純物の含有量が低いものを使用することが好ましい。消泡剤としてはシリコーン消泡剤等が挙げられる。また、炭化ケイ素粉末からスラリー状の混合粉体を製造する際に結合剤として有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーとしては、高分子エマルジョンラテックス等が挙げられ、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。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。   Examples of the solvent include water, lower alcohols such as ethyl alcohol, ethyl ether, and acetone. It is preferable to use a solvent having a low impurity content. Examples of antifoaming agents include silicone antifoaming agents. Further, an organic binder may be added as a binder when producing a slurry-like mixed powder from silicon carbide powder. Examples of the organic binder include polymer emulsion latex and the like, and the peptizer is preferably a nitrogen-based compound from the viewpoint of further enhancing the effect of imparting conductivity, such as ammonia and ammonium polyacrylate. Used. As the powder pressure-sensitive adhesive, polyvinyl alcohol urethane resin (for example, water-soluble polyurethane) is preferably used.

(炭化ケイ素焼結体シートの製造方法)
実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートの製造方法は、(1)炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含むスラリー状混合粉体を得る工程と、(2)テープキャスティング法を用いて炭化ケイ素スラリーからシート状仮成形品を形成する工程と、(3)シート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結して炭化ケイ素焼結体シートを得る工程と、(4)炭化ケイ素焼結体シート及び炭素製スペーサーの複合物を酸化雰囲気下で加熱して炭素製スペーサーを焼失させる工程と、を含む。以下に各工程毎に詳しく説明する。
(Method for producing a silicon carbide sintered sheet)
The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet concerning embodiment uses (1) the process of obtaining the slurry-like mixed powder containing a silicon carbide powder and a nonmetallic sintering auxiliary agent, and (2) tape casting method. A step of forming a sheet-like temporary molded product from a silicon carbide slurry, and (3) a step of obtaining a silicon carbide sintered body sheet by hot press sintering in a state where the sheet-like temporary molded product is sandwiched between carbon spacers, 4) heating the composite of the silicon carbide sintered body sheet and the carbon spacer in an oxidizing atmosphere to burn off the carbon spacer. Hereinafter, each process will be described in detail.

(1)混合粉体を得る工程
まず炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤を溶媒中に分散させてスラリー状の混合粉体を調製する。炭化ケイ素粉末としてはベータ型を用いることが好ましく、非金属系焼結助剤としてはフェノール樹脂を用いることが好ましい。溶媒としてはエタノールを用いることが好ましい。混合粉体の混合比はβ型炭化ケイ素微粉末(SiC)100重量部に対してフェノール樹脂を10〜20重量部加えることが好ましい。溶媒はβ型炭化ケイ素微粉末(SiC)100重量部に対して100重量部程度加えることが好ましい。さらに混合粉体に可塑剤や結合剤を加えてもよい。可塑剤としてはジオクチルフタレートを用いることが好ましい。結合剤としてはポリビニルブチラールを用いることが好ましい。可塑剤はβ型炭化ケイ素微粉末100重量部に対して2〜5重量部加えることが好ましい。結合剤はβ型炭化ケイ素微粉末100重量部に対して4〜10重量部加えることが好ましい。
次に、ミキサー、遊星ボールミルなどの攪拌混合手段を用いて、6時間〜48時間、特に12時間〜24時間に渡って攪拌混合を行う。攪拌混合が十分に行われていないと、仮成形体中に非金属系焼結助剤や、可塑剤、結合剤が均一分散されなくなるからである。
(1) Step of obtaining mixed powder First, a silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid are dispersed in a solvent to prepare a slurry-like mixed powder. It is preferable to use a beta type as the silicon carbide powder, and it is preferable to use a phenol resin as the nonmetallic sintering aid. It is preferable to use ethanol as the solvent. The mixing ratio of the mixed powder is preferably 10 to 20 parts by weight of phenol resin with respect to 100 parts by weight of β-type silicon carbide fine powder (SiC). The solvent is preferably added in an amount of about 100 parts by weight per 100 parts by weight of β-type silicon carbide fine powder (SiC). Further, a plasticizer or a binder may be added to the mixed powder. Dioctyl phthalate is preferably used as the plasticizer. As the binder, polyvinyl butyral is preferably used. The plasticizer is preferably added in an amount of 2 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the β-type silicon carbide fine powder. The binder is preferably added in an amount of 4 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the β-type silicon carbide fine powder.
Next, stirring and mixing are performed for 6 hours to 48 hours, particularly 12 hours to 24 hours using a stirring and mixing means such as a mixer or a planetary ball mill. This is because if the stirring and mixing are not sufficiently performed, the nonmetallic sintering aid, the plasticizer, and the binder are not uniformly dispersed in the temporary molded body.

(2)シート状仮成形品を得る工程
テープキャスティング法を用いて炭化ケイ素スラリーからシート状仮成形品を形成する。シート状仮成形品の厚みは240μm以下が好ましく、50〜100μmがさらに好ましい。厚すぎると乾燥時にシートにひび割れが生じてしまうからである。
(2) Step of obtaining a sheet-like temporary molded product A sheet-like temporary molded product is formed from a silicon carbide slurry using a tape casting method. The thickness of the sheet-like temporary molded product is preferably 240 μm or less, and more preferably 50 to 100 μm. This is because if it is too thick, the sheet will crack during drying.

(3)炭化ケイ素焼結体シートを得る工程
(イ)シート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態で成形モールドに充填しホットプレス焼結を行う。具体的には、シート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態で成形モールドに入れ面圧300〜700kgf/cmでホットプレス焼結を行う。ホットプレスの温度は、2000℃〜2400℃が好ましい。最高温度までの昇温は穏やかに、かつ段階的に行うことが好ましい。このように昇温すると、各々の温度で生じる化学変化、状態変化等を十分に進行させることができる。その結果、不純物混入や亀裂および空孔の発生を防止することができる。
(3) Step of obtaining a silicon carbide sintered body sheet (A) A sheet-shaped temporary molded product is filled in a carbon spacer and filled in a molding mold and subjected to hot press sintering. Specifically, the sheet-like temporary molded product is put in a molding mold in a state of being sandwiched between carbon spacers, and hot press sintering is performed at a surface pressure of 300 to 700 kgf / cm 2 . The hot pressing temperature is preferably 2000 ° C. to 2400 ° C. It is preferable to raise the temperature up to the maximum temperature gently and stepwise. When the temperature is increased in this way, chemical changes, state changes, and the like that occur at each temperature can be sufficiently advanced. As a result, it is possible to prevent impurities from being mixed, cracks and vacancies.

(ロ)好ましい昇温工程の一例を以下に示す。まず、シート状仮成形品をいれた成形モールドを加熱炉内に配置し、炉内を10−4torrの真空状態にする。室温から200℃まで穏やかに昇温し、約30分間200℃に保つ。その後、700℃まで6〜10時間で昇温し、2〜5時間700℃に保つ。室温から700℃までの昇温工程で、吸着水分や有機溶媒の脱離が起こり、また、非金属系焼結助剤の炭化も進行する。一定温度の保持時間は、炭化ケイ素焼結体のサイズによって異なり、適宜好適な時間に設定すればよい。また、保持時間が十分であるか否かの判断は、真空度の低下がある程度少なくなる時点を目安にすることができる。次に、700℃〜1500℃まで6〜9時間で昇温し、1〜5時間程1500℃に保持する。1500℃に保持している間、酸化ケイ素が還元され炭化ケイ素に変化する反応が進行する(式(I):SiO+3C→SiC+2CO)。保持時間が不十分であると、二酸化ケイ素が残留し、炭化ケイ素粉末表面に付着するので、粒子の緻密化を妨げ、大粒の成長原因となるので好ましくない。保持時間が十分であるか否かの判断は、副生成物である一酸化炭素の発生が停止しているかを目安に、即ち、真空度の低下がおさまり、還元反応開始温度である1300℃の真空度まで回復しているかを目安にすることができる。 (B) An example of a preferred temperature raising step is shown below. First, a molding mold containing a sheet-like temporary molded product is placed in a heating furnace, and the inside of the furnace is brought to a vacuum state of 10 −4 torr. Gently raise the temperature from room temperature to 200 ° C. and keep it at 200 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, the temperature is raised to 700 ° C. in 6 to 10 hours and maintained at 700 ° C. for 2 to 5 hours. In the temperature raising process from room temperature to 700 ° C., desorption of adsorbed moisture and organic solvent occurs, and carbonization of the nonmetallic sintering aid proceeds. The holding time at the constant temperature varies depending on the size of the silicon carbide sintered body, and may be set to a suitable time as appropriate. In addition, the determination of whether the holding time is sufficient can be based on the time point when the decrease in the degree of vacuum is reduced to some extent. Next, the temperature is raised from 700 ° C. to 1500 ° C. in 6 to 9 hours, and held at 1500 ° C. for about 1 to 5 hours. While the temperature is maintained at 1500 ° C., a reaction in which silicon oxide is reduced to silicon carbide proceeds (formula (I): SiO 2 + 3C → SiC + 2CO). Insufficient holding time is not preferable because silicon dioxide remains and adheres to the surface of the silicon carbide powder, preventing densification of the particles and causing large grains to grow. The determination as to whether or not the holding time is sufficient is based on whether or not the generation of carbon monoxide as a by-product is stopped, that is, the reduction of the vacuum degree is stopped, and the reduction reaction start temperature is 1300 ° C. It can be used as a guide whether the vacuum has been recovered.

(ハ)ホットプレスは、焼結が開始する1500℃程度まで炉内を昇温し、次に炉内を非酸化性雰囲気とするために不活性ガスを充填した後行うのが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、あるいはアルゴンガス等が用いられるが、高温においても非反応性であるアルゴンガスを用いるのが好ましい。高純度炭化ケイ素焼結体を製造したい場合は、不活性ガスも高純度のものを用いる。炉内を非酸化性雰囲気とした後、温度が2000℃〜2400℃、圧力が300〜700kgf/cm2となるように炉内を加熱および加圧する。最高温度が2000℃未満であると、高密度化が不十分となる。一方、最高温度が2400℃を超えると、粉体もしく成形体原料が昇華(分解)する虞があるため好ましくない。1500℃近傍〜最高温度までの昇温は2〜4時間かけて行い、最高温度で1〜8時間保持するのが好ましい。1850〜1900℃で焼結は急速に進行し、最高温度保持時間中に焼結が完了する。また加圧条件が、300kgf/cm2未満であると高密度化が不十分となり、700kgf/cm2を超えると黒鉛製の成形金型が破損することもあり、製造効率上好ましくない。表面粗度(Ra)は0.5μm以下が好ましく、0.2μm以下がさらに好ましい。圧力は異常粒が成長するのを抑えるために、300kgf/cm2〜700kgf/cm2程度で加圧するのが好ましい。 (C) It is preferable to perform hot pressing after raising the temperature in the furnace to about 1500 ° C. at which sintering starts, and then filling with an inert gas in order to make the inside of the furnace a non-oxidizing atmosphere. Nitrogen gas or argon gas is used as the inert gas, but it is preferable to use argon gas that is non-reactive even at high temperatures. When it is desired to produce a high purity silicon carbide sintered body, an inert gas having a high purity is used. After making the inside of the furnace a non-oxidizing atmosphere, the inside of the furnace is heated and pressurized so that the temperature becomes 2000 ° C. to 2400 ° C. and the pressure becomes 300 to 700 kgf / cm 2 . If the maximum temperature is less than 2000 ° C., densification is insufficient. On the other hand, if the maximum temperature exceeds 2400 ° C., there is a possibility that the powder or the molded body raw material may be sublimated (decomposed). It is preferable to raise the temperature from about 1500 ° C. to the maximum temperature over 2 to 4 hours and hold at the maximum temperature for 1 to 8 hours. Sintering proceeds rapidly at 1850-1900 ° C. and is completed during the maximum temperature holding time. The pressurization condition, insufficient is the density is less than 300 kgf / cm 2, sometimes graphite of the mold exceeds 700 kgf / cm 2 is damaged, the manufacturing efficiency is not preferable. The surface roughness (Ra) is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less. In order to suppress the pressure grows abnormal grain, preferably pressurized with 300kgf / cm 2 ~700kgf / cm 2 approximately.

(4)炭素製スペーサーを焼失させる工程
炭化ケイ素焼結体及び炭素製スペーサーの複合物を酸化雰囲気下加熱して炭素製スペーサーを焼失させる。炭化ケイ素焼結体シート及び炭素製スペーサーの複合物を酸化雰囲気下で500℃〜1200℃で2〜24時間加熱して炭素製スペーサーを焼失させる。
(4) Step of burning carbon spacers A composite of a silicon carbide sintered body and a carbon spacer is heated in an oxidizing atmosphere to burn the carbon spacers. The composite of the silicon carbide sintered body sheet and the carbon spacer is heated at 500 ° C. to 1200 ° C. for 2 to 24 hours in an oxidizing atmosphere to burn out the carbon spacer.

本実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートの製造方法によれば、焼結助剤として非金属系焼結助剤を使用しているため、金属系焼結助剤を使用した場合に比して、高純度の炭化ケイ素焼結体シートが得られる。また反りがなく寸法が安定した炭化ケイ素焼結体シートが得られる。さらにヒータとして最適な、抵抗の温度依存性が低い炭化ケイ素焼結体シートが得られる。   According to the method for manufacturing a silicon carbide sintered body sheet according to the present embodiment, since a non-metallic sintering aid is used as a sintering aid, compared to when a metallic sintering aid is used. Thus, a high purity silicon carbide sintered body sheet is obtained. Moreover, a silicon carbide sintered body sheet having no warpage and stable dimensions can be obtained. Furthermore, a silicon carbide sintered body sheet that is optimal as a heater and has low temperature dependence of resistance is obtained.

〔炭化ケイ素焼結体シート〕
本実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートの主な特性を以下に列記する。尚、本実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートは好ましくは上記炭化ケイ素焼結体シートの製造方法により得られうるものである。
厚みは240μm以下、好ましくは100μm〜200μmである。かさ密度は3.10g/cm以上、好ましくは3.15g/cm以上、より好ましくは3.16g/cm以上である。常温での体積抵抗率は1×10Ω・m以下、好ましくは1×10−1Ω・m以下である。また常温における体積低効率をAとし、100〜1000℃までの体積抵抗率をBとした際にB/Aが0.2〜2である。このような物性を有することから温度依存性の問題を大幅に改善できる。
炭化ケイ素焼結体シート中の不純物元素(1989年IUPAC無機化学命名法改訂版の元素周期表において、C、N、O、Siを除く、原子番号3以上の元素)の総含有量は好ましくは5ppm以下、より好ましくは3ppm以下、特に好ましくは1ppm以下である。かかる特性を備えることから炭化ケイ素焼結体シートはセラミックヒータとして好適に用いることができる。セラミックヒータとして用いた場合、省スペース化を図ると共に、加熱雰囲気内の高純度化を図ることができる。
[Silicon carbide sintered sheet]
The main characteristics of the silicon carbide sintered body sheet according to this embodiment are listed below. In addition, the silicon carbide sintered body sheet according to the present embodiment is preferably obtained by the method for producing a silicon carbide sintered body sheet.
The thickness is 240 μm or less, preferably 100 μm to 200 μm. Bulk density 3.10 g / cm 3 or more, preferably 3.15 g / cm 3 or more, more preferably 3.16 g / cm 3 or more. The volume resistivity at room temperature is 1 × 10 0 Ω · m or less, preferably 1 × 10 −1 Ω · m or less. Moreover, B / A is 0.2-2 when the volume low efficiency in normal temperature is set to A, and the volume resistivity to 100-1000 degreeC is set to B. Because of such physical properties, the problem of temperature dependence can be greatly improved.
The total content of impurity elements in the silicon carbide sintered sheet (elements with atomic number 3 or more excluding C, N, O, Si in the periodic table of the 1989 IUPAC inorganic chemical nomenclature revised edition) is preferably 5 ppm or less, more preferably 3 ppm or less, particularly preferably 1 ppm or less. Since it has such characteristics, the silicon carbide sintered body sheet can be suitably used as a ceramic heater. When used as a ceramic heater, it is possible to save space and increase the purity in the heating atmosphere.

空隙率は1%〜32%、好ましくは5%〜29%である。また100℃における抵抗が0.02Ωcm〜0.06Ωcm、好ましくは0.03Ωcm〜0.05Ωcmであり、100℃における抵抗をAとし、1000℃における抵抗をBとした際に、B/A=0.2〜2である。このような物性を有することから温度依存性の問題を大幅に改善できる。   The porosity is 1% to 32%, preferably 5% to 29%. Further, the resistance at 100 ° C. is 0.02 Ωcm to 0.06 Ωcm, preferably 0.03 Ωcm to 0.05 Ωcm. When the resistance at 100 ° C. is A and the resistance at 1000 ° C. is B, B / A = 0 .2-2. Because of such physical properties, the problem of temperature dependence can be greatly improved.

本実施形態にかかる炭化ケイ素焼結体シートの窒素含量は500ppm以上、好ましくは500ppm〜1200ppm、より好ましくは550ppm〜900ppmである。そのため、導電性を有することから放電加工法により複雑形状に加工可能である。また厚みが薄いためレーザー加工法によっても複雑形状に加工可能である。例えばヒータは、成形体に螺旋状や同心円状の溝を形成することにより製造される。   The nitrogen content of the silicon carbide sintered body sheet according to the present embodiment is 500 ppm or more, preferably 500 ppm to 1200 ppm, more preferably 550 ppm to 900 ppm. Therefore, since it has conductivity, it can be processed into a complicated shape by an electric discharge machining method. Moreover, since it is thin, it can be processed into a complicated shape by a laser processing method. For example, the heater is manufactured by forming a spiral or concentric groove in the molded body.

(実施形態の変形例)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、上記実施形態においては、1枚のシート状仮成形品から炭化ケイ素焼結体シートを得る方法を開示した。しかし、(3)炭化ケイ素焼結体シートを得る工程において、シート状仮成形品を複数枚重ね合わせることにより、最終的に炭化ケイ素焼結体シートの厚みを調整することができる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
(Modification of the embodiment)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. For example, in the said embodiment, the method of obtaining a silicon carbide sintered compact sheet from one sheet-like temporary molded product was disclosed. However, in the step of (3) obtaining a silicon carbide sintered body sheet, the thickness of the silicon carbide sintered body sheet can be finally adjusted by overlapping a plurality of sheet-like temporary molded products. As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれら実施例に何ら制限されない:
(実施例)
中心粒径2μmの高純度β型炭化ケイ素粉末(特開平9―48605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)100重量部に対して、フェノール樹脂13.6重量部、ジオクチルフタレート3.2重量部、ポリビニルブチラール6.4重量部を、溶媒であるエタノール100重量部に添加した後、ボールミルを用いて24時間攪拌してスラリー状混合粉体を得た。
得られたスラリー状混合粉体をアプリケーターを用いてテープキャスティングし、常温で乾燥後、直径30mmに切り出し、直径30mm×厚み90μmのシート状成形体を得た。得られたシート状成形体を1枚〜複数枚積層後、かかるシート状仮成形品を密度1.8g/cm、厚さ1mmの炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結を行った。ホットプレス焼結は10−6〜10−4torrの真空条件下、500kg/cmの圧力で加圧し、室温から1500℃まで5時間で昇温した。さらに100〜105kPAのアルゴン雰囲気下、500kg/cmの圧力で加圧し、1500℃から2300℃まで3時間で昇温し、2300℃で2時間保持した。その後、アルゴン雰囲気下で室温まで冷却した。
ホットプレス焼結後の炭化ケイ素焼結体シートとカーボンスペーサーを酸化雰囲気1000℃で4時間加熱して、炭素製スペーサーを燃焼させた。そして30μm、120μm、240μm厚の炭化ケイ素焼結体シートを得た。
Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these examples at all:
(Example)
High-purity β-type silicon carbide powder having a center particle diameter of 2 μm (contains silicon carbide having an impurity content of 5 ppm or less produced according to the production method described in JP-A-9-48605 / 1.5% by weight of silica) 100 After adding 13.6 parts by weight of phenol resin, 3.2 parts by weight of dioctyl phthalate, and 6.4 parts by weight of polyvinyl butyral to 100 parts by weight of ethanol as a solvent, the mixture is stirred for 24 hours using a ball mill. Thus, a slurry-like mixed powder was obtained.
The obtained slurry-like mixed powder was tape-cast using an applicator, dried at room temperature, cut out to a diameter of 30 mm, and a sheet-like molded body having a diameter of 30 mm and a thickness of 90 μm was obtained. After stacking one to a plurality of the obtained sheet-like molded bodies, hot press sintering was performed in a state where the sheet-like temporary molded product was sandwiched between carbon spacers having a density of 1.8 g / cm 3 and a thickness of 1 mm. . Hot press sintering was performed under a vacuum condition of 10 −6 to 10 −4 torr at a pressure of 500 kg / cm 3 and heated from room temperature to 1500 ° C. in 5 hours. Further, pressurization was performed at a pressure of 500 kg / cm 3 under an argon atmosphere of 100 to 105 kPA, the temperature was increased from 1500 ° C. to 2300 ° C. over 3 hours, and the temperature was maintained at 2300 ° C. for 2 hours. Then, it cooled to room temperature under argon atmosphere.
The silicon carbide sintered sheet and the carbon spacer after hot press sintering were heated at 1000 ° C. for 4 hours in an oxidizing atmosphere to burn the carbon spacer. And the silicon carbide sintered compact sheet | seat of 30 micrometers, 120 micrometers, and 240 micrometers thickness was obtained.

炭化ケイ素焼結体シートのそれぞれのかさ密度は3.16g/cmであった。常温の体積抵抗率は5×10―2Ω・mであった。また常温における体積低効率をAとし、100〜1000℃までの体積抵抗率をBとした際のB/Aの数値は500℃で0.6、1000℃で0.5であった。平面度は0.03mmであった。不純物濃度はBが0.02ppm、Naが0.01ppm以下、Alが0.08ppm、Kが0.01ppm以下、Tiが0.02ppm、Crが0.02ppm、Mgが0.02ppm、Feが0.05ppm以下、Coが0.01ppm以下、Niが0.01ppm以下、Cuが0.04ppm、Znが0.01ppm、Wが0.01ppm以下であった。 The bulk density of each silicon carbide sintered body sheet was 3.16 g / cm 3 . The volume resistivity at room temperature was 5 × 10 −2 Ω · m. Moreover, the numerical value of B / A when the volume low efficiency in normal temperature was set to A and the volume resistivity to 100-1000 degreeC was set to B was 0.6 at 500 degreeC, and 0.5 at 1000 degreeC. The flatness was 0.03 mm. The impurity concentration is 0.02 ppm for B, 0.01 ppm or less for Na, 0.08 ppm for Al, 0.01 ppm or less for K, 0.02 ppm for Ti, 0.02 ppm for Cr, 0.02 ppm for Mg, and 0 for Fe. 0.05 ppm or less, Co 0.01 ppm or less, Ni 0.01 ppm or less, Cu 0.04 ppm, Zn 0.01 ppm, and W 0.01 ppm or less.

実施例によれば、焼結助剤として非金属系焼結助剤を使用しているため、金属系焼結助剤を使用した場合に比して、高純度の炭化ケイ素焼結体シートが得られる。また反りがなく寸法が安定した炭化ケイ素焼結体シートが得られる。さらにヒータとして最適な抵抗の温度依存性が低い炭化ケイ素焼結体シートが得られる。   According to the examples, since a non-metallic sintering aid is used as a sintering aid, a high-purity silicon carbide sintered body sheet can be obtained as compared with the case where a metallic sintering aid is used. can get. Moreover, a silicon carbide sintered body sheet having no warpage and stable dimensions can be obtained. Furthermore, a silicon carbide sintered body sheet having a low temperature dependency of the optimum resistance as a heater can be obtained.

Claims (9)

炭化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤を含むスラリー状混合粉体を得る工程と、
テープキャスティング法を用いて前記炭化ケイ素スラリーからシート状仮成形品を形成する工程と、
前記シート状仮成形品を炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結して炭化ケイ素焼結体シートを得る工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。
Obtaining a slurry-like mixed powder containing silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid;
Forming a sheet-like temporary molded product from the silicon carbide slurry using a tape casting method;
A step of obtaining a silicon carbide sintered body sheet by hot press sintering in a state where the sheet-like temporary molded product is sandwiched between carbon spacers;
The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet characterized by including this.
さらに、前記炭化ケイ素焼結体シート及び前記炭素製スペーサーの複合物を酸化雰囲気下で加熱して前記炭素製スペーサーを焼失させる工程を含むことを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。   The silicon carbide sintered body according to claim 1, further comprising a step of heating the composite of the silicon carbide sintered body sheet and the carbon spacer in an oxidizing atmosphere to burn off the carbon spacer. Sheet manufacturing method. 前記非金属系焼結助剤はフェノール樹脂であ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シートの製造方法。   The method for producing a silicon carbide sintered body sheet according to claim 1 or 2, wherein the non-metallic sintering aid is a phenol resin. 前記可塑剤はジオクチルフタレート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シートの製造方法。   The said plasticizer is a dioctyl phthalate, The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記炭化ケイ素スラリーは、さらに結合剤としてポリビニルブチラールを含む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シートの製造方法。   The said silicon carbide slurry contains polyvinyl butyral as a binder further, The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 複数枚積層させた前記シート状仮成形品を前記炭素製スペーサーに挟んだ状態でホットプレス焼結して炭化ケイ素焼結体シートを得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シートの製造方法。   6. The silicon carbide sintered body sheet is obtained by hot press sintering in a state where a plurality of the sheet-like temporary molded products laminated are sandwiched between the carbon spacers. 6. Of manufacturing a silicon carbide sintered body sheet. 前記スラリーはさらに結合剤を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。   The method for producing a sintered silicon carbide sheet according to any one of claims 1 to 6, wherein the slurry further contains a binder. 前記スラリーはさらに可塑剤を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体シートの製造方法。   The said slurry further contains a plasticizer, The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact sheet in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 厚みが240μm以下、かさ密度が3.15g/cm以上であることを特徴とする炭化ケイ素焼結体シート。 A silicon carbide sintered body sheet having a thickness of 240 μm or less and a bulk density of 3.15 g / cm 3 or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101496330B1 (en) * 2013-08-29 2015-03-02 (주) 이노쎄라 Method of fabricating silicon carbide sintered body having single-heterojunction structure and silicon carbide sintered body fabricated by the same
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JP7415680B2 (en) 2020-03-09 2024-01-17 住友金属鉱山株式会社 Method for sintering nitrogen solid solution silicon carbide powder and method for manufacturing silicon carbide polycrystalline substrate

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