JP3830382B2

JP3830382B2 - セラミック焼結体およびその製造方法

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Publication number: JP3830382B2
Application number: JP2001379962A
Authority: JP
Inventors: 小林　　廣道; 玄章大橋; 小田　　敏夫; 古久保　　浩
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-10-04
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック焼結体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを一体化する方法としては、ろう付け、無機質接着剤による接着、一体焼結などが考えられる（「金属便覧」改訂６版丸善株式会社１０３６〜１０３７頁）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、例えば炭化珪素の緻密質焼結体と多孔質焼結体とを接合することを検討した。しかし、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとをろう付けする方法では、まずセラミックス表面に対して強固な接着力を示すろうが少ないという問題がある。また、多孔質セラミックスの気孔率が高くなり、開気孔が大きくなると、気孔の内部にろうが進入し、セラミックスが変性する可能性があるし、多孔質セラミックスの表面に対するろうの接着力も一層低下する傾向がある。また、両者をろう付けする際には、ろうが溶融する温度にまで加熱する必要があるので、その後の冷却過程において、ろうの周辺に残留応力が残り、接合強度が低下したり、不均一となる傾向がある。多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを例えばガラス接着剤によって接着する場合にも、上記と同様の問題が生ずる。
【０００４】
本発明の課題は、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを、充分に高い接合強度をもって一体化できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、緻密質部分と多孔質部分とを備えたセラミック焼結体であって、緻密質部分がセラミック微粒の焼結によって形成されており、多孔質部分がセラミック粗粒の焼結によって形成されており、セラミック微粒とセラミック粗粒とが一体で加圧焼結されており、多孔質部分と緻密質部分との界面の少なくとも一部が加圧焼結の際の圧力印加方向に対して略平行であり、多孔質部分のうち緻密質部分に近い領域を構成するセラミック粗粒の平均粒径が緻密質部分から遠い領域を構成するセラミック粗粒の平均粒径よりも小さく、多孔質部分のうち緻密質部分に近い領域の気孔率が、緻密質部分から遠い領域の気孔率よりも小さいことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、緻密質部分と多孔質部分とを備えたセラミック焼結体を製造する方法であって、セラミック微粒とセラミック粗粒とを一体で加圧焼結することによって緻密質部分と多孔質部分とを形成し、多孔質部分と緻密質部分との界面の少なくとも一部が加圧焼結の際の圧力印加方向に対して略平行であり、多孔質部分のうち緻密質部分に近い領域を構成するセラミック粗粒の平均粒径を緻密質部分から遠い領域を構成するセラミック粗粒の平均粒径よりも小さくすることによって、多孔質部分のうち緻密質部分に近い領域の気孔率を、緻密質部分から遠い領域の気孔率よりも小さくすることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、いわゆる加圧焼結法を利用し、セラミック微粒を焼結させて緻密体を生成させるのと共に、セラミック微粒が高度に焼結するような温度および圧力条件下で多孔体を生成するような粗粒を、微粒と共に一体焼結させることを想到した。
【０００８】
セラミックスの加圧焼結法としては、代表的には、ホットプレス法、ホットアイソスタティックプレス法が知られている。例えば、ホットプレス法によるセラミックスの加圧焼結は、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム等の各種のセラミックスの焼結のために使用されてきている。
【０００９】
本発明においては、加圧焼結によって緻密体を生成させ得るようなセラミック微粒を使用し、このセラミック微粒とセラミック粗粒とを一体に加圧焼結させる。この際、セラミック粗粒は、このセラミック微粒が充分に緻密化するような温度および圧力条件下において、多孔体を生成するような粗粒を選択する。この結果、加圧焼結によって得られる一体の焼結体には、セラミック微粒が焼結した緻密質部分と、セラミック粗粒が焼結した多孔質部分との双方が含まれる。
【００１０】
このような焼結体においては、緻密質部分と多孔質部分とは強固に接合一体化されており、かつ両者の界面は微視的に見ても連続的になる。そして、多孔質部分においても、緻密質部分においても、各セラミック粒子はそれぞれ同様の溶融焼結プロセスを経過していることから、多孔質部分と緻密質部分との界面における残留応力は少ない。従って、多孔質部分と緻密質部分との接合強度は高く、あるいは安定しており、接合不良は発生しにくい。
【００１１】
本発明は、セラミックス全般に適用することができる。こうしたセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、フェライト、コージェライト、イットリア等の希土類元素の酸化物等の酸化物系セラミックス；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、希土類元素のマンガナイト、希土類元素のクロマイト等の複合酸化物；窒化アルミニウム、窒化珪素，サイアロン等の窒化物系セラミックス；炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン等の炭化物系セラミックスを例示できる。
【００１２】
セラミック微粒の平均粒径は、加圧焼結時の目標とする温度および圧力条件において、目的の気孔率が得られる程度に焼結するような大きさであれば、特に限定されない。しかし、一般的には、セラミック微粒の平均粒径は、５μｍ以下が好ましく、１μｍ以下が更に好ましい。
【００１３】
セラミック粗粒の平均粒径は、加圧焼結時の目標とする温度および圧力条件において、目的の気孔率が得られる程度に焼結するような大きさであれば、特に限定されない。また、セラミック粗粒の平均粒径は、目的とする気孔率によって変動する。しかし、一般的には、４０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上が更に好ましい。また、多孔質部分の強度低下を防止するという観点からは、４００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下が更に好ましい。緻密質部分の気孔率を多孔質部分の気孔率で除して得られた値（比）は、０．３以下が好ましく、０．０１以下が更に好ましい。
【００１４】
好適な実施形態においては、セラミック粗粒は、研磨加工、研削加工用の砥石、砥粒である。こうした材料を微粒子と共に一体で加圧焼結することは類例がない。この他、セラミック焼結体を粗く粉砕し、篩で粒度を調整したものを粗粒として使用することも好ましい。
【００１５】
セラミック微粒、セラミック粗粒は、それぞれ、バインダーを含む造粒粉末であってよく、バインダーを実質的に含有していないセラミック粉末であってよい。また、セラミック粗粒に対して造孔剤を添加することは可能であるが、加圧焼結は通常密封状態で行われるので、造孔剤を実質的に添加しないことが好ましい。本発明においては、粒径の比較的に大きいセラミック粗粒を高温下で加圧することによって、セラミック粗粒同士を強固に結合すると共に、セラミック粗粒の間に空隙をある程度残す。
【００１６】
緻密質部分の気孔率は、本発明の焼結体の強度を全体として一層高くするという観点からは、１０％以下とすることが好ましく、５％以下とすることが一層好ましい。この下限は特になく、０％であってよい。
【００１７】
多孔質部分の気孔率は、本発明の焼結体の用途を広げるためには、１０％以上とすることが好ましく、１５％以上とすることが更に好ましく、２０％以上とすることが特に好ましい。特に、多孔質部分の気孔率を１５％以上とすることによって、多孔質部分中に連続した気孔を形成しやすくなり、これによって通気性を確保できる。
【００１８】
多孔質部分の気孔率は、多孔質部分の強度を高くするという観点からは、４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。
【００１９】
本発明の焼結体中には金属部品ないし金属部材を埋設することもできる。こうした金属部品の形態や種類は特に限定されないが、例えば平面状の金属バルク材であるか、印刷法によって成形された金属膜である。金属部品は、セラミックスの焼成温度で安定な高融点金属、例えばタンタル，タングステン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム、これらの合金によって形成することが好ましい。
【００２０】
金属部品を構成する金属バルク材としては、例えば、次のものを例示できる。
（１）平板状の金属バルク材。
（２）平板状の金属バルク材の中に多数の小空間が形成されているもの。
これには、多数の小孔を有する板状体からなる金属バルク材や、網状の金属バルク材を含む。多数の小孔を有する板状体としては、エッチングメタル、パンチングメタルを例示できる。
【００２１】
セラミックスのホットプレス装置は、基本的には加圧機構と加熱機構とからなり、加圧機構には、通常は押し型とパンチとが含まれている。加圧機構の材質は、セラミックスの粉末や成形体の加熱条件で、例えば１０００〜２４００℃の温度下で、所定の圧力に耐えるだけの十分な機械的強度を備え、セラミックスの粉末と化学反応を起こさないことが求められる。こうした材料として、例えば黒鉛が使用されている。
【００２２】
好適な実施形態においては、セラミック微粒とセラミック粗粒とが同種のセラミックスからなる。本発明は、このように同種のセラミックスからなる多孔体と緻密体との強固な一体構造を提供可能である。ここで、同種のセラミックスとは、基本成分が同一であることを意味しており、添加成分や微量成分には異同があってもよく、また不可避的不純物も問題としない。特に好ましくは、緻密質部分を構成するセラミックスと、多孔質部分を構成するセラミックスとが、互いに５０重量％以上が同じ成分からなり、特に好ましくは８０％以上が同じ成分からなる。
【００２３】
好適な実施形態においては、多孔質部分と緻密質部分とが加圧焼結の際の圧力印加方向に向かって積層されている。これによって、多孔質部分と緻密質部分との界面が、圧力印加方向に向かって交差する方向、あるいは略直交する方向に向かって延びることになるので、多孔質部分と緻密質部分との接合強度が最も高くなる。多孔質部分と緻密質部分との界面の方向は、圧力印加方向に対して４５°以上の角度をなすことが好ましく、６０°以上の角度をなすことが更に好ましく、略垂直であることが最も好ましい。
【００２４】
本発明では、多孔質部分と緻密質部分との界面の少なくとも一部が、加圧焼結の際の圧力印加方向に対して略平行である。加圧焼結時に、多孔質部分と緻密質部分とが不均等に収縮すると、両者の界面に不規則な凹凸が現れる傾向がある。しかし、圧力印加方向に対して略平行な界面は、多孔質部分と緻密質部分との収縮差による凹凸や不均一が発生しにくい。
【００２５】
ただし、ホットアイソスタティックプレス法の場合には、あらゆる方向から圧力が印加される。従って、この実施形態は、ホットプレス法のように、主として特定方向に向かって圧力を印加するような場合に適用される。
【００２６】
図１（ａ）は、参考例に係る焼結体１を概略的に示す断面図であり、図１（ｂ）は焼結体１を底面１ｂ側から見た斜視図である。１ａは焼結体１の主面である。焼結体１は、多孔質部分３と緻密質部分２とからなる。多孔質部分３は円板形状をしている。緻密質部分２は、多孔質部分３と積層された円盤状の積層部分２ａと、多孔質部分３および積層部分２ａの外周を包囲するように設けられた環状部分２ｂとからなる。積層部分２ａと環状の側壁部分２ｂとは連続している。積層部分２ａと多孔質部分３との界面２０は、加圧方向Ａに対して略垂直をなしている。また、多孔質部分３の側周面と緻密質部分２との界面２１は、加圧方向Ａに対して略平行である。
【００２７】
図２〜図３を参照しつつ、焼結体１の製造プロセスについて説明する。好適な実施形態においては、まずセラミック粗粒を加圧成形し、一次成形体７を得る。本例では一次成形体７は円板形状をなしているが、その形態は限定されない。一次成形体７を、図２に概略的に示す加圧成形型内に収容する。この型は、上パンチ４、下パンチ５およびスリープ９によって構成されている。本例では、支持体６の主面６ｂ上に一次成形体７を載せることによって、積層体２１を作る。
【００２８】
そして、下パンチ５の成形面５Ａ上に支持体６の主面６ａを載置する。支持体６の直径はスリーブ９の内径とほぼ適合するようにする。一方、一次成形体７の直径は、スリーブ９の内径および成形面５Ａの直径よりも若干小さくする。そして、一次成形体７の側面７ａとスリーブ９との間、および一次成形体７の主面７ｂ上に、セラミック微粒８を充填する。支持体６の上側の支持面６ｂ上には、セラミック微粒およびセラミック粗粒とは非反応性の材料からなるシート状物を載置し、介在させることもできる。
【００２９】
次いで、セラミック微粒８の上から上パンチ４を下降させ、上パンチ４の成形面４Ａと下パンチ５の成形面５Ａとの間で、矢印Ａ方向へと圧力を加え、図３に示す二次成形体１０を得る。二次成形体１０は、粗粒からなる成形体７Ａと、微粒からなる成形体１１とからなる。成形体１１は、成形体７Ａの主面と側面とを被覆している。
【００３０】
上記したように、セラミック粗粒を成形して一次成形体を得、一次成形体をセラミック微粒と共に加圧成形することによって二次成形体を得、この二次成形体を加圧焼結に供することが好ましい。セラミック粗粒とセラミック微粒とを、粗粒を予め成形することなしに加圧成形すると、両者の界面が不均一になるおそれがある。
【００３１】
次いで、図３に示すように、例えばホットプレス用の上パンチ１３の成形面１３ａ、下パンチ１４の成形面１４ａおよびスリーブ１２によって形成される空間内に、二次成形体１０を挟み、ホットプレスする。この段階では、支持体６は成形体から取り外すことができる。支持体６を二次成形体１０と積層したままでホットプレスすることも可能である。この状態では、セラミック微粒とセラミック粗粒との界面２２は、圧力印加方向に対して略垂直であり、界面２３は、圧力印加方向に対して略平行である。
【００３２】
図４（ａ）は、参考例に係る焼結体１Ａの横断面図であり、図４（ｂ）は焼結体１Ａの斜視図である。焼結体１Ａは、円板形状の多孔質部分３Ａと、多孔質部分３Ａの側周を包囲する円環状の緻密質部分２Ａとを備えている。本例では、円盤状の多孔質部分３Ａの主面３ａ、３ｂが露出しており、この結果、焼結体１Ａの主面１ａと底面１ｂとの間で多孔質部分が連続する。２１は、多孔質部分３Ａと緻密質部分２Ａとの界面である。界面２１は、加圧方向Ａに対して略平行である。
【００３３】
また、本発明においては、多孔質体を、互いに平均粒径の異なる複数種類の粗粒によって形成する。この場合、多孔質部分のうち、緻密質部分に近い領域を構成する粗粒の平均粒径を、緻密質部分から遠い領域を構成する粗粒の平均粒径よりも小さくする。これによって、緻密質部分に近い領域の気孔率が、緻密質部分から遠い領域の気孔率よりも小さくなるようにする。
【００３４】
例えば、図５（ａ）の焼結体１Ｂにおいては、多孔質体３Ｂが、円盤状領域２６と、円盤状領域２６の側周面を包囲する円環状領域２５とからなっている。好ましくは、円環状領域２５を構成する粗粒の平均粒径を、円盤状領域２６を構成する粗粒の平均粒径よりも小さくし、円環状領域２５の気孔率を、円盤状領域２６の気孔率よりも小さくする。
【００３５】
また、図５（ｂ）に示す焼結体１Ｃのように、多孔質部分３Ｃを、３種類以上、例えば４種類の領域２７、２８、２９、３０によって構成する。この場合、好ましくは、各領域を構成する粗粒の平均粒径が、領域３０から２７へと向かって順に小さくなるようにする。これによって、各領域の気孔率が、領域３０から２７へと向かって順に小さくなるようにする。更には、多孔質部分内の気孔率を傾斜的に変化させることができる。
【００３６】
焼成時の最高温度は、セラミックスの種類および目的とする気孔率によって適宜調整できる。一般的には、１０００〜２４００℃の温度で焼成を行う。また、焼成時の圧力も適宜設定できるが、５０〜４００ｋｇ／ｃｍ^２が一般的である。
【００３７】
支持体の材質は特に限定されない。支持体を加圧焼結の際にも使用する場合には、支持体は、目的とする焼成温度以上の融点を有し、かつセラミックスと実質的に反応しない材質からなることが好ましい。こうした材質としては、窒化ホウ素、カーボン等の他、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、ハフニウム等の、焼成温度で溶融しない高融点金属が好ましいが、カーボンが最も好ましい。
【００３８】
本発明の焼結体の表面を他の材料、好ましくはセラミックスによってコートすることができる。特に、多孔質部分を砥粒や砥石などによって形成した場合には、多孔質部分の純度は、ファインセラミックス用の粉末を利用できる緻密質部分の純度に比べて低くなることがある。このような場合には、焼結体の表面、特に少なくとも多孔質部分の表面に、セラミックス膜をコートすることによって、焼結体の表面の純度を向上させることができる。特に、半導体製造用途のように、焼結体の少なくとも表面が高純度であることを要求される場合には、このように高純度のセラミックス膜によって、焼結体の表面、特に少なくとも多孔質部分の表面を被覆することが好ましい。
【００３９】
こうしたコート膜の材質は特に限定されないが、焼結体を構成するセラミックスと同種の材質であることが特に好ましい。また、膜の形成方法は限定されず、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、スパッタリング法などであってよい。
【００４０】
【実施例】
（実験Ａ）
図２、図３を参照しつつ説明した方法に従い、図１に示す焼結体１を製造した。具体的には、表１に示す各性状を有する炭化珪素粗粒（ＧＣ砥粒）を準備した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
この砥粒をポリビニルアルコール５％溶液と混合し、型（セルクル）に充填し、離型し、温度１１０℃で２時間乾燥させ、一次成形体７を得た。一次成形体７を金型内にセットした。焼結助剤としてＢ_４Ｃおよびカーボン粉を添加した炭化珪素微粒８を金型内に投入し、一次成形体７の側面および表面を被覆した。面圧２００ｋｇ／ｃｍ^２でプレス成形し、二次成形体１０を得た。この二次成形体１０をホットプレス焼結させた。焼成時の最高温度は２２００℃とし、最高温度での保持時間は２時間とし、昇温速度、降温速度は１００℃／時間とした。焼成時の雰囲気は１００％アルゴン雰囲気とした。
【００４３】
得られた焼結体１から、図６に示すような形態の棒状の試料１５を切り出した。１５ａは多孔質部分であり、１５ｂは緻密質部分である。この試料１５を用い、ＪＩＳＲ１６０１に定められる４点曲げ法によって強度を測定し、測定結果を表２に示す。また、各焼結体の多孔質部分と緻密質部分との各気孔率をアルキメデス法によって測定し、結果を表２に示す。また、実施例２、４の各焼結体の多孔質部分と緻密質部分との各接合界面の微構造の写真を、図７、図８に示す。この写真は走査型電子顕微鏡によって撮影したものであり、倍率は５０倍である。
【００４４】
【表２】

【００４５】
この結果から分かるように、多孔質部分と緻密質部分とは同質材料であり、かつ非常に異なる気孔率を有している。緻密質部分の気孔率は０．２％以下ときわめて小さい値となるまで緻密化している。これと同時に、多孔質部分の気孔率は２０〜３０％の範囲内となっており、充分に高い気孔率となっている。その上、両者の接合強度は比較的に大きい。
【００４６】
次に各焼結体から、図６（ｂ）に示すような形態および寸法の各試料１６を切り出した。ただし、試料１６の平面形状は、９０°に開いた扇形である。円弧の中心Ｏ側には扇形の多孔質部分３が存在しており、多孔質部分３の外周に沿って円弧状の緻密質部分２が設けられている。多孔質部分３の半径は３５ｍｍであり、試料１６の半径は５０ｍｍであり、緻密質部分２の幅は１５ｍｍであり、試料１６の厚さは８ｍｍであり、多孔質部分３の厚さは４ｍｍである。
【００４７】
この試料１６について、テスターを用いて、Ａ−Ｂ間について表面抵抗を測定したところ、５−３０ＭΩであり、Ｃ−Ｄ間では０．１０−０．１１ＭΩであった。このように多孔質部分と緻密質部分との間では２桁程度表面抵抗が異なっている。また、Ａ−Ｄ間の表面抵抗を測定したところ、２−１６ＭΩであり、多孔質部分単独の場合よりも若干表面抵抗が低下していた。これは、緻密質部分の相対的に低い表面抵抗を反映しているものである。
【００４８】
（実験Ｂ）
実験Ａと同様にして、図４に示す焼結体１Ａを製造した。具体的には、表３に示す各性状を有するアルミナ粗粒または窒化アルミニウム粗粒を準備した。
【００４９】
【表３】

【００５０】
各粗粒をポリビニルアルコール５％溶液と混合し、型（セルクル）に充填し、離型し、温度１１０℃で２時間乾燥させ、円板形状の一次成形体７を得た。一次成形体７を金型内にセットした。そして、表４に示す平均粒径を有する純度９９．９％のアルミナ微粒または窒化アルミニウム微粒を金型内に投入し、一次成形体７の側面を被覆した。次いで、面圧２００ｋｇ／ｃｍ^２でプレス成形し、二次成形体を得、この二次成形体をホットプレス焼結させた。焼成時の最高温度は、表４に示すように変更し、最高温度での保持時間は２時間とし、昇温速度、降温速度は１００℃／時間とした。焼成時の雰囲気は１００％窒素雰囲気とした。
【００５１】
この結果、図４（ａ）、（ｂ）に示すような焼結体１Ａが得られた。得られた各焼結体１Ａについて、実験Ａと同様にして気孔率、４点曲げ強度を測定し、結果を表４に示した。
【００５２】
【表４】

【００５３】
このように、実験例の焼結体は、多孔質部分と緻密質部分とが高い接合強度をもって一体化されているものである。
【００５４】
また、実施例６、７、８の各焼結体の多孔質部分と緻密質部分との各接合界面の微構造の写真を、走査型電子顕微鏡によって撮影したところ、前述した実施例２、４の場合と同様の結果が得られた。
【００５５】
次に、実施例６、７、８の各焼結体１Ａについて、緻密質部分２Ａの端面をＯリングによってシールした。そして、主面１ａ側のヘリウム圧力を２ａｔｍとし、底面１ｂ側のヘリウム圧力を１ａｔｍとし、焼結体１Ａのガスの透過性を確認した。この結果、緻密質部分２Ａからのガスの漏れはなく、円盤状の多孔質部分３Ａ内を、主面３ａから３ｂへと向かってガスが透過することを確認した。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとを、充分に高い接合強度をもって一体化できる。なお、多孔質セラミックスあるいは緻密質セラミックスの部分を高純度な材質で構成した場合には、ロウ付け部や接着剤がない利点と相まって、半導体製造装置用の部品（例えばシャワープレート）、あるいはフィルターに対して好適に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、参考例に係る焼結体１を概略的に示す断面図であり、（ｂ）は焼結体１を底面１ｂ側から見た斜視図である。
【図２】セラミック粗粒からなる一次成形体７およびセラミック微粒８を一軸加圧成形している状態を概略的に示す断面図である。
【図３】二次成形体１０をホットプレス焼結用の型内にセットした状態を概略的に示す断面図である。
【図４】（ａ）は、焼結体１Ａを示す横断面図であり、（ｂ）は、焼結体１Ａの斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、焼結体１Ｂ、１Ｃの横断面図である。
【図６】（ａ）は、焼結体１から切り出した４点曲げ強度測定用試料１５を示し、（ｂ）は、焼結体１から切り出した表面抵抗測定用の試料１６を示す図である。
【図７】実施例２の焼結体において、多孔質部分と緻密質部分との接合界面の微構造を示す写真である。
【図８】実施例４の焼結体において、多孔質部分と緻密質部分との接合界面の微構造を示す写真である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ焼結体２、２Ａ緻密質部分２ａ積層部分（平板状部分）２ｂ側壁部分３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ多孔質部分４、１３上パンチ５、１４下パンチ６支持体７セラミック粗粒の一次成形体７Ａセラミック粗粒の成形体８セラミック微粒１０二次成形体１１セラミック微粒の成形体２０圧力印加方向に対して略垂直な界面２１圧力印加方向に対して略平行な界面Ａ圧力印加方向

Claims

緻密質部分と多孔質部分とを備えたセラミック焼結体であって、
前記緻密質部分がセラミック微粒の焼結によって形成されており、前記多孔質部分がセラミック粗粒の焼結によって形成されており、前記セラミック微粒と前記セラミック粗粒とが一体で加圧焼結されており、前記多孔質部分と前記緻密質部分との界面の少なくとも一部が前記加圧焼結の際の圧力印加方向に対して略平行であり、前記多孔質部分のうち前記緻密質部分に近い領域を構成する前記セラミック粗粒の平均粒径が前記緻密質部分から遠い領域を構成する前記セラミック粗粒の平均粒径よりも小さく、前記多孔質部分のうち前記緻密質部分に近い領域の気孔率が、前記緻密質部分から遠い領域の気孔率よりも小さいことを特徴とする、セラミック焼結体。
前記セラミック微粒と前記セラミック粗粒とが同種のセラミックスからなることを特徴とする、請求項１記載の焼結体。
前記セラミック粗粒と前記セラミック微粒とが炭化珪素からなることを特徴とする、請求項２記載の焼結体。
前記セラミック粗粒と前記セラミック微粒とが、アルミニウム化合物からなることを特徴とする、請求項１または２記載の焼結体。
前記緻密質部分の気孔率が１０％以下であり、前記多孔質部分の気孔率が１０〜４０％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の焼結体。
緻密質部分と多孔質部分とを備えたセラミック焼結体を製造する方法であって、
セラミック微粒とセラミック粗粒とを一体で加圧焼結することによって前記緻密質部分と前記多孔質部分とを形成し、前記多孔質部分と前記緻密質部分との界面の少なくとも一部が前記加圧焼結の際の圧力印加方向に対して略平行であり、前記多孔質部分のうち前記緻密質部分に近い領域を構成する前記セラミック粗粒の平均粒径を前記緻密質部分から遠い領域を構成する前記セラミック粗粒の平均粒径よりも小さくすることによって、前記多孔質部分のうち前記緻密質部分に近い領域の気孔率を、前記緻密質部分から遠い領域の気孔率よりも小さくすることを特徴とする、セラミック焼結体の製造方法。
前記セラミック微粒と前記セラミック粗粒とが同種のセラミックスからなることを特徴とする、請求項６記載の方法。
前記セラミック粗粒と前記セラミック微粒とが炭化珪素からなることを特徴とする、請求項７記載の方法。
前記セラミック粗粒と前記セラミック微粒とが、アルミニウム化合物からなることを特徴とする、請求項６または７記載の方法。
前記緻密質部分の気孔率を１０％以下とし、前記多孔質部分の気孔率を１０〜４０％とすることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
前記セラミック粗粒を成形して一次成形体を得、この一次成形体を前記セラミック微粒と共に加圧成形することによって二次成形体を得、この二次成形体を前記加圧焼結に供することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一つの請求項に記載の方法。
前記セラミック粗粒を支持体上で形成することによって、前記一次成形体と前記支持体との積層体を得ることを特徴とする、請求項１１記載の方法。