JP2013216550A - Method for manufacturing silicon carbide sintered body, and silicon carbide sintered body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide sintered body having a high bulk density and improved corrosion resistance, and to provide a method for manufacturing the silicon carbide sintered body.SOLUTION: A method for manufacturing a silicon carbide sintered body has a mixing step S20 for mixing silicon carbide powder with a nonmetallic sintering aid, and a pressure sintering step S50 for pressure sintering a mixture of the mixing silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid under a non-oxidizing atmosphere, wherein the nonmetallic sintering aid includes a silicon-modified phenol resin.

Description

本発明は、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する混合工程と、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する加圧焼結工程と、を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法及び炭化ケイ素焼結体に関する。   The present invention relates to a mixing step of mixing silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid, and a pressure sintering step of pressure sintering a mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid. And a method for producing a silicon carbide sintered body and a silicon carbide sintered body.

従来、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する混合工程と、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する加圧焼結工程と、を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法が広く知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a mixing step of mixing silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid, a pressure sintering step of pressure sintering a mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid, A method for producing a silicon carbide sintered body having a slag is widely known (see, for example, Patent Document 1).

上述の製造方法では、非金属系焼結助剤を用いるため、炭化ケイ素焼結体に含まれる金属の含有量が少ない。このため、金属が不純物となる半導体製造装置用の部品として、上述の製造方法により製造された炭化ケイ素焼結体は、好適に用いることができる。   In the manufacturing method described above, since a nonmetallic sintering aid is used, the content of metal contained in the silicon carbide sintered body is small. For this reason, the silicon carbide sintered body manufactured by the above-described manufacturing method can be suitably used as a component for a semiconductor manufacturing apparatus in which metal is an impurity.

特開平10−67565号公報JP-A-10-67565

上述した炭化ケイ素焼結体の製造方法では、非金属系焼結助剤の一部が遊離炭素(すなわち、フリーカーボン)として残存していた。この遊離炭素に起因して、炭化ケイ素焼結体に微細な気孔(ポア)が発生していた。このため、上述の製造方法により得られた炭化ケイ素焼結体は、ポアの発生していない炭化ケイ素焼結体よりもかさ密度が小さかった。   In the method for producing a silicon carbide sintered body described above, a part of the nonmetallic sintering aid remains as free carbon (that is, free carbon). Due to this free carbon, fine pores (pores) were generated in the silicon carbide sintered body. For this reason, the silicon carbide sintered body obtained by the above-described manufacturing method has a smaller bulk density than the silicon carbide sintered body in which no pores are generated.

また、ポアは、腐食の起点となりやすいため、例えば、炭化ケイ素焼結体をプラズマに暴露した場合、上述の製造方法により得られた炭化ケイ素焼結体は、ポアの発生していない炭化ケイ素焼結体よりも炭化ケイ素焼結体の表面が損耗していた。   In addition, since pores are likely to become a starting point of corrosion, for example, when a silicon carbide sintered body is exposed to plasma, the silicon carbide sintered body obtained by the above-described manufacturing method is not subjected to silicon carbide sintering. The surface of the silicon carbide sintered body was worn rather than the bonded body.

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、かさ密度が大きく、かつ、耐食性が向上した炭化ケイ素焼結体、及び、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。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a silicon carbide sintered body having a large bulk density and improved corrosion resistance, and a method for producing the silicon carbide sintered body. With the goal.

上述した課題を解決するため、本発明者は、鋭意研究を行った結果、非金属系焼結助剤として、シリコン変性フェノール樹脂を用いることにより、遊離炭素を減少できることを見出し、本発明を完成させた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research and found that the use of silicon-modified phenolic resin as a non-metallic sintering aid can reduce free carbon and complete the present invention. I let you.

本発明の特徴は、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する混合工程(混合工程S20)と、非酸化雰囲気下において、前記炭化珪素粉体と前記非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する加圧焼結工程(加圧焼結工程S50)と、を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、前記非金属系焼結助剤には、シリコン変性フェノール樹脂が含まれることを要旨とする。   The present invention is characterized by a mixing step (mixing step S20) in which silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid are mixed, and in a non-oxidizing atmosphere, the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid. A pressure sintering step (pressure sintering step S50) for pressure sintering the mixture with the agent, and a method for producing a silicon carbide sintered body, wherein the non-metallic sintering aid includes The gist is that a silicon-modified phenol resin is contained.

また、前記非金属系焼結助剤に対する前記シリコン変性フェノール樹脂の質量比は、50%以上であってもよい。   Further, the mass ratio of the silicon-modified phenol resin to the non-metallic sintering aid may be 50% or more.

また、常温で液状のケイ素化合物と、有機アミン又はアンモニアを触媒として合成される、加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物と、前記有機化合物に溶化する重合触媒又は架橋触媒とを混合し、混合物を生成する工程(混合物生成工程S12)と、非酸化雰囲気下において、前記混合物を加熱し、前記炭化ケイ素粉体を生成する工程(炭化ケイ素生成工程S14)と、を有してもよい。   In addition, a silicon compound that is liquid at room temperature, an organic amine or ammonia synthesized as a catalyst, an organic compound that is liquid at room temperature that produces carbon by heating, and a polymerization catalyst or a crosslinking catalyst that is dissolved in the organic compound are mixed. And a step of generating a mixture (mixture generation step S12) and a step of heating the mixture under a non-oxidizing atmosphere to generate the silicon carbide powder (silicon carbide generation step S14). .

本発明の他の特徴は、遊離炭素が、1%未満であり、体積抵抗率が、1Ω・cm未満であることを要旨とする。   Another feature of the present invention is that free carbon is less than 1% and volume resistivity is less than 1 Ω · cm.

本発明によれば、かさ密度が大きく、かつ、耐食性が向上した炭化ケイ素焼結体、及び炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a silicon carbide sintered body having a large bulk density and improved corrosion resistance, and a method for producing the silicon carbide sintered body.

図1は、本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a silicon carbide sintered body according to the present embodiment. 図2は、本実施形態に係る炭化ケイ素粉体の製造方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining the method for producing the silicon carbide powder according to the present embodiment.

本発明に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法及び炭化ケイ素焼結体の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、(1)炭化ケイ素焼結体の製造方法、(2)作用効果、(3)比較評価、(4)その他実施形態、について説明する。   An example of a method for producing a silicon carbide sintered body and a silicon carbide sintered body according to the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, (1) a method for producing a silicon carbide sintered body, (2) operational effects, (3) comparative evaluation, and (4) other embodiments will be described.

以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. It should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. It goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios.

(1)炭化ケイ素焼結体の製造方法
本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。図2は、本実施形態に係る炭化ケイ素粉体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
(1) Manufacturing method of silicon carbide sintered body The manufacturing method of the silicon carbide sintered body which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIG.1 and FIG.2. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a silicon carbide sintered body according to the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart for explaining the method for producing the silicon carbide powder according to the present embodiment.

図1に示されるように、本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法は、準備工程S10と、混合工程S20と、成形工程S30と、昇温工程S40と、加圧焼結工程S50とを有する。   As shown in FIG. 1, the silicon carbide sintered body manufacturing method according to the present embodiment includes a preparation step S10, a mixing step S20, a forming step S30, a temperature raising step S40, and a pressure sintering step S50. And have.

(1.1)準備工程S10
準備工程S10は、炭化ケイ素粉体及び非金属系焼結助剤を準備する工程である。
(1.1) Preparation step S10
The preparation step S10 is a step of preparing silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid.

(1.1A)炭化ケイ素粉体
本実施形態に係る炭化ケイ素粉体は、α型、β型、非晶質或いはこれらの混合物等が挙げられる。特に、β型炭化ケイ素粉体が好適に使用される。このβ型炭化ケイ素粉体のグレードには特に制限はない。例えば、一般に市販されているβ型炭化ケイ素粉体を用いることができる。炭化ケイ素粉体の粒径は、高密度化の観点からは小さいことが好ましい。炭化ケイ素粉体の粒径は、0.01以上、10μm以下、さらには、0.05以上、1μm以下であることが好ましい。炭化ケイ素粉体の粒径が0.01μm以上であれば、計量、混合などの処理工程における取扱い易くなる。炭化ケイ素粉体の粒径が10μm以下であると、比表面積が大きい。すなわち、炭化ケイ素粉体の粒径が10μm以下であれば、隣接する炭化ケイ素粉体との接触面積が大きくなるため、高密度の炭化ケイ素焼結体を得ることができる。
(1.1A) Silicon carbide powder Examples of the silicon carbide powder according to the present embodiment include α-type, β-type, amorphous, and a mixture thereof. In particular, β-type silicon carbide powder is preferably used. There is no particular limitation on the grade of the β-type silicon carbide powder. For example, commercially available β-type silicon carbide powder can be used. The particle size of the silicon carbide powder is preferably small from the viewpoint of densification. The particle size of the silicon carbide powder is preferably 0.01 or more and 10 μm or less, more preferably 0.05 or more and 1 μm or less. When the particle size of the silicon carbide powder is 0.01 μm or more, it becomes easy to handle in processing steps such as weighing and mixing. When the particle size of the silicon carbide powder is 10 μm or less, the specific surface area is large. That is, when the particle size of the silicon carbide powder is 10 μm or less, the contact area with the adjacent silicon carbide powder becomes large, and thus a high-density silicon carbide sintered body can be obtained.

粒径が0.05以上、1μm以下、比表面積が5m/g以上、遊離炭素1%以下、酸素含有量1%以下の炭化ケイ素粉体が好適に用いられる。また、用いられる炭化ケイ素粉体の粒度分布は特に制限されない。炭化ケイ素焼結体の製造時において、粉体の充填密度を向上させること及び炭化ケイ素の反応性の観点から、粒度分布が、2つ以上の極大値を有する炭化ケイ素粉体を使用することができる。 A silicon carbide powder having a particle size of 0.05 to 1 μm, a specific surface area of 5 m 2 / g or more, free carbon 1% or less, and oxygen content 1% or less is preferably used. Further, the particle size distribution of the silicon carbide powder used is not particularly limited. In the production of a silicon carbide sintered body, from the viewpoint of improving the packing density of the powder and the reactivity of silicon carbide, it is possible to use silicon carbide powder having a particle size distribution having two or more maximum values. it can.

なお、高純度の炭化ケイ素焼結体を得るためには、高純度の炭化ケイ素粉体を準備することが好ましい。   In order to obtain a high-purity silicon carbide sintered body, it is preferable to prepare a high-purity silicon carbide powder.

高純度の炭化ケイ素粉体は、例えば、混合物生成工程S12と炭化ケイ素生成工程S14とを有する製造方法によって、製造することができる。   The high-purity silicon carbide powder can be produced, for example, by a production method having a mixture production step S12 and a silicon carbide production step S14.

(1.1A.1)混合物生成工程S12
混合物生成工程S12は、常温で液状のケイ素化合物と、加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物と、有機化合物に溶化する重合触媒又は架橋触媒とを混合し、混合物を生成する工程である。
(1.1A.1) Mixture generation step S12
The mixture production step S12 is a step of producing a mixture by mixing a silicon compound that is liquid at normal temperature, an organic compound that is liquid at normal temperature that produces carbon by heating, and a polymerization catalyst or a crosslinking catalyst that is solubilized in the organic compound. .

常温で液状のケイ素化合物としては、例えば、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る。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。ハンドリングの点からはエトキシシランをケイ素化合物として用いることが好ましい。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。   As a silicon compound that is liquid at room temperature, for example, a polymer of alkoxysilane (mono-, di-, tri-, tetra-) and tetraalkoxysilane is used as a liquid compound. Among the alkoxysilanes, tetraalkoxysilane is preferably used. Specific examples include methoxysilane, ethoxysilane, propoxysilane, butoxysilane and the like. From the viewpoint of handling, ethoxysilane is preferably used as the silicon compound. 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.

常温で液状のケイ素化合物と一緒に、常温で固体状のケイ素化合物を用いてもよい。常温で液状のケイ素化合物と併用可能な固体状のケイ素化合物としては、酸化ケイ素が挙げられる。本発明において酸化ケイ素とは、SiOの他、シリカゾル(コロイド状超微細シリカ含有液、内部にOH基やアルコキシル基を含む)、二酸化ケイ素(シリカゲル、微細シリカ、石英粉体)等を含む。   A silicon compound that is solid at normal temperature may be used together with a silicon compound that is liquid at normal temperature. Examples of the solid silicon compound that can be used in combination with the liquid silicon compound at room temperature include silicon oxide. In the present invention, silicon oxide includes silica sol (a colloidal ultrafine silica-containing liquid containing OH groups and alkoxyl groups inside), silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder) and the like in addition to SiO.

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体シリカとの混合物等が、ケイ素化合物として好適に用いられる。また、これらのケイ素化合物は、高純度であることが好ましい。ケイ素化合物の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。   From the viewpoint of good homogeneity and handling properties, tetraethoxysilane oligomers and mixtures of tetraethoxysilane oligomers and fine powder silica are preferably used as the silicon compound. These silicon compounds are preferably highly pure. The initial impurity content of the silicon compound is preferably 20 ppm or less, and more preferably 5 ppm or less.

加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物は、残炭率が高く、かつ、触媒若しくは加熱により重合又は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、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が挙げられる。セルロース、蔗糖、ピッチ、タール等の液状物も有機化合物として用いることができる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型又はノボラック型フェノール樹脂が好ましい。常温で液状の有機化合物と一緒に、加熱により炭素を生成する常温で固体状の有機化合物を用いてもよい。   The organic compound that is liquid at room temperature that produces carbon by heating has a high residual carbon ratio and is preferably an organic compound that is polymerized or cross-linked by a catalyst or heating. Examples of such an organic compound include monomers and prepolymers of resins such as phenol resin, furan resin, polyimide, polyurethane, and polyvinyl alcohol. Liquid substances such as cellulose, sucrose, pitch, and tar can also be used as the organic compound. In particular, a resol type or novolac type phenol resin having a high residual carbon ratio and excellent workability is preferable. A solid organic compound that generates carbon by heating may be used together with an organic compound that is liquid at normal temperature.

本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、触媒である有機アミン又はアンモニアの存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールAなどの1価または2価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて合成できる。   In the presence of organic amine or ammonia as a catalyst, the resol type phenol resin useful in the present embodiment includes monovalent or divalent phenols such as phenol, cresol, xylenol, resorcin, bisphenol A, formaldehyde, acetaldehyde, It can be synthesized by reacting with aldehydes such as benzaldehyde.

有機アミンは、第一級、第二級、および第三級アミンのいずれでもよい。有機アミンとしては、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、N−メチルアニリン、ピリジン、モルホリン等を用いることができる。触媒は、不純物元素を含まないことが好ましい。   The organic amine may be any of primary, secondary, and tertiary amines. As the organic amine, dimethylamine, trimethylamine, diethylamine, triethylamine, dimethylmonoethanolamine, monomethyldiethanolamine, N-methylaniline, pyridine, morpholine and the like can be used. It is preferable that the catalyst does not contain an impurity element.

フェノール類1モルに対し、1〜3モルのアルデヒド類と0.02〜0.2モルの有機アミン又はアンモニアを加え、60〜100℃に加熱することによって、レゾール型フェノール樹脂を合成することができる。   It is possible to synthesize a resol-type phenol resin by adding 1 to 3 moles of aldehydes and 0.02 to 0.2 moles of organic amine or ammonia to 1 mole of phenols and heating to 60 to 100 ° C. it can.

フェノール類とアルデヒド類とを有機アミン又はアンモニアの存在下に反応させてレゾール型フェノール樹脂を合成する方法は、従来公知の方法を採用できる。   As a method of synthesizing a resol type phenol resin by reacting phenols and aldehydes in the presence of an organic amine or ammonia, a conventionally known method can be adopted.

一方、本実施形態に有用なノボラック型フェノール樹脂は、上記と同様の1価または2価フェノール類とアルデヒド類とを混合し、不純物元素を含まない酸類(具体的には、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸またはシュウ酸など)を触媒として反応させて合成することができる。   On the other hand, the novolak type phenolic resin useful in the present embodiment is a mixture of monovalent or divalent phenols and aldehydes similar to those described above, and acids containing no impurity elements (specifically, hydrochloric acid, sulfuric acid, p. -Toluenesulfonic acid or oxalic acid can be used as a catalyst for the synthesis.

フェノール類1モルに対し、0.5〜0.9モルのアルデヒド類と0.02〜0.2モルの不純物元素を含まない無機酸又は有機酸を加え、60〜100℃に加熱することによって、ノボラック型フェノール樹脂を合成することができる。   By adding 0.5 to 0.9 mole of aldehyde and 0.02 to 0.2 mole of an inorganic or organic acid not containing an impurity element to 1 mole of phenol, and heating to 60 to 100 ° C. A novolac type phenolic resin can be synthesized.

なお、ノボラック型フェノール樹脂の合成も従来公知の方法を採用できる。   In addition, a conventionally well-known method can also be employ | adopted also for the synthesis | combination of a novolak-type phenol resin.

有機化合物の純度は、目的により適宜制御選択が可能である。特に高純度の炭化ケイ素粉体が必要な場合には、各金属を5ppm以上含有していない有機化合物を用いることが望ましい。   The purity of the organic compound can be appropriately controlled and selected depending on the purpose. In particular, when high-purity silicon carbide powder is required, it is desirable to use an organic compound that does not contain 5 ppm or more of each metal.

有機化合物に溶化する重合触媒又は架橋触媒(以下、触媒と適宜省略する)としては、例えば、飽和又は不飽和のカルボン酸、ジカルボン酸類、芳香族カルボン酸、なかでも、飽和脂肪族ジカルボン酸類、不飽和脂肪族カルボン酸類及びその誘導体等が好適である。好ましい触媒としては、具体的には、マレイン酸(pKa=1.75)、アクリル酸(pKa=4.26)、シュウ酸(pKa1=1.04、pKa2=3.82)、イタコン酸(pKa1=3.85、pKa2 =5.45)、マロン酸(pKa1=2.62、pKa2=5.28)、コハク酸(pKa1=4.00、pKa2 =5.24)等が挙げられる。なかでもpKa、水に対する溶解度の観点からマレイン酸及びその誘導体から選択される少なくとも1種が好ましい。マレイン酸誘導体としては、無水マレイン酸等が挙げられる。なお、芳香族カルボン酸としては、サリチル酸(pKa=2.81)、フェノキシ酢酸(pKa=2.99)、フタル酸(pKa=2.75)等が挙げられる。   Examples of the polymerization catalyst or the crosslinking catalyst (hereinafter abbreviated as “catalyst”) that are solubilized in the organic compound include, for example, saturated or unsaturated carboxylic acids, dicarboxylic acids, aromatic carboxylic acids, among them saturated aliphatic dicarboxylic acids, Saturated aliphatic carboxylic acids and derivatives thereof are preferred. Specific examples of preferred catalysts include maleic acid (pKa = 1.75), acrylic acid (pKa = 4.26), oxalic acid (pKa1 = 1.04, pKa2 = 3.82), itaconic acid (pKa1). = 3.85, pKa2 = 5.45), malonic acid (pKa1 = 2.62, pKa2 = 5.28), succinic acid (pKa1 = 4.00, pKa2 = 5.24) and the like. Of these, at least one selected from maleic acid and derivatives thereof is preferred from the viewpoint of pKa and solubility in water. Examples of maleic acid derivatives include maleic anhydride. Examples of the aromatic carboxylic acid include salicylic acid (pKa = 2.81), phenoxyacetic acid (pKa = 2.99), and phthalic acid (pKa = 2.75).

触媒は、炭素原子、水素原子及び酸素原子のみから構成される化合物を触媒として用いることが好ましい。このような触媒は、炭素原子、水素原子及び酸素原子のみから構成されるため、分子内に硫黄原子を含まない。従って、加圧焼結工程S50においても有害な硫黄化合物が発生しない。   The catalyst is preferably a compound composed of only carbon atoms, hydrogen atoms and oxygen atoms. Since such a catalyst is composed of only carbon atoms, hydrogen atoms and oxygen atoms, it does not contain sulfur atoms in the molecule. Therefore, no harmful sulfur compound is generated even in the pressure sintering step S50.

反応性向上の観点から、触媒は、カルボキシル基を含む化合物が好ましい。なお、本発明において「有機化合物と均一に溶化する」とは、混合により分子レベルで有機化合物に均一に分散することを指すものとする。   From the viewpoint of improving reactivity, the catalyst is preferably a compound containing a carboxyl group. In the present invention, “uniformly solubilized with an organic compound” means that the organic compound is uniformly dispersed at the molecular level by mixing.

マレイン酸は、(1)pKaの値がトルエンスルホン酸(pKa=1.4)にほぼ匹敵し(pKa=1.75)、酸強度がある、(2)不飽和結合とカルボキシル基両方を分子内に含むため、疎水性部分親水性部分同士の親和性を有しており、ケイ素化合物と有機化合物とを均一混合し易い、(3)反応自体が強い発熱反応ではないため、硬化反応が緩やかで、触媒の添加量により反応速度を制御しうる等の利点を有するため、触媒として好適に用いることができる。   Maleic acid (1) has a pKa value almost comparable to toluene sulfonic acid (pKa = 1.4) (pKa = 1.75) and has acid strength. (2) Both unsaturated bonds and carboxyl groups are molecules Because it is included in the hydrophobic part, it has affinity between the hydrophobic part and the hydrophilic part, and it is easy to uniformly mix the silicon compound and the organic compound. (3) Since the reaction itself is not a strong exothermic reaction, the curing reaction is slow. In addition, since the reaction rate can be controlled by the amount of the catalyst added, it can be suitably used as a catalyst.

ケイ素化合物、有機化合物及び触媒の配合比としては、例えば、ケイ素化合物100重量部に対して、有機化合物が40〜60重量部、触媒が5〜10重量部程度であることが好ましい。触媒は、不純物を含有しない溶媒に溶解して配合することもできる。例えば、水、アセトン等に上述の触媒を飽和させた飽和溶液を触媒として用いることができる。その後の工程において均一に反応させるために、ケイ素化合物、有機化合物及び触媒を均質に混合することが重要である。このため、混合物の均質度合いに応じ適宜、混合物に界面活性剤を添加してもよい。ここで用い得る界面活性剤としては、スパン(Span)20、ツィーン(Tween)20(商品名、関東化学社製)などが挙げられ、添加量としては、混合物総量に対して5〜10重量%程度であることが好ましい。   As a compounding ratio of the silicon compound, the organic compound, and the catalyst, for example, the organic compound is preferably about 40 to 60 parts by weight and the catalyst is about 5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon compound. The catalyst can also be blended by dissolving in a solvent that does not contain impurities. For example, a saturated solution obtained by saturating the above catalyst in water, acetone or the like can be used as the catalyst. It is important that the silicon compound, the organic compound and the catalyst are homogeneously mixed in order to cause a uniform reaction in the subsequent steps. For this reason, you may add surfactant to a mixture suitably according to the homogeneity degree of a mixture. Examples of the surfactant that can be used here include Span 20, Tween 20 (trade name, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and the addition amount is 5 to 10% by weight based on the total amount of the mixture. It is preferable that it is a grade.

ケイ素化合物、有機化合物及び触媒を混合する。ケイ素化合物と有機化合物とを十分に攪拌して混合した後に、触媒を添加することが好ましい。ケイ素化合物と、有機化合物と、触媒とを混合して、十分に攪拌すると混合物は、固化する。この固化には、混合物が、ゲル状の物質になることが含まれる。   A silicon compound, an organic compound and a catalyst are mixed. It is preferable to add the catalyst after sufficiently stirring and mixing the silicon compound and the organic compound. When a silicon compound, an organic compound, and a catalyst are mixed and sufficiently stirred, the mixture is solidified. This solidification includes the mixture becoming a gel-like substance.

触媒を加えた後に、混合物を加熱してもよい。また、必要に応じて、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気化において、800℃〜1000℃の温度で30〜120分間、固形物を加熱することによって、固形物を炭化してもよい。   After adding the catalyst, the mixture may be heated. Moreover, you may carbonize a solid substance by heating a solid substance for 30 to 120 minutes at the temperature of 800 to 1000 degreeC in non-oxidizing atmosphere formation, such as nitrogen and argon, as needed.

本発明における炭素とケイ素の比(以下、C/Si比と略記)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の時に炭化ケイ素粉体中の遊離炭素が0%となるはずである。しかしながら、実際には炭化ケイ素と同時に生成するSiOガスの揮散により、C/Si比が低い場合において遊離炭素が発生する。炭化ケイ素粉体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1600℃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るため、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良い。但し、雰囲気の圧力を低圧又は高圧で、混合物を焼成する場合は、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。   The ratio of carbon to silicon in the present invention (hereinafter abbreviated as C / Si ratio) is defined by elemental analysis of a carbide intermediate obtained by carbonizing the mixture at 1000 ° C. Stoichiometrically, free carbon in the silicon carbide powder should be 0% when the C / Si ratio is 3.0. However, in practice, free carbon is generated when the C / Si ratio is low due to volatilization of SiO gas generated simultaneously with silicon carbide. It is important to determine the formulation in advance so that the amount of free carbon in the silicon carbide powder does not become an amount that is not suitable for use in manufacturing a sintered body or the like. Usually, in the firing at 1600 ° C. or higher near 1 atm, free carbon can be suppressed when the C / Si ratio is set to 2.0 to 2.5, and thus this range can be suitably used. When the C / Si ratio is 2.5 or more, free carbon significantly increases. However, since this free carbon has an effect of suppressing grain growth, it may be appropriately selected according to the purpose of grain formation. However, when the mixture is fired at a low or high atmospheric pressure, the C / Si ratio for obtaining pure silicon carbide varies, and in this case, it is not necessarily limited to the range of the C / Si ratio. is not.

(1.1A.2)炭化ケイ素生成工程S14
炭化ケイ素生成工程S14は、非酸化雰囲気下において、混合物を加熱し、炭化ケイ素粉体を生成する工程である。
(1.1A.2) Silicon carbide production step S14
The silicon carbide production step S14 is a step of producing a silicon carbide powder by heating the mixture in a non-oxidizing atmosphere.

上記混合物生成工程S12によって生成された混合物は、例えば、アルゴン雰囲気中において、1350℃〜2000℃で、約30分〜3時間加熱することにより炭化ケイ素(炭化ケイ素粉体)になる。加熱温度及び加熱時間は希望する粒径などの特性に応じて適宜選択できる。効率的に生産するためには、加熱温度は、1600〜1900℃が好ましい。   The mixture produced | generated by the said mixture production | generation process S12 turns into silicon carbide (silicon carbide powder) by heating at 1350 degreeC-2000 degreeC for about 30 minutes-3 hours, for example in argon atmosphere. The heating temperature and the heating time can be appropriately selected according to characteristics such as a desired particle size. In order to produce efficiently, the heating temperature is preferably 1600 to 1900 ° C.

また、前述の焼成時に2000〜2100℃にて5〜20分間加熱処理を施すことにより、炭化ケイ素紛体の不純物をさらに除去できる。これにより、純度がさらに高い炭化ケイ素紛体を製造することができる。   Moreover, the impurity of a silicon carbide powder can further be removed by heat-processing at 2000-2100 degreeC for 5 to 20 minutes at the time of the above-mentioned baking. Thereby, the silicon carbide powder with higher purity can be produced.

なお、非酸化雰囲気下とは、酸化性気体が存在しない雰囲気下を意味する。例えば、不活性雰囲気下(ヘリウム又はアルゴン等の希ガス、窒素等)、又は、真空雰囲気下において、混合物を加熱する。   The non-oxidizing atmosphere means an atmosphere in which no oxidizing gas exists. For example, the mixture is heated in an inert atmosphere (a rare gas such as helium or argon, nitrogen, or the like) or in a vacuum atmosphere.

製造した炭化ケイ素粉体を焼結する場合、高密度化の観点からは、炭化ケイ素粉体の粒径は、小さいことが好ましい。このため、炭化ケイ素粉体を焼結体の原料として用いる場合、炭化ケイ素粉体の粒径が、0.01〜20μm程度、さらには、0.05〜2.5μm程度となるよう焼成することが望ましい。炭化ケイ素粉体の粒径が、0.01μm未満であると、計量、混合などの処理工程における取扱が困難となる。炭化ケイ素粉体の粒径が、20μmを超えると比表面積が小さくなる。すなわち、隣接する粉体との接触面積が小さくなり、高密度化が困難となるため、炭化ケイ素粉体の粒径が、20μm以下であることが望ましい。   When sintering the produced silicon carbide powder, the particle size of the silicon carbide powder is preferably small from the viewpoint of increasing the density. For this reason, when using silicon carbide powder as a raw material for the sintered body, firing is performed so that the particle size of the silicon carbide powder is about 0.01 to 20 μm, and further about 0.05 to 2.5 μm. Is desirable. When the particle size of the silicon carbide powder is less than 0.01 μm, handling in processing steps such as weighing and mixing becomes difficult. When the particle size of the silicon carbide powder exceeds 20 μm, the specific surface area becomes small. That is, since the contact area with the adjacent powder becomes small and it becomes difficult to increase the density, the particle size of the silicon carbide powder is desirably 20 μm or less.

なお、この焼成によって、混合物に含まれる炭素が還元剤となって、以下の反応が起こる。   In addition, by this baking, the carbon contained in the mixture becomes a reducing agent and the following reaction occurs.

SiO+C → SiC
以上の工程により、炭化ケイ素粉体が得られる。得られた炭化ケイ素粉体が、カーボンを含む場合は、大気炉を用いて、温度700℃にて炭化ケイ素粉体を加熱する、いわゆる脱炭処理を行ってもよい。
SiO 2 + C → SiC
Through the above steps, silicon carbide powder is obtained. When the obtained silicon carbide powder contains carbon, a so-called decarburization treatment may be performed by heating the silicon carbide powder at a temperature of 700 ° C. using an atmospheric furnace.

また、炭化ケイ素粉体の粒径を小さくするために、例えば、ジェットミルを用いて、中心粒径が1〜2μmになるように、炭化ケイ素粉体を粉砕してもよい。   In order to reduce the particle size of the silicon carbide powder, the silicon carbide powder may be pulverized using a jet mill so that the center particle size becomes 1 to 2 μm.

(1.1B)非金属系焼結助剤
非金属系焼結助剤としては、シリコン変性フェノール樹脂が含まれる非金属系焼結助剤を準備する。
(1.1B) Nonmetallic sintering aid A nonmetallic sintering aid containing a silicon-modified phenolic resin is prepared as the nonmetallic sintering aid.

シリコン変性フェノール樹脂は、フェノール樹脂をケイ素で変性したものである。シリコン変性フェノール樹脂は、公知の製造方法によって製造できる。市販のシリコン変性フェノール樹脂を用いてもよい。   The silicon-modified phenol resin is obtained by modifying a phenol resin with silicon. Silicon modified phenolic resin can be manufactured by a well-known manufacturing method. A commercially available silicon-modified phenol resin may be used.

非金属系焼結助剤に対するシリコン変性フェノール樹脂の質量比(シリコン変性フェノール樹脂の質量/非金属系焼結助剤の質量)は、50%以上であることが好ましい。前記質量比は、80%以上であることがより好ましい。前記質量比は、100%、すなわち、非金属系焼結助剤は、シリコン変性フェノール樹脂のみからなることが、さらに好ましい。なお、非金属系焼結助剤に対するシリコン変性フェノール樹脂の質量比に関して、不純物の質量の除いた値である。   The mass ratio of the silicon-modified phenol resin to the non-metallic sintering aid (the mass of the silicon-modified phenol resin / the mass of the non-metallic sintering aid) is preferably 50% or more. The mass ratio is more preferably 80% or more. More preferably, the mass ratio is 100%, that is, the nonmetallic sintering aid is made of only a silicon-modified phenolic resin. In addition, it is the value remove | excluding the mass of the impurity regarding the mass ratio of the silicon | silicone modified phenol resin with respect to a nonmetallic sintering auxiliary agent.

シリコン変性フェノール樹脂以外の非金属系焼結助剤としては、加熱により炭素を生成する、いわゆる炭素源と称される物質が用いられる。具体的には、加熱により炭素を生成する有機化合物又はこれらで表面を被覆された炭化ケイ素粉体(粒径:0.01〜1μm程度)が挙げられる。焼結助剤としての効果の観点からは、加熱により炭素を生成する有機化合物が好適に用いられる。   As the non-metallic sintering aid other than the silicon-modified phenol resin, a so-called carbon source that generates carbon by heating is used. Specifically, the organic compound which produces | generates carbon by heating, or the silicon carbide powder (particle diameter: about 0.01-1 micrometer) by which the surface was coat | covered with these are mentioned. From the viewpoint of the effect as a sintering aid, an organic compound that generates carbon by heating is preferably used.

加熱により炭素を生成する有機化合物としては、具体的には、残炭率の高いコールタールピッチ、ピッチタール、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等の少糖類、セルロース、デンプン等の多糖類などの等の各種糖類が挙げられる。炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤を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、熱可塑性或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或いは液状となるものが好適に用いられる。得られる成形体の強度が高いフェノール樹脂、特に、レゾール型フェノール樹脂が、好適に用いられる。   Specific examples of organic compounds that generate carbon by heating include coal tar pitch, pitch tar, phenol resin, furan resin, epoxy resin, phenoxy resin, monosaccharides such as glucose, sucrose, and the like with a high residual carbon ratio. Various saccharides, such as saccharides, polysaccharides, such as a cellulose and starch, are mentioned. For the purpose of homogeneously mixing silicon carbide powder and non-metallic sintering aid, those that are liquid at room temperature, those that dissolve in a solvent, those that soften by heating, such as thermoplasticity or heat melting, or A liquid is preferably used. A phenol resin having a high strength of the obtained molded body, particularly a resol type phenol resin is preferably used.

この有機化合物は加熱されるとカーボンブラックやグラファイトの如き無機炭素系化合物を生成する。この向き炭素系化合物が焼結助剤として有効に作用すると考えられる。   When this organic compound is heated, it produces inorganic carbon compounds such as carbon black and graphite. This oriented carbon-based compound is considered to act effectively as a sintering aid.

炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を得る際に、非金属系焼結助剤を溶媒に溶解又は分散させて混合することが好ましい。溶媒は、非金属系焼結助剤として使用する化合物に対して好適なものを選択することが好ましい。具体的には、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及びシリコン変性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、アセトン等を選択することができる。非金属系焼結助剤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。   When obtaining a mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid, it is preferable to mix the nonmetallic sintering aid dissolved or dispersed in a solvent. It is preferable to select a solvent suitable for the compound used as the nonmetallic sintering aid. Specifically, lower alcohols such as ethyl alcohol, ethyl ether, acetone, and the like can be selected for the phenol resin and silicon-modified phenol resin, which are organic compounds that generate carbon by suitable heating. It is preferable to use a non-metallic sintering aid and a solvent having a low impurity content.

炭化ケイ素粉体と混合される非金属系焼結助剤の添加量は、少なすぎると焼結体の密度が上がらず、多過ぎると焼結体に含まれる遊離炭素が増加するおそれがある。このため、使用する非金属系焼結助剤の種類にもよるが、一般的には、非金属系焼結助剤に由来する炭素の添加量が、10重量%以下、好ましくは2〜5重量%となるように、非金属系焼結助剤の添加量を調整することが好ましい。非金属系焼結助剤に由来する炭素の添加量は、予め炭化ケイ素粉体の表面のシリカ(酸化ケイ素)量をフッ酸を用いて定量し、化学量論的にその還元に充分な量を計算することにより決定することができる。   If the amount of the non-metallic sintering aid mixed with the silicon carbide powder is too small, the density of the sintered body will not increase, and if it is too large, free carbon contained in the sintered body may increase. For this reason, although it depends on the type of nonmetallic sintering aid used, generally, the amount of carbon derived from the nonmetallic sintering aid is 10% by weight or less, preferably 2-5. It is preferable to adjust the amount of addition of the nonmetallic sintering aid so that the weight percentage is achieved. The amount of carbon derived from the nonmetallic sintering aid is determined in advance by quantitatively determining the amount of silica (silicon oxide) on the surface of the silicon carbide powder using hydrofluoric acid, and stoichiometrically sufficient for the reduction. Can be determined by calculating.

なお、ここでいう非金属系焼結助剤に由来する炭素の添加量とは、上記の方法により定量されたシリカが、下記の化学反応式により、非金属系焼結助剤に由来する炭素で還元されるものとして、非金属系焼結助剤の熱分解後の残炭率(非金属系焼結助剤中で炭素を生成する割合)などを考慮して得られる値である。   Here, the amount of carbon derived from the nonmetallic sintering aid is the carbon derived from the nonmetallic sintering aid according to the following chemical reaction formula, as determined by the above method. It is a value obtained in consideration of the residual carbon ratio after pyrolysis of the nonmetallic sintering aid (ratio of generating carbon in the nonmetallic sintering aid) and the like.

SiO+3C → SiC+2CO
また、本発明の炭化ケイ素焼結体においては、炭化ケイ素焼結体中に含まれる炭化ケイ素に由来する炭素原子及び非金属系焼結助剤に由来する炭素原子の合計が30重量%を超え、40重量%以下であることが好ましい。炭化ケイ素焼結体が不純物を全く含まないときは、炭化ケイ素焼結体中の炭素原子の含有量は理論的には30重量%になる。すなわち、炭化ケイ素焼結体中に含まれる不純物の割合が多くなると、炭化ケイ素焼結体中の炭素原子の含有量が、30重量%以下となり好ましくない。また、炭素原子の含有量が、40重量%を超えると、得られる焼結体の密度が低下し、焼結体の強度、耐酸化性等の諸特性が悪化するため好ましくない。
SiO 2 + 3C → SiC + 2CO
Moreover, in the silicon carbide sintered body of the present invention, the total of carbon atoms derived from silicon carbide and nonmetallic sintering aids contained in the silicon carbide sintered body exceeds 30% by weight. 40% by weight or less is preferable. When the silicon carbide sintered body does not contain any impurities, the content of carbon atoms in the silicon carbide sintered body is theoretically 30% by weight. That is, when the proportion of impurities contained in the silicon carbide sintered body is increased, the content of carbon atoms in the silicon carbide sintered body is not preferable because it is 30% by weight or less. On the other hand, if the carbon atom content exceeds 40% by weight, the density of the obtained sintered body is lowered, and various properties such as strength and oxidation resistance of the sintered body are deteriorated.

(1.2)混合工程S20
混合工程S20は、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する工程である。
(1.2) Mixing step S20
The mixing step S20 is a step of mixing the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid.

上述した準備工程S10により準備した炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する。   The silicon carbide powder prepared by the above-described preparation step S10 and the nonmetallic sintering aid are mixed.

炭化ケイ素粉体と、非金属系焼結助剤とを均質に混合するために、上述したように、例えば、非金属系焼結助剤であるフェノール樹脂をエチルアルコールなどの溶媒に溶解し、炭化ケイ素粉体と十分に混合することが好ましい。公知の混合手段、例えば、ミキサー、遊星ボールミルなどによって、混合することができる。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。十分に混合した後は、溶媒の物性に適合する温度、例えば、先に挙げたエチルアルコールの場合には50〜60℃の温度、で溶媒を除去する。   In order to mix the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid homogeneously, as described above, for example, a phenol resin that is a nonmetallic sintering aid is dissolved in a solvent such as ethyl alcohol, It is preferable to mix well with the silicon carbide powder. It can mix by a well-known mixing means, for example, a mixer, a planetary ball mill, etc. The mixing is preferably performed for 10 to 30 hours, particularly 16 to 24 hours. After thorough mixing, the solvent is removed at a temperature compatible with the physical properties of the solvent, for example, 50-60 ° C. in the case of ethyl alcohol mentioned above.

溶媒の除去によって得られた混合物を蒸発乾固させたのち、篩にかけて混合物の原料粉体を得る。なお、高純度化の観点からは、ボールミル容器及びボールの材質は、金属をなるべく含まない合成樹脂にすることが好ましい。また、乾燥にあたっては、スプレードライヤーなどの造粒装置を用いてもよい。 The mixture obtained by removing the solvent is evaporated to dryness, and then sieved to obtain a raw material powder of the mixture. From the viewpoint of high purity, it is preferable that the material of the ball mill container and the ball is a synthetic resin containing as little metal as possible. In drying, a granulator such as a spray dryer may be used.

(1.3)成形工程S30
成形工程S30は、成形金型の内部に配置された、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加熱及び加圧して、成形体を得る工程である。
(1.3) Molding step S30
The molding step S30 is a step of obtaining a molded body by heating and pressing a mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid disposed inside the molding die.

まず、混合物を成形金型の内部に配置する。成形体の密度を向上させるために、配置の際に振動充填法を用いることが好ましい。   First, the mixture is placed inside a molding die. In order to improve the density of the molded body, it is preferable to use a vibration filling method at the time of arrangement.

成形金型は、得られる炭化ケイ素焼結体の純度の観点から、混合物と金型の金属部とが直接接触しないように、成形金型の一部若しくは全部に黒鉛製の材料を使用するか、又は、成形金型の内部にテフロン(登録商標)シート等を介在させることが好ましい。後述の昇温工程S40及び加圧焼結工程S50においても同様である。   From the viewpoint of the purity of the obtained silicon carbide sintered body, is the molding die used a graphite material for part or all of the molding die so that the mixture and the metal part of the die are not in direct contact with each other? Alternatively, a Teflon (registered trademark) sheet or the like is preferably interposed inside the molding die. The same applies to a temperature raising step S40 and a pressure sintering step S50 described later.

成形金型の内部に混合物を配置したら、混合物を加熱及び加圧する。成形体の密度が、1.5g/cm以上、好ましくは、1.9g/cmとなるように、加熱温度、圧力及び加圧時間を調整することが好ましい。非金属系焼結助剤の特性に応じて条件は、異なるが、加熱温度は、80〜300℃の範囲が好ましく、120〜140℃の範囲がより好ましい。圧力は、60〜100kgf/cmの範囲が好ましい。加圧時間は、5〜60分間が好ましく、20〜40分間がより好ましい。 Once the mixture is placed inside the mold, the mixture is heated and pressurized. It is preferable to adjust the heating temperature, pressure, and pressurization time so that the density of the molded body is 1.5 g / cm 3 or more, preferably 1.9 g / cm 3 . Although the conditions differ depending on the characteristics of the nonmetallic sintering aid, the heating temperature is preferably in the range of 80 to 300 ° C, more preferably in the range of 120 to 140 ° C. The pressure is preferably in the range of 60 to 100 kgf / cm 2 . The pressurization time is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 20 to 40 minutes.

混合物を加熱及び加圧することにより得られた成形体を配置し、さらに、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を成形金型の内部に配置してもよい。配置された成形体及び混合物を加熱及び加圧することによって、厚みの大きい成形体を得ることができる。   A molded body obtained by heating and pressurizing the mixture may be disposed, and a mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid may be disposed inside the molding die. By heating and pressurizing the arranged molded body and the mixture, a molded body having a large thickness can be obtained.

成形体及び混合物を配置し、成形体及び混合物を加熱及び加圧することを複数回繰り返すことにより、最終的に、高密度、かつ、厚みの大きい炭化ケイ素焼結体を製造することができる。   By arranging the formed body and the mixture and heating and pressurizing the formed body and the mixture a plurality of times, a silicon carbide sintered body having a high density and a large thickness can be finally produced.

なお、混合物を構成する粉体の平均粒径が0.5μm程度である場合、成形体の密度が1.5g/cm以上であることが好ましい。混合物を構成する粉体の平均粒径が1μm程度の場合、成形体の密度が、1.8g/cm以上であることが好ましい。この条件を満たすことにより、高密度の炭化ケイ素焼結体を製造することができる。 In addition, when the average particle diameter of the powder constituting the mixture is about 0.5 μm, the density of the molded body is preferably 1.5 g / cm 3 or more. When the average particle diameter of the powder constituting the mixture is about 1 μm, the density of the compact is preferably 1.8 g / cm 3 or more. By satisfying this condition, a high-density silicon carbide sintered body can be produced.

次の昇温工程S40及び加圧焼結工程S50を行う前に、昇温工程S40及び加圧焼結工程S50に用いる成形金型に成形体が適合するように、得られた成形体を切削してもよい。   Before performing the next temperature raising step S40 and the pressure sintering step S50, the obtained molded body is cut so that the molded body fits the molding die used in the temperature raising step S40 and the pressure sintering step S50. May be.

(1.4)昇温工程S40
昇温工程S40は、真空下において、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加熱する工程である。本実施形態において、昇温工程S40は、第1昇温工程S42と、第2昇温工程S44とを有する。
(1.4) Temperature raising step S40
The temperature raising step S40 is a step of heating the mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid under vacuum. In the present embodiment, the temperature raising step S40 includes a first temperature raising step S42 and a second temperature raising step S44.

なお、昇温工程S40及び加圧焼結工程S50において、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物だけでなく、成形工程S30の成形体も含めて、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物と称する。   In the temperature raising step S40 and the pressure sintering step S50, not only the mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid but also the molded body of the molding step S30 and the non-silicon carbide powder. It is called a mixture with a metal-based sintering aid.

(1.4.1)第1昇温工程S42
第1昇温工程S42は、真空下において、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を700℃まで加熱する工程である。
(1.4.1) First temperature raising step S42
The first temperature raising step S42 is a step of heating the mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid to 700 ° C. under vacuum.

炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を成形金型に配置する。混合物が配置された成形金型を高温炉の中に配置する。なお、成形金型は、金属製のものだけでなく、黒鉛製のものも含まれる。   A mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid is placed in a molding die. The molding die in which the mixture is placed is placed in a high temperature furnace. The molding die includes not only a metal mold but also a graphite mold.

高温炉の内部を真空にし、室温から700℃に至るまで、緩やかに加熱する。ここで、高温炉の温度制御が困難な場合には、700℃まで昇温を連続的に行ってもよい。高温炉内を10−4torrにして、室温から200℃まで緩やかに昇温し、200℃において一定時間保持する。その後、さらに緩やかに昇温を続け、700℃まで加熱する。さらに700℃前後の温度にて一定時間保持する。これにより、混合物に吸着している水分及び有機溶媒の脱離が行われる。さらに、非金属系焼結助剤の熱分解による炭化が行われる。200℃前後或いは700℃前後の温度に保持する時間は焼結体のサイズによって好適な範囲が選択される。保持時間が十分であるか否かは、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。200℃及び700℃で一定時間保持することにより、不純物の除去及び非金属系焼結助剤の炭化を十分に行うことができる。さらに、混合物に亀裂や空孔が生じない。 The inside of the high-temperature furnace is evacuated and heated gently from room temperature to 700 ° C. Here, when it is difficult to control the temperature of the high temperature furnace, the temperature may be continuously increased to 700 ° C. The inside of the high-temperature furnace is set to 10 −4 torr, the temperature is gradually raised from room temperature to 200 ° C., and the temperature is maintained at 200 ° C. for a certain time. Thereafter, the temperature is further gradually raised and heated to 700 ° C. Further, it is held for a certain time at a temperature of around 700 ° C. Thereby, the water | moisture content and organic solvent which are adsorb | sucking to a mixture are desorbed. Furthermore, carbonization by thermal decomposition of the nonmetallic sintering aid is performed. A suitable range of the time for maintaining the temperature at around 200 ° C. or around 700 ° C. is selected depending on the size of the sintered body. Whether or not the holding time is sufficient can be determined by a time point when the decrease in the degree of vacuum is reduced to some extent. By holding at 200 ° C. and 700 ° C. for a certain time, impurities can be removed and the nonmetallic sintering aid can be sufficiently carbonized. Furthermore, there are no cracks or voids in the mixture.

一例を挙げれば、5〜10g程度の試料に関しては、10-4torrにして、室温から200℃まで緩やかに昇温し、200℃において約30分間保持する。その後、さらに緩やかに昇温を続け、700℃まで加熱する。室温から700℃に至るまでの時間は6〜10時間程度、好ましくは8時間前後である。さらに700℃前後の温度にて2〜5時間程度保持することが好ましい。 As an example, for a sample of about 5 to 10 g, the temperature is raised slowly from room temperature to 200 ° C. at 10 −4 torr and held at 200 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, the temperature is further gradually raised and heated to 700 ° C. The time from room temperature to 700 ° C. is about 6 to 10 hours, preferably about 8 hours. Furthermore, it is preferable to hold at about 700 ° C. for about 2 to 5 hours.

(1.4.2)第2昇温工程S44
第2昇温工程S44は、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を1500℃まで加熱する工程である。
(1.4.2) Second temperature raising step S44
The second temperature raising step S44 is a step of heating the mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid to 1500 ° C.

真空中で、さらに700℃から1500℃に至るまで、混合物を加熱する。前述した条件であれば6〜9時間ほどかけて昇温し、1500℃の温度で1〜5時間ほど保持する。この工程では二酸化ケイ素、酸化ケイ素の還元反応が行われると考えられる。ケイ素と結合した酸素を除去するため、この還元反応を十分に完結させることが重要である。1500℃の温度における保持時間は、この還元反応による副生物である一酸化炭素の発生が完了するまで、即ち、真空度の低下が少なくなり、還元反応開始前の温度である1300℃付近における真空度に回復するまで、行うことが必要である。この第2昇温工程S44における還元反応により、炭化ケイ素粉体表面に付着して緻密化を阻害し、大粒成長の原因となる二酸化ケイ素が除去される。この還元反応中に発生するSiO、COを含む気体は不純物元素を伴っている。しかしながら、真空ポンプによりこれらの発生気体が高温炉の外部へ絶えず排出され、除去される。このため、高純度化の観点からも、この温度保持を十分に行うことが好ましい。   The mixture is further heated in vacuum from 700 ° C. to 1500 ° C. If it is the conditions mentioned above, it will heat up over about 6 to 9 hours, and will hold | maintain at the temperature of 1500 degreeC for about 1 to 5 hours. In this step, it is considered that a reduction reaction of silicon dioxide and silicon oxide is performed. In order to remove oxygen bonded to silicon, it is important to complete the reduction reaction sufficiently. The holding time at a temperature of 1500 ° C. is a vacuum in the vicinity of 1300 ° C., which is a temperature before the start of the reduction reaction, until the generation of carbon monoxide as a by-product by this reduction reaction is completed, that is, the decrease in the degree of vacuum decreases. It is necessary to do until it recovers every time. By the reduction reaction in the second temperature raising step S44, silicon dioxide that adheres to the surface of the silicon carbide powder and inhibits densification and causes large grain growth is removed. The gas containing SiO and CO generated during the reduction reaction is accompanied by an impurity element. However, these generated gases are continuously discharged out of the high temperature furnace and removed by the vacuum pump. For this reason, it is preferable to sufficiently hold this temperature from the viewpoint of high purity.

(1.5)加圧焼結工程S50
加圧焼結工程S50は、非酸化雰囲気下において、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する工程である。本実施形態において、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を成形金型に配置する。混合物が配置された成形金型を高温炉に配置し、温度2000〜2400℃、圧力300〜700kgf/cm、非酸化性雰囲気下において、加熱及び加圧(いわゆるホットプレス)する。
(1.5) Pressure sintering step S50
The pressure sintering step S50 is a step of pressure sintering a mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid in a non-oxidizing atmosphere. In this embodiment, a mixture of silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid is placed in a molding die. The molding die in which the mixture is placed is placed in a high-temperature furnace, and heated and pressurized (so-called hot press) in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 2000 to 2400 ° C. and a pressure of 300 to 700 kgf / cm 2 .

温度が1500℃より高温に上昇すると焼結が開始する。焼結の際、異常粒成長を押さえるために、300〜700kgf/cm程度までを目安として加圧を開始する。その後、高温炉内を非酸化性雰囲気とするために不活性ガスを導入する。この不活性ガスとしては、窒素あるいは、アルゴンなどを用いるが、高温においても非反応性であることから、アルゴンガスを用いることが望ましい。 Sintering begins when the temperature rises above 1500 ° C. During sintering, in order to suppress abnormal grain growth, pressurization is started with about 300 to 700 kgf / cm 2 as a guide. Thereafter, an inert gas is introduced to make the inside of the high-temperature furnace into a non-oxidizing atmosphere. Nitrogen or argon is used as this inert gas, but it is desirable to use argon gas because it is non-reactive even at high temperatures.

高温炉内を非酸化性雰囲気とした後、温度を2000〜2400℃、圧力300〜700kgf/cmとなるように加熱及び加圧する。プレス時の圧力は原料粉体の粒径によって選択することができる。原料粉体の粒径が小さいものは加圧時の圧力が比較的小さくても好適な焼結体が得られる。また、ここで1500℃から最高温度である2000〜2400℃までへの昇温は2〜4時間かけて行うが、焼結は1850〜1900℃で急速に進行する。さらに、この最高温度で1〜3時間保持し、焼結を完了する。 After making the inside of a high-temperature furnace into a non-oxidizing atmosphere, it is heated and pressurized so that the temperature is 2000 to 2400 ° C. and the pressure is 300 to 700 kgf / cm 2 . The pressure at the time of pressing can be selected according to the particle size of the raw material powder. When the raw material powder has a small particle size, a suitable sintered body can be obtained even if the pressure during pressurization is relatively small. In addition, the temperature rise from 1500 ° C. to the maximum temperature of 2000 to 2400 ° C. is performed over 2 to 4 hours, but the sintering proceeds rapidly at 1850 to 1900 ° C. Further, the sintering is completed at this maximum temperature for 1 to 3 hours.

最高温度が2000℃以上であれば、炭化ケイ素焼結体を十分に高密度にすることができる。最高温度が2400℃以下であれば、炭化ケイ素焼結体が昇華(分解)することがないため、良好な炭化ケイ素焼結体を得ることができる。また、加圧条件が500kgf/cm以上であれば、炭化ケイ素焼結体を十分に高密度にすることができる。加圧条件が700kgf/cm以下であれば、黒鉛型などの成形型の破損が生じないため、効率よく炭化ケイ素焼結体を製造できる。 If the maximum temperature is 2000 ° C. or higher, the silicon carbide sintered body can be made sufficiently dense. When the maximum temperature is 2400 ° C. or lower, the silicon carbide sintered body does not sublime (decompose), and therefore a good silicon carbide sintered body can be obtained. Moreover, if pressurization conditions are 500 kgf / cm < 2 > or more, a silicon carbide sintered compact can be made into a sufficiently high density. If the pressurizing condition is 700 kgf / cm 2 or less, the molding die such as the graphite die is not damaged, and thus the silicon carbide sintered body can be produced efficiently.

加圧焼結工程S50においても、得られる焼結体の純度保持の観点から、ここで用いられる成形金型(黒鉛型)や高温炉の断熱材等は、高純度の黒鉛原料を用いることが好ましい。黒鉛原料は高純度処理されたものが用いられる。具体的には、2500℃以上の温度で予め十分ベーキングされ、焼結温度で不純物の発生がない黒鉛原料が望ましい。さらに、使用する不活性ガスについても、不純物が少ない高純度品を使用することが好ましい。   Also in the pressure sintering step S50, from the viewpoint of maintaining the purity of the sintered body to be obtained, a high-purity graphite raw material is used for the molding die (graphite mold), the high-temperature furnace heat insulating material, etc. used here. preferable. As the graphite raw material, high-purity processed material is used. Specifically, a graphite raw material that is sufficiently baked at a temperature of 2500 ° C. or more and does not generate impurities at the sintering temperature is desirable. Furthermore, it is preferable to use a high-purity product with few impurities for the inert gas to be used.

以上の工程により、炭化ケイ素焼結体を製造することができる。なお、遊離炭素が、1%未満であり、体積抵抗率が、1Ω・cm未満である炭化ケイ素焼結体を製造することもできる。   The silicon carbide sintered body can be manufactured through the above steps. A silicon carbide sintered body having a free carbon of less than 1% and a volume resistivity of less than 1 Ω · cm can also be produced.

(2)作用効果
本実施形態に係る炭化ケイ素粉体の製造方法は、炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する混合工程S20と、非酸化雰囲気下において、炭化珪素粉体と非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する加圧焼結工程S50と、を有し、非金属系焼結助剤には、シリコン変性フェノール樹脂が含まれる。
(2) Effects The silicon carbide powder manufacturing method according to the present embodiment includes a mixing step S20 in which silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid are mixed, and silicon carbide powder in a non-oxidizing atmosphere. And a pressure sintering step S50 for pressure-sintering a mixture of the non-metallic sintering aid, and the non-metallic sintering aid includes a silicon-modified phenol resin.

非金属系焼結助剤に含まれるシリコン変性フェノール樹脂は、例えば、フェノール樹脂と同様に、遊離炭素を発生する。しかしながら、シリコン変性フェノール樹脂に含まれるケイ素と遊離炭素とが反応して、炭化ケイ素が生じると考えられる。シリコン変性フェノール樹脂と遊離炭素との反応により生じる炭化ケイ素によって、炭化ケイ素焼結体のかさ密度が向上する。さらに、炭化ケイ素焼結体に残存する遊離炭素が減少するため、遊離炭素に起因したポアの発生を抑制できる。結果として、炭化ケイ素焼結体の耐食性が向上する。   The silicon-modified phenol resin contained in the nonmetallic sintering aid generates free carbon, for example, like the phenol resin. However, it is considered that silicon contained in the silicon-modified phenol resin reacts with free carbon to produce silicon carbide. The silicon carbide produced by the reaction between the silicon-modified phenol resin and free carbon improves the bulk density of the silicon carbide sintered body. Furthermore, since free carbon remaining in the silicon carbide sintered body is reduced, generation of pores due to free carbon can be suppressed. As a result, the corrosion resistance of the silicon carbide sintered body is improved.

このように、本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体の製造方法によれば、かさ密度が大きく、かつ、耐食性が向上した炭化ケイ素焼結体を製造することができる。   Thus, according to the method for manufacturing a silicon carbide sintered body according to the present embodiment, a silicon carbide sintered body having a large bulk density and improved corrosion resistance can be manufactured.

また、非金属系焼結助剤に対するシリコン変性フェノール樹脂の質量比は、50%以上であることが好ましい。これにより、炭化ケイ素焼結体に残存する遊離炭素を十分に抑制することができるため、かさ密度及び耐食性の向上をさらに図ることができる。   Further, the mass ratio of the silicon-modified phenol resin to the nonmetallic sintering aid is preferably 50% or more. Thereby, since free carbon remaining in the silicon carbide sintered body can be sufficiently suppressed, it is possible to further improve the bulk density and the corrosion resistance.

また、常温で液状のケイ素化合物と、有機アミン又はアンモニアを触媒として合成される、加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物と、有機化合物に溶化する重合触媒又は架橋触媒とを混合し、混合物を生成する工程と、非酸化雰囲気下において、混合物を加熱し、炭化ケイ素粉体を生成する工程と、を有する。   Also, a silicon compound that is liquid at normal temperature, an organic amine or ammonia synthesized as a catalyst, an organic compound that is liquid at normal temperature that produces carbon by heating, and a polymerization catalyst or a crosslinking catalyst that is dissolved in the organic compound are mixed, A step of producing a mixture, and a step of heating the mixture in a non-oxidizing atmosphere to produce silicon carbide powder.

加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物は、有機アミン又はアンモニアを触媒として合成されるため、製造された炭化ケイ素焼結体は、窒素原子を含む。これにより、炭化ケイ素焼結体の体積抵抗率が小さくなるため、放電加工により、炭化ケイ素焼結体を精密に加工することができる。   Since the organic compound that is liquid at room temperature that generates carbon by heating is synthesized using an organic amine or ammonia as a catalyst, the produced silicon carbide sintered body contains nitrogen atoms. Thereby, since the volume resistivity of a silicon carbide sintered compact becomes small, a silicon carbide sintered compact can be processed precisely by electric discharge machining.

また、炭化ケイ素焼結体は、遊離炭素が、1%未満であり、体積抵抗率が、1Ω・cm未満である。体積抵抗率が、1Ω・cm未満であるため、放電加工により、精密に加工することができる。   The silicon carbide sintered body has a free carbon of less than 1% and a volume resistivity of less than 1 Ω · cm. Since the volume resistivity is less than 1 Ω · cm, it can be precisely processed by electric discharge machining.

(3)比較評価
本発明の効果を確かめるために、以下の比較評価を行った。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
(3) Comparative evaluation In order to confirm the effect of the present invention, the following comparative evaluation was performed. In addition, this invention is not limited to a following example.

(3.1)実施例及び比較例
(3.1A)実施例1
89.5gの炭化ケイ素粉体(ブリヂストン製)に、10.5gのシリコン変性フェノール樹脂(旭有機材工業製:AVライト SK087)と、100gのエタノールとを加えて、ボールミルを用いて、スラリー状の混合物を作製した。スプレードライ法を用いて、作製した混合物を造粒し、焼結用顆粒を得た。
(3.1) Examples and Comparative Examples (3.1A) Example 1
Add 10.5 g of silicon-modified phenolic resin (Asahi Organic Materials Industries Co., Ltd .: AV Light SK087) and 100 g of ethanol to 89.5 g of silicon carbide powder (manufactured by Bridgestone), and use a ball mill to form a slurry. A mixture of was made. The produced mixture was granulated using a spray drying method to obtain a granule for sintering.

φ30のカーボンモールドに、得られた焼結用顆粒を10g充填した。2300℃、500kg/cm、アルゴン雰囲気下の条件の下、ホットプレス焼結を4時間行った。これにより、炭化ケイ素焼結体を得た。得られた炭化ケイ素焼結体の両面を研削した。研削後の炭化ケイ素焼結体の厚みは、1.5tであった。 A φ30 carbon mold was filled with 10 g of the obtained granule for sintering. Hot press sintering was performed for 4 hours under the conditions of 2300 ° C., 500 kg / cm 2 and an argon atmosphere. Thereby, a silicon carbide sintered body was obtained. Both surfaces of the obtained silicon carbide sintered body were ground. The thickness of the silicon carbide sintered body after grinding was 1.5 t.

(3.1B)実施例2
89.5gの炭化ケイ素粉体(ブリヂストン製)に、8.4gのシリコン変性フェノール樹脂(旭有機材工業製:AVライト SK087)と、2.1gの未変性のフェノール樹脂(エアーウォータ製:SKライト SR−101)と、100gのエタノールとを加えて、ボールミルを用いて、スラリー状の混合物を作製した。
(3.1B) Example 2
89.5 g of silicon carbide powder (manufactured by Bridgestone), 8.4 g of silicon-modified phenolic resin (Asahi Organic Materials Co., Ltd .: AV Light SK087) and 2.1 g of unmodified phenolic resin (manufactured by Airwater: SK) Lite SR-101) and 100 g of ethanol were added, and a slurry-like mixture was prepared using a ball mill.

その他の工程は、上述した実施例1と同様である。   Other steps are the same as those in the first embodiment.

(3.1C)実施例3
89.5gの炭化ケイ素粉体(ブリヂストン製)に、5.25gのシリコン変性フェノール樹脂(旭有機材工業製:AVライト SK087)と、5.25gの未変性のフェノール樹脂(エアーウォータ製:SKライト SR−101)と、100gのエタノールとを加えて、ボールミルを用いて、スラリー状の混合物を作製した。
(3.1C) Example 3
89.5 g of silicon carbide powder (manufactured by Bridgestone), 5.25 g of silicon-modified phenolic resin (Asahi Organic Materials Co., Ltd .: AV Light SK087) and 5.25 g of unmodified phenolic resin (manufactured by Air Water: SK) Lite SR-101) and 100 g of ethanol were added, and a slurry-like mixture was prepared using a ball mill.

その他の工程は、上述した実施例1と同様である。   Other steps are the same as those in the first embodiment.

(3.1D)比較例1
89.5gの炭化ケイ素粉体(ブリヂストン製)に、10.5gの未変性のフェノール樹脂(エアーウォータ製:SKライト SR−101)と、100gのエタノールとを加えて、ボールミルを用いて、スラリー状の混合物を作製した。
(3.1D) Comparative Example 1
Add 10.5 g of unmodified phenolic resin (manufactured by Airwater: SK Light SR-101) and 100 g of ethanol to 89.5 g of silicon carbide powder (manufactured by Bridgestone), and use a ball mill to slurry. A shaped mixture was prepared.

その他の工程は、上述した実施例1と同様である。   Other steps are the same as those in the first embodiment.

(3.1E)比較例2
CVD法を用いて製造した炭化ケイ素焼結体(コバレントマテリアル製)を準備した。
(3.1E) Comparative Example 2
A silicon carbide sintered body (manufactured by Covalent Materials) manufactured using a CVD method was prepared.

(3.2)かさ密度測定
実施例及び比較例に係る炭化ケイ素焼結体のかさ密度を、アルキメデス法を用いて測定した。結果を表1に示す。
(3.2) Bulk density measurement The bulk density of the silicon carbide sintered bodies according to Examples and Comparative Examples was measured using Archimedes method. The results are shown in Table 1.

(3.3)プラズマ耐性測定
実施例及び比較例に係る炭化ケイ素焼結体のプラズマ耐性を、プラズマ発生器(電子技研製)を用いて測定した。出力500W、圧力50Pa、CF/O=100/100sccmの条件下において、5時間経過後の炭化ケイ素焼結体の損耗量を測定した。結果を表1に示す。
(3.3) Plasma resistance measurement The plasma resistance of the silicon carbide sintered bodies according to Examples and Comparative Examples was measured using a plasma generator (manufactured by Denki Giken). Under the conditions of an output of 500 W, a pressure of 50 Pa, and CF 4 / O 2 = 100/100 sccm, the wear amount of the silicon carbide sintered body after 5 hours was measured. The results are shown in Table 1.

なお、数値が小さいほど、プラズマ耐性が優れていることを示す。   In addition, it shows that plasma resistance is excellent, so that a numerical value is small.

(3.4)遊離炭素測定
実施例及び比較例に係る炭化ケイ素焼結体の遊離炭素の割合を、熱分析機(リガク:TG8120)を用いて測定した。空気10ml/min、10℃/minの条件下において、1150℃の減量率を測定した。結果を表1に示す。
(3.4) Free carbon measurement The ratio of the free carbon of the silicon carbide sintered bodies according to Examples and Comparative Examples was measured using a thermal analyzer (Rigaku: TG8120). Under a condition of air 10 ml / min and 10 ° C./min, a weight loss rate of 1150 ° C. was measured. The results are shown in Table 1.

(3.5)体積抵抗測定
実施例及び比較例に係る炭化ケイ素焼結体の体積抵抗率を、抵抗測定器(三菱化学製:ロレスタ)を用いて測定した。結果を表1に示す。
(3.5) Volume Resistance Measurement The volume resistivity of the silicon carbide sintered bodies according to the examples and comparative examples was measured using a resistance measuring instrument (Mitsubishi Chemical: Loresta). The results are shown in Table 1.

(3.6)結果

Figure 2013216550
(3.6) Results
Figure 2013216550

表1に示されるように、実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、比較例1に比べて、かさ密度が大きいことが分かった。   As shown in Table 1, the silicon carbide sintered body according to the example was found to have a larger bulk density than Comparative Example 1.

また、表1に示されるように、実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、比較例1に比べて、プラズマ耐性が優れていることが分かった。さらに、実施例1及び2に係る炭化ケイ素焼結体は、比較例2に比べて、プラズマ耐性が優れていることが分かった。すなわち、非金属系焼結助剤に対するシリコン変性フェノール樹脂の質量比は、80%以上であることが好ましいことが分かった。   Further, as shown in Table 1, it was found that the silicon carbide sintered body according to the example was superior in plasma resistance as compared with Comparative Example 1. Furthermore, it was found that the silicon carbide sintered bodies according to Examples 1 and 2 were superior in plasma resistance as compared with Comparative Example 2. That is, it was found that the mass ratio of the silicon-modified phenol resin to the nonmetallic sintering aid is preferably 80% or more.

表1に示されるように、実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、比較例1に比べて、遊離炭素が少ないことが分かった。シリコン変性フェノール樹脂に含まれるケイ素と遊離炭素とが反応することにより、炭化ケイ素焼結体に含まれる遊離炭素が少なくなったと考えられる。遊離炭素の減少により、ポアの発生が抑制され、結果として、プラズマ耐性が向上したと考えられる。また、ケイ素と遊離炭素との反応によって、炭化ケイ素が生成することによって、炭化ケイ素焼結体のかさ密度が向上したと考えられる。   As shown in Table 1, it was found that the silicon carbide sintered body according to the example had less free carbon than Comparative Example 1. It is considered that free carbon contained in the silicon carbide sintered body has decreased due to the reaction between silicon and free carbon contained in the silicon-modified phenol resin. It is considered that the generation of pores was suppressed by the reduction of free carbon, and as a result, the plasma resistance was improved. In addition, it is considered that the bulk density of the silicon carbide sintered body is improved by the formation of silicon carbide by the reaction between silicon and free carbon.

また、表1に示されるように、実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、比較例2に比べて、体積抵抗率が小さい。具体的には、実施例1から3に係る炭化ケイ素焼結体の体積抵抗率は、1Ω・cm未満であるのに対し、比較例2に係る炭化ケイ素焼結体の体積抵抗率は、100Ω・cm以上である。このため、比較例2の炭化ケイ素焼結体は、放電加工できないのに対し、本実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、放電加工をすることができる。放電加工は、精密加工に優れているため、本実施例に係る炭化ケイ素焼結体は、精密に加工できることが分かった。   In addition, as shown in Table 1, the silicon carbide sintered body according to the example has a smaller volume resistivity than that of Comparative Example 2. Specifically, the volume resistivity of the silicon carbide sintered body according to Examples 1 to 3 is less than 1 Ω · cm, whereas the volume resistivity of the silicon carbide sintered body according to Comparative Example 2 is 100Ω. -It is cm or more. For this reason, the silicon carbide sintered body of Comparative Example 2 cannot be subjected to electric discharge machining, whereas the silicon carbide sintered body according to the present example can be subjected to electric discharge machining. Since electric discharge machining is excellent in precision machining, it was found that the silicon carbide sintered body according to the present example can be machined precisely.

(4)その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。
(4) Other Embodiments Although the contents of the present invention have been disclosed through the embodiments of the present invention, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. The present invention includes various embodiments not described herein.

例えば、上述した実施形態では、炭化ケイ素焼結体の製造方法は、成形工程S30を含んでいたが、必ずしもこれに限られない。炭化ケイ素焼結体の製造方法は、成形工程S30を含んでいなくてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the method for manufacturing a silicon carbide sintered body includes the forming step S30, but is not necessarily limited thereto. The method for manufacturing the silicon carbide sintered body may not include the forming step S30.

また、上述した実施形態では、炭化ケイ素焼結体の製造方法は、第1昇温工程S42及び第2昇温工程S44が終了した後に、加圧焼結工程S50を行っていたが、必ずしもこれに限られない。第1昇温工程S42及び第2昇温工程S44を行わずに、加圧焼結工程S50を行ってもよい。   In the above-described embodiment, the silicon carbide sintered body is manufactured by performing the pressure sintering step S50 after the first temperature raising step S42 and the second temperature raising step S44 are completed. Not limited to. The pressure sintering step S50 may be performed without performing the first temperature raising step S42 and the second temperature raising step S44.

また、上述した実施形態では、有機アミン又はアンモニアを触媒として合成される、加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物として、レゾール型フェノール樹脂を挙げたが、必ずしもこれに限られない。   In the above-described embodiment, the resol-type phenol resin is exemplified as the organic compound that is synthesized using organic amine or ammonia as a catalyst and is a liquid organic compound that generates carbon by heating, but is not necessarily limited thereto.

上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、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。   As described above, the present invention 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.

S10…準備工程、 S12…混合物生成工程、 S14…炭化ケイ素生成工程、 S20…混合工程、 S30…成形工程、 S40…昇温工程、 S42…第1昇温工程、 S44…第2昇温工程、 S50…加圧焼結工程   S10 ... Preparation step, S12 ... Mixture generation step, S14 ... Silicon carbide generation step, S20 ... Mixing step, S30 ... Molding step, S40 ... Temperature raising step, S42 ... First temperature raising step, S44 ... Second temperature raising step, S50: Pressure sintering process

Claims (4)

炭化ケイ素粉体と非金属系焼結助剤とを混合する混合工程と、
非酸化雰囲気下において、前記炭化珪素粉体と前記非金属系焼結助剤との混合物を加圧焼結する加圧焼結工程と、を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、
前記非金属系焼結助剤には、シリコン変性フェノール樹脂が含まれる炭化ケイ素焼結体の製造方法。
A mixing step of mixing the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid;
A pressure sintering step of pressure sintering a mixture of the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid in a non-oxidizing atmosphere, and a method for producing a silicon carbide sintered body,
The method for producing a silicon carbide sintered body, wherein the nonmetallic sintering aid includes a silicon-modified phenol resin.
前記非金属系焼結助剤に対する前記シリコン変性フェノール樹脂の質量比は、50%以上である請求項1に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。   2. The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein a mass ratio of the silicon-modified phenol resin to the nonmetallic sintering aid is 50% or more. 常温で液状のケイ素化合物と、有機アミン又はアンモニアを触媒として合成される、加熱により炭素を生成する常温で液状の有機化合物と、前記有機化合物に溶化する重合触媒又は架橋触媒とを混合し、混合物を生成する工程と、
非酸化雰囲気下において、前記混合物を加熱し、前記炭化ケイ素粉体を生成する工程と、を有する請求項1又は2に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
A mixture of a silicon compound which is liquid at normal temperature, an organic amine or ammonia synthesized as a catalyst, an organic compound which is liquid at normal temperature which produces carbon by heating, and a polymerization catalyst or a crosslinking catalyst which is dissolved in the organic compound. Generating
The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, further comprising: heating the mixture in a non-oxidizing atmosphere to produce the silicon carbide powder.
遊離炭素が、1%未満であり、
体積抵抗率が、1Ω・cm未満である炭化ケイ素焼結体。
Free carbon is less than 1%,
A silicon carbide sintered body having a volume resistivity of less than 1 Ω · cm.
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