JPH01242408A - 炭化珪素−黒鉛複合材料及びその製造法 - Google Patents

炭化珪素−黒鉛複合材料及びその製造法

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JPH01242408A
JPH01242408A JP63070766A JP7076688A JPH01242408A JP H01242408 A JPH01242408 A JP H01242408A JP 63070766 A JP63070766 A JP 63070766A JP 7076688 A JP7076688 A JP 7076688A JP H01242408 A JPH01242408 A JP H01242408A
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Akira Nogami
野上 曉
Hirokazu Tagata
田方 弘和
Yasuhiro Takahashi
泰弘 高橋
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/52Shaped 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 carbon, e.g. graphite

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は炭化珪素−黒鉛複合材料並びにその製造法に関
し、電子部品用熱処理用治具、ガラス封着用治具、機械
摺動材料等に極めて好適な炭化珪素−黒鉛複合材料を提
供することをその目的とする。
(従来の技術〕 従来、炭化珪素−黒鉛複合材料の製造方法としてはすで
に多くの技術が提案されている。例えば特開昭59−3
084号においては、結晶面間隔Co (OO2)が6
.74Å以上の炭素材を利用してSiOガスを用い通常
のコンバージョン法で炭化珪素−黒鉛複合材料を製造す
る方法が記載されている。また、特公昭61−1191
1号においては、特定の径をもつ微細気孔の占める容積
が0.02cn!/g以上の炭素基材を使用し、SiO
ガスを用いてコンバージョン法で炭化珪素−黒鉛複合材
料を製造する方法が、また、特開昭62−132787
号においては、開気孔率が5〜55容量%、平均気孔径
が1〜100μmの多孔質炭化珪素焼結体を作成し、そ
の開気孔中に炭素を充填して炭化珪素−黒鉛複合材料を
製造する方法が記載されている。
〔発明が解決しようとする課B) しかし乍ら、前記各従来技術の場合、解決を必要とする
次のような問題点を抱えていた。まず、特開昭59−3
084号では、コンバージョン法であるため、種々の形
状の複合材料を作成できるという利点を持っているが、
反面黒鉛基材のもつ空孔が炭化珪素層に残留し、酸化雰
囲気では使用できず、またこれを気密化しようとしても
装置の大型化、コスト面、寸法精度面の制限があり、実
質的に気密化するのは極めて困難である。特公昭61−
11911号においても多孔質炭素材料を用いているた
め上記と同様の難点が生じる。また、特開昭62−13
2787号においては、炭化珪素焼結体を作る際に焼結
助剤を必要とするため不純物が混入する難点があり、特
に不純物をきらう半導体分野等には使用できず、加えて
炭化珪素製造の工程、炭素を含浸する工程と操作が繁雑
となり、工業的に決して望ましい方法とは言い難い。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、上記従来技術が抱える問題点を種々研究
したところ、多孔質黒鉛基材と溶融珪素とを反応せしめ
ると、黒鉛基材細孔部より溶融珪素が浸透し、バインダ
一部と骨材黒鉛の一部が珪化されることが判明した。さ
らに黒鉛基材の嵩密度、気孔率、全細孔容積及び平均ポ
アー半径が珪化に関係があることが認められ、特にこれ
等をある特定範囲とすることにより、クランクが発生す
るという危険が全くなく珪化がスムースに行えることも
判明した。またこの黒鉛基材としてその曲げ強度並びに
ショアー硬度が特定範囲のものを使用することにより、
該基材の崩壊を有効に防止しうるちのであることも判明
した。更にはまたこの際高純度の黒鉛基材及び珪素を使
用することにより半導体分野にも充分使用できる複合材
料が得られることも判明した。即ち緻密でかつ耐酸化性
に優れた高純度炭化珪素−黒鉛複合材料が得られ、従来
の問題を解決できることが判明した。即ち本発明はほぼ
全体が炭化珪素と黒鉛とから成る複合材料であって、H
gポロシメーターで測定した気孔率がO以下であって緻
密な組織を有する炭化珪素−黒鉛複合材料、及び多孔質
黒鉛基材に溶融珪素を浸透し、反応せしめることを特徴
とする炭化珪素−黒鉛複合材料の製造法に係るものであ
る。
〔発明の作用並びに構成〕
本発明に於いては、多孔質黒鉛基材に金属珪素を溶融状
態で含浸、反応せしめることにより、黒鉛基材内部まで
溶融珪素が浸透し反応するので、表面から内部までほぼ
均一な組織を有する黒鉛と炭化珪素との複合材料が得ら
れる。特に嵩密度、気孔率、全細孔容積及び平均ポアー
半径が特定範囲の多孔質黒鉛基材を用いると溶融珪素が
極めて円滑に侵入し基材内部まで充分に反応が進行し、
しかもこの際クラック発生の危険もなく黒鉛と炭化珪素
とから成る均一な複合材料が得られる。また特定範囲の
曲げ強度及びショアー硬度の基材を使用するので崩壊を
防止しうる。更に黒鉛基材の空隙に溶融珪素が充分に侵
入して反応するため、得られる複合材料は極めて緻密な
殆ど気孔のない材料となる。
以下に本発明をその製法に従って説明する。
本発明に於いては多孔質黒鉛基材に溶融珪素を浸透せし
めて、反応を行うことをその基本としている。この際使
用する黒鉛基材としては、多孔質のものが使用されるが
、特に嵩密度が1.6g/cffl以下、気孔率が20
%以上、全細孔容積が0 、2 c+fl/g以上、平
均ポアー半径が2.0μm以上、曲げ強度7 MPa以
下及びショアー硬度30以下の多孔質黒鉛基材が好まし
い。このような特定範囲の物性を有する黒鉛基材を使用
すると何等のクラックも生ずることなく、内部まで充分
に反応が進行し、緻密な複合材料が得られる。このよう
な特定範囲外の黒鉛基材では時としてクラックが発生し
たリ、或いは内部まで充分に反応が進行せず、不均質な
複合材料となることがある。但し、上記特性は夫々次の
ことを示す。
嵩密度:黒鉛基材の全体積当たりの質量(g/cnり気
孔率:黒鉛基材の体積中の全気孔の割合全細孔容積:H
gポロシメーター(Hg圧入法)により求めた開気孔の
全容積(c+fl/g)平均ポアー半径:Hgポロシメ
ーターから求めた細孔容積の平均ポアー半径(μm) 更に本発明に於いては黒鉛基材として高純度のものを使
用することにより、更に高純度のものが収得出来る。高
純度黒鉛基材としてはその純度としては不純物(灰分)
が10ρρm以下、特に好ましくは2 ppI11以下
程度のものが好ましい。高純度化の方法としては特に制
限されず、各種の方法が任意に適用される。好ましい方
法としては特願昭61−224131号に記載の方法を
例示することが出来る。
珪素としては金属珪素ばかりでなく、たとえばS iC
E 4や5iHC123の如きハロゲン化珪素やSiH
4の如き水素化珪素を用いて、水素ガスキャリヤー中で
加熱して珪素を黒鉛基材上に形成せしめる手段も採用出
来る。しかし乍ら、ハロゲン化珪素や水素化珪素は、黒
鉛基材上に化学蒸着法(以下CVDという)により適用
するためコスト高となるので、金属珪素の方がこの面か
らは望ましい。金属珪素は塊状、粉末状等特にその形状
は制限されないが、純度の点から好ましい。
金属□珪素と黒鉛基材とを反応せしめるに際しては、通
常黒鉛基材と金属珪素とを前者100重量部に対して後
者100〜500好ましくは200〜300重量部の割
合で黒鉛るつぼ中に収納し、真空乃至減圧下に加熱する
この際の減圧乃至真空度は通常0.01〜13KPa、
温度は1750〜2500に程度が好ましい。減圧度が
0.01KPaよりも、低くなりすぎたり或いは温度が
2500によりも高くなりすぎると、珪素の蒸発量が大
きくなりすぎて好ましくない。また減圧度が13KPa
より高くなりすぎると、珪素が黒鉛基材中に充分に浸透
せず、また1750により温度が低くなりすぎると、黒
鉛と珪素との反応速度が遅くなり、目的物複合材料内に
未反応珪素が残存する場合がある。
かくして得られる本発明の炭化珪素−黒鉛複合材料は第
1図でも示す通り、その内部までほぼ均一な状態で黒鉛
と炭化珪素とから成っている。但し第1図は実施例1の
本発明複合材料の断面の走査型電子顕微鏡写真(150
倍)であり、白く見える部分は炭化珪素、また黒く見え
る部分は黒鉛である。そしてこの第1図からも明らかな
通り掻めで緻密な組織構造を有し、気孔は殆ど存在しな
い。
本発明複合材料はこのような特性を有するためたとえば
電子部材用熱処理治具、ガラス封着用冶具、摺動部材に
極めて好適である。
〔実施例〕
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明する。
実施例1〜3 第1表に示す所定の物性を有する3種類の高純度黒鉛(
不純物1ppm)を夫々金属珪素塊15gとともに黒鉛
るつぼに入れた。このるつぼを真空加熱炉に装填し、温
度2000K、圧力Q、1KPaで5時間反応を行った
。冷却後、炭化珪素−黒鉛複合材料をとり出し、種々の
物理特性を測定した。
その結果を第1表に示す。
また実施例1の複合材料の走査型電子顕微鏡写真(15
0度)を第1図に示す。
比較例1〜3 上記実施例1に於いて使用する黒鉛基材として第1表に
示すものを使用し、その他はすべて同様に処理した。こ
の結果を第1表に示す。
上記第1表から明らかな通り嵩密度が1.60g/cy
f1以上、全細孔容積が0.2 cn(/g以下、且つ
平均ポアー半径が2.0μm以下の比較例1や上記いず
れの特性にも合致しない比較例2ではクランクが生じ、
不均一な珪化状態となっている。比較例3では崩壊し原
形をとどめていなかった。
比較例4〜8 黒鉛るつぼ下部にSiO□粉末(粒度200メツシユパ
ス)を500g入れ、その上部に実施例1〜3及び比較
例1〜3で使用した6種の黒鉛基材を夫々入れた。この
るつぼを反応炉に装填し、2200にで5時間反応を行
った。冷却後、炭化珪素−黒鉛複合体をとり出し、種々
の物理特性を測定した。その結果を第2表に示す。
第2表 上記実施例1.2並びに3、及び比較例4.5並びに7
について夫々物性を比較すると、各実施例(本発明法)
のものでは気孔がなくなり曲げ強度も強くなっている。
また、耐酸化性を調べるために、900°Cの電気炉に
35時間空気雰囲気で加熱した結果を第3表に示す。
第3表 各実施例の〔本発明法で製造された]炭化珪素−黒鉛複
合材料は、耐酸化性に優れていることが明らかである。
これは実施例のものはいずれも炭化珪素の回りに島状の
黒鉛が点在しているため、表面の黒鉛部分は若干酸化さ
れるが、炭化珪素中の黒鉛は酸化されないことに基づく
ものと推考される。
(発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明の炭化珪素−黒鉛複合材料は
、緻密でかつ耐酸化性に優れ、さらに高強度で加工性に
優れている。従って電子部材用熱処理治具、ガラス封着
用治具及び機械摺動材料の各種の高特性を要求される高
温材料として極めて存用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1の炭化珪素−黒鉛複合材料の走査型電
子顕微鏡写真(150倍)を示す図面である。 (以上) 牢 1 図 手続補正書働側  1 1、事件の表示 昭和63年 特 許 願 第70766号    。 2、発明の名称 炭化珪素−黒鉛複合材料及びその製造法3、補正をする
者 事件との関係           特許出願人住所 
 大阪市西淀用区竹島五丁目七番十二号氏名  東洋炭
素株式会社 代表者 近 藤 照 久 4、代理人 〒530  大阪市北区南森町1の1の25.7.〈て
°)・ l ・、む べ B、補正の対象 昭和63年7月26日付提出の手続補正書の補正の内容
欄 7、補正の内容 別紙の通り 3、 添付書類の目録 (1)  補正の内容            1通補
正の内容 ■、 明細書中筒15頁第4〜7行「4、図面の簡単な
説明・・・・・・図面である。」とあるを削除する。 2、 添付した第1図を削除する。 (以上)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ほぼ全体が炭化珪素と黒鉛とから成る複合材料で
    あって、Hgポロシメーターで測定した気孔率が0以下
    であって緻密な組織を有する炭化珪素−黒鉛複合材料。
  2. (2)炭化珪素と黒鉛との割合が、前者15〜65重量
    %、後者35〜85重量%である請求項1記載の炭化珪
    素−黒鉛複合材料。
  3. (3)多孔質黒鉛基材に溶融珪素を浸透し、反応せしめ
    ることを特徴とする炭化珪素−黒鉛複合材料の製造法。
  4. (4)多孔質黒鉛基材が、その嵩密度が1.60g/c
    m^3以下、気孔率が20%以上、全細孔容積が0.2
    cm^3/g以上及び平均ポアー半径が2.0μm以上
    曲げ強度7MPa以上、ショアー硬度30以上である請
    求項3に記載の炭化珪素−黒鉛複合材料の製造法。
  5. (5)上記黒鉛基材と珪素とを0.1〜13KPa、1
    750〜2500Kの条件下に、真空加熱炉で処理する
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の炭化珪素−
    黒鉛複合材料の製造法。
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