JP2726693B2

JP2726693B2 - 高熱伝導性炭化珪素焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2726693B2
Application number: JP1020572A
Authority: JP
Inventors: 弌倫木島; 英樹荒井; 陽一宮沢; 幹郎小西; 謙加藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH02199065A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、各種構造材料や精密金型部材、さらには高
熱伝導性が要求されるヒートシンク部品、熱交換器部
品、各種金型あるいは電極等にも好適に用いられる炭化
珪素焼結体とその製造方法に関し、特に炭化珪素焼結体
の本来の特性が損なわれることなく、熱伝導率が180W/m
・Ｋ以上の優れた特性を有する高熱伝導性炭化珪素焼結
体とその製造方法に関するものである。

「従来技術とその課題」炭化珪素焼結体は常温及び高温である化学的に極めて
安定なもので、高温における機械的強度にも優れている
ため、ガスタービン部品、自動車部品、熱交換器部品、
バーナーノズル等の構造部材として期待されている。ま
たこのような炭化珪素焼結体は、表面平滑性、高熱伝導
性、耐摩耗性等も良好であることから、光ディスク、非
球面レンズ等の精密金型部材としても有望なものとされ
ている。その他、半導体分野においても加熱処理の高温
化に伴い、耐熱性、耐クリープ性に優れた高純度の炭化
珪素焼結体がボートやプロセスチューブに利用されるよ
うになってきている。

ところで、炭化珪素は共有結合体の強い難焼結性物質
であることから、高密度となるまで焼結して緻密化する
には従来硼素、炭素、アルミニウム、ベリリュウム等の
元素や、これらの化合物の１種類あるいは２種類以上を
焼結助剤として炭化珪素粉末に数重量％添加する必要が
ある。したがって得られた炭化珪素焼結体は、焼結助剤
の種類やその量などにより、その熱伝導率が大幅に変化
するものとなる。例えば従来使用されている硼素系焼結
助剤を添加したものでは熱伝導率80〜150W/m・Ｋ程度で
あり、またアルミニウム系焼結助剤を添加したものでは
50〜80W/m・Ｋであり、共に十分高い熱伝導率が得られ
までには至っていない。これは、焼結助剤として添加さ
れた硼素やアルミニウムが炭化珪素中に固溶し、粒内の
不純物濃度が高くなるため、熱伝導媒体であるフォノン
が散乱するためと考えられる。一方、これらの焼結助剤
の添加量を少なくすると、炭化珪素粒内への固溶量を減
少するが、焼結体密度が低下するため生じたポアにより
フォノンが散乱され、高熱伝導性が得られないばかり
か、炭化珪素が本来有している特性までも劣化していま
うという問題がある。

すなわち、セラミックスの熱伝導媒体はフォノンが主
体であるが、フォノンは一種のイオンや原子の格子振動
である。したがって、原子間の結合が強く、単純な結晶
構造を有し、構成するイオンや原子の原子量が近く、ま
た原子量が低く、格子振動の対称性が高い物質は調和振
動し易く、熱伝導率が高くなる。例えば、第３図はG.A.
SlackがJ.Phys.Chem.Solid,1973,Vol.34,pp321〜335に
報告した図を加筆したもので、Adamantine構造を有する
単結晶の理論伝導率Leibfried−Schomannパラメーター
Ｍδθ_D ³の関係を示したものである。ここで、Ｍは単位
格子の平均分子量、δは単位格子中の１原子当たりの占
有体積の立方根、θ_Dはデバイス温度である。第２図か
ら分かるように、炭化珪素は本来ダイヤモンド、窒化硼
素に次ぐ高熱伝導性物質である。実際に、α型炭化珪素
単結晶の常温での熱伝導率は最大460W/m・Ｋが報告され
ている。

しかしながら多結晶の場合、すなわち焼結体での熱伝
導率は、上述したようにかなり低い値となっている。こ
れは、上述した熱伝導媒体であるフォノンが種々の要因
で散乱されているためと考えられる。

フォノンを散乱させる要因は大別すると、（イ）焼結体中の不純物（ロ）焼結体の微細構造欠陥（ハ）結晶欠陥が考えられ、（イ）の場合、結晶粒内への不純物の固
溶、粒内への第２相析出、不純物の粒界偏析等があり、
（ロ）の場合、クラック、ポア、グレインサイズ等があ
り、（ハ）の場合、結晶中の転移、格子欠陥、歪み等が
ある。

一方、特開昭57−166368に開示されている方法では、
焼結助剤としてベリリアを使用し、焼結体中のアルミニ
ウム、硼素及び遊離炭素量を減少させることにより、17
0W/m・Ｋ以上の高い熱伝導率が得られるとされている
が、焼結助剤として添加したベリリアが毒性物質である
ことから各製造工程で特に安全に注意を要するといった
問題がある。また、上記焼結体は電気絶縁性が高いため
放電加工が不可能であるため、焼結体への形状賦与性が
劣り、これによって上述の利用分野への応用が困難であ
る。

本発明はこのような技術背景に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、炭化珪素本来の特性が損
なわれることなく、熱伝導率が180W/m・Ｋ以上を示す高
熱伝導性炭化珪素焼結体を提供することにある。

「課題を解決するための手段」本発明者らは、前記目的を達成すべく上述した
（イ）、（ロ）の要因をできるだけ除去する手段として
焼結助剤を添加せず、しかも高密度焼結体が得られ、さ
らに二酸化珪素等の酸化物が少ない炭化珪素焼結体が得
られる方法を鋭意研究した結果、平均粒子径が0.1〜10
μｍの第１の炭化珪素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズ
マ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素と
からなる原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満
から0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることに
よって合成された平均粒子径が0.1μｍ以下の第２の炭
化珪素粉末と、これらの炭化珪素粉末中に含有される二
酸化珪素等の酸化物を還元するに必要な炭素粉末とを混
合し、焼結工程の初期に還元処理した後、加熱し焼結す
ることにより、炭化珪素が本来有している高硬度、高耐
蝕性、高強度、高表面平滑性等の特性を損なうことな
く、熱伝導率が180W/m・Ｋ以上と優れた熱伝導性を有
し、しかも放電加工が可能な炭化珪素焼結体が得られる
ことを究明し、上記課題を解決した。

以下、本発明をその製造方法に基づいて詳しく説明す
る。

まず、平均粒子径が0.1〜10μｍの第１の炭化珪素粉
末と、平均粒子径が0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末
と、炭素とを用意し、これらを適宜配合して混合する。
ここで第１の炭化珪素粉末としては、一般に使用される
ものでよく、例えば以下に述べる方法などによって製造
されたものを用いることができる。

（Ａ）黒鉛と珪素を1150℃以上で反応させる方法。

（Ｂ）黒鉛と二酸化珪素を1475℃以下で反応させる方
法。

（Ｃ）珪砂、コークス、のこくず、塩を電気炉中にて22
00〜2500℃で反応させる方法。

また、このようにして製造されて用いられる炭化珪素
の結晶相としては、非晶質、α型、もしくはβ型である
か、あるいはこれらの混合相であってもよい。さらに、
その平均粒子径としては、0.1〜10μｍ、好ましくは0.1
〜１μｍとされる。これは、粒子径が大きいと表面応力
が小さくなり焼結駆動力が減少して高密度焼結体が得ら
れにくくなるからである。

また、第２の炭化珪素粉末としては、プラズマCVD法
により製造されたものとされ、具体的には非酸化性雰囲
気のプラズマ中にシラン化合物またはハロゲン化珪素と
炭化水素の原料ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未
満〜0.1torrの範囲で制御しつつ気相反応させることに
よって得られたものを使用する。例えば、四塩化珪素と
エチレンとからなる原料ガスを高周波により励起された
アルゴンプラズマ中に導いて合成すると、平均粒子径が
0.01〜0.03μｍ程度のアイペクト比の小さい非晶質超微
粉末が得られる。また、原料ガスとしてモノシランとエ
チレンとからものを用いて同様に合成すると、平均粒子
径が0.005〜0.03μｍ程度でアイペクト比の小さいβ型
超微粉末が得られ、合成条件によってはα型とβ型の混
合相が得られる。このようにして得られた超微粉末で
は、焼結性が非常に優れているため、上記第１の炭化珪
素粉末と混合するのみで焼結助剤を添加することなく高
密度焼結体を得ることができるものとなる。

また炭化珪素は、一般に合成工程中や保存中にその粒
子表面が酸化されて二酸化珪素等の酸化物が径されてい
ることが多く、その場合には焼結性が阻害されさらには
電気比抵抗値が増加するといった問題を生ずる。したが
って、このような炭化珪素粉末中に存在する酸化物を還
元するため、上記炭化珪素粉末中に炭素を添加し、焼結
工程の初期に還元処理を行うことが高密度焼結体とする
などの目的を達成するうえで有効である。このような理
由により炭素を上記炭化珪素粉末中に添加するが、炭素
の添加量としては、上記第１および第２の炭化珪素粉末
中に含有された酸化物の還元に必要な化学当量相当とさ
れる。

炭素源としては、カーボンブラック、コロイド炭素、
あるいは残炭率の高い有機炭化水素化合物の熱分解炭素
が用いられる。上記有機炭化水素としては、フェノール
樹脂、ポリフェニレン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂、フルフラール樹脂、アミノ
系樹脂等が使用可能である。また、第２の炭化珪素粉末
をプラズマCVD法により気相合成する際、その合成条件
により超微粉末（第２の炭化珪素粉末）中に炭素を含有
させることが可能である。そしてこの場合、含有される
炭素はその平均粒子径が0.005〜0.03μｍと小さいもの
になり、かつ反応性に富むことから、高焼結性、高導電
性等の効果を得る上で特に有効なものとなる。この炭素
の結晶相は非晶質である場合が多いが、合成条件によっ
ては結晶質になる場合もある。

第１の炭化珪素粉末への第２の炭化珪素粉末の配合
量、−0.5〜50重量％の範囲とするのが好適とされる。
すなわち、第２の炭化珪素粉末の配合量を0.5重量％未
満とすると、この炭化珪素粉末を混合した効果が十分発
揮されず、また50重量％以上とすると、第２の炭化珪素
粉末がプラズマCVD法により気相合成することからコス
トが高く、よって得られた製品が高価となり、また焼結
密度を上げるための効果もこれ以上ではほぼ横這いに達
するからである。そして、特に焼結体を3.00g/cm³以上
の高密度のものとするためには、超微粉末、すなわち第
２の炭化珪素粉末の混合量を３重量％以上にすることが
望ましい。

次に、得られた混合物を還元処理する。ここでの還元
処理は、酸化物が二酸化珪素の場合に以下に示す（Ａ）
と（Ｂ）の反応によって進められる。

（Ａ）SiO₂＋2C→Si＋2CO （Ｂ）SiO₂＋C →SiO＋CO これらの反応を促進させるためには、添加する炭素量
を化学当量より多少多くすることが望ましい。また、こ
れらの反応は、炭化珪素の焼結収縮が始まる温度以下で
行う必要があることから、反応温度を1800℃以下とする
のが望ましい。さらに、還元処理の雰囲気は真空雰囲気
が望ましく、高真空であるほどその効果が大きい。な
お、（Ａ）と（Ｂ）の反応が進むとSiとSiOが生じる
が、これらの物質は添加された炭素の余剰分によって以
下に示す（Ｃ）と（Ｄ）の反応を行わせることにより、
SiCにするのが望ましい。なぜなら、SiやSiOは炭化珪素
の焼結初期において炭化珪素の焼結を促進する効果があ
るが、炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉末）を異常
粒子に成長させる恐れがあるためである。

（Ｃ）Si＋Ｃ→SiC （Ｄ）SiO＋2C→SiO＋CO その後、上記の還元処理した混合物を加熱しさらに焼
結して高熱伝導性炭化珪素焼結体を得る。ここで加熱温
度として、1800℃から2400℃とするのが好ましい。また
焼結方法としては、常圧焼結、ホットプレス焼結、ある
いは熱間静水圧焼結（HIP）等の従来の方法で行うこと
が可能であるが、より高密度で熱伝導性に優れた炭化珪
素焼結を得るためにはホットプレス等の加圧焼結法を使
用することが望ましく、特に焼結雰囲気を真空雰囲気、
不活性雰囲気もしくは還元ガス雰囲気とするのが好まし
い。

なお、炭素を加えるにあたり、その添加量を多大にし
て余剰分が多くなり過ぎると、得られる炭化珪素焼結体
の特性に悪影響がでる。第１図は上述した本発明の方法
により製造した高熱伝導性炭化珪素焼結体中の遊離炭素
量と熱伝導率との関係を示した図である。第１図より、
遊離炭素量の増加に伴って熱伝導率が低下することが分
かり、特に、熱伝導率を180W/m・Ｋ以上とするために
は、遊離炭素量を１重量％以下にするのが望ましいこと
が分かる。

本発明によって得られる炭化珪素焼結体の高熱伝導機
構は十分解明されていないが、上述したように焼結助剤
が無添加であり、粒内や粒界に焼結助剤が不純物として
存在せず、また二酸化珪素等の酸化物も少なく、しかも
焼結体密度の高い炭化珪素焼結体が得られることによ
り、フォノンの散乱が減少したためと考察される。第２
図は本発明品である炭化珪素焼結体の密度と熱伝導率と
の関係を示したもので、焼結体密度が高くなるにつれて
熱伝導率も高くなることが分かる。第２図より、熱伝導
率を180W/m・Ｋ以上の値とするためには、焼結体密度を
3.00g/cm³以上とするのが望ましいことが分かる。な
お、本発明においては炭化珪素焼結体の熱伝導率を、通
常のレーザーフラッシュ法によって測定した熱拡散率及
び比熱と、別に測定した密度とから計算によって求め
た。

また、本発明によって得られた炭化珪素焼結体は、グ
レインサイズが２〜３μｍと小さく均一な微細組織を有
し、電気比抵抗値が0.1Ω・cm以下と小さいことから、
従来にない良好な放電加工性が得られた。例えば、ワイ
ヤー放電加工や型彫放電加工において、その仕上げ放電
面の表面粗さ（Rmax.）が１μｍ以下となり、非常に良
好な加工面となった。したがって、球面加工や三次元加
工を自由に行うことができることから、任意の複雑形状
部品が高精度で得られるという効果を奏する。

さらに、本発明によって得られた炭化珪素焼結体は、
従来の炭化珪素焼結体より耐蝕性に優れ、常温及び高温
〔1500℃〕における３点曲げ強度が各々65kg/mm²、80kg
/mm²と高く、またビッカース硬度も2500以上と高い値が
得られることから、炭化珪素が本来有している高硬度、
高強度、高耐蝕性、高表面滑性等の特性を満足するもの
となり、種々の分野での利用が期待できるものとなる。

「作用」本発明によれば、平均粒子径が0.1〜10μｍの第１の
炭化珪素粉末と、非酸化雰囲気のプラズマ中にシラン化
合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガ
スを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から0.1torrの
範囲で制御しつつ気相反応させることによって合成され
た平均粒子径が0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と、
これらの炭化珪素粉末中に含有される二酸化珪素等の酸
化物を還元するに必要な炭素とを混合し、還元処理した
後、加熱し焼結することによって熱伝導率が180W/m・Ｋ
以上の高熱伝導性炭化珪素焼結体を得るものであるか
ら、焼結助剤を添加することなく高密度焼結体が得ら
れ、よって粒内や粒界に焼結助剤が存在せず、さらに粒
界に酸化物が少なく、しかも微細で均一な組織が得ら
れ、これにより炭化珪素が本来有している特性を損なう
ことなく高熱伝導性の炭化珪素焼結体が得られる。さら
に、得られた高熱伝導性炭化珪素焼結体は電気比抵抗値
が低く、高密度のものであるから、良好な放電加工性も
得られる。

「実施例」以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明す
る。

（実施例１）平均粒子径0.33μｍ、比表面積12m²/gであり二酸化珪
素0.85重量％を不純物として含むβ型炭化珪素粉末（第
１の炭化珪素粉末）に、四塩化珪素とエチレンとを原料
としてプラズマCVD法により気相合成して得た平均粒子
粒0.02μｍ、比表面積150m²/gであり二酸化珪素2.5重量
％を不純物として含む非晶質炭化珪素超微粉末（第２の
炭化珪素粉末）を５〜10重量％添加し、さらにノボラッ
ク型のフェノール樹脂をその熱分解残留炭素量が0.3〜
３重量％となるように添加し、これをメタノール中にて
分散せしめ、さらに遊星ミルで12時間混合した。

次に、乾燥器にてメタノールを蒸発し、混合物を粉砕
した後、直径40mmの黒鉛モールドに充填し、この黒鉛モ
ールドをホットプレス装置に装着した。

次いで、真空中で1500℃まで加熱して脱脂及び還元処
理を行い、その後アルゴン雰囲気下で押圧力400kg/c
m²、焼結温度2150℃の条件で45分間焼結した。

得られた炭化珪素焼結体の焼結体密度、、常温におけ
る３点曲げ強度、熱伝導率をそれぞれ調べ、その結果を
第１表に示す。

第１表に示した結果より、この実施例の炭化珪素焼結
体では非晶質炭化珪素超微粉末を添加した場合、遊離炭
素量が１重量％以下のもので熱伝導率が200W/m・Ｋ以上
となり、優れた熱伝導性を有していることが確認され
た。また、実験No.2で得られた高熱伝導性珪素焼結体
は、そのグレインサイズが２〜３μｍでありかつ組織も
均一であり、1500℃における３点曲げ度が80kg/mm²、常
温における電気比抵抗値が0.02Ω・cmと優れた焼結体特
性を示した。

（実施例２）実施例１と同一の炭化珪素粉末（第１の炭化珪素粉
末）に、モノシランとエチレンとを原料としてプラズマ
CVD法により気相合成した平均粒子径0.017μｍ、比表面
積145m²/gであり二酸化珪素1.55重量％を不純物として
含むβ型炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉末）を５
重量％添加し、さらにノボラック型フェノール樹脂をそ
の熱分解残留炭素量が１〜２重量％となるように添加
し、実施例１と同一の条件で還元処理した後、焼結して
炭化珪素焼結体を製造した。

得られた炭化珪素焼結体の焼結体密度、常温における
３点曲げ強度、熱伝導率をそれぞれ調べ、その結果を第
１表に示す。

この結果より、炭化珪素超微粉末の結晶形がβ形のも
のであって、本発明の効果が十分得られることが確認さ
れた。特に、No.5の炭化珪素焼結体では熱伝導率が230W
/m・Ｋを示し、優れた熱伝導特性を有していることが確
認された。

（実施例３）平均粒子径0.07μｍ、比表面積15m²/gであり二酸化珪
素0.7重量％を不純物として含むα型炭化珪素粉末に、
第２の炭化珪素粉末として実施例１で使用した非晶質炭
化珪素微粉末と実施例２で使用したβ型炭化珪素超微粉
末とをそれぞれ別に10重量％ずつ配合し、さらにノボラ
ック型のフェノール樹脂をその熱分解残留炭素量が２重
量％となるように添加し、実施例１と同一の条件で還元
処理した後、焼結して炭化珪素焼結体を製造した。

この結果より、第１の炭化珪素粉末としてα型炭化珪
素粉末を使用しても、本発明の効果が得られることが確
認された。

（実施例４）実施例１で用いた第１の炭化珪素粉末と同一の炭化珪
素粉末を用意し、また第２の炭化珪素粉末を以下の方法
によってフリー炭素を含有するよう作製して用意した。

四塩化珪素とエチレンとを原料とし、これらのモル比
を変化させてC/Siのモル比が1.2以上となる条件下でプ
ラズマCVD法により気相合成し、平均粒子径0.019μｍ、
比表面積155m²/gであり二酸化珪素1.40重量％を不純物
として含み、そしてフリー炭素量を5.25重量％含有する
非晶質炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉末）を得
た。

次に、上記第１の炭化珪素粉末にフリー炭素を含有す
る第２の炭化珪素粉末を10.5重量％添加し、混合して実
施例１と同一の方法で還元処理し、その後焼結して炭化
珪素焼結体を製造した。

この結果より、炭化珪素粉末中に含有された酸化物を
還元するための炭素源として、プラズマCVD法によって
気相合成した炭化珪素超微粉末中の余剰炭素を利用する
と、本発明の効果がさらに高まることが確認された。

（比較例１）実施例１で使用したβ型炭化珪素粉末を用い、これに
平均粒子径0.5μｍの硼素0.3重量％を添加し、さらにノ
ボラック型のフェノール樹脂をその熱分解残留炭素量が
３重量％となるように添加し、実施例１と同一の条件で
炭化珪素焼結体を製造した。

得られた焼結体を調べたところ、グレインサイズは４
〜５μｍであった。また熱伝導率は105W/m・Ｋとなり、
実施例の高熱伝導性炭化珪素焼結体に比較してはるかに
低い値であった。

（比較例２）実施例３で使用したα型炭化珪素粉末（第１の炭化珪
素粉末）に、アルミナを３重量％添加し、実施例３と同
一の条件で焼結して炭化珪素焼結を製造した。ただし、
焼結温度を2000℃、焼結時間を30分とした。

得られた焼結体を調べたところ、３点曲げ強度は75kg
/mm²と高い値が得られたが、熱伝導率は45W/m・Ｋと実
施例の高熱伝導性炭化珪素焼結体に比較してはるかに低
い値であった。

（比較例３）実施例１で使用したβ型炭化珪素粉末（第１の炭化珪
素粉末）に非晶質炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉
末）あるいはβ型炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉
末）を５重量％添加してこれを混合し、実施例１と同一
の条件で焼結して炭化珪素焼結を製造した。

得られた焼結体の熱伝導率を調べたところ、いずれも
197W/m・Ｋとなり、本発明の実施例のものに比べ低いも
のとなった。

（比較例４）実施例４で使用したβ型炭化珪素粉末（第１の炭化珪
素粉末）に非晶質炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉
末）あるいはβ型炭化珪素超微粉末（第２の炭化珪素粉
末）を５重量％添加し、さらに熱分解残留炭素が３〜４
重量％になるようにノボラック型フェノール樹脂を添加
してこれを混合し、実施例１と同一の条件で焼結して炭
化珪素焼結を製造した。

得られた焼結体の熱伝導率を調べたところ、焼結体中
の遊離炭素量が多いことからいずれも低い値となった。

（試験例）実施例１で得られた実験No.3の高熱伝導性炭化珪素焼
結体（直径40mm×厚さ30mm）を、トランジスタパルス回
路方式の放電加工機によってワイヤー放電加工のテスト
を行った。放電用ワイヤーには外径が2mmの黄銅のワイ
ヤーを用い、試験条件としては加工電圧を50V、パルス
幅を1.2μsec、休止時間を20μsecとした。

このようにしてワイヤー放電加工を行ったところ、安
定した放電加工ができた。また、このときの放電加工速
度は170mm²/minであり、放電加工面の表面粗さはRmax.
2.2μｍ程度であることから、放電加工性が良好である
ことが確認された。さらに、上記放電面に仕上げ放電加
工を施したところ、表面粗さがRmax.0.7μｍ以下となり
非常に良好な平滑面を得ることができた。またこの放電
加工面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、クラ
ック等の欠陥が全く見られなかった。

「発明の効果」以上説明したように本発明の高熱伝導性炭化珪素焼結
体は、平均粒子径が0.1〜10μｍの第１の炭化珪素粉末
と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物または
ハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを導入
し、反応系の圧力を１気圧未満から0.1torrの範囲で制
御しつつ気相反応させることによって合成された平均粒
子径が0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と、これらの
炭化珪素粉末中に含有される二酸化珪素等の酸化物を還
元するに必要な炭素とを混合し、還元処理した後、加熱
し焼結することによって得られた熱伝導率が180W/m・Ｋ
以上のものであるから、焼結助剤を添加することなく高
密度焼結体となり、よって粒内や粒界に焼結助剤が不純
物として存在せず、さらに粒界に存在する酸化物が少な
く、しかも微細で均一な組織を有するものとなることか
ら、炭化珪素焼結体が本来有している高硬度、高強度、
高表面平滑性、高耐蝕性等の特性を損なうことなく高熱
伝導性を有した炭化珪素焼結体となる。したがって、従
来の構造用セラミックスとしての利用ばかりでなく、特
に熱伝導性が要求されるヒートシンク部品、熱交換器部
品、各種金型、電極等にも用いることができるなど応用
範囲が非常に広いものとなる。また、この高熱伝導性炭
化珪素焼結体は優れた放電加工性を有しているので、こ
れを用いることにより三次元複雑形状部品などをも十分
精度良く製造することができ、したがって材料としての
自由度が高く、多くの分野での利用が期待でき、これに
より産業上多大な効果を奏するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係わる図であって、第１
図は本発明の製造方法によって得られた炭化珪素焼結体
中の遊離炭素量と熱伝導率との関係を示すグラフ、第２
図は本発明の製造方法によって得られた炭化珪素焼結体
の焼結体密度と熱伝導率との関係を示すグラフ、第３図
はAdmantine構造を有する単結晶の300Kにおける熱伝導
率と、Leibfried−SchlomannパラメーターＭδθ_D ³との
関係を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小西幹郎千葉県習志野市津田沼３―７―４―204 (72)発明者加藤謙千葉県船橋市本中山３―19―２ (56)参考文献特開昭62−260772（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−56371（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が0.1〜10μｍの第１の炭化珪
素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物
またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを
導入し、反応系の圧力を１気圧未満から0.1torrの範囲
で制御しつつ気相反応させることによって合成された平
均粒子径が0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と、これ
らの炭化珪素粉末中に含有される二酸化珪素等の酸化物
を還元するに必要な炭素とを混合し、還元処理した後、
加熱し焼結することによって得られた熱伝導率が180W/m
・Ｋ以上である高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項２】平均粒子径が0.1〜10μｍの第１の炭化珪
素粉末と、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン化合物
またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料ガスを
導入し、反応系の圧力を１気圧未満から0.1torrの範囲
で制御しつつ気相反応させることによって合成された平
均粒子径が0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と、これ
らの炭化珪素粉末中に含有される二酸化珪素等の酸化物
を還元するに必要な炭素とを混合し、還元処理した後、
加熱し焼結して熱伝導率が180W/m・Ｋ以上の焼結体を得
る高熱伝導性炭化珪素焼結体の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体において、第２の炭化珪素粉末の配合量が0.5〜50
重量％である高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項４】請求項２に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体の製造方法において、第２の炭化珪素粉末の配合量
が0.5〜50重量％である高熱伝導性炭化珪素焼結体の製
造方法。
【請求項５】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体において、第２の炭化珪素粉末の結晶相が非晶質、
α型、もしくはβ型であるか、あるいは、それらの混合
相である高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項６】請求項２に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体の製造方法において、第２の炭化珪素粉末の結晶相
が非晶質、α型、もしくはβ型であるか、あるいは、そ
れらの混合相である高熱伝導性炭化珪素焼結体の製造方
法。
【請求項７】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体において、炭素がカーボンブラックまたはコロイド
状炭素であるか、あるいは残炭率の高い有機炭化水素の
熱分解炭素である高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項８】請求項２に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体の製造方法において、炭素がカーボンブラックまた
はコロイド状炭素であるか、あるいは残炭率の高い有機
炭化水素の熱分解炭素である高熱伝導性炭化珪素焼結体
の製造方法。
【請求項９】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素焼
結体において、炭素が第２の炭化珪素粉末中に含有され
る高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項１０】請求項２に記載した高熱伝導性炭化珪素
焼結体の製造方法において、炭素が第２の炭化珪素粉末
中に含有される高熱伝導性炭化珪素焼結体の製造方法。
【請求項１１】請求項２に記載した高熱伝導性炭化珪素
焼結体の製造方法において、還元処理の雰囲気が真空雰
囲気である高熱伝導性炭化珪素焼結体の製造方法。
【請求項１２】請求項２に記載した導電性炭化珪素焼結
体の製造方法において、焼結雰囲気が、真空雰囲気、不
活性雰囲気、もしくは還元ガス雰囲気であり、焼結温度
が1800〜2400℃である高熱伝導性炭化珪素焼結体の製造
方法。
【請求項１３】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素
焼結体において、焼結体の密度が3.00g/cm³以上である
高熱伝導性炭化珪素焼結体。
【請求項１４】請求項１に記載した高熱伝導性炭化珪素
焼結体において、遊離炭素量が１重量％以下である高熱
伝導性炭化珪素焼結体。