JP5322382B2 - セラミックス複合部材とその製造方法 - Google Patents
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Description
平均粒径が0.5μmの炭化ケイ素粉末と、平均粒径が0.01μmの炭素粉末(カーボンブラック)とを、質量比で10:3(=SiC:C)となるように混合した。さらに、この混合粉末を適当量の有機バインダと共に混合した後、溶媒中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを圧力鋳込み成形機を用いて成形型内に1MPaの圧力で加圧しながら充填した。このようにして、所定の成形体密度を有する板状成形体を2個作製した。
上記した実施例1と同様に作製した2個の成形体を、不活性ガス雰囲気中にて600℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを除去(脱脂)した。この脱脂後の成形体を、減圧下または不活性ガス雰囲気中にて1400℃以上の温度に加熱し、この加熱状態を維持した成形体に溶融したシリコンを含浸させた。この溶融シリコンの含浸工程で成形体を反応焼結させることによって、2個のSi−SiC複合焼結体を得た。
被接合部材としてSi−SiC複合焼結体、Si−SiC複合体用成形体、通常のSiC焼結体、Si3N4焼結体、ZrO2焼結体、SiC−長繊維複合材料を用意した。これらを表1に示す組合せに基づいて連結してセラミックス複合部材を作製した。連結工程は実施例1、2と同様にして実施した。連結に使用した接着剤の組成は表1に示す通りである。表1に連結部の特性を併せて示す。各セラミックス複合部材の連結部はいずれもSiC粒子の隙間に遊離Si相が網目状に連続して存在する組織を有しており、構造的には単層であった。このような各セラミックス複合部材を後述する特性評価に供した。
実施例1と同様に作製した2個の成形体を、シリコンシートを挟んで接着して予備連結部材とした。この予備連結部材に実施例1と同一条件で溶融したシリコンを含浸した。このようにして得たセラミックス複合部材を後述する特性評価に供した。
実施例1と同様に作製した2個の成形体を、ポリカルボシランで接着して予備連結部材とした。この予備連結部材に実施例1と同一条件で溶融したシリコンを含浸した。このようにして得たセラミックス複合部材を後述する特性評価に供した。
実施例1と同様に作製した2個の成形体を、炭化ケイ素粉末と炭素粉末を溶媒中に分散させたスラリーを用いて接着して予備連結部材とした。この予備連結部材に実施例1と同一条件で溶融したシリコンを含浸した。このようにして得たセラミックス複合部材を後述する特性評価に供した。
平均粒径が0.5μmの炭化ケイ素粉末と、平均粒径が0.01μmの炭素粉末(カーボンブラック)とを、質量比で10:3(=SiC:C)となるように混合した。さらに、この混合粉末を適当量の有機バインダと共に混合した後、溶媒中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを圧力鋳込み成形機を用いて成形型内に1MPaの圧力で加圧しながら充填した。このようにして、所定の成形体密度を有する板状成形体を1個作製した。
Claims (17)
- 第1のセラミックス部材と第2のセラミックス部材とを、炭化ケイ素粉末と炭素粉末と有機樹脂とを含有する接着剤で接着する工程と、
前記接着剤による接着部に熱処理を施し、前記有機樹脂を熱分解して炭素化させて気孔率が20%以上80%以下の範囲の多孔質層を予備連結部として形成する工程と、
前記予備連結部に残存するシリコン量が10質量%以上85質量%以下となるように溶融したシリコンを含浸し、前記第1のセラミックス部材と前記第2のセラミックス部材とを、前記予備連結部を反応焼結させると共に、炭化ケイ素粒子の隙間に網目状に連続したシリコン相を存在させて形成した連結部を介して連結し、セラミックス複合部材を得る工程とを具備し、
前記連結部の前記炭化ケイ素粒子の平均粒径が0.1μm以上0.1mm以下の範囲であると共に、前記連結部の前記シリコン相の平均径が0.05μm以上10μm以下の範囲であり、かつ前記連結部は前記シリコン相を10質量%以上85質量%以下の範囲で含有し、
前記セラミックス複合部材の4点曲げ強度が250MPa以上1400MPa以下であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記接着剤中の前記炭化ケイ素粉末と前記炭素粉末および前記有機樹脂に由来する炭素成分との質量比が、SiC:C=5〜80:95〜20の範囲であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1または請求項2記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記接着剤中の前記炭化ケイ素粉末は0.1〜100μmの範囲の平均粒径を有し、前記炭素粉末は0.08〜20μmの範囲の平均粒径を有することを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記連結部を構成する前記炭化ケイ素粒子は、前記接着剤中に含有させた前記炭化ケイ素粉末に基づく第1の炭化ケイ素粒子と、前記接着剤中に含有させた前記炭素粉末および前記有機樹脂に由来する炭素と前記溶融したシリコンとの反応により生成された第2の炭化ケイ素粒子とを有し、前記第2の炭化ケイ素粒子は前記第1の炭化ケイ素粒子より平均粒径が小さいことを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記連結部の気孔率が5%以下であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記セラミックス複合部材の4点曲げ強度は、前記連結部を構成する前記炭化ケイ素粒子の平均粒径と前記炭化ケイ素粒子の隙間に存在する前記シリコン相の連続した網目状構造、平均径および含有量とに基づいて、250MPa以上1400MPa以下の範囲に制御されることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記第1および第2のセラミックス部材は、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化物、およびこれらの複合物から選ばれる同種または異種のセラミックス焼結体からなることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
さらに、前記セラミックス部材の接着面にブラスト処理またはエッチング処理を施す工程を具備することを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 炭化ケイ素粉末と炭素粉末とを含む成形体同士、もしくは前記成形体とセラミックス焼結体とを、炭化ケイ素粉末と炭素粉末と有機樹脂とを含有する接着剤で接着する工程と、
前記接着剤による接着部に熱処理を施し、前記有機樹脂を熱分解して炭素化させて気孔率が20%以上80%以下の範囲の多孔質層を予備連結部として形成する工程と、
前記成形体と前記予備連結部に残存するシリコン量が10質量%以上85質量%以下となるように溶融したシリコンを含浸し、前記成形体を反応焼結させて形成したシリコン−炭化ケイ素複合焼結体同士、または前記シリコン−炭化ケイ素複合焼結体と前記セラミックス焼結体とを、前記予備連結部を反応焼結させると共に、炭化ケイ素粒子の隙間に網目状に連続したシリコン相を存在させて形成した連結部を介して連結し、セラミックス複合部材を得る工程とを具備し、
前記連結部の前記炭化ケイ素粒子の平均粒径が0.1μm以上0.1mm以下の範囲であると共に、前記連結部の前記シリコン相の平均径が0.05μm以上10μm以下の範囲であり、かつ前記連結部は前記シリコン相を10質量%以上85質量%以下の範囲で含有し、
前記セラミックス複合部材の4点曲げ強度が250MPa以上1400MPa以下であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記接着剤中の前記炭化ケイ素粉末と前記炭素粉末および前記有機樹脂に由来する炭素成分との質量比が、SiC:C=5〜80:95〜20の範囲であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9または請求項10記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記接着剤中の前記炭化ケイ素粉末は0.1〜100μmの範囲の平均粒径を有し、前記炭素粉末は0.08〜20μmの範囲の平均粒径を有することを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9ないし請求項11のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記連結部を構成する前記炭化ケイ素粒子は、前記接着剤中に含有させた前記炭化ケイ素粉末に基づく第1の炭化ケイ素粒子と、前記接着剤中に含有させた前記炭素粉末および前記有機樹脂に由来する炭素と前記溶融したシリコンとの反応により生成された第2の炭化ケイ素粒子とを有し、前記第2の炭化ケイ素粒子は前記第1の炭化ケイ素粒子より平均粒径が小さいことを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9ないし請求項12のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記連結部の気孔率が5%以下であることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9ないし請求項13のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記セラミックス複合部材の4点曲げ強度は、前記連結部を構成する前記炭化ケイ素粒子の平均粒径と前記炭化ケイ素粒子の隙間に存在する前記シリコン相の連続した網目状構造、平均径および含有量とに基づいて、250MPa以上1400MPa以下の範囲に制御されることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項9ないし請求項14のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法において、
前記セラミックス焼結体は、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化物、およびこれらの複合物から選ばれるセラミックス焼結体からなることを特徴とするセラミックス複合部材の製造方法。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法により作製されたセラミックス接合部材。
- 請求項9ないし請求項14のいずれか1項記載のセラミックス複合部材の製造方法により作製されたセラミックス接合部材。
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