JP6343234B2 - 炭化珪素焼結体、炭化珪素焼結体の製造方法、焼成治具、焼成炉および金属溶湯保持炉 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、炭化珪素焼結体、炭化珪素焼結体の製造方法、焼成治具、焼成炉および金属溶湯保持炉に関する。

従来、炭化珪素焼結体の一種である再結晶炭化珪素の製造方法においては、たとえば、先ず炭化珪素粉末などを溶媒中に分散させてスラリー状の混合物を作り、かかる混合物を成形して成形体を作製するようにしている。そして、従来の製造方法では、成形体を焼成炭化させた後、炭素粉末およびシリカ粉末の混合粉末に埋設しつつ加熱処理することで、再結晶炭化珪素を製造している（たとえば、特許文献１参照）。また、上記した炭化珪素焼結体は、たとえば、焼成治具や焼成炉材などに用いられることがある。

特開昭５１−７６３１０号公報

しかしながら、近年、上記した焼成治具等は、従来よりも急熱急冷の条件下、高温酸化雰囲気での条件下で使用される傾向にあることから、炭化珪素焼結体においては、従来よりも耐熱衝撃性、強度、高温強度および耐酸化性に優れるものが望まれていた。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、耐熱衝撃性、強度、高温強度および耐酸化性に優れた炭化珪素焼結体、炭化珪素焼結体の製造方法、焼成治具、焼成炉および金属溶湯保持炉を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る炭化珪素焼結体は、炭化珪素の粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を基準粒径Ｄｐとするとともに、粒径が０ｍｍ以上でＤｐ以下の範囲を第１範囲、粒径がＤｐより大きくＤｐの２倍の値以下の範囲を第２範囲、粒径がＤｐの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を第３範囲としたとき、第１範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、第３範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、第１範囲および第３範囲に存在する粒子の合計が３４％以上である。

実施形態の一態様によれば、上記した粒度分布となっていることで嵩比重が増加し、よって耐熱衝撃性、強度、高温強度および耐酸化性に優れた炭化珪素焼結体、炭化珪素焼結体の製造方法、焼成治具、焼成炉および金属溶湯保持炉を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る製造方法によって製造される炭化珪素焼結体を概略的に説明するための図である。 図２は、炭化珪素焼結体の断面を示すＳＥＭ画像の一例である。 図３は、第１の実施形態に係る焼成治具の構成例を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る炭化珪素焼結体を製造する処理手順を示すフローチャートである。 図５Ａは、実施例１により製造された炭化珪素焼結体の粒度分布図である。 図５Ｂは、実施例２により製造された炭化珪素焼結体の粒度分布図である。 図６は、比較例１により製造された炭化珪素焼結体の粒度分布図である。 図７は、第２の実施形態に係る焼成炉の構成例を示す断面図である。 図８は、第２の実施形態に係る焼成炉の変形例を示す断面図である。 図９は、第３の実施形態に係る金属溶湯保持炉の構成例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する炭化珪素焼結体、炭化珪素焼結体の製造方法、焼成治具、焼成炉および金属溶湯保持炉の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る炭化珪素焼結体は、原料である炭化珪素粉末の調合、混練、成形、乾燥および焼結の各工程を含む製造方法により製造される。図１は、第１の実施形態に係る製造方法によって製造される炭化珪素焼結体を概略的に説明するための図である。

図１において、上部には、各工程のうち、成形工程によって作製された成形体１の拡大断面図を示し、下部には、焼結工程によって製造された炭化珪素焼結体２の拡大断面図を示している。なお、図１および後述する図３，７〜９は、図示の簡略化および理解の便宜のため、いずれも模式的に示した図である。

先ず、第１の実施形態に係る炭化珪素焼結体２について製造方法に沿って順に説明する。原料の調合工程は、原料となる炭化珪素粉末と、多糖類系のバインダと、水とを調合する工程である。炭化珪素粉末は、たとえば、粒径が互いに異なる３種類以上の炭化珪素粉末が含まれていることが好ましい。

なお、ここでは、理解の便宜のため、３種類の粒径を有する炭化珪素粉末を例にとって説明するが、これはあくまでも例示であって、粒径は３種類に限定されるものではない。また、以下では、上記した３種類の粒径を有する炭化珪素粉末について、粒径が小さい順に、小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３と相対的な大きさで区別して記載することがある（図１参照）。

また、上記した小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３は、それぞれ粒径が１種類である必要はない。すなわち、炭化珪素粉末の粒径が４種類以上ある場合であっても、かかる炭化珪素粉末を小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３の３つに分類するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を粉末基準粒径Ｄｐａとした場合、粒径が０μｍ以上でＤｐａ未満の範囲を「小粒径範囲」とし、かかる小粒径範囲に存在する炭化珪素粉末を「小粒径粉末１１」と分類してもよい。

また、粒径がＤｐａ以上でＤｐａの２倍の値未満の範囲を「中粒径範囲」とし、かかる中粒径範囲に存在する炭化珪素粉末を「中粒径粉末１２」と分類してもよい。また、粒径がＤｐａの２倍の値以上でＤ９９以下の範囲を「大粒径範囲」とし、かかる大粒径範囲に存在する炭化珪素粉末を「大粒径粉末１３」と分類してもよい。

なお、上記した炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９とは、画像解析式粒子径分布測定方法によって炭化珪素粉末の粒径を測定し、その粒径の小さい方から体積を積算して９９％の位置にあたる粒子の粒径を意味している。

そして、本実施形態では、原料である炭化珪素粉末の粒度分布において、小粒径範囲に３０重量％〜７０重量％の小粒径粉末１１（粒子）が存在していることが好ましく、より好ましくは４０重量％〜６５重量％存在している。

また、中粒径範囲に１５重量％〜３５重量％の中粒径粉末１２（粒子）が存在していることが好ましく、より好ましくは２０重量％〜３０重量％存在している。また、大粒径範囲に１５重量％〜３５重量％の大粒径粉末１３（粒子）が存在していることが好ましく、より好ましくは１５重量％〜２５重量％存在している。

小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３の３種類の粒子がそれぞれ、上記した割合で存在していることから、大粒径粉末１３同士の間にある隙間が中粒径粉末１２や小粒径粉末１１で埋まることとなり、成形する際に充填率が向上し、焼成後の嵩比重を向上させることができる。

多糖類系のバインダとしては、たとえば、デキストリンやグルコースなどを適用することができるが、これらに限定されるものではない。

混練工程は、調合工程で調合された原料を混練し、混練物を作製する工程である。なお、混練工程における原料の混練は、たとえば、図示しない混合攪拌機を用いて行われることが好ましいが、これに限定されるものではない。

成形工程は、混練工程で得られた混練物をプレス成形し、成形体１を作製する工程である。具体的に成形工程では、たとえば、混練物を図示しないプレス機に投入し、プレス機で加圧して成形体１を作製する。

図１の上部に示すように、成形体１にあっては、大粒径粉末１３と大粒径粉末１３との間に中粒径粉末１２や小粒径粉末１１が入り込むようになることから、成形体１の密度を増加させることが可能となる。

このように、原料たる炭化珪素粉末を、たとえば、小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３の粒径が互いに異なる３種類の粉末とし、かかる原料をプレス成形することで、高密度な成形体１を得ることができる。

また、たとえば、仮に、原料をスラリー状にして石膏型に流し込む、鋳込み成形で成形体を作製しようとした場合、粒径が比較的大きい大粒径粉末１３などは沈降するため、使用することが難しい。そこで、本実施形態では、プレス成形を用いることで、上記した大粒径粉末１３の沈降を生じさせることなく、成形体１を作製することができる。

なお、上記では、プレス成形を用いて成形体１を作製する場合を例にとって説明したが、これに限られず、たとえば、冷間静水圧プレス成形などその他の手法によって成形体１を作製してもよい。

乾燥工程は、成形工程で得られた成形体１を乾燥させる工程である。かかる乾燥工程によって、成形体１に含まれる水分が除去される。

焼結工程は、成形体１を炭素粉末およびシリカ粉末の混合粉末に埋設し、埋設された状態の成形体１を加熱して焼結させ、図１の下部に示す炭化珪素焼結体２を製造する工程である。上記した炭化珪素焼結体２は、詳しくは再結晶炭化珪素（ＲＳｉＣ）である。

具体的に焼結工程では、たとえば、炭素粉末およびシリカ粉末の混合粉末に埋設された成形体１を焼成炉（図１で図示せず）に収容し、焼成炉の温度をたとえば２０００℃以上まで上げて焼結させる。このとき、たとえば、アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気下で焼結が行われることが好ましい。

なお、上記では、焼結が行われる焼成炉の温度を２０００℃以上としたが、たとえば２０００℃〜２５００℃が好ましい。これにより、成形体１の炭化珪素粉末を確実に焼結させることができる。

たとえば、焼成炉の温度が２０００℃未満の場合、炭化珪素粉末の焼結が進行せず、耐熱衝撃性や強度が低くなって好ましくない。他方、焼成炉の温度が２５００℃以上の場合、焼成のコストが高くなるとともに、炭化珪素の昇華が激しくなって嵩比重を低下させる可能性があるので避けた方が好ましい。

成形体１における炭化珪素粉末にあっては、焼結する際に、小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３の炭化珪素の相互拡散により、粒子同士を結合する粒子間ネック２４が形成される。なお、図１にあっては、理解し易くするため、粒子間ネック２４に斜線を引いて示した。

また、本実施形態では、成形体１を炭素粉末に埋設して炭素源を添加するようにしたことから、焼結時の炭化珪素粉末の蒸発を促進することができる。また、本実施形態では、成形体１を炭素粉末およびシリカ粉末に埋設して焼成させることで、粒子間ネック２４の成長を促進させることができる。

さらに、小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３の３種類の粒子がそれぞれ、上述の割合で存在していることにより、適度に焼結が進行し、炭化珪素粉末の焼結ならびに粒子間ネック２４の生成を促進させることができる。

また、上記した焼結が行われる際、小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３はそれぞれ、粒径を維持した状態、あるいは、粒径が大きくなった状態の粒子となり、上記した粒子間ネック２４によって互いに結合される。

したがって、以下では、炭化珪素焼結体２において、小粒径粉末１１が焼結して形成され、粒径が比較的大きい粒子を「小粒子２１」ということがある。同様に、炭化珪素焼結体２において、中粒径粉末１２が焼結して形成された粒子を「中粒子２２」、大粒径粉末１３が焼結して形成された粒子を「大粒子２３」ということがある。

なお、例えば仮に、粒子間ネック２４の成長が進行せず、粒子間の結合が弱い場合、炭化珪素焼結体２のおける強度、高温強度、高温でのクリープひずみ、耐酸化性が悪化するおそれがある。例えば、炭化珪素焼結体２を高温酸化雰囲気で使用した場合、小粒径粉末１１の焼結および小粒径粉末１１と粒子間ネック２４が進行していないと、高温で酸化しやすくなり、高温強度、高温でのクリープひずみ、耐酸化性を著しく悪化させるおそれがある。

ここで、上記した炭化珪素焼結体２について炭化珪素の粒度分布を求める。具体的には、たとえば、炭化珪素焼結体２の断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を撮像し、かかるＳＥＭ画像からインターセプト法による面積比率をもとに炭化珪素の粒径を測定し、粒度分布を求める。図２は、上記した炭化珪素焼結体２の断面を示すＳＥＭ画像の一例である。

具体的な粒径の測定手順としては、ＳＥＭ画像に任意の線を引き、かかる線と交差した粒子について、その長径と短径とを測定する。次いで、粒子形状を楕円とし、長径および短径からその粒子の面積を算出する。また、長径および短径の平均値を、その粒子の粒径とする。そして、別の視野の複数のＳＥＭ画像も撮像し、撮像した複数のＳＥＭ画像を用いて前述の測定を繰り返し、５００個以上の粒子の粒径および面積を測定した後、統計的に処理することで、炭化珪素焼結体２の断面組織における炭化珪素粒子の粒度分布を求める。

上記によって求められた炭化珪素の粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を基準粒径Ｄｐとするとともに、粒径が０ｍｍ以上でＤｐ以下の範囲を第１範囲、粒径がＤｐより大きくＤｐの２倍の値以下の範囲を第２範囲、粒径がＤｐの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を第３範囲と称することとする。すなわち、粒度分布を粒径に応じて３つの範囲に分け、かかる３つの範囲を小さい順に第１、第２、第３範囲と称するようにした。

なお、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９とは、インターセプト法によって炭化珪素焼結体２における炭化珪素の粒径を測定し、その粒径の小さい方から面積を積算して９９％の位置にあたる粒子の粒径を意味している。

また、粒度分布において、上記した第１範囲には小粒子２１が含まれるとともに、第２範囲には中粒子２２が含まれ、第３範囲には大粒子２３が含まれているものとする。

そして、粒度分布を評価・解析すると、粒度分布においては、第１範囲に１０％〜４０％、好ましくは２０％〜３４％の小粒子（粒子）２１が存在し、第２範囲に３６％〜６６％、好ましくは４２％〜６０％の中粒子（粒子）２２が存在し、第３範囲に１０％〜４０％、好ましくは１６％〜２５％の大粒子（粒子）２３が存在している。

また、粒度分布においては、第１範囲および第３範囲に存在する粒子の合計、すなわち、小粒子２１および大粒子２３の合計が全体の３４％以上である。言い換えれば、第２範囲に存在する中粒子２２は全体の６６％未満である。

このように、炭化珪素焼結体２にあっては、小粒子２１、中粒子２２および大粒子２３の３種類の粒子がそれぞれ、上記した割合で存在していることから、大粒子２３同士の間にある隙間が中粒子２２や小粒子２１で埋まることとなる。これにより、炭化珪素焼結体２において、嵩比重が増加して耐熱衝撃性、強度、高温強度および耐酸化性を向上させることができる。

詳しくは、炭化珪素焼結体２の嵩比重が２．６〜２．８であることが好ましく、より好ましくは２．６５〜２．７５である。嵩比重が上記した範囲にあることから、炭化珪素焼結体２の耐熱衝撃性、強度および高温強度を向上させることができる。

炭化珪素焼結体２は、耐熱衝撃性が４００℃以上であることが実用上好ましく、より好ましくは５００℃以上である。

また、炭化珪素焼結体２は、平均曲げ強度が２０ＭＰａ以上であることが実用上好まく、より好ましくは４０ＭＰａ以上である。

また、炭化珪素焼結体２は、高温環境下（たとえば１０００℃〜１５００℃の温度）での平均曲げ強度が２０ＭＰａ以上であることが実用上好ましく、より好ましくは４０ＭＰａ以上である。

また、炭化珪素焼結体２は、高温環境下（たとえば１５００℃の温度）での平均曲げ強度の６０％の負荷を１０時間かけた場合のクリープひずみが５％以下であることが実用上好ましく、より好ましくは３％以下である。

また、炭化珪素焼結体２は、耐酸化性を示す値の一種である酸化重量増加率が２％以下であることが実用上好ましく、より好ましくは１．７％以下である。なお、嵩比重、耐熱衝撃性、平均曲げ強度、高温時の平均曲げ強度、高温時のクリープひずみおよび酸化重量増加率は、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。

また、上記した炭化珪素の粒度分布においては、炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間（ギャップ）が存在し、かかる区間は第２範囲から第３範囲までの間に１つ以上ある。なお、上記した０．５％未満の区間については、後に説明する。

このような粒度分布を有する炭化珪素焼結体２にあっては、大粒子２３、中粒子２２および小粒子２１の充填効率が良くなって嵩比重がより増加し、よって耐熱衝撃性、強度および高温強度をより一層向上させることができる。

また、炭化珪素焼結体２において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９は８００μｍ以上が好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上である。このように、炭化珪素焼結体２は、比較的粗くて大きな粒子を含んでいることから、熱衝撃による熱応力が作用する場合であっても、大きな粒子の周辺に形成される気孔によって応力が緩和され、そのため焼結体に亀裂が入りにくく、耐熱衝撃性をより一層向上させることができる。

また、上記のようにして得られる炭化珪素焼結体２の気孔率は、５％〜２０％の範囲が好ましく、より好ましくは１４％〜１８％である。ここで、「気孔率」とは、ＪＩＳＲ１６３４：２００８に規定する手法に基づき、アルキメデス法により得られた値をいう。

また、炭化珪素焼結体２の純度は、９８％〜９９．９９９％の範囲が好ましく、より好ましくは９９％〜９９．９９９％である。ここで、「純度」とは、蛍光Ｘ線分析、ＴＣ（トータルカーボン）分析、ＦＣ（フリーカーボン）分析および酸素分析などにより得られた値をいう。なお、炭化珪素焼結体２の純度が９９．９９９％以上でも問題はないが、使用する炭化珪素粉末の純度を高くする必要があり、コストが高くなるため好ましくない。

また、炭化珪素焼結体２の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の範囲が実用上好ましく、より好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

このようにして製造された炭化珪素焼結体２は、たとえば積層セラミックスコンデンサなどの電子部品を製造する過程に含まれる、電子部品を焼成する工程で使用される焼成治具として利用することができる。

以下、第１の実施形態に係る炭化珪素焼結体２を適用し得る焼成治具について、図３を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に係る焼成治具の構成例を示す斜視図である。なお、図３においては、説明を分かり易くするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図３に示すように、焼成治具３０は、基台３１と、セッター３２とを備える。そして、焼成治具３０のセッター３２の上には、被焼成物３３が載置されている。

被焼成物３３は、たとえば積層セラミックスコンデンサなどの電子部品である。すなわち、上記した焼成治具３０は、電子部品用の焼成治具である。なお、上記では、被焼成物３３を積層セラミックスコンデンサとしたが、これは例示であって限定されるものではない。すなわち、被焼成物３３は、たとえばチップインダクタや半導体基板など、焼成が行われる電子部品であればどのような種類のものであってもよい。

焼成治具３０は、セッター３２の上面３２ａに被焼成物３３が載置された状態で、図３で図示しない焼成炉内に配置され、被焼成物３３を焼成する工程が行われる。

焼成治具３０の基台３１は、プレート部３１ａと、支持部３１ｂとを備える。プレート部３１ａは、上面にセッター３２を載せることが可能な形状、具体的にたとえば略平板状で、かつ平面視略矩形状とされる。

支持部３１ｂは、複数個（たとえば４個。図３では１個見えず）あり、プレート部３１ａの下面側の適宜位置に形成される。具体的に支持部３１ｂは、プレート部３１ａの下面の四隅部分からＺ軸の負方向に向けて突出するように形成され、プレート部３１ａを支持する。

また、基台３１は、図３に示す形状に限定されるものではない。すなわち、基台３１は、たとえばさや（匣鉢）やラックなどであってもよく、要はセッター３２を載せることが可能な形状であればよい。さらに、基台３１とセッター３２とは、別体である必要はなく、一体化するように構成してもよい。

また、プレート部３１ａの形状は、上記した略矩形状に限定されるものではない。すなわち、プレート部３１ａの形状は、たとえば正方形や三角形などの多角形、または円形や楕円形などその他の形状であってもよい。

上記のように構成された焼成治具３０として、本実施形態に係る炭化珪素焼結体２を適用することができる。炭化珪素焼結体２は、上述したように強度および耐熱衝撃性に優れることから、セッター３２やプレート部３１ａなどを、Ｚ軸方向における厚さが比較的薄い、薄板状とすることが可能になる。このように、セッター３２等が薄板状とされることで、焼成治具３０の軽量化を図ることができる。

また、炭化珪素焼結体２は、熱伝導率が比較的高いことから、熱が焼成治具３０から被焼成物３３への効率よく伝達され、よって被焼成物３３の焼成を促進させることができる。

なお、上記では、本実施形態に係る炭化珪素焼結体２は基台３１およびセッター３２に適用されるとして説明したが、基台３１およびセッター３２のうち、一方のみに炭化珪素焼結体２を適用してもよい。また、基台３１を構成するプレート部３１ａおよび支持部３１ｂのうち、一方のみに炭化珪素焼結体２を適用してもよい。

次に、本実施形態に係る炭化珪素焼結体２を製造する方法について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る炭化珪素焼結体２を製造する処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、先ず、炭化珪素粉末、多糖類系のバインダおよび水などの原料を調合する（ステップＳ１）。このとき、炭化珪素粉末に、遊離炭素を含ませることが好ましい。ここで、遊離炭素とは、原料となる炭化珪素粉末を生成する際に、炭化珪素とならずに余った炭素のことである。

このように、遊離炭素を含む炭化珪素粉末を使用することで、成形体１に炭素を含有させることができる。炭素を含ませることにより、焼結工程において炭化珪素の粒子間ネック２４の成長を促進させることが可能となる。なお、遊離炭素の量は、０．１〜５重量％であることが好ましく、１〜３重量％であることがより好ましい。また、遊離炭素は多すぎても少なすぎても、粒子間ネック２４の成長が促進されにくい。さらに、遊離炭素は、小粒径粉末１１や中粒径粉末１２よりも焼結の起こりにくい大粒径粉末１３に多く含まれている方が好ましく、例えば、トータルの遊離炭素量のうちの半分以上が大粒径粉末１３に含まれていることが好ましい。

続いて、ステップＳ１において調合した原料を混練し、混練物を作製する（ステップＳ２）。次いで、混練物をプレス成形し、成形体１を作製する（ステップＳ３）。

次いで、成形体１を乾燥させて水分を除去する（ステップＳ４）。そして、成形体１を炭素粉末およびシリカ粉末の混合粉末に埋設し、埋設された状態の成形体１を加熱して焼結させ、炭化珪素焼結体（再結晶炭化珪素）２を作製する（ステップＳ５）。

上述してきたように、第１の実施形態に係る炭化珪素焼結体２は、炭化珪素の粒度分布において、最大粒径Ｄ９９の１／３の値を基準粒径Ｄｐとするとともに、粒径が０ｍｍ以上でＤｐ以下の範囲を第１範囲、粒径がＤｐより大きくＤｐの２倍の値以下の範囲を第２範囲、粒径がＤｐの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を第３範囲としたとき、第１範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、第３範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、第１範囲および第３範囲に存在する粒子の合計が３４％以上である。このような粒度分布を有する炭化珪素焼結体２は、嵩比重が増加によって強度が向上するとともに、優れた耐熱衝撃性、高温強度および耐酸化性を有している。

なお、炭化珪素焼結体２に金属シリコンなどの金属成分やガラスのような、高温（１５００℃）で軟化・溶解するものが含まれている場合、高温での強度やクリープ特性が著しく悪くなるため、金属シリコン等が含まれる量は少量か含まれないことが望ましい。

また、炭化珪素焼結体２に、炭化硼素やアルミナ、希土類酸化物など、炭化珪素の焼結助剤成分として機能する化合物が含まれていてもよいが、たとえば焼成治具として長期間使用した場合、被焼成体と反応して、焼成治具の強度が低下し、寿命が短くなることがある。そのため、炭化珪素焼結体２においては、焼結助剤成分として機能する化合物が含まれる量は少量か含まれないことが望ましい。

また、純度が比較的低い炭化珪素焼結体２を焼成治具として用いた場合、上記に示した通り、被焼成体と反応しやすくなり、焼成治具の寿命が短くなったり、被焼成体に不純物元素が移動し、被焼成体の特性を低下させたりする可能性がある。また、純度が比較的低い炭化珪素焼結体２を金属溶湯と接触する部材として用いた場合、不純物元素が金属溶湯に移動し、金属溶湯を汚染する可能性があるため望ましくない。

（実施例１）
実施例１では、粒径が互いに異なる６種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。実施例１で用いられる炭化珪素粉末の平均粒径および含有率を表１に示す。

表１に示すように、原料となる炭化珪素粉末の種類は、炭化珪素粉末ａ〜ｆの６種類ある。炭化珪素粉末ａは、平均粒径が９００μｍであり、含有率が２５重量％である。炭化珪素粉末ｂは、平均粒径が５００μｍであり、含有率が２０重量％である。また、炭化珪素粉末ｃは、平均粒径が３００μｍであり、含有率が１０重量％である。

炭化珪素粉末ｄは、平均粒径が８０μｍであり、含有率が１０重量％である。また、炭化珪素粉末ｅは、平均粒径が５０μｍであり、含有率が２５重量％である。炭化珪素粉末ｆは、平均粒径が４μｍであり、含有率が１０重量％である。

ここで、原料たる炭化珪素粉末ａ〜ｆを、上記した小粒径粉末１１、中粒径粉末１２および大粒径粉末１３に分類する。なお、実施例１においては、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９は、全粒子の粒子径分布測定の結果、１２００μｍであったため、粉末基準粒径Ｄｐａは４００μｍである。

したがって、炭化珪素粉末ｃ〜ｆは、炭化珪素粉末の粒度分布において小粒径範囲（０μｍ≦粒径＜Ｄｐａ）に存在し、小粒径粉末１１に分類される。また、炭化珪素粉末ｂは、中粒径範囲（Ｄｐａ≦粒径＜２Ｄｐａ）に存在し、中粒径粉末１２に分類されるとともに、炭化珪素粉末ａは、大粒径範囲（２Ｄｐａ≦粒径≦Ｄ９９）に存在し、大粒径粉末１３に分類される。

以上から、実施例１の炭化珪素粉末の粒度分布においては、表１に示すように、小粒径範囲に５５重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に２０重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に２５重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ａ〜ｆに含まれている遊離炭素は、全体で１．５％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ａに１％の遊離炭素が含まれていた。

そして、上記した炭化珪素粉末ａ〜ｆ等を原料としてプレス成形によって成形体１を作成し、成形体１をアルゴン雰囲気、２４００℃で焼結させて炭化珪素焼結体２を得る。

図５Ａは、実施例１により製造された炭化珪素焼結体２の粒度分布図である。なお、炭化珪素焼結体２の粒度分布図における「面積割合」は、上記したＳＥＭ画像における炭化珪素焼結体２の全体の断面積のうち、各粒径ごとの炭化珪素の面積が占める割合を意味している。なお、本明細書では、「面積割合」を「度数」と表現する場合がある。

また、炭化珪素焼結体２の粒度分布において第１〜第３範囲４１〜４３に存在する粒子の度数、第１範囲４１および第３範囲４３に存在する粒子を合計した度数、嵩比重、耐熱衝撃性、平均曲げ強度、高温時の平均曲げ強度、高温時のクリープひずみ、気孔率、純度、熱伝導率、および耐酸化性を表２にまとめて示す。

ここで、「嵩比重」は、アルキメデス法で測定した値である。また、「耐熱衝撃性」は、以下のようにして測定した。先ず、横幅４５０ｍｍ×奥行き幅３６０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの試料を作製する。次に、試料の半分の重量の煉瓦材質のブロックを試料中央に載せた状態で、電気炉にて高温加熱して、１時間以上所望の温度に保持した後に、電気炉からすばやく取り出して室温に晒し、肉眼にて試料の割れの有無を評価した。初期設定温度を３００℃として試験を開始し、割れが生じなければ、５０℃ずつ昇温させながら試験を繰り返し、割れの生じない温度の上限を「耐熱衝撃性」とした。

また、「平均曲げ強度」は、ＪＩＳＲ１６０１：２００８に規定する３点曲げ試験に基づいて測定した値である。「高温時の平均曲げ強度」は、１０００℃〜１５００℃の高温環境下において、ＪＩＳＲ１６０１：２００８に規定する３点曲げ試験に基づいて測定した値である。

また、「高温時のクリープひずみ」は、横幅３ｍｍ×奥行き幅４ｍｍ×厚さ３５ｍｍの試料を大気炉にて１５００℃で１０時間、平均曲げ強度の６０％の負荷を与え、そのときのひずみを測定した値である。

また、「耐酸化性」は、以下のようにして測定した。ここでは、酸化重量増加率を「耐酸化性」として取り扱うこととする。具体的には、先ず、横幅３ｍｍ、奥行き幅４ｍｍ、厚さ３５ｍｍの試料の重量を予め測定した後、かかる試料を１５００℃の大気炉にて１００時間酸化させる。次いで、酸化後の試料の重量を測定し、酸化前と酸化後との重量変化に基づいて「酸化重量増加率」を算出する。

（実施例２）
実施例２では、粒径が６種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。実施例２で用いられる炭化珪素粉末の平均粒径および含有率を表３に示す。

表３に示すように、実施例２では、実施例１で用いた炭化珪素粉末ｃを除去し、それに代えて、炭化珪素粉末ｇを原料として含むようにした。炭化珪素粉末ｇは、平均粒径が１６００μｍであり、含有率が１５重量％である。また、炭化珪素粉末ａの含有率は２０重量％である。なお、その他の炭化珪素粉末ｂ，ｄ，ｅ，ｆは、実施例１と同じである。

また、実施例２では、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９が２１００μｍ、粉末基準粒径Ｄｐａは７００μｍであったため、炭化珪素粉末ｂ，ｄ，ｅ，ｆが小粒径粉末１１、炭化珪素粉末ａが中粒径粉末１２、炭化珪素粉末ｇが大粒径粉末１３として分類される。

したがって、実施例２の炭化珪素粉末の粒度分布においては、表３に示すように、小粒径範囲に６５重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に２０重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に１５重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ａ，ｂ，ｄ〜ｇに含まれている遊離炭素は、全体で３％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｇに１．６％の遊離炭素が含まれていた。

炭化珪素粉末ａ，ｂ，ｄ〜ｇ等を原料として成形体１を作成し、成形体１をアルゴン雰囲気、２４００℃で焼結させて炭化珪素焼結体２を得る。図５Ｂは、実施例２により製造された炭化珪素焼結体２の粒度分布図である。また、得られた炭化珪素焼結体２における粒度分布図等の特性を表２にまとめて示す。

（実施例３）
実施例３では、粒径が５種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。実施例３で用いられる炭化珪素粉末の平均粒径および含有率を表４に示す。

表４に示すように、実施例３では、実施例１で用いた炭化珪素粉末a、ｃを除去し、それに代えて、炭化珪素粉末ｈを原料として含むようにした。炭化珪素粉末ｈは、平均粒径が８００μｍであり、含有率が３３重量％である。また、炭化珪素粉末ｂ，ｄ，ｅ，ｆの含有率はそれぞれ、３０重量％、２０重量％、５重量％、１２重量％である。

また、実施例３では、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９が１０００μｍ、粉末基準粒径Ｄｐａが３３３μｍであったことから、炭化珪素粉末ｄ，ｅ，ｆが小粒径粉末１１、炭化珪素粉末ｂが中粒径粉末１２、炭化珪素粉末ｈが大粒径粉末１３として分類される。

したがって、実施例３の炭化珪素粉末の粒度分布においては、小粒径範囲に３７重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に３０重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に３３重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ｂ，ｄ〜ｆ，ｈに含まれている遊離炭素は、全体で０．５％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｈに０．３％の遊離炭素が含まれていた。

そして、実施例１と同様に、炭化珪素焼結体２を作製し、得られた炭化珪素焼結体２における粒度分布図等の特性を表２にまとめて示す。

（実施例４）
実施例４では、粒径が５種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。実施例４で用いられる炭化珪素粉末の平均粒径および含有率を表５に示す。

表５に示すように、実施例４では、実施例１で用いた炭化珪素粉末a、ｂ、ｃを除去し、それに代えて、炭化珪素粉末ｉ、ｊを原料として含むようにした。炭化珪素粉末ｉは、平均粒径が６００μｍであり、含有率が２０重量％である。炭化珪素粉末ｊは、平均粒径が３５０μｍであり、含有率が３５重量％である。また、炭化珪素粉末ｄ，ｅ，ｆの含有率はそれぞれ、２０重量％、１０重量％、１５重量％である。

また、実施例４では、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９が７８０μｍ、粉末基準粒径Ｄｐａが２６０μｍであったことから、炭化珪素粉末ｄ，ｅ，ｆが小粒径粉末１１、炭化珪素粉末ｊが中粒径粉末１２、炭化珪素粉末ｉが大粒径粉末１３として分類される。

したがって、実施例４の炭化珪素粉末の粒度分布においては、小粒径範囲に４５重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に３５重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に２０重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ｄ〜ｆ，ｉ，ｊに含まれている遊離炭素は、全体で０．７％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｉに０．４％の遊離炭素が含まれていた。

そして、実施例１と同様に、炭化珪素焼結体２を作製し、得られた炭化珪素焼結体２における粒度分布図等の特性を表２にまとめて示す。

（比較例１）
次に、比較例１〜３について説明する。比較例１では、粒径が互いに異なる２種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。比較例１で用いられる炭化珪素粉末の粒径および含有率を表６に示す。

表６に示すように、比較例１では、炭化珪素粉末ｐは、平均粒径が２００μｍであり、含有率が５０重量％である。炭化珪素粉末ｑは、平均粒径が５μｍであり、含有率が５０重量％である。

また、比較例１の炭化珪素粉末の粒度分布においては、表６に示すように、小粒径範囲に５０重量％の小粒径粉末１１が存在し、大粒径範囲に５０重量％の大粒径粉末１３が存在している一方、中粒径範囲には粒子が存在していないものとされる。なお、比較例１においては、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９は、全粒子の粒子径分布測定の結果、２４０μｍであったため、粉末基準粒径Ｄｐａは８０μｍである。なお、炭化珪素粉末ｐ，ｑに含まれている遊離炭素は、全体で０．０５％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｐに０．０２％の遊離炭素が含まれていた。

そして、かかる炭化珪素粉末と、分散剤と、水とをボールミルにて混合し、スラリー状の混合物を作製する。次いで、スラリー状の混合物を石膏型に流し込む「鋳込み成形」で成形体を作製し、その後、成形体を乾燥させた後にアルゴン雰囲気、２４００℃で焼結させて炭化珪素焼結体を得る。

図６は、比較例１により製造された炭化珪素焼結体の粒度分布図である。また、得られた炭化珪素焼結体の粒度分布において、第１〜第３範囲４１〜４３に存在する粒子の度数、第１範囲４１および第３範囲４３に存在する粒子を合計した度数、嵩比重、耐熱衝撃性、平均曲げ強度、高温時の平均曲げ強度、高温時のクリープひずみ、気孔率、純度、熱伝導率、および耐酸化性を表２にまとめて示す。

（比較例２）
比較例２では、粒径が３種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。比較例２で用いられる炭化珪素粉末の粒径および含有率を表７に示す。

表７に示すように、比較例２では、炭化珪素粉末ｒを原料として含むようにした。炭化珪素粉末ｒは、平均粒径が１００μｍであり、含有率が５０重量％である。また、炭化珪素粉末ｐ，ｑの含有率はそれぞれ、３重量％、４７重量％である。

また、比較例２では、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９が２４０μｍ、粉末基準粒径Ｄｐａが８０μｍであったため、炭化珪素粉末ｑが小粒径粉末１１、炭化珪素粉末ｒが中粒径粉末１２、炭化珪素粉末ｐが大粒径粉末１３として分類される。

したがって、比較例２の炭化珪素粉末の粒度分布においては、小粒径範囲に４７重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に５０重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に３重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ｐ，ｑ，ｒに含まれている遊離炭素は、全体で０．０５％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｐに０．０１％の遊離炭素が含まれていた。

そして、比較例１と同様、鋳込み成形で成形体を作製し、その後、成形体を乾燥させた後にアルゴン雰囲気、２４００℃で焼結させて炭化珪素焼結体を得る。得られた炭化珪素焼結体における粒度分布図等の特性を表２にまとめて示す。

（比較例３）
比較例３では、粒径が５種類の炭化珪素粉末を原料として用いる。比較例３で用いられる炭化珪素粉末の平均粒径および含有率を表８に示す。

表８に示すように、比較例３では、実施例１で用いた炭化珪素粉末a、ｂを除去し、それに代えて、炭化珪素粉末ｓを原料として含むようにした。炭化珪素粉末ｓは、平均粒径が５５０μｍであり、含有率が１０重量％である。また、炭化珪素粉末ｃ，ｄ，ｅ，ｆの含有率はそれぞれ、２０重量％、３０重量％、２０重量％、含有率が２０重量％である。

また、比較例３では、炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９が７２０μｍ、粉末基準粒径Ｄｐａが２４０μｍであったため、炭化珪素粉末ｄ，ｅ，ｆが小粒径粉末１１、炭化珪素粉末ｃが中粒径粉末１２、炭化珪素粉末ｓが大粒径粉末１３として分類される。

したがって、比較例３の炭化珪素粉末の粒度分布においては、小粒径範囲に７０重量％の小粒径粉末１１が存在し、中粒径範囲に２０重量％の中粒径粉末１２が存在し、大粒径範囲に１０重量％の大粒径粉末１３が存在している。なお、炭化珪素粉末ｃ〜ｆ，ｓに含まれている遊離炭素は、全体で０．９％であり、そのうち大粒径範囲の炭化珪素粉末ｓに０．４％の遊離炭素が含まれていた。

そして、実施例１と同様に、炭化珪素焼結体を作製し、得られた炭化珪素焼結体における粒度分布図等の特性を表２にまとめて示す。

表２および図５Ａ，５Ｂに示すように、実施例１〜４における炭化珪素焼結体２はいずれも、第１範囲４１に１０％〜４０％の粒子が存在し、第２範囲４２に３６％〜６６％の粒子が存在し、第３範囲４３に１０％〜４０％の粒子が存在する粒度分布となる。また、実施例１〜４における炭化珪素焼結体２はいずれも、第１範囲４１および第３範囲４３に存在する粒子の合計が３４％以上である粒度分布となり、嵩比重が高くなることで所望する強度や耐熱衝撃性を得ることができる。

これに対し、比較例１における炭化珪素焼結体は、第１範囲１４１の粒子は１％であり、また、第２範囲１４２に４１％の粒子が存在し、第３範囲１４３に５８％の粒子が存在している粒度分布となる。また、比較例１における炭化珪素焼結体は、第１範囲１４１および第３範囲１４３に存在する粒子の合計が５９％である粒度分布となる。

また、比較例１における炭化珪素焼結体は、第２範囲１４２および第３範囲１４３に存在する粒子の合計が９９％であり、同程度の大きさの粒子が多く含まれている粒度分布となる。同様に、比較例２の炭化珪素焼結体は、第２、第３範囲１４２，１４３に存在する粒子の合計が９２％であり、比較例３の炭化珪素焼結体は、第１、第２範囲１４１，１４２に存在する粒子の合計が９２％であり、同程度の大きさの粒子が多く含まれている粒度分布となる。比較例１〜３のような粒度分布を有する炭化珪素焼結体の場合、嵩比重が比較的に低くなって所望する強度や耐熱衝撃性を得ることが難しい。

ここで、粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３ｎ（ｎは３以上の自然数）の値を所定粒径Ｄｒとし、第１範囲４１から第３範囲４３までの範囲をＤｒごとの区間で区画するものとする。図５Ａ，５Ｂに示す例では、ｎ＝３とし、最大粒径Ｄ９９の１／９の値を所定粒径Ｄｒとした場合を図示している。なお、上記では、ｎ＝３としたが、これはあくまでも例示であって、ｎは３以上の自然数であればよい。

また、実施例１においては、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９は、インターセプト法による測定の結果、１０８０μｍであったため、所定粒径Ｄｒは１２０μｍである。同様な測定手法に基づき、実施例２における炭化珪素の最大粒径Ｄ９９は１８９０μｍ、所定粒径Ｄｒは２１０μｍであり、比較例１における炭化珪素の最大粒径Ｄ９９は２８８μｍ、所定粒径Ｄｒは３２μｍである。

このとき、実施例１，２の粒度分布においては、炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間が、第２範囲４２から第３範囲４３までの間に１つ以上ある。なお、図５Ａ，５Ｂにおいては、第２範囲４２から第３範囲４３までの間にある、炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間を符号４４で示した。

なお、実施例３においては、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が８１０μｍ、所定粒径Ｄｒが９０μｍであった。そして、図示は省略するが、実施例３の粒度分布においては、炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間４４が、第２範囲４２から第３範囲４３までの間に１つ存在した。

また、実施例４においては、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が７８０μｍ、所定粒径Ｄｒが８７μｍであった。そして、図示は省略するが、実施例４の粒度分布においては、炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間４４が、第２範囲４２から第３範囲４３までの間に存在しなかった。

すなわち、実施例１〜３にあっては、中粒子２２を含む第２範囲４２と大粒子２３を含む第３範囲４３とに、粒子が比較的少ないギャップ（区間４４）が存在する。これにより、炭化珪素焼結体２にあっては、大粒子２３、中粒子２２および小粒子２１の充填効率が良くなって嵩比重をより増加させることができ、よって耐熱衝撃性および強度がさらに向上することとなる。

なお、図６から分かるように、比較例１の炭化珪素焼結体の粒度分布にあっては、第２範囲１４２から第３範囲１４３までの間にギャップは存在しない。

また、比較例２においては、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が３００μｍ、所定粒径Ｄｒが３３μｍであった。そして、図示は省略するが、比較例２の粒度分布においても、第２範囲４２から第３範囲４３までの間にギャップは存在しなかった。

また、比較例３においては、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が７００μｍ、所定粒径Ｄｒが７８μｍであった。そして、図示は省略するが、比較例３の粒度分布においても、第２範囲４２から第３範囲４３までの間にギャップは存在しなかった。

表２に示されるように、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２はいずれも、嵩比重が２．６〜２．８で良好であり、また比較例１〜３の炭化珪素焼結体の嵩比重と比較しても大きかった。

そして、表２に示されるように、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２の耐熱衝撃性は、いずれも４００℃以上で良好であり、また比較例１〜３と比較しても良好であった。このうち、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が８００μｍ以上である実施例１〜３の耐熱衝撃性は、４５０℃以上とより良好であった。さらには、Ｄ９９が１０００μｍ以上である実施例１および２の耐熱衝撃性は、５００℃以上と最も良好であった。すなわち、本実施形態によれば、炭化珪素焼結体２において、嵩比重の増加とともに、Ｄ９９を大きくすることによって耐熱衝撃性を向上させることができる。

なお、実施例４の耐熱衝撃性が他の実施例１〜３と比較して低くなった要因としては、上述のＤ９９がやや小さい要因の他、粒度分布において、第２範囲４２から第３範囲４３までの間にギャップが存在しなかったことが挙げられる。

また、表２に示されるように、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２の平均曲げ強度は、いずれも２０ＭＰａ以上で良好であった。実施例１〜４の炭化珪素焼結体２の高温時の平均曲げ強度は、いずれも２０ＭＰａ以上で良好であった。また、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２の高温時のクリープひずみは、いずれも５％以下で良好であった。このように、本実施形態によれば、炭化珪素焼結体２において、嵩比重の増加によって強度を向上させることができる。

また、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２はいずれも、気孔率が５〜２０％で良好であり、また比較例１〜３の炭化珪素焼結体の気孔率と比較しても低かった。すなわち、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２は、比較例１〜３の炭化珪素焼結体に比して高密度であった。

また、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２はいずれも、純度が９８〜９９．９９９％で良好であり、また比較例１〜３の炭化珪素焼結体の純度よりも高く良好であった。

また、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２はいずれも、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で良好であった。すなわち、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２は熱伝導性に優れる。

また、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２はいずれも、耐酸化性を示す酸化重量増加率は２％以下で良好であり、また比較例１〜３と比較しても低く良好であった。すなわち、実施例１〜４の炭化珪素焼結体２は耐酸化性に優れる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、炭化珪素焼結体２を焼成治具３０に適用したが、第２の実施形態では、炭化珪素焼結体２を焼成炉の構造部材に適用するようにした。

図７は、第２の実施形態に係る焼成炉１００の構成例を示す断面図である。なお、以下においては、第１の実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、焼成炉１００には、焼成治具３０が複数個、Ｚ軸方向に段積みされて台板１０１上に配置される。台板１０１は、図示しない油圧プッシャーに接続され、油圧プッシャーの動作によって、たとえばＸ軸方向に移動可能とされる。

焼成炉１００の内壁側１００ａには、炭化珪素焼結体２が適用される内壁部材１０２が設けられている。内壁部材１０２は、焼成炉１００の構造部材の一例である。

炭化珪素焼結体２は、上述したように、嵩比重の増加によって強度が向上するとともに、耐熱衝撃性に優れている。また高温において耐酸化性、強度、たわみ性に優れていることから、内壁部材１０２を耐久性に優れたものとすることができる。

上記のように構成された焼成炉１００にあっては、図示しないガス供給源から比較的高温のガスが炉内へ供給されて、炉内の温度が上昇する。これにより、焼成治具３０上の被焼成物３３は、油圧プッシャーによって台板１０１ごと移動させられながら、加熱されて焼成されることとなる。

なお、上記では、焼成炉１００をプッシャー炉としたが、これに限定されるものではなく、たとえば、ベルトコンベアに焼成治具３０や被焼成物３３を載せて焼成等を行うベルト式の焼成炉など、その他の種類の焼成炉であってもよい。また、図７に示す焼成治具３０の個数は、例示であって限定されるものではなく、任意に設定することが可能であり、また、１個であってもよい。

炭化珪素焼結体２が適用される焼成炉１００の構造部材としては、上記した内壁部材１０２に限定されるものではない。図８は、第２の実施形態に係る焼成炉１００の変形例を示す断面図である。

図８に示すように、変形例に係る焼成炉１００にあっては、台板１０１の上に、複数の支柱部１０３がＺ軸方向に沿って立設されている。かかる複数の支柱部１０３間には、複数の架橋部１０４が段々を構成するように架け渡されている。

そして、架橋部１０４の上には、それぞれ、上記したセッター３２および被焼成物３３が載置されている。なお、支柱部１０３および架橋部１０４は、セッター３２および被焼成物３３が載置可能なものであれば、その形状や数、配置場所は問わない。

このように、変形例に係る焼成炉１００にあっては、いわゆるビーム方式の構造部材にセッター３２および被焼成物３３が載置された状態で、被焼成物３３の焼成が行われる。

すなわち、変形例に係る焼成炉１００における支柱部１０３および架橋部１０４は、焼成炉１００の構造部材の一例であり、支柱部１０３および架橋部１０４に炭化珪素焼結体２が含まれるようにしてもよい。これにより、支柱部１０３および架橋部１０４の耐久性を向上させることが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、炭化珪素焼結体２を金属溶湯保持炉の金属溶湯用部材に適用するようにした。図９は、第３の実施形態に係る金属溶湯保持炉の構成例を示す断面図である。

図９に示すように、金属溶湯保持炉２００は、保持槽２１０と、ヒータ２２０と、ヒータ保護管２３０とを備え、保持槽２１０で保持された金属溶湯２４０を加熱・保温する装置である。

具体的に説明すると、保持槽２１０は、内部に空間２１１を有する形状に形成されている。保持槽２１０は、上記した空間２１１部分に金属溶湯２４０が供給され、所定量の金属溶湯２４０を保持している。なお、保持槽２１０の形状は、図９に示されるものに限られず、要は金属溶湯２４０を保持できればどのような形状であってもよい。

保持槽２１０の内壁側２１０ａには、炭化珪素焼結体２が適用される内壁部材２１２が設けられている。内壁部材２１２は、金属溶湯保持炉２００の金属溶湯用部材の一例である。

炭化珪素焼結体２は、嵩比重の増加によって強度および耐熱衝撃性に優れ、また高温において耐酸化性、強度、たわみ性にも優れていることから、内壁部材２１２を耐久性に優れたものとすることができる。

また、金属溶湯２４０は、溶解されたアルミニウム合金であるが、これに限定されるものではなく、たとえば銅、亜鉛、マグネシウム合金などその他の金属を溶解したものであってもよい。保持槽２１０で保持された金属溶湯２４０は、図示しない鋳型に供給され、金属溶湯２４０が供給された鋳型を冷却することで、鋳物が製作される。

ヒータ２２０は、図示しない制御装置に接続され、制御装置によって所定の条件下の場合（たとえば、金属溶湯２４０の温度が所定温度以下になった場合）に通電されて発熱する。そして、ヒータ２２０から発せられる熱によって、金属溶湯２４０が加熱・保温される。

上記したヒータ２２０も、金属溶湯保持炉２００の金属溶湯用部材の一例であり、かかるヒータ２２０に炭化珪素焼結体２が含まれるようにしてもよい。これにより、ヒータ２２０の耐久性を向上させることも可能となる。

なお、ヒータ２２０としては、たとえば電気ヒータを用いることができる。また、ヒータ２２０の温度は、金属溶湯２４０の種類によって変わるが、たとえばアルミニウム合金の場合、９００℃以上まで昇温するように設定される。

ヒータ保護管２３０は、上記したヒータ２２０を収容して保護するヒータチューブであり、保持槽２１０に設けられている。

なお、上記では、炭化珪素焼結体２が適用される金属溶湯用部材として、内壁部材２１２やヒータ２２０を例に挙げたが、それに限られない。すなわち、図示は省略するが、炭化珪素焼結体２を含む金属溶湯用部材として、たとえば、保持槽２１０に接続されて、溶鉱炉から保持槽２１０へ金属溶湯２４０を流入させる樋、または、保持槽２１０から鋳型へ金属溶湯２４０を流出させる樋などであってもよい。かかる樋に炭化珪素焼結体２を適用した場合、樋の耐久性を向上させることが可能となる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 成形体
２ 炭化珪素焼結体
１１ 小粒径粉末
１２ 中粒径粉末
１３ 大粒径粉末
２１ 小粒子
２２ 中粒子
２３ 大粒子
３０ 焼成治具
３１ 基台
３２ セッター
３３ 被焼成物
４１，１４１ 第１範囲
４２，１４２ 第２範囲
４３，１４３ 第３範囲
１００ 焼成炉
１０２ 内壁部材
１０３ 支柱部
１０４ 架橋部
２００ 金属溶湯保持炉
２１０ 保持槽
２１１ 内壁部材
２２０ ヒータ
２３０ ヒータ保護管
２４０ 金属溶湯

Claims (19)

1. 炭化珪素の粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を基準粒径Ｄｐとするとともに、粒径が０ｍｍ以上でＤｐ以下の範囲を第１範囲、粒径がＤｐより大きくＤｐの２倍の値以下の範囲を第２範囲、粒径がＤｐの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を第３範囲としたとき、
   前記第１範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、前記第３範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、前記第１範囲および前記第３範囲に存在する粒子の合計が３４％以上であること
   を特徴とする炭化珪素焼結体。
2. 炭化珪素の最大粒径Ｄ９９が８００μｍ以上であること
   を特徴とする請求項１に記載の炭化珪素焼結体。
3. 前記粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３ｎ（ｎは３以上の自然数）の値を所定粒径Ｄｒとし、前記第１範囲から前記第３範囲までの範囲をＤｒごとの区間で区画したとき、
   炭化珪素の粒子の度数が０．５％未満の区間が、前記第２範囲から前記第３範囲までの間に１つ以上あること
   を特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素焼結体。
4. 嵩比重が２．６〜２．８であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
5. 気孔率が５％〜２０％であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
6. 炭化珪素の純度が９８％〜９９．９９９％であること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
7. 平均曲げ強度が２０ＭＰａ以上であること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
8. １０００℃〜１５００℃の温度での平均曲げ強度が２０ＭＰａ以上であること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
9. １５００℃の温度で平均曲げ強度の６０％の負荷を１０時間かけた場合のクリープひずみが５％以下であること
   を特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
10. 熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
11. 酸化重量増加率が２％以下であること
    を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体。
12. 粒径が互いに異なる３種類以上の炭化珪素粉末を混合して成形体を成形する成形工程と、
    前記成形体を加熱して焼結させることで、炭化珪素の粒度分布において、炭化珪素の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を基準粒径Ｄｐとするとともに、粒径が０ｍｍ以上でＤｐ以下の範囲を第１範囲、粒径がＤｐより大きくＤｐの２倍の値以下の範囲を第２範囲、粒径がＤｐの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を第３範囲としたとき、前記第１範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、前記第３範囲に１０％〜４０％の粒子が存在し、かつ、前記第１範囲および前記第３範囲に存在する粒子の合計が３４％以上である炭化珪素焼結体を形成する焼結工程と
    を含むことを特徴とする炭化珪素焼結体の製造方法。
13. 前記３種類以上の炭化珪素粉末の粒度分布において、
    炭化珪素粉末の最大粒径Ｄ９９の１／３の値を粉末基準粒径Ｄｐａとするとともに、粒径が０μｍ以上でＤｐａ以下の範囲を小粒径範囲、粒径がＤｐａより大きくＤｐａの２倍の値以下の範囲を中粒径範囲、粒径がＤｐａの２倍の値より大きくＤ９９以下の範囲を大粒径範囲としたとき、前記小粒径範囲に３０重量％〜７０重量％の粒子が存在し、かつ、前記中粒径範囲に１５重量％〜３５重量％の粒子が存在し、かつ、前記大粒径範囲に１５重量％〜３５重量％の粒子が存在すること
    を特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素焼結体の製造方法。
14. 前記３種類以上の炭化珪素粉末に０．１〜５重量％の遊離炭素を含ませること
    を特徴とする請求項１２または１３に記載の炭化珪素焼結体の製造方法。
15. 前記成形工程は、
    プレス成形によって前記成形体を成形すること
    を特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体の製造方法。
16. 前記焼結工程は、
    不活性ガス雰囲気下において２０００℃以上の温度で前記成形体を焼結させること
    を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体の製造方法。
17. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体を含むこと
    を特徴とする焼成治具。
18. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体を含む構造部材
    を備えることを特徴とする焼成炉。
19. 金属溶湯を保持する保持槽と、
    請求項１〜１１のいずれか一つに記載の炭化珪素焼結体を含むとともに、前記保持槽に設けられる金属溶湯用部材と
    を備えることを特徴とする金属溶湯保持炉。