JP2023140574A - Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形体の変形を抑制でき、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体を製造できるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法は、ＳｉＣを含む成形体を成形体の変形を抑制するための変形抑制部材に接触させ、かつ、成形体にＳｉを含む供給体を接触させた状態で、供給体を加熱して、Ｓｉを含む溶融金属を成形体に含浸させる。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法に関する。

Ｓｉ－ＳｉＣ系複合材料は、優れた熱伝導率を有しており、各種産業製品への利用が期待されている。このようなＳｉ－ＳｉＣ系複合材料から形成される構造体（以下、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体とする。）の製造方法として、例えば、Ｓｉを含む含浸金属供給体を、ＳｉＣを含む被含浸体に接触させた状態で、１２００℃以上１６００℃以下に加熱して、Ｓｉを含む溶融金属を被含浸体に含浸させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

このようなＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体は、用途に応じた適切な形状で製造することが望まれている。Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の形状は被含浸体の形状に依存するため、種々の形状を有する被含浸体が、含浸金属供給体に接触された状態で上記のように加熱される。すると、被含浸体の自重および／または含浸金属供給体からの荷重により、被含浸体が変形して、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体が製造できない場合がある。

国際公開第２０１１／１４５３８７号

本発明の主たる目的は、成形体の変形を抑制でき、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体を製造できるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法を提供することにある。

本発明の実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法は、ＳｉＣを含む成形体を前記成形体の変形を抑制するための変形抑制部材に接触させ、かつ、前記成形体にＳｉを含む供給体を接触させた状態で、前記供給体を加熱して、Ｓｉを含む溶融金属を前記成形体に含浸させる工程を含んでいる。
１つの実施形態においては、上記変形抑制部材は、上記成形体の外形に沿う支持面を有する受け台であり、上記成形体が上記受け台に配置された状態で、上記溶融金属を該成形体に含浸させる。
１つの実施形態においては、上記成形体が上記受け台に配置された状態で、上記支持面は、上記成形体の外面のうち３０％以上を覆う。
１つの実施形態においては、上記成形体は、円筒形状を有している。
１つの実施形態においては、上記成形体の軸線が水平方向と平行になるように、上記成形体を上記受け台に配置する。
１つの実施形態においては、上記支持面は、円弧形状を有している。上記支持面の曲率半径は、上記成形体の外径の１／２以上であり、上記成形体の外径の１／２＋０．３ｍｍ以下である。
１つの実施形態においては、上記供給体は、上記成形体の内側に配置される。
１つの実施形態においては、上記支持面には、コーティング層が設けられている。
１つの実施形態においては、上記支持面には、溝が設けられている。前記溝は、上記成形体が上記受け台に配置された状態で、上記成形体と上記受け台との間に隙間を形成する。
１つの実施形態においては、上記受け台は、第１面を有する第１台と、第２面を有する第２台とを備えている。上記成形体は、前記第１台および前記第２台に配置される。前記第１面および前記第２面は、上記成形体が前記第１台および前記第２台に配置された状態で、前記支持面として機能する。
１つの実施形態においては、上記変形抑制部材は、上記成形体と接触する第１接触部と、上記成形体の長手方向と直交する方向において第１接触部から離れて位置し、上記前記成形体と接触する第２接触部と、を有している。
１つの実施形態においては、上記変形抑制部材は、複数の前記成形体の変形を抑制可能であり、複数の成形体は、成形体の長手方向と直交する方向に並び、互いに接触している。上記変形抑制部材は、複数の成形体のうち一端に位置する成形体と接触する第１接触部と、複数の成形体に対して第１接触部と反対側に位置する第２接触部であって、複数の成形体のうち他端に位置する成形体と接触する第２接触部とを有している。
１つの実施形態においては、上記第１接触部および上記第２接触部は、上記成形体に対して水平方向に接触する。
１つの実施形態においては、上記変形抑制部材は、上記成形体に対して鉛直方向に接触する第３接触部をさらに有している。
１つの実施形態においては、上記変形抑制部材は、カーボン、窒化ホウ素、アルミナまたはプラチナから選択される少なくとも１種の材料を含んでいる。
１つの実施形態においては、上記成形体は、ハニカム構造を有している。

本発明の実施形態によれば、成形体の変形を抑制でき、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体を製造できる。

図１は、本発明の１つの実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法を説明するための概略斜視図である。 図２は、本発明の１つの実施形態に係る受け台の正面図である。 図３は、本発明の別の実施形態に係る受け台の正面図である。 図４は、本発明のさらに別の実施形態に係る受け台の正面図である。 図５（ａ）は、本発明のさらに別の実施形態に係る受け台の正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す受け台が第１台および第２台から構成される態様を示す。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す受け台が溝を有する態様を示す。 図６（ａ）は、本発明のさらに別の実施形態に係る受け台の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す受け台が第１台および第２台から構成される態様を示す。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す受け台が溝を有する態様を示す。 図７は、本発明の１つの実施形態に係るハニカム成形体の正面図である。 図８は、本発明の１つの実施形態に係る収容容器に成形体を収容した状態を示す。 図９は、本発明の別の実施形態に係る収容容器に成形体を収容した状態を示す。 図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係る収容容器に複数の成形体を収容した状態を示す。 図１１は、本発明の１つの実施形態に係る挟持具によって成形体を挟んだ状態を示す。 図１２は、本発明の１つの実施形態に係る挿入治具を成形体に挿入した状態を示す。 図１３は、本発明の別の実施形態に係る挿入治具を成形体に挿入した状態を示す。 図１４は、本発明のさらに別の実施形態に係る挿入治具を成形体に挿入した状態を示す。 図１５は、本発明のさらに別の実施形態に係る挿入治具を成形体に挿入した状態を示す。 図１６は、本発明のさらに別の実施形態に係る挿入治具を成形体に挿入した状態を示す。 図１７（ａ）は、本発明の１つの実施形態に係る支持具によって成形体を支持した状態を示す。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す支持具の側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

Ａ．Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法の概要
図１は、本発明の１つの実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法を説明するための概略斜視図であり；図２は、本発明の１つの実施形態に係る受け台の正面図である。
本発明の１つの実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法は、ＳｉＣを含む成形体１を成形体の変形を抑制するための変形抑制部材に接触させ、かつ、成形体１にＳｉを含む供給体３を接触させた状態で、供給体３を加熱して、Ｓｉを含む溶融金属を成形体１に含浸させる工程（含浸工程）を含んでいる。
このような方法によれば、成形体が変形抑制部材に接触しているので、供給体を加熱して溶融金属を成形体に含浸させても、成形体が変形することを抑制できる。そのため、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体を製造できる。

１つの実施形態において、変形抑制部材は、成形体１の外形に沿う支持面２１を有する受け台２である。この場合、成形体１が受け台２に配置された状態で、Ｓｉを含む溶融金属を成形体１に含浸させる。成形体が受け台２に配置された状態で、支持面が成形体を外形に沿って支持しているので、含浸工程において、成形体が変形することを安定して抑制できる。

成形体１が受け台２に配置された状態で、支持面２１は、成形体１の外面のうち、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上を覆っている。支持面がこのように成形体の外面を覆っていれば、含浸工程における成形体の変形を安定して抑制できる。また、支持面２１が覆う成形体１の外面の範囲の上限は、例えば１００％以下、好ましくは８０％以下、より好ましくは５０％以下である。支持面が覆う成形体の外面の割合が５０％以下であると、成形体を受け台に円滑に配置し得る。なお、成形体１が受け台２に配置された状態で、成形体１の外面を覆う支持面２１は、成形体１の外面と接触しており、より具体的には成形体１の外面の上記範囲と接触している。
支持面２１は、その全体が成形体１を覆っていてもよく、成形体１を覆わない部分を含んでいてもよい。言い換えれば、支持面２１は、その全体が成形体１と接触してもよく、成形体１と接触しない部分を含んでいてもよい。

成形体１としては、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の用途に応じて、任意の適切な形状が採用され得る。成形体の形状として、例えば、所定方向に延びる柱形状が挙げられ、具体的には、円柱形状、楕円柱形状、角柱形状が挙げられる。また、成形体は、軸線方向（長さ方向）に直交する方向の断面において、その中心部に中空領域を有していてもよい。つまり、成形体は、例えば、筒形状（具体的には、円筒形状、楕円筒形状、角筒形状）であってもよい。

１つの実施形態において、成形体１は、円筒形状を有する。この場合、受け台２が有する支持面２１は、円弧形状を有する円弧面２２である。円弧面２２は、受け台２の上面から下方に向かって略Ｃ字状に凹んでいる。成形体１が受け台２に配置された状態で、円弧面２２（支持面２１）は、成形体１の外周面に沿っており、代表的には成形体１の外周面のうち上記範囲を覆っている。
円弧面２２の曲率半径は、例えば、円筒形状を有する成形体１の外径の１／２以上、好ましくは、成形体１の外径の１／２＋０．０３ｍｍ以上であり、例えば、成形体１の外径の１／２＋０．３ｍｍ以下、好ましくは、成形体１の外径の１／２＋０．１５ｍｍ以下である。円弧面の曲率半径が上記下限以上であれば、成形体を受け台に円滑に配置することができ、成形体との接触により円弧面の端部が破損することを抑制できる。円弧面の曲率半径が上記上限以下であれば、成形体が受け台に配置された状態で、支持面が成形体を安定して支持できる。

１つの実施形態において、成形体１は、受け台２に対して鉛直方向の上側に配置される。このような方法によれば、含浸工程において、受け台が成形体をより安定して支持できる。また、成形体１が所定方向に延びる柱形状または筒形状（代表的には円筒形状）を有する場合、好ましくは、成形体１は、成形体１の軸線が水平方向と平行になるように、受け台２に配置される。これらによって、複数の成形体を一括して含浸工程に供する場合、成形体の詰め効率の向上を図ることができ、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造効率の向上を図ることができる。
図１に示すように、支持面２１は、代表的には、所定方向（図１では受け台の幅方向）において受け台２の全体にわたって延びている。また、１つの支持面２１に複数の成形体１が配置可能であってもよい。支持面２１の延びる方向（軸線方向）の寸法は、成形体１の軸線方向の寸法に対して、例えば０．８倍以上、好ましくは１．１倍以上である。支持面の長手方向の寸法が上記下限以上であれば、成形体をより一層安定して支持することができる。
とりわけ、支持面が成形体に対して２．１倍以上の長さを有していれば、１つの支持面に複数の成形体を配置し得る。図１では、１つの支持面２１が、複数（２つ）の成形体１を支持しており、複数（２つ）の成形体１は、支持面２１の延びる方向において僅かな間隔を空けて並んでいる。
また、受け台２は、支持面２１を複数有していてもよい。この場合、複数の支持面２１は、支持面２１の延びる方向と交差（好ましくは直交する方向）に互いに間隔を空けて配置される。これらによって、含浸工程において、複数の成形体の詰め効率のさらなる向上を図ることができる。

受け台２は、含浸工程において、成形体１を上記のように支持できれば、その構成は特に制限されない。図３は、別の実施形態による受け台（第１台および第２台を備える態様）の正面図であり；図４は、さらに別の実施形態による受け台（支持面が溝を有する態様）の正面図である。
図３に示す受け台２は、第１面２１ａを有する第１台２ａと、第２面２１ｂを有する第２台２ｂとを備えている。含浸工程において、成形体１は、第１台２ａおよび第２台２ｂに配置される。第１面２１ａおよび第２台２ｂは、成形体１が第１台２ａおよび第２台２ｂに配置された状態で、上記した支持面２１（円弧面２２）として機能する。このような構成によっても、含浸工程において成形体が変形することを抑制でき、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体を製造できる。また、このような構成であれば、第１台２ａおよび第２台２ｂのいずれか一方のみが破損した場合、破損した台のみを交換できるので、ランニングコストを低減し得る。

図４に示すように、支持面２１（円弧面２２）には、溝２５が設けられていてもよい。溝２５は、成形体１が受け台２に配置された状態で、成形体１と受け台２との間に隙間を形成する。そのため、含浸工程において生じ得るガスを、隙間を介して円滑に排出できる。その結果、成形体の脱脂効率の向上を図り得る。溝２５は、好ましくは、支持面２１に複数設けられる。図示例では、溝２５は、支持面２１（円弧面２２）の周方向に互いに間隔を空けて複数設けられている。このような構成では、成形体１が受け台２に配置された状態で、支持面２１のうち溝２５が形成されていない部分が、成形体１の外面と接触する。

また、支持面２１は、成形体１の形状に応じて、任意の適切な形状が採用され得る。成形体１が断面楕円状を有する場合、図５（ａ）に示すように、支持面２１は、オーバル形状を有するオーバル面２３である。また、図５（ｂ）に示すように、オーバル面２３を有する受け台２を、上記のように第１台２ａおよび第２台２ｂから構成することもでき、図５（ｃ）に示すように、オーバル面２３に上記のように溝２５を設けることもできる。
また、成形体１が断面多角形状を有する場合、図６（ａ）に示すように、支持面２１は、複数の平坦面から構成されていてもよい。平坦面の数は、成形体の形状に応じて任意に設定され得る。また、図６（ｂ）に示すように、複数の平坦面から構成される支持面２１を有する受け台２を、上記のように第１台２ａおよび第２台２ｂから構成することもでき、図６（ｃ）に示すように、複数の平坦面から構成される支持面２１に上記のように溝２５を設けることもできる。

１つの実施形態において、支持面２１の一端部（第１接触部の一例）と他端部（第２接触部の一例）とは、成形体１の長手方向と直交する水平方向に成形体１を挟んでおり、成形体１と接触している。これによって、含浸工程において、成形体１が水平方向に拡張することを抑制できる。

上記した変形抑制部材は、含浸工程において、成形体１の変形を抑制できれば、その構成は受け台２に限定されない。

図８～図１０に示すように、変形抑制部材は、成形体を収容可能な収容容器４であってもよい。図８に示すように、収容容器４は、第１接触部の一例としての第１側壁４１と、第２接触部の一例としての第２側壁４２とを備えている。収容容器４が成形体１を収容した状態で、第１側壁４１は成形体１と接触する。収容容器４が成形体１を収容した状態で、第２側壁４２は、成形体１の長手方向と直交する方向において第１側壁４１から離れて位置し、成形体１と接触する。１つの実施形態において、第１側壁４１および第２側壁４２は、鉛直方向に沿って延び、成形体１に対して水平方向に接触する。これによって、含浸工程において、成形体が長手方向と直交する方向（代表的には水平方向）に拡張することを抑制できる。１つの実施形態において、収容容器４は、第３接触部の一例としての底壁４３をさらに有している。底壁４３は、収容容器４に収容される成形体１に対して下方に位置し、成形体１に対して鉛直方向に接触する。そのため、含浸工程における成形体の鉛直方向の拡張を抑制できる。底壁４３は、代表的には、水平方向に沿って延びており、第１側壁４１の下端部と第２側壁４２の下端部とを連結している。そのため、図８に示す収容容器４は、上方に向かって開放される凹形状を有しており、１つの成形体１に対して３か所で接触している。

図９に示すように、収容容器４における成形体１との接触箇所の個数は、３以上であってもよい。１つの実施形態において、収容容器４は、第１側壁４１、第２側壁４２および底壁４３に加えて、２つの連結壁４４，４５をさらに有している。収容容器４が成形体１を収容した状態で、２つの連結壁４４，４５は、成形体１と接触する。連結壁４４，４５のそれぞれは、代表的には、鉛直方向および水平方向の両方向と交差するように延びている。連結壁４４は、第１側壁４１の下端部と底壁４３の幅方向の一端部とを連結している。連結壁４５は、第２側壁４２の下端部と底壁４３の幅方向の他端部とを連結している。

図１０に示すように、１つの実施形態において、収容容器４は、成形体１の長手方向と直交する方向（代表的には水平方向）に並ぶ複数の成形体１を収容可能である。複数の成形体１は、収容容器４に収容された状態で互いに接触している。この場合、第１側壁４１は、複数の成形体１のうち、成形体が並ぶ方向の一端に位置する成形体１と接触する。第２側壁４２は、複数の成形体１に対して第１側壁４１と反対側に位置する。第２側壁４２は、複数の成形体１のうち、成形体が並ぶ方向の他端に位置する成形体１と接触する。第１側壁４１および第２側壁４２のそれぞれは、代表的には、対応する成形体１に水平方向に接触する。底壁４３は、代表的には、収容容器４に収容される複数の成形体１に対して下方に位置し、複数の成形体１に対して鉛直方向に一括して接触する。これによって、収容容器４は、含浸工程において、複数の成形体１の変形を一括して抑制可能である。

上記した収容容器４は、第１側壁４１および第２側壁４２が連結され、成形体１を収容可能であるが、変形抑制部材は、図１１に示すように、第１側壁４１および第２側壁４２を別体として備える挟持具７であってもよい。挟持具７は、第１側壁４１および第２側壁４２によって、成形体１を、長手方向と直交する方向（代表的には水平方向）に挟むことができる。これによっても、含浸工程における成形体の変形を抑制できる。

成形体１が筒形状（具体的には、円筒形状、楕円筒形状、角筒形状）である場合、図１２～図１６に示すように、変形抑制部材は、成形体１の内部空間に挿入される挿入治具５であってもよい。図１２に示す挿入治具５１は、成形体１に挿入された状態で、挿入治具５１の外面（外周面）の全体が成形体１の内面（内周面）と接触している。図１３に示すように、挿入治具５１の外面には、溝５１ａが設けられていてもよい。溝５１ａは、挿入治具５１が成形体１に挿入された状態で、挿入治具５１と成形体１との間に隙間を形成する。そのため、含浸工程において生じ得るガスを、隙間を介して円滑に排出できる。溝５１ａは、好ましくは、挿入治具５１の外面に、所定の間隔を空けて複数設けられる。また、図１４に示すように、挿入治具５１は、長手方向と直交する方向の断面において、その中心部に中空領域を有していてもよい。また、挿入治具５は、成形体１の内面（内周面）と少なくとも２か所以上で接触すれば、含浸工程における成形体１の変形を抑制し得る。図１５に示すように、挿入治具５２は、成形体１に挿入された状態で、成形体１の内面（内周面）と２か所で接触している。挿入治具５２は、代表的には成形体の長手方向から見て、略Ｉ字形状を有している。また、図１６に示すように、挿入治具５３は、成形体１に挿入された状態で、成形体１の内面（内周面）と３か所で接触している。挿入治具５３は、代表的には成形体の長手方向から見て、略Ｖ字形状を有している。

また、成形体１が筒形状（具体的には、円筒形状、楕円筒形状、角筒形状）である場合、図１７に示すように、変形抑制部材は、成形体を掛けるように支持する支持具６であってもよい。支持具６は、第１接触部の一例としてのフック部６１と、第２接触部の一例としての支持板６２とを備えている。フック部６１は、代表的には、側面視略Ｌ字形状を有し、支持板６２から連続して上方に向かって延びた後、屈曲して水平方向に延びている。支持板６２は、代表的には、水平方向に延びる平板形状を有する。支持具６が成形体１を支持した状態で、フック部６１の水平方向に延びる部分は成形体１の内部空間に挿入されており、成形体１の内面（内周面）と鉛直方向に接触する。支持具６が成形体１を支持した状態で、支持板６２は、フック部６１の水平方向に延びる部分と鉛直方向に離れて位置し、成形体１の外面（外周面）と鉛直方向に接触する。これによっても、含浸工程における成形体の変形を抑制できる。

以下、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法に係る成形体、供給体および受け台の詳細について説明した後、含浸工程の詳細について説明する。

Ｂ．成形体
成形体は、含浸工程においてＳｉを含む溶融金属が含浸される被含浸体である。成形体は、上記の通りＳｉＣを主成分として含んでいる。なお、本明細書において例えば「ＳｉＣ」という表記は、純粋なＳｉＣのみならず、不可避の不純物を含むＳｉＣも包含することを意図している。成形体の構成材料は、ＳｉＣに加えて、Ａｌおよび／またはＳｉを含有することもできる。成形体におけるＳｉＣの含有割合は、例えば５０質量％以上、好ましくは８５質量％以上であり、例えば１００質量％以下、好ましくは９５質量％以下である。

１つの実施形態において、図７に示すように、成形体１は、ハニカム構造を有すハニカム成形体１ａである。成形体がハニカム成形体である場合、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体は、ハニカム構造体であり得る。ハニカム成形体１ａは、複数のセル１４を有する。セル１４は、ハニカム成形体１ａの軸線方向（長さ方向）において、ハニカム成形体１ａの第１端面から第２端面まで延びている。セル１４は、ハニカム成形体１ａの軸線方向に直交する方向の断面において、任意の適切な形状を有する。セルの断面形状として、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形以上の多角形が挙げられる。セルの断面形状およびサイズは、すべてが同一であってもよく、少なくとも一部が異なっていてもよい。

ハニカム成形体１ａは、円柱形状を有しており、その中心部に中空領域を有している。ハニカム成形体の外径は、目的に応じて適切に設定され得る。ハニカム成形体の外径は、例えば２０ｍｍ～２００ｍｍであり得、また例えば３０ｍｍ～１００ｍｍであり得る。なお、ハニカム成形体の断面形状が円形でない場合には、ハニカム成形体の断面形状（例えば、多角形）に内接する最大内接円の直径をハニカム構造体の外径とすることができる。ハニカム成形体の長さは、目的に応じて適切に設定され得る。ハニカム成形体の長さは、例えば３ｍｍ～２００ｍｍであり得、また例えば５ｍｍ～１００ｍｍであり得、また例えば１０ｍｍ～５０ｍｍであり得る。
ハニカム成形体１ａは、外周壁１１と；外周壁１１の内側に位置している内周壁１２と；外周壁１１と内周壁１２との間に位置している隔壁１３と；を備えている。

外周壁１１は、円筒形状を有している。ハニカム成形体１ａの外面とは、外周壁１１の外周面である。内周壁１２は、外周壁１１よりも小径な円筒形状を有している。外周壁１１および内周壁１２は、軸線を共有している。外周壁１１および内周壁１２のそれぞれの厚みは、ハニカム構造体の用途に応じて適切に設定され得る。外周壁１１および内周壁１２のそれぞれの厚みは、例えば０．３ｍｍ～１０ｍｍであり得、また例えば０．５ｍｍ～５ｍｍであり得る。外周壁および／または内周壁の厚みがこのような範囲であれば、外力による壁の破壊（例えば、ひび、割れ）を抑制できる。

隔壁１３は、複数のセル１４を規定している。より詳しくは、隔壁１３は、内周壁１２から外周壁１１まで放射方向に延びる第１隔壁１３ａと、周方向に延びる第２隔壁１３ｂとを有しており、第１隔壁１３ａおよび第２隔壁１３ｂが、複数のセル１４を規定している。セル１４の断面形状は、四角形（ハニカム成形体の径方向に長手の長方形）である。このような構成であると、含浸工程においてハニカム成形体が変形しやすい。しかし、含浸工程において、ハニカム成形体が受け台に配置されるので、ハニカム成形体が放射状に延びるセルを有していても、ハニカム成形体の変形を抑制できる。
また、図示しないが、第１隔壁１３ａと第２隔壁１３ｂとは、互いに直交し、内周壁１２および外周壁１１と接する部分を除いて四角形（正方形）の断面形状を有するセル１４を規定していてもよい。

ハニカム成形体の軸線方向に直交する方向の断面におけるセル密度（すなわち、単位面積当たりのセル１４の数）は、目的に応じて適切に設定され得る。セル密度は、例えば４セル／ｃｍ^２～３２０セル／ｃｍ^２であり得る。セル密度がこのような範囲であれば、ハニカム構造体の強度および有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分に確保できる。
隔壁１３の厚みは、ハニカム構造体の用途に応じて適切に設定され得る。隔壁１３の厚みは、代表的には、外周壁１１および内周壁１２のそれぞれの厚みよりも薄い。隔壁１３の厚みは、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍであり得、また例えば０．２ｍｍ～０．６ｍｍであり得る。隔壁の厚みがこのような範囲であれば、ハニカム構造体の機械的強度を十分なものとすることができ、かつ、開口面積（断面におけるセルの総面積）を十分なものとすることができる。

外周壁１１、内周壁１２および隔壁１３のそれぞれにおける空隙率は、目的に応じて適切に設定され得る。それらの空隙率は、例えば１５％以上、好ましくは２０％以上であり、例えば５０％以下、好ましくは４５％以下である。なお、空隙率は、例えば水銀圧入法により測定され得る。外周壁、内周壁および隔壁における空隙率がこのような範囲であれば、含浸工程において、毛細管力を利用して溶融金属をハニカム成形体に含浸させることができる。
外周壁１１、内周壁１２および隔壁１３のそれぞれの密度（成形体の密度）は、目的に応じて適切に設定され得る。それらの密度は、例えば１．７ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは１．８ｇ／ｃｍ^３以上であり、例えば２．８ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは２．６ｇ／ｃｍ^３以下である。なお、密度は、例えば水銀圧入法により測定され得る。外周壁、内周壁および隔壁のそれぞれの密度がこのような範囲であれば、外周壁、内周壁および隔壁の内部に、上記した空隙率で空隙を形成することができる。

このような成形体（ハニカム成形体）は、以下の方法により作製され得る。まず、ＳｉＣ粉末を含む無機材料粉末にバインダーと水または有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練して坏土とし、坏土を所望の形状に成形（代表的には押出成形）し乾燥させて、乾燥体（ハニカム乾燥体）を作製する。次いで、乾燥体（ハニカム乾燥体）を所定の外形加工することによって、所望形状の成形体（ハニカム成形体）を得ることができる。

Ｃ．供給体
供給体は、上記の通りＳｉを主成分として含んでいる。供給体の構成材料は、Ｓｉに加えて、Ａｌを含有することもできる。供給体におけるＳｉの含有割合は、例えば５０質量％以上、好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上であり、例えば１００質量％以下、好ましくは９７質量％以下、さらに好ましくは９６質量％以下である。供給体におけるＳｉの含有割合がこのような範囲であれば、含浸工程において、Ｓｉを含む溶融金属を成形体の全体に均一に含浸でき、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体におけるＳｉの含浸量の均一化を図ることができる。
供給体としては、含浸工程において成形体と接触できれば、任意の適切な形状およびサイズが採用され得る。
このような供給体は、例えば、Ｓｉ粉末を含む無機材料粉末を所望の形状に成形（代表的にはプレス成形）した後、乾燥させることにより得ることができる。

Ｄ．変形抑制部材（受け台）
変形抑制部材は、代表的には、含浸工程の加熱温度において安定な材料から形成される。変形抑制部材（代表的には受け台）は、好ましくは、カーボン、窒化ホウ素、アルミナまたはプラチナから選択される少なくとも１種の材料を含む。
また、変形抑制部材における成形体との接触面（代表的には、受け台が有する支持面）には、好ましくは、コーティング層が設けられる。支持面にコーティング層が設けられる場合、成形体が受け台に配置された状態、コーティング層が成形体の外面に接する。コーティング層は、含浸工程において、Ｓｉを含む溶融金属が変形抑制部材（代表的には受け台）に浸み込むことを抑制する。コーティング層の材料として、好ましくは、変形抑制部材（代表的には受け台）、成形体、および、溶融金属のそれぞれの材料に対して不活性な材料（反応性を持たない材料）が挙げられ、より好ましくは、窒化ホウ素が挙げられる。コーティング層の厚みは、例えば０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。
このような変形抑制部材（受け台）は、例えば、切削加工により得ることができる。その後、必要に応じて、窒化ホウ素スプレーの噴付けにより、支持面にコーティング層が形成される。

Ｅ．含浸工程
含浸工程では、まず、成形体（ハニカム成形体）を上記のように変形抑制部材に接触させる。その後、変形抑制部材と接触した状態の成形体に供給体を接触させる。
供給体は、含浸工程において成形体と接触できれば、任意の適切な位置に配置できる。例えば、図１に示すように、成形体１が筒形状（代表的には円筒形状）を有する場合、供給体３は、成形体１の内側に配置され、成形体１の内周面（内面）と接触する。この場合、成形体の中空領域を供給体の配置スペースに利用できるので、成形体の詰め効率をさらに向上し得る。また、図１２に示すように、成形体１の内側に治具が挿入される場合、供給体は、成形体の外側に配置され、成形体の外周面（外面）と接触する。
供給体の使用量は、成形体１００質量部に対して、例えば２０質量部以上、好ましくは３０質量部以上であり、例えば８０質量部以下、好ましくは７０質量部以下である。供給体の使用量が上記下限以上であれば、成形体に対してＳｉを十分に含浸できる。供給体の使用量が上記上限以下であれば、成形体に供給体の荷重が過度に影響することを抑制でき、かつ、溶融金属が成形体から漏れ出すことを抑制できる。

次いで、成形体、供給体および変形抑制部材を一括して加熱する。
加熱温度は、例えば１２００℃以上、好ましくは１３００℃以上であり、例えば１６００℃以下、好ましくは１５００℃以下である。加熱時間は、例えば１０分以上、好ましくは１時間以上である。加熱温度が上記範囲、および／または、加熱時間が上記下限以上であると、Ｓｉを含む溶融金属を成形体に円滑に含浸できる。なお、加熱時間の上限は、代表的には１０時間以下、好ましくは５時間以下である。加熱時間が上記上限以下であると、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造効率をさらに向上できる。
また、含浸工程は、好ましくは、減圧下において実施される。含浸工程が減圧下で実施されると、Ｓｉを含む溶融金属を成形体により一層円滑に含浸できる。含浸工程における圧力は、例えば５００Ｐａ以下、好ましくは３００Ｐａ以下、さらに好ましくは２００Ｐａ以下であり、代表的には１０Ｐａ以上である。なお、含浸工程は、常圧（０．１ＭＰａ）下で実施することもできる。

これによって、成形体の変形が抑制されつつ、Ｓｉを含む溶融金属が成形体に含浸される。その結果、所望の形状を有するＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体（ハニカム構造体）が製造される。

本発明の実施形態によるＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法は、各種産業製品の製造に用いられ、特に、熱交換器の製造に好適に用いられ得る。

１ 成形体
１ａ ハニカム成形体
２ 受け台
２ａ 第１台
２ｂ 第２台
３ 供給体
４ 収容容器
５ 挿入治具
６ 支持具
７ 挟持具

Claims (16)

1. ＳｉＣを含む成形体を前記成形体の変形を抑制するための変形抑制部材に接触させ、かつ、前記成形体にＳｉを含む供給体を接触させた状態で、前記供給体を加熱して、Ｓｉを含む溶融金属を前記成形体に含浸させる工程を含む、Ｓｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
2. 前記変形抑制部材は、前記成形体の外形に沿う支持面を有する受け台であり、
   前記成形体が前記受け台に配置された状態で、前記溶融金属を前記成形体に含浸させる、請求項１に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
3. 前記成形体が前記受け台に配置された状態で、前記支持面は、前記成形体の外面のうち３０％以上を覆う、請求項２に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
4. 前記成形体は、円筒形状を有する、請求項２または３に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
5. 前記成形体の軸線が水平方向と平行になるように、前記成形体を前記受け台に配置する、請求項４に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
6. 前記支持面は、円弧形状を有し、
   前記支持面の曲率半径は、前記成形体の外径の１／２以上であり、前記成形体の外径の１／２＋０．３ｍｍ以下である、請求項４または５に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
7. 前記供給体は、前記成形体の内側に配置される、請求項４から６のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
8. 前記支持面には、コーティング層が設けられている、請求項２から７のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
9. 前記支持面には、溝が設けられており、
   前記溝は、前記成形体が前記受け台に配置された状態で、前記成形体と前記受け台との間に隙間を形成する、請求項２から８のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
10. 前記受け台は、第１面を有する第１台と、第２面を有する第２台とを備え、
    前記成形体は、前記第１台および前記第２台に配置され、
    前記第１面および前記第２面は、前記成形体が前記第１台および前記第２台に配置された状態で、前記支持面として機能する、請求項２から９のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
11. 前記変形抑制部材は、
    前記成形体と接触する第１接触部と、
    前記成形体の長手方向と直交する方向において前記第１接触部から離れて位置し、前記前記成形体と接触する第２接触部と、を有する、請求項１に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
12. 前記変形抑制部材は、複数の前記成形体の変形を抑制可能であり、
    複数の前記成形体は、前記成形体の長手方向と直交する方向に並び、互いに接触しており、
    前記変形抑制部材は、
    複数の前記成形体のうち一端に位置する成形体と接触する第１接触部と、
    複数の前記成形体に対して前記第１接触部と反対側に位置する第２接触部であって、複数の前記成形体のうち他端に位置する成形体と接触する第２接触部と、を有する、請求項１に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
13. 前記第１接触部および前記第２接触部は、前記成形体に対して水平方向に接触する、請求項１１または１２に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
14. 前記変形抑制部材は、前記成形体に対して鉛直方向に接触する第３接触部を有する、請求項１３に記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
15. 前記変形抑制部材は、カーボン、窒化ホウ素、アルミナまたはプラチナから選択される少なくとも１種の材料を含む、請求項１から１４のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
16. 前記成形体は、ハニカム構造を有している、請求項１から１５のいずれかに記載のＳｉ－ＳｉＣ系複合構造体の製造方法。
    
    

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