JP6536722B2 - ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6536722B2 JP6536722B2 JP2018123595A JP2018123595A JP6536722B2 JP 6536722 B2 JP6536722 B2 JP 6536722B2 JP 2018123595 A JP2018123595 A JP 2018123595A JP 2018123595 A JP2018123595 A JP 2018123595A JP 6536722 B2 JP6536722 B2 JP 6536722B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic
- sintered body
- powder
- less
- volume resistivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 45
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 264
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 112
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 93
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 42
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 229910021431 alpha silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 10
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 7
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 230
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 silane compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/575—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
- C04B2235/383—Alpha silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
- C04B2235/3834—Beta silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
- C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5463—Particle size distributions
- C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
- C04B2235/6586—Processes characterised by the flow of gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
- C04B2235/722—Nitrogen content
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
本発明は、ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法に関するものである。
従来、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を成形後、焼結したＳｉＣ焼結体が知られている。ＳｉＣ焼結体は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、高温強度特性に優れているため、多くの分野で使用されている。なお、耐熱衝撃性とは、急激な温度変化（熱衝撃）で破損しにくい性質を意味する。また、高温強度特性とは、高温領域での強度を意味する。
また、ＳｉＣ焼結体は導電性を示すため、抵抗発熱体としても広く用いられている。抵抗発熱体の発熱特性を向上させるため、ＳｉＣ焼結体の比抵抗値に着目した開発が行われている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
特許文献１には、炭化珪素焼結体の比抵抗値を制御する方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、まず、炭化珪素焼結体の平均粒子径が０．１μｍ以上、１０μｍ以下のα−ＳｉＣ粉末と、平均粒子径が０．１μｍ以上、１０μｍ以下のβ−ＳｉＣ粉末と、プラズマＣＶＤ法により気相合成された平均粒子径が０．１μｍ未満のＳｉＣ超微粉末とを所望の比率で混合してＳｉＣ混合粉末を得る。次に、得られたＳｉＣ混合粉末を加熱焼結することにより、炭化珪素焼結体の比抵抗値を約１．０×１０−３〜１．０×１０２Ω・ｃｍの広範囲で制御することができる。
特許文献２には、製造時における抵抗制御が容易であり、相対密度が９０％以上である導電性ＳｉＣ焼結体の製造方法が記載されている。
特許文献２に記載の製造方法では、平均粒径２μｍ以下のＳｉＣ粉末と焼結助剤との混合物を成形して成形体とし、該成形体を、３０〜９０体積％の窒素ガスを含む不活性雰囲気中で２１００〜２３００℃の温度に加熱、焼結する。この焼結助剤として、Ｂ、Ｂ４Ｃ、ＢＮなどのＢ化合物、およびカーボンブラックやフェノール樹脂などの炭素源を使用する。これにより、特許文献２に記載の製造方法では、比抵抗値が１０Ωｃｍ以下、相対密度が９０％以上の特性を有する導電性ＳｉＣ焼結体が得られる。
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の方法で得られるＳｉＣ焼結体は、測定位置によって体積抵抗率が大きく変わることがあった。例えば、測定位置によって体積抵抗率が大きく変わるＳｉＣ焼結体を用いて発熱体を作製した場合、高温領域において、発熱体に流れる電流値が不均一となり、面内の温度が不均一になることがあった。
また、特許文献２に記載の方法で得られるＳｉＣ焼結体は、密度のさらなる向上が求められていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高密度、かつ測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいＳｉＣ焼結体、およびそのＳｉＣ焼結体から構成されるヒータ、ならびにそのＳｉＣ焼結体を製造し得るＳｉＣ焼結体の製造方法を提供する。ここでの「密度」は、「相対密度」を表す。
本発明の一態様は、ＳｉＣ焼結体であって、焼結体は窒素原子を含み、焼結体の最大体積抵抗率Ｒｍａｘと焼結体の平均体積抵抗率Ｒａｖｅとの比であるＲｍａｘ／Ｒａｖｅが１．５以下、かつ焼結体の最小体積抵抗率Ｒｍｉｎと平均体積抵抗率Ｒａｖｅとの比であるＲｍｉｎ／Ｒａｖｅが０．７以上であり、焼結体の相対密度が９８％以上であるＳｉＣ焼結体を提供する。
本発明の一態様においては、ＳｉＣ焼結体における窒素原子の含有量が５０００ｐｐｍ以下である構成としてもよい。
本発明の一態様は、上記のＳｉＣ焼結体から構成されるヒータを提供する。
本発明の一態様は、平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、α−ＳｉＣ粉末およびβ−ＳｉＣ粉末からなる群から選ばれる少なくとも一種のＳｉＣ粉末と、平均粒子径が０．１μｍ未満であり、プラズマＣＶＤ法により気相合成されたＳｉＣ超微粉末と、平均粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であるＳｉ３Ｎ４粒子と、を混合する工程と、混合する工程で得られた混合物を焼結する工程と、を有し、混合する工程では、ＳｉＣ超微粉末を、ＳｉＣ粉末１００質量部に対して２質量部超２０質量部未満混合し、Ｓｉ３Ｎ４粒子を、ＳｉＣ粉末１００質量部に対して０．０５質量部以上３質量部以下混合し、焼結する工程では、混合物を２４００℃未満で焼結するＳｉＣ焼結体の製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、高密度、かつ測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいＳｉＣ焼結体、およびそのＳｉＣ焼結体から構成されるヒータ、ならびにそのＳｉＣ焼結体を製造し得るＳｉＣ焼結体の製造方法が提供される。
＜ＳｉＣ焼結体の製造方法＞
本実施形態のＳｉＣ焼結体の製造方法は、ＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子を混合する工程と、混合する工程で得られた混合物を成形し、得られた成形体を焼結する工程と、を有する。
本実施形態のＳｉＣ焼結体の製造方法は、ＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子を混合する工程と、混合する工程で得られた混合物を成形し、得られた成形体を焼結する工程と、を有する。
［ＳｉＣ粉末］
本実施形態の製造方法では、平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下のＳｉＣ粉末を用いる。ＳｉＣ粉末の平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であると、焼結前の混合物を焼結させやすく、また、取り扱いが容易である。
本実施形態の製造方法では、平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下のＳｉＣ粉末を用いる。ＳｉＣ粉末の平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であると、焼結前の混合物を焼結させやすく、また、取り扱いが容易である。
本実施形態において、ＳｉＣ粉末の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて無作為に選んだ５００個のＳｉＣ粉末の直径をそれぞれ測定し、得られた測定値の平均値を採用した。
本実施形態の製造方法に用いるＳｉＣ粉末は、多数の結晶構造があることが知られている。ＳｉＣ粉末の結晶構造としては、立方晶系で３Ｃ型（閃亜鉛鉱型）の結晶構造を有するもの、４Ｈ型、６Ｈ型等の六方晶系でウルツ鉱型の結晶構造を有するもの、菱面体晶系で１５Ｒ型の結晶構造を有するもの、が挙げられる。
このうち、３Ｃ型の結晶構造を有するＳｉＣ粉末を「β−ＳｉＣ粉末」と称する。また、それ以外の結晶構造を有するＳｉＣ粉末全てを「α−ＳｉＣ粉末」と称する。
本実施形態の製造方法では、α−ＳｉＣ粉末およびβ−ＳｉＣ粉末からなる群から選ばれる少なくとも一種のＳｉＣ粉末を用いる。α−ＳｉＣ粉末とβ−ＳｉＣ粉末との両方を用いる場合、α−ＳｉＣ粉末とβ−ＳｉＣ粉末との混合比率は、特に制限されない。
本実施形態の製造方法では、一般にシリカ還元法、アチソン法などによって製造されたＳｉＣ粉末を用いることができる。ただし、高純度が要求される用途（例えば、半導体製造プロセスで用いられる発熱体）に向けては、これらの製造方法に加えて酸処理などを施した高純度のＳｉＣ焼結体を使用する。
［ＳｉＣ超微粉末］
本実施形態の製造方法では、平均粒子径が０．１μｍ未満であるＳｉＣ超微粉末を用いる。ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、ＳｉＣ焼結体中の結晶粒界にＳｉＣ超微粉末が多く存在しやすく、焼結前の混合物を焼結させやすい。その結果、相対密度が高いＳｉＣ焼結体を得ることができる。
本実施形態の製造方法では、平均粒子径が０．１μｍ未満であるＳｉＣ超微粉末を用いる。ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、ＳｉＣ焼結体中の結晶粒界にＳｉＣ超微粉末が多く存在しやすく、焼結前の混合物を焼結させやすい。その結果、相対密度が高いＳｉＣ焼結体を得ることができる。
本実施形態において、ＳｉＣ焼結体の相対密度は、アルキメデス法を用いてみかけ密度を測定し、ＳｉＣの理論密度との比により求められる。
ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径は、０．０８μｍ以下が好ましく、０．０７μｍ以下がより好ましく、０．０６μｍがさらに好ましい。
ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径は、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０２μｍ以上がより好ましく、０．０３μｍ以上がさらに好ましい。
本実施形態の製造方法において、ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態において、ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径は、ＳｉＣ粉末の平均粒子径と同様の方法で測定される。
本実施形態の製造方法に用いるＳｉＣ超微粉末は、上述のＳｉＣ粉末と平均粒子径の範囲が異なり、それ以外の点はＳｉＣ粉末と同様である。
本実施形態の製造方法におけるＳｉＣ超微粉末の混合量は、ＳｉＣ粉末１００質量部に対して２質量部超であることが好ましい。ＳｉＣ超微粉末の混合量が２質量部超であると、ＳｉＣ焼結体の相対密度が十分高くなる。
ＳｉＣ超微粉末の混合量は、ＳｉＣ粉末１００質量部に対して２０質量部未満である。ＳｉＣ超微粉末の混合量が２０質量部以上であると、ＳｉＣ超微粉末が凝集しやすい。これにより、ＳｉＣ粉末やＳｉ３Ｎ４粒子の粒子同士の間の空隙にＳｉＣ超微粉末が入りにくくなる。発明者らが検討した結果、焼結前の混合物におけるＳｉＣ超微粉末の充填率が低下することがわかった。したがって、焼結後のＳｉＣ焼結体の相対密度が低下してしまう。
ＳｉＣ超微粉末の混合量は、１５質量部以下がより好ましく、１０質量部以下がさらに好ましい。
ＳｉＣ超微粉末の混合量は、２質量部超であり、３質量部以上がより好ましい。
本実施形態の製造方法において、ＳｉＣ超微粉末の混合量の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態の製造方法では、プラズマＣＶＤ法により気相合成されたＳｉＣ超微粉末を用いる。
ＳｉＣ超微粉末の合成条件は特に限定されないが、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ケイ素と炭化水素の原料ガスとを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から１３．３Ｐａの範囲で制御しつつ気相反応させることが好ましい。
本実施形態の製造方法に用いるＳｉＣ超微粉末の結晶相は、特に制限されないが、３Ｃ型の結晶構造を有するＳｉＣ超微粉末（β−ＳｉＣ超微粉末）、非晶質、またはこれらの混合相であることが好ましい。これにより、焼結前の混合物の焼結性が向上し、電気的な特性および機械的な特性も向上する。
本実施形態の製造方法においては、ＳｉＣ超微粉末の結晶相の中でもβ−ＳｉＣ超微粉末を用いることがより好ましい。β−ＳｉＣ超微粉末は、アスペクト比が小さく分散性に優れている。また、β−ＳｉＣ超微粉末は、電気伝導性に優れている。そのため、β−ＳｉＣ超微粉末を少量混合するだけで、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率を小さくすることができる。
本実施形態において、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、ＳｉＣ焼結体を四探針測定法により測定した値を採用した。また、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率は、ＳｉＣ焼結体の面内における任意の５箇所について得られた５つの測定値の平均値を採用した。
［Ｓｉ３Ｎ４粒子］
本実施形態の製造方法では、ＳｉＣ粉末およびＳｉＣ超微粉末と共にＳｉ３Ｎ４粒子を混合することにより、窒素が固溶したＳｉＣ焼結体を得る。窒素が固溶したＳｉＣ焼結体中では、自由電子が増加するため、窒素が固溶していないＳｉＣ焼結体と比べてＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率が小さくなる。
本実施形態の製造方法では、ＳｉＣ粉末およびＳｉＣ超微粉末と共にＳｉ３Ｎ４粒子を混合することにより、窒素が固溶したＳｉＣ焼結体を得る。窒素が固溶したＳｉＣ焼結体中では、自由電子が増加するため、窒素が固溶していないＳｉＣ焼結体と比べてＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率が小さくなる。
本実施形態の製造方法では、混合するＳｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径を調整することにより、ＳｉＣ焼結体中に窒素を均一に分布させることができる。これにより、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、測定位置によって変化しにくい。その結果、ＳｉＣ焼結体を形成材料として用いた発熱体では、面内の温度を均一に制御しやすい。
本実施形態の製造方法では、平均粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下のＳｉ３Ｎ４粒子を用いる。Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上であると、Ｓｉ３Ｎ４粒子を入手しやすく、また取り扱いやすい。また、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が２．０μｍ以下であると、ＳｉＣ焼結体中に窒素を均一に分布させることができる。
Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径は、０．１５μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上がより好ましい。
本実施形態の製造方法において、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態において、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径は、ＳｉＣ粉末の平均粒子径と同様の方法で測定される。
本実施形態の製造方法において、Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量は、ＳｉＣ粉末１００質量部に対して０．０５質量部以上３質量部以下である。Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量が０．０５質量部以上であると、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率を十分低下させることができる。また、Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量が３質量部以下であると、ＳｉＣ焼結体中にＳｉ３Ｎ４粒子を十分固溶させることができる。また、Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量が３質量部以下であると、ＳｉＣ焼結体の相対密度が十分高くなる。また、３質量部を超えると、固溶できないＳｉ３Ｎ４粒子の昇華により形成される空隙が大きくなり、相対密度が低下する。
Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量は、０．１質量部以上がより好ましく、０．５質量部以上がさらに好ましい。
Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量は、２質量部以下がより好ましく、１．５質量部以下がさらに好ましい。
本実施形態の製造方法において、Ｓｉ３Ｎ４粒子の混合量の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。
［その他の材料］
本実施形態の製造方法では、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末およびＳｉ３Ｎ４粒子以外の材料を混合してもよい。このような材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを成形バインダー、ステアリン酸塩などの分散剤などが挙げられる。
本実施形態の製造方法では、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末およびＳｉ３Ｎ４粒子以外の材料を混合してもよい。このような材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを成形バインダー、ステアリン酸塩などの分散剤などが挙げられる。
［混合する工程］
本実施形態の混合する工程では、上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子を混合する。これらの混合方法は特に限定されないが、２流粒子衝突型の粉砕混合装置による粉砕混合であることが好ましい。これにより、上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子が均一に分散されるとともに、得られた混合物の粒度分布を狭くすることができる。混合物の粒度分布が狭くなった結果、次の焼成する工程において、焼結体粒子の粗大化を抑制することができる。
本実施形態の混合する工程では、上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子を混合する。これらの混合方法は特に限定されないが、２流粒子衝突型の粉砕混合装置による粉砕混合であることが好ましい。これにより、上述のＳｉＣ粉末、ＳｉＣ超微粉末、およびＳｉ３Ｎ４粒子が均一に分散されるとともに、得られた混合物の粒度分布を狭くすることができる。混合物の粒度分布が狭くなった結果、次の焼成する工程において、焼結体粒子の粗大化を抑制することができる。
［焼結する工程］
本実施形態の焼結する工程では、まず、混合する工程で得られた混合物を成形する。混合物の成形方法は特に限定されないが、一軸プレス機を用いた成形方法が好ましい。例えば、混合物は一軸プレス機により円盤状に成形される。
本実施形態の焼結する工程では、まず、混合する工程で得られた混合物を成形する。混合物の成形方法は特に限定されないが、一軸プレス機を用いた成形方法が好ましい。例えば、混合物は一軸プレス機により円盤状に成形される。
次に、混合物を成形した成形体を焼結する。成形体の焼結方法は特に限定されない。例えば、成形体の焼結方法としては、ホットプレス容器を用いた加圧焼結（ホットプレス焼結）、常圧焼結、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧法）を用いた焼結などの従来の方法が挙げられる。成形体の焼結方法の中でも、ホットプレス焼結が好ましい。成形体のホットプレス焼結では、相対密度の高いＳｉＣ焼結体が得られる。
ホットプレス焼結では、具体的に、成形体をホットプレス容器に詰め、加圧しながら非酸化性雰囲気下で焼結する。
上述のホットプレス焼結において、焼結温度は２４００℃未満であり、２２００℃以上２３００℃以下が好ましい。焼結温度が２２００℃以上であると、相対密度が十分高いＳｉＣ焼結体が得られる。また、焼結温度が２４００℃未満、特に２３００℃以下であると、焼結体粒子の粗大化が抑制され、β−ＳｉＣがα−ＳｉＣに相転移しない。そのため、得られるＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、測定位置によって変化しにくい。
上述のホットプレス焼結は、焼結温度が２２００℃以上２３００℃以下、２０Ｍｐａ以上の加圧下で行われる。
上述のホットプレス焼結において、昇温速度が速いと、成形体の焼結時間が十分短く、ＳｉＣ焼結体の製造コストが低く抑えられる傾向がある。また、上述の昇温速度が遅いと、成形体の焼結時におけるクラックの発生を抑制し、良質なＳｉＣ焼結体が得られる傾向がある。このような傾向に基づいて、上述のホットプレス焼結における昇温速度を決定するとよい。
上述のホットプレス焼結において、圧力は２０ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、相対密度の高いＳｉＣ焼結体が得られる。
上述のホットプレス焼結において、非酸化性雰囲気はアルゴン雰囲気であることが好ましい。
本実施形態によれば、高密度、かつ測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいＳｉＣ焼結体を製造し得るＳｉＣ焼結体の製造方法が提供される。
［ＳｉＣ焼結体］
上述の製造方法を用いることにより、本実施形態のＳｉＣ焼結体を得ることができる。
上述の製造方法を用いることにより、本実施形態のＳｉＣ焼結体を得ることができる。
本実施形態のＳｉＣ焼結体には、製造時にＳｉＣ粉末およびＳｉＣ超微粉末と共にＳｉ３Ｎ４粒子を混合することにより、窒素が固溶している。
本実施形態のＳｉＣ焼結体における窒素原子の含有量は、４０ｐｐｍ以上が好ましい。また、ＳｉＣ焼結体における窒素原子の含有量は、５０００ｐｐｍ以下が好ましく、１０００ｐｐｍ以下がより好ましく、１５０ｐｐｍ未満がさらに好ましい。
本実施形態のＳｉＣ焼結体において、窒素原子の含有量の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態のＳｉＣ焼結体における窒素原子の含有量は、混合するＳｉ３Ｎ４粒子の混合量を調整することにより上述の範囲内に制御することができる。
窒素が固溶したＳｉＣ焼結体はｎ型半導体となるため、本実施形態のＳｉＣ焼結体は、平均体積抵抗率が小さい。本実施形態のＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率は、０．００１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。本実施形態のＳｉＣ焼結体を発熱体の形成材料として用いる場合には、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率は、１０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
本実施形態のＳｉＣ焼結体には、製造時に混合するＳｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径を調整することにより、窒素が均一に分布している。これにより、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、測定位置によって変化しにくい。
ここで、本実施形態のＳｉＣ焼結体において、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率をＲａｖｅとする。また、ＳｉＣ焼結体の最大体積抵抗率をＲｍａｘとする。また、ＳｉＣ焼結体の最小体積抵抗率をＲｍｉｎとする。
本実施形態のＳｉＣ焼結体において、Ｒｍａｘ／Ｒａｖｅは、１．５以下であり、１．３以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。Ｒｍｉｎ／Ｒａｖｅは０．７以上であり、０．８以上が好ましく、０．９以上がより好ましい。Ｒｍａｘ／Ｒａｖｅが１．５以下で、Ｒｍｉｎ／Ｒａｖｅが０．７以上の両方を満たすと、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、測定位置によって変化しにくいと言える。その結果、ＳｉＣ焼結体を形成材料として用いた発熱体では、面内の温度を均一に制御しやすい。
本実施形態のＳｉＣ焼結体の製造時に平均粒子径が０．１μｍ未満であり、プラズマＣＶＤ法により気相合成されたＳｉＣ超微粉末を混合することにより、得られるＳｉＣ焼結体の相対密度が高くなる。本実施形態のＳｉＣ焼結体における相対密度は９８％以上であることが好ましい。本実施形態のＳｉＣ焼結体における相対密度が９８％以上であると、ＳｉＣ焼結体を形成材料として用いた発熱体の機械的強度が十分となる。
本実施形態によれば、高密度、かつ測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいＳｉＣ焼結体が提供される。
［発熱体］
本実施形態のＳｉＣ焼結体は、従来公知の発熱体の形成材料として用いることができる。本実施形態のＳｉＣ焼結体は、測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいので、例えば半導体製造プロセスで用いるヒータの発熱体として好適に用いることができる。
本実施形態のＳｉＣ焼結体は、従来公知の発熱体の形成材料として用いることができる。本実施形態のＳｉＣ焼結体は、測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいので、例えば半導体製造プロセスで用いるヒータの発熱体として好適に用いることができる。
本実施形態のＳｉＣ焼結体を形成材料とする発熱体は、機械的強度が高く、かつ面内の温度を均一に制御しやすい。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径）
ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて無作為に選んだ５００個のＳｉＣ超微粉末の直径をそれぞれ測定し、得られた測定値の平均値を採用した。
ＳｉＣ超微粉末の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて無作為に選んだ５００個のＳｉＣ超微粉末の直径をそれぞれ測定し、得られた測定値の平均値を採用した。
（ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率）
ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、ＳｉＣ焼結体を四探針測定法（株式会社三菱ケミカルアナリテック製 ロレスタ−ＧＸ ＭＣＰ-Ｔ７００）により測定した値とした。また、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率（Ｒａｖｅ）は、ＳｉＣ焼結体の面内における任意の５箇所について得られた５つの測定値の平均値とした。
ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率は、ＳｉＣ焼結体を四探針測定法（株式会社三菱ケミカルアナリテック製 ロレスタ−ＧＸ ＭＣＰ-Ｔ７００）により測定した値とした。また、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率（Ｒａｖｅ）は、ＳｉＣ焼結体の面内における任意の５箇所について得られた５つの測定値の平均値とした。
さらに、得られた測定値のうち、ＳｉＣ焼結体の最大体積抵抗率Ｒｍａｘと、ＳｉＣ焼結体の最小体積抵抗率Ｒｍｉｎとを用い、Ｒｍａｘ／ＲａｖｅおよびＲｍｉｎ／Ｒａｖｅを算出した。
（ＳｉＣ焼結体の相対密度）
ＳｉＣ焼結体の相対密度は、アルキメデス法を用いてみかけ密度を測定し、ＳｉＣ理論密度との比により求めた値とした。
ＳｉＣ焼結体の相対密度は、アルキメデス法を用いてみかけ密度を測定し、ＳｉＣ理論密度との比により求めた値とした。
（ＳｉＣ焼結体の窒素含有量）
ＳｉＣ焼結体の窒素含有量は、酸素窒素分析装置 ＴＣ−４３６（ＬＥＣＯ社製）を使用して、不活性ガス溶融・赤外線吸収法にて測定した。
ＳｉＣ焼結体の窒素含有量は、酸素窒素分析装置 ＴＣ−４３６（ＬＥＣＯ社製）を使用して、不活性ガス溶融・赤外線吸収法にて測定した。
＜ＳｉＣ焼結体の製造＞
［実施例１〜１０、比較例１〜７］
まず、ＳｉＣ超微粉末をプラズマＣＶＤ法により気相合成した。具体的には、原料ガスとして水素化ケイ素（ＳｉＨ４）とエチレン（Ｃ２Ｈ４）とを用い、高周波により励起されたアルゴン熱プラズマ中、反応系の圧力が１０．６６５Ｐａの条件下で、平均粒子径が０．０１μｍであるＳｉＣ超微粉末を合成した。
［実施例１〜１０、比較例１〜７］
まず、ＳｉＣ超微粉末をプラズマＣＶＤ法により気相合成した。具体的には、原料ガスとして水素化ケイ素（ＳｉＨ４）とエチレン（Ｃ２Ｈ４）とを用い、高周波により励起されたアルゴン熱プラズマ中、反応系の圧力が１０．６６５Ｐａの条件下で、平均粒子径が０．０１μｍであるＳｉＣ超微粉末を合成した。
気相合成したＳｉＣ超微粉末、市販のα−ＳｉＣ粉末（スーペリア・グラファイト社製 α−ＳｉＣ ２５００）（平均粒子径０．６３μｍ）、市販のβ−ＳｉＣ粉末（スーペリア・グラファイト社製 β−ＳｉＣ ２５００）（平均粒子径０．６３μｍ）、および市販のＳｉ３Ｎ４粒子を表１に示した割合で、２流粒子衝突型の粉砕混合装置により粉砕混合した。なお、表１に示す各成分の添加量は、α−ＳｉＣとβ−ＳｉＣとの合計量を１００質量部としたときの値である。
得られた混合物を一軸プレス機にて、成形圧力２０ＭＰａで成形し、直径４００ｍｍ、厚み１２ｍｍの円盤状の成形体を得た。この成形体を黒鉛製のホットプレス容器に詰め、一軸加圧４０ＭＰａ、アルゴン雰囲気中、２３００℃の条件下で焼結した。このようにして、円盤状のＳｉＣ焼結体を得た。
表２に、実施例１〜１０、比較例１〜７のＳｉＣ焼結体のＲａｖｅ、Ｒｍａｘ／Ｒａｖｅ、Ｒｍｉｎ／Ｒａｖｅ、相対密度、窒素含有量を示した。
表２に示す評価は、以下の基準で行った。
○…Ｒｍａｘ／Ｒａｖｅが１．５以下、かつＲｍｉｎ／Ｒａｖｅが０．７以上かつ、相対密度が９８％以上
×…上記以外
○…Ｒｍａｘ／Ｒａｖｅが１．５以下、かつＲｍｉｎ／Ｒａｖｅが０．７以上かつ、相対密度が９８％以上
×…上記以外
表２に示すように、本発明の製造方法を適用した実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体においては、Ｒｍａｘ／ＲａｖｅとＲｍｉｎ／Ｒａｖｅとの両方が１．５以下であった。このことから、実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体においては、測定位置によって体積抵抗率が変化しにくいと言える。
また、実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体においては、相対密度が９８％以上であった。このことから、実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体は、高密度であると言える。
実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体は、Ｓｉ３Ｎ４粒子を含むことにより、窒素が固溶している。これにより、実施例１〜１０のＳｉＣ焼結体中では自由電子が増加し、窒素が固溶していない比較例４のＳｉＣ焼結体と比べて、Ｒａｖｅが小さくなったと考えられる。
実施例１のＳｉＣ焼結体は、比較例１および比較例２のＳｉＣ焼結体よりも混合されるＳｉＣ超微粉末の量が多かった。これにより、実施例１における焼結前の混合物が焼結しやすくなり、比較例１および比較例２のＳｉＣ焼結体と比べて、相対密度が高くなったと考えられる。
実施例１のＳｉＣ焼結体は、比較例５のＳｉＣ焼結体よりも混合されるＳｉＣ超微粉末の量が多く、かつ、Ｓｉ３Ｎ４粒子の量が少なかった。これにより、実施例１における焼結前の混合物が焼結しやすくなり、比較例５のＳｉＣ焼結体と比べて、相対密度が高くなったと考えられる。
実施例３のＳｉＣ焼結体は、比較例３のＳｉＣ焼結体よりも混合されるＳｉＣ超微粉末の量が多く、かつ、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が小さかった。これにより、実施例３における焼結前の混合物が焼結しやすくなり、比較例３のＳｉＣ焼結体と比べて、相対密度が高くなったと考えられる。したがって、実施例３のＳｉＣ焼結体は、緻密で空隙が少ない焼結体であると考えられる。
また、実施例３のＳｉＣ焼結体の窒素含有量は、比較例３のＳｉＣ焼結体と同等であるにもかかわらず、実施例３のＳｉＣ焼結体のＲａｖｅは、比較例３のＳｉＣ焼結体のＲａｖｅと比べて小さかった。これは、実施例３のＳｉＣ焼結体中に空隙が少なく、ＳｉＣ焼結体中の自由電子が動きやすくなったためであると考えられる。
実施例６、実施例８および実施例９と、比較例３とを比較する。実施例６、実施例８および実施例９では、ＳｉＣ超微粉末の添加量が２質量部超２０質量部未満であり、かつ、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下の範囲であった。このようなＳｉＣ焼結体あれば、ＳｉＣ焼結体の相対密度も高く、体積抵抗率のばらつきが小さいことが分かった。一方、比較例３では、ＳｉＣ超微粉末の添加量が２質量部以下であり、かつ、Ｓｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が２．０μｍを超えていた。このようなＳｉＣ焼結体では、ＳｉＣ焼結体の相対密度の低下が認められた。この理由の一つとしては、ＳｉＣ超微粉末の添加量が少なすぎるために、ＳｉＣ焼結体を緻密化できないためであると考えられる。別の理由としては、用いたＳｉ３Ｎ４粒子の平均粒子径が大きすぎるために、ＳｉＣ焼結体を緻密化できないためであると考えられる。
また、実施例２のＳｉＣ焼結体は、実施例１のＳｉＣ焼結体と同量のＳｉ３Ｎ４粒子を含んでいるにもかかわらず、ＳｉＣ焼結体中の窒素含有量が多かった。これは、混合されるＳｉＣ粉末全量に対するβ−ＳｉＣ粉末の割合が多いほど、ＳｉＣ焼結体中に窒素が固溶しやすいためであると考えられる。
実施例７および実施例８は、比較例６に対し、ＳｉＣ超微粉末の添加量を変更した例である。実施例７および実施例８のようにＳｉＣ超微粉末の添加量が２０質量部未満であると、相対密度も高く、体積抵抗率のばらつきが小さいことが分かった。一方、比較例６のようにＳｉＣ超微粉末の添加量が２０質量部以上であるとＲｍａｘ／Ｒａｖｅが５を超え、さらに相対密度の低下が認められた。比較例６では、ＳｉＣ超微粉末の添加量が多くなりすぎたために、粒子の充填率が低下したと考えられる。その結果、比較例６では、体積抵抗率のばらつきの拡大と、相対密度の低下をもたらしたと考えられる。
実施例１から実施例１０を比較すると、α−ＳｉＣが多い実施例では、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率が高い。したがって、α−ＳｉＣとβ−ＳｉＣの混合量を任意に変更することにより、ＳｉＣ焼結体の平均体積抵抗率を所望の値に調整できることが分かった。
比較例7は実施例２の焼結温度を２４００℃以上に上昇させた例である。実施例２では、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率のばらつきが小さい。一方、実施例２と比較し、比較例７では、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗率のばらつきが大きい。これはβ相からα相に相転移したＳｉＣがＳｉＣ焼結体中に不均一に存在するためであると考えられる。
実施例５は、比較例５に対し、ＳｉＣ超微粉末の添加量およびＳｉ３Ｎ４粒子の添加量を変えた例である。実施例５では、ＳｉＣ超微粉末の添加量が２質量部超２０質量部未満であり、かつ、Ｓｉ３Ｎ４粒子の添加量が３質量部以下であった。このような実施例５では、ＳｉＣ焼結体の相対密度が高いことが分かった。一方、比較例５では、ＳｉＣ超微粉末の添加量が２質量部超２０質量部未満であるものの、Ｓｉ３Ｎ４粒子の添加量が３質量部を超えていた。このような比較例５は実施例５よりも相対密度が低いことが分かった。この理由の一つとしては、Ｓｉ３Ｎ４粒子の添加量が原料粉のα−ＳｉＣとβ−ＳｉＣとの合計量１００質量部に対して３質量部を超えると、Ｓｉ３Ｎ４粒子が十分に固溶できないためであると考えられる。このような固溶できないＳｉ３Ｎ４粒子は、焼結時に昇華し、空隙が形成されてしまう。したがって、このような焼結体は、相対密度が低下すると考えられる。また、焼結体における窒素原子の含有量が５０００ｐｐｍ以下である実施例５は、焼結体における窒素原子の含有量が５０００ｐｐｍを超える比較例５と比べて、高密度の焼結体を得ることができた。
以上の結果から、本発明が有用であることが確かめられた。
Claims (4)
- ＳｉＣ焼結体であって、前記焼結体は窒素原子を含み、
前記焼結体の最大体積抵抗率Ｒｍａｘと前記焼結体の平均体積抵抗率Ｒａｖｅとの比であるＲｍａｘ／Ｒａｖｅが１．５以下、かつ前記焼結体の最小体積抵抗率Ｒｍｉｎと前記平均体積抵抗率Ｒａｖｅとの比であるＲｍｉｎ／Ｒａｖｅが０．７以上であり、
前記焼結体の相対密度が９８％以上であり、
体積抵抗率は、ＳｉＣ焼結体を四探針測定法により測定した値であり、
前記平均体積抵抗率は、前記ＳｉＣ焼結体の面内における任意の５箇所について得られた５つの前記体積抵抗率の測定値の平均値であり、
前記最大体積抵抗率は、５つの前記測定値の最大値であり、
前記最小体積抵抗率は、５つの前記測定値の最小値であるＳｉＣ焼結体。 - 前記ＳｉＣ焼結体における前記窒素原子の含有量が５０００ｐｐｍ以下である請求項１に記載のＳｉＣ焼結体。
- 請求項１または２に記載のＳｉＣ焼結体から構成されるヒータ。
- 平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、α−ＳｉＣ粉末およびβ−ＳｉＣ粉末からなる群から選ばれる少なくとも一種のＳｉＣ粉末と、
平均粒子径が０．１μｍ未満であり、プラズマＣＶＤ法により気相合成されたＳｉＣ超微粉末と、
平均粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であるＳｉ３Ｎ４粒子と、を混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を焼結する工程と、を有し、
前記混合する工程では、前記ＳｉＣ超微粉末を、前記ＳｉＣ粉末１００質量部に対して２質量部超２０質量部未満混合し、
前記Ｓｉ３Ｎ４粒子を、前記ＳｉＣ粉末１００質量部に対して０．０５質量部以上３質量部以下混合し、
前記焼結する工程では、前記混合物を２２００℃以上２４００℃未満で焼結するＳｉＣ焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2018/026170 WO2019013247A1 (ja) | 2017-07-12 | 2018-07-11 | ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 |
| CN201880019061.9A CN110446693B (zh) | 2017-07-12 | 2018-07-11 | SiC烧结体、加热器以及SiC烧结体的制造方法 |
| KR1020197026356A KR102042668B1 (ko) | 2017-07-12 | 2018-07-11 | SiC 소결체 및 히터와 SiC 소결체의 제조 방법 |
| US16/494,852 US10703677B2 (en) | 2017-07-12 | 2018-07-11 | SiC sintered body, heater and method for producing SiC sintered body |
| CN202110270099.7A CN113024258A (zh) | 2017-07-12 | 2018-07-11 | SiC烧结体、加热器以及SiC烧结体的制造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017136186 | 2017-07-12 | ||
| JP2017136186 | 2017-07-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019019049A JP2019019049A (ja) | 2019-02-07 |
| JP6536722B2 true JP6536722B2 (ja) | 2019-07-03 |
Family
ID=65355195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018123595A Active JP6536722B2 (ja) | 2017-07-12 | 2018-06-28 | ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10703677B2 (ja) |
| JP (1) | JP6536722B2 (ja) |
| KR (1) | KR102042668B1 (ja) |
| CN (2) | CN110446693B (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102124766B1 (ko) * | 2019-12-31 | 2020-06-19 | (주)삼양컴텍 | 플라즈마 처리 장치 및 그 제조방법 |
| CN112522788A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-19 | 山东天岳先进科技股份有限公司 | 一种富氮碳化硅粉料及其制备方法与应用 |
| CN113929489B (zh) * | 2021-10-22 | 2023-05-12 | 湘潭大学 | 一种陶瓷及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3150606B2 (ja) * | 1996-03-19 | 2001-03-26 | 住友大阪セメント株式会社 | 炭化珪素焼結体の比抵抗制御方法 |
| JP2001261441A (ja) | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 導電性ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
| JP5303103B2 (ja) * | 2006-05-30 | 2013-10-02 | 株式会社ブリヂストン | 炭化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
| US7989380B2 (en) * | 2008-11-26 | 2011-08-02 | Ceradyne, Inc. | High resistivity SiC material with B, N and O as the only additions |
| US10273190B2 (en) * | 2015-09-03 | 2019-04-30 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Focus ring and method for producing focus ring |
-
2018
- 2018-06-28 JP JP2018123595A patent/JP6536722B2/ja active Active
- 2018-07-11 CN CN201880019061.9A patent/CN110446693B/zh active Active
- 2018-07-11 KR KR1020197026356A patent/KR102042668B1/ko active IP Right Grant
- 2018-07-11 US US16/494,852 patent/US10703677B2/en active Active
- 2018-07-11 CN CN202110270099.7A patent/CN113024258A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113024258A (zh) | 2021-06-25 |
| JP2019019049A (ja) | 2019-02-07 |
| CN110446693A (zh) | 2019-11-12 |
| CN110446693B (zh) | 2021-06-25 |
| KR20190113946A (ko) | 2019-10-08 |
| KR102042668B1 (ko) | 2019-11-08 |
| US10703677B2 (en) | 2020-07-07 |
| US20200024196A1 (en) | 2020-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4230497A (en) | Dense sintered shaped articles of polycrystalline α-silicon carbide and process for their manufacture | |
| JP6536722B2 (ja) | ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 | |
| EP1496033B1 (en) | Aluminum nitride sintered body containing carbon fibers and method of manufacturing the same | |
| Frajkorová et al. | Electrically conductive silicon carbide with the addition of TiNbC | |
| KR101413250B1 (ko) | 질화알루미늄 소결체, 그 제법 및 그것을 이용한 정전 척 | |
| JP5528749B2 (ja) | 炭化ホウ素−炭化ケイ素複合セラミックス及び該セラミックスの製造方法 | |
| JP3150606B2 (ja) | 炭化珪素焼結体の比抵抗制御方法 | |
| WO2019013247A1 (ja) | ＳｉＣ焼結体およびヒータならびにＳｉＣ焼結体の製造方法 | |
| KR101859818B1 (ko) | 플라즈마 처리된 Si-SiC 나노복합분말을 이용한 SiC 소결체 제조방법 | |
| JP2005075720A (ja) | ＳｉＣ被覆カーボンナノチューブ、その製造方法とその複合材料 | |
| KR101659823B1 (ko) | HfC 복합체 및 이의 제조방법 | |
| JP4860335B2 (ja) | 導電性耐食部材及びその製造方法 | |
| JP4796716B2 (ja) | 反応焼結炭化珪素発熱体の製造方法 | |
| Shinoda et al. | Effect of Amount of Boron Doping on Compression Deformation of Fine‐Grained Silicon Carbide at Elevated Temperature | |
| JP2006240909A (ja) | 炭化ケイ素粉末組成物及びそれを用いた炭化ケイ素焼結体の製造方法並びに炭化ケイ素焼結体 | |
| JP6787207B2 (ja) | ＳｉＣ焼結体 | |
| JPH04128369A (ja) | 炭化珪素スパッタリング用ターゲット及びその製造方法 | |
| JP4542747B2 (ja) | 高強度六方晶窒化硼素焼結体の製法 | |
| JP2001261441A (ja) | 導電性ＳｉＣ焼結体の製造方法 | |
| WO1989008086A1 (en) | HIGH-STRENGTH, beta-TYPE SILICON CARBIDE SINTER AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION | |
| TW201838954A (zh) | 膏狀組成物、碳化物燒結體及其製造方法、及耐火構件 | |
| JP2007217240A (ja) | ＳｉＣ焼結体、ＳｉＣ粒子及びＳｉＣ焼結体の製造方法 | |
| JP2009126768A (ja) | 炭化ケイ素焼結体の製造方法 | |
| Yoon et al. | Effect of the Si-C powder prepared by mechanical alloying on the densification of silicon carbide powder | |
| JPH02199065A (ja) | 高熱伝導性炭化珪素焼結体及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181106 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190507 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6536722 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |