JPH0535105B2 - - Google Patents

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JPH0535105B2
JPH0535105B2 JP61124499A JP12449986A JPH0535105B2 JP H0535105 B2 JPH0535105 B2 JP H0535105B2 JP 61124499 A JP61124499 A JP 61124499A JP 12449986 A JP12449986 A JP 12449986A JP H0535105 B2 JPH0535105 B2 JP H0535105B2
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JP
Japan
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silicon carbide
less
carbon
sintered body
content
Prior art date
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Application number
JP61124499A
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Japanese (ja)
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JPS62283871A (en
Inventor
Kyotaka Tsukada
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
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Publication of JPS62283871A publication Critical patent/JPS62283871A/en
Publication of JPH0535105B2 publication Critical patent/JPH0535105B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として加熱炉構造部品に適した炭
化ケイ素焼結体の製造方法に関し、特に本発明
は、半導体を製造するための拡散炉用部材として
好適な炭化ケイ素焼結体の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 一般に加熱炉の構造部品、とりわけ均熱管は熱
伝導性が良く、高温においても高強度で、耐スポ
ーリング性に富んだ材料が有効である。 とくに、半導体製造用拡散炉の均熱管は内部に
高純度のシリコンウエハーが装填されるために均
熱管は極めて高純度であることが重要であり、し
かも定期的にHF水溶液、HF−HNO3水溶液、
HF−HNO3−CH3COOH水溶液あるいはHClガ
スで洗浄されるため、これらの薬品に対して耐蝕
性に優れる材料であることが重要である。 このような材料として、炭化ケイ素焼結体は最
も有望な材料である。 従来炭化ケイ素焼結体の製造方法としては、特
開昭45−38061号 特開昭57−501578号 特開昭
54−16521号 特開昭56−109872号 特開昭56−
114871号 特開昭55−67573号に開示されている
方法がある。これらの方法は概して炭化ケイ素粉
末(100重量部)、炭素粉末(20〜50重量部)およ
び熱分解カーボン(10〜20重量部)をあらかじめ
混合し多孔質炭化ケイ素成形体を形成し、600〜
1200℃の間で炭化すると、次いで1400℃以上の高
温下で溶融シリコンと接触し反応させるものであ
る。 しかしながら、これらの方法では、反応生成さ
れた炭化ケイ素とあらかじめ混合しておいた炭化
ケイ素粒子との結合が悪く、焼結体内に残留した
遊離シリコンが1400℃以上になると溶融すること
によつて、焼結体の強度が20Kgf/mm2以下の強度
に著しく低下する欠点を有していた。 一方、別の製造方法として、特開昭51−85374
号、特開昭48−37404号に開示される方法がある。
これらの方法によると、主として40〜200μmの
範囲の炭化ケイ素粗粒と10μm以下の炭化ケイ素
粉末を混合し成形することによつてあらかじめ高
密度の炭化ケイ素成形体を製造し、ついで気孔シ
リコンを含浸するものである。したがつて、これ
らの焼結体は極めて大きな炭化ケイ素結晶で構成
されているため、概して30Kgf/mm2程度の低強度
であるばかりでなく、炭化ケイ素結晶間の強度が
小さいため1400℃以上の高温になると強度が15Kg
f/mm2以下に著しく低下する欠点を有していた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は前述の如き、高温において強度が低下
するという欠点を解決し、高温においても強度が
ほとんど低下しない高密度の炭化ケイ素焼結体を
得ることのできる製造方法を提供するものであ
る。 〔問題転を解決するための手段〕 本発明者は炭化ケイ素シリコン焼結体について
種々研究を重ねた結果、出発原料の炭化ケイ素粉
末中に含まれる遊離炭素及び遊離シリカの含有量
が炭化ケイ素多孔体の一次焼結体の強度に著しく
影響を及ぼすことを新規に知見し、前記遊離炭素
と遊離シリカの量をある一定量以下に制御するこ
とにより、高強度の多孔質炭化ケイ素焼結体を製
造することに成功した。次いで、この高強度多孔
体を高密度化するうえで含浸すべき遊離炭素量に
高強度を実現するために適正な範囲と炭化温度が
あること、次いで遊離シリコンとの反応において
適当な温度と保持時間があることを知見し、本発
明の目的とする高強度でしかも高温強度が低下し
ない高密度の炭化ケイ素焼結体を得ることに成功
し、本発明を完成した。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明は、 少なくとも3.0g/cm3、の密度を有し、炭化ケ
イ素結晶の平均径が10μm以下の炭化ケイ素焼結
体の製造方法において、 (a) 遊離炭素含有量が10重量%以下、遊離シリカ
含有量が5重量%以下であつて、平均粒径が
10μm以下の炭化ケイ素粉末を所望の形状の生
成形体に成形する工程; (b) 前記生成形体を耐熱性の容器内に装入し、
1500〜2200℃の温度範囲内で焼成し、多孔質の
一次焼結体とする工程; (c) 前記一次焼結体に炭素質物質を含浸した後、
900〜2200℃の温度に加熱し、炭素質物質を炭
素化し、炭素・炭化ケイ素複合体とする工程; (d) 前記(c)工程で得られた炭素・炭化ケイ素複合
体を1500〜2200℃に維持された溶融シリコンに
接触させ、炭素・炭化ケイ素複合体の気孔中に
溶融シリコンを浸透させた後、1〜15時間保持
する工程からなることを特徴とする炭化ケイ素
焼結体の製造方法である。 本発明の(a)工程では、平均粒径が10μm以下の
主として炭化ケイ素粉末であることが必要であ
る。その理由は、10μmよりも大きいと一次焼結
時に炭化ケイ素結晶間での原子の移動及び蒸発−
凝縮が起こりにくく、炭化ケイ素結晶間の結合強
度が低くなる傾向があるためであり、炭化ケイ素
の結晶間の強度を高めるためには、平均粒径が
3μm以下であることがより好適である。 また、炭化ケイ素粉末のうち、β型炭化ケイ素
の含有量が少くとも60重量%であり残部がα型結
晶あるいは非晶質炭化ケイ素であることが好まし
い。その理由はβ型結晶は低温合成型の結晶であ
り、比較的低温度で再結晶化が生じ、高い結合強
度を有する炭化ケイ素結晶体を得ることができる
からである。なかでもβ型炭化ケイ素の含有量は
80重量%以上であることがより好適である。 (a)工程で使用される炭化ケイ素粉末中の遊離炭
素含有量は10重量%以下であることが必要であ
る。この理由は、本来、有離炭素は炭化ケイ素結
晶の成長を抑制する作用を有し、炭化ケイ素結晶
間に有離炭素が多量に存在すると高い結合強度を
有する炭化ケイ素結晶が得られないためであり、
なかでも遊離炭素の含有量は5重量%以下である
ことがより好適である。 一方、(a)工程に用いられる炭化ケイ素原料中に
含まれる遊離シリカの含有量は5重量%以下であ
ることが必要である。この理由は、一部の遊離シ
リカは遊離炭素と反応し炭化ケイ素結晶を形成す
るが、大部分は、揮発して、炭化ケイ素結晶の表
面をおおい、炭化ケイ素結晶の間をガラス状に結
合するため、炭化ケイ素結晶同志の結合を著しく
低いものとするためであり、なかでも遊離シリカ
の含有量は2重量%以下であることが好ましい。 次いで、(a)工程で得られた形成体は(b)工程にお
いて、1500〜2200℃の温度で一次焼結する。この
理由は、1500℃よりも低い温度で焼結しても炭化
ケイ素結晶の結合は生じにくく、高い強度を有す
る炭化ケイ素焼結体とすることが困難となる。一
方、2200℃よりも高い温度で一次焼結すると、炭
化ケイ素結晶の一部がα型の炭化ケイ素に転移
し、大型の結晶となるため、10μm以下の炭化ケ
イ素結晶とすることが困難であり、しかも高強度
の焼結体を得ることが困難であるためである。な
かでも、1700℃〜2100℃の温度で一次焼結するこ
とがより好ましい。 この(b)工程で得られた多孔質炭化ケイ素焼結体
は気孔率が30〜60vol%で10〜30Kgf/mm2の極め
て強度の高い焼結体である。 次いで(c)工程では(b)工程で得られた一次焼結体
に炭素質物質を含浸することが必要である。この
炭素質物質としては、たとえばフルフラール樹
脂、フエノール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ポ
リビニルアルコール、コンスターチ、糖蜜、コー
ルタールピツチ、アルギン酸塩のような各種有機
物質あるいはカーボンブラツク、アセチレンブラ
ツクのような熱分解炭素を有利に使用することが
できる。 そして含浸方法としては、分散液、未重合物を
真空含浸、あるいは加圧含浸する通常の方法で含
浸することができる。 次いで、(d)工程では(c)工程で作成した含浸体を
900〜2200℃の間で炭素化することが必要である。
このように炭素化の温度範囲を設ける理由は、前
記工程で含浸した炭素は900℃より低温熱分解時
において極めて小さい粒子であり溶融シリコンと
の反応性に富んではいるが、嵩密度が低いため
に、一次焼結体の気孔を閉塞し、溶融シリコンの
多孔体内部への浸透を妨げる傾向があるためであ
り、一方、2200℃よりも高い温度にすると、(b)工
程と同様の理由で高い強度を有する多孔質体が得
られなくなるためである。なかでも、1200〜2100
℃とすることがより好適である。 本発明によれば、前記(c)により得られる炭素・
炭化ケイ素複合体に含有される炭素を(b)工程によ
り得られる一次焼結体の気孔容積に対して0.6〜
1.3g/cm3の割合で存在せしめることが好ましい。 この理由は、炭素の一次焼結体の気孔容積に対
する割合が0.6g/cm3より少ないと、(d)工程で得
られる焼結体に遊離シリコンが多く残留し、高密
度を得ることが困難であり、1.3g/cm3よりも多
いと、逆に遊離炭素が多く残留し、高密度でかつ
高強度の焼結体を得ることが困難であるからであ
る。 なお、このような遊離炭素の含有量とするため
に、(c)工程を複数回繰り返すことができることは
言うまでもない。 次いで(d)工程では、(c)工程で得られた炭素・炭
化ケイ素複合体を1500〜2200℃に維持し炭素・炭
化ケイ素複合体の気孔中にシリコンを充填させた
後、1〜15時間保持することが必要である。温度
範囲を設ける理由は、1500℃よりも低い温度であ
ると、含浸した遊離炭素とシリコンが十分に反応
せず、また、工程(b)で一次焼結した炭化ケイ素結
晶と反応生成した炭化ケイ素結晶が十分に結合せ
ず高い強度を有することができなくなる傾向があ
るためであり、2200℃よりも高い温度とすると、
炭化ケイ素結晶の粗大粒子化が生じ、強度が低下
する傾向があるためであり、なかでも1900〜2100
℃であることがより好ましい。一方、1〜15時間
その温度を保持する理由は、1時間よりも少ない
と反応が十分反応せず、炭化ケイ素結晶間の結合
も弱い傾向があるためであり、15時間よりも長い
と、炭化ケイ素結晶の粗大化が生じるためであ
る。 この(a)〜(d)工程によつて製造された炭化ケイ素
焼結体は、炭化ケイ素結晶の平均粒径が10μm以
下で少くとも3.0g/m2の高い密度を有する焼結
体であり、常温における曲げ強度は、40〜80Kg
f/mm2であり、1500℃の高温でも30〜50Kgf/mm2
の高強度である焼結体を製造することができる。 以下、本発明の実施例について説明する。 実施例 1 出発原料として使用した炭化珪素粉末は95重量
%がβ型結晶よりなり、0.29重量%の遊離炭素、
0.17重量%の遊離シリカ、0.3ppmの鉄、3ppmの
アルミニウムを主として含有し、0.28μmの平均
粒径を有していた。 前記炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール5重量部、水300重量部を配合し、
ボールミル中で5時間混合した後乾燥した。 この乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後金
属製押し型を用いて3000Kg/cm2の圧力で成形し
た。この生成形体の寸法は250mm×250mm×30mm
で、密度は2.0g/cm3(気孔率38vol%)であつ
た。 前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマ
ン型焼成炉を使用して1気圧の主としてアルゴン
ガス雰囲気中で焼成した。昇温過程は450℃/時
間で2000℃まで昇温し、最高温度2000℃で1時間
保持した。この焼結体の平均曲げ強度は18.5Kg/
mm2と極めて高い値を示した。 次いでこの焼結体にフエニールレジン(炭化率
40wt%)を真空含浸し、乾燥した後、1900℃で
不活性雰囲気中で炭素化した。同様な操作を再度
繰り返すことによつて、前記一次焼結体の気孔中
に存在せしめた遊離炭素量は0.84g/cm3であつ
た。この含浸体を2050℃で溶融シリコン中に浸漬
し、約3時間保持した。 得られた焼結体の密度は3.16g/cm3であり、平
均粒径3μmの炭化ケイ素結晶からなる焼結体で
あつた。この焼結体の曲げ強度は常温において62
Kgf/mm2であり、1500℃において48Kgf/mm2の高
いものであつた。 実施例2〜9・比較例1〜12 実施例1と同様にして、出発原料の平均粒径を
変えた場合(実施例2、比較例1)、遊離炭素量
を変えた場合(実施例3、比較例2)、遊離シリ
カ含有量を変えた場合(実施例4、比較例3)、
一次焼結体の焼成温度を変えた場合(実施例5、
比較例4、5)、炭素化の温度を変えた場合(実
施例6、比較例6)、炭素含浸量を変えた場合
(実施例7、比較例7、8)、工程(e)でシリコンの
含浸温度を変えた場合(実施例8、比較例
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing a silicon carbide sintered body suitable mainly for heating furnace structural parts, and in particular, the present invention relates to a method for producing a silicon carbide sintered body suitable for a member for a diffusion furnace for manufacturing semiconductors. This invention relates to a method for producing a solid. [Prior Art] In general, materials with good thermal conductivity, high strength even at high temperatures, and high spalling resistance are effective for the structural parts of a heating furnace, especially the soaking tube. In particular, it is important that the soaking tubes of diffusion furnaces for semiconductor manufacturing have extremely high purity because high-purity silicon wafers are loaded inside them. ,
Since it is cleaned with HF-HNO 3 -CH 3 COOH aqueous solution or HCl gas, it is important that the material has excellent corrosion resistance against these chemicals. As such a material, silicon carbide sintered body is the most promising material. Conventional methods for manufacturing silicon carbide sintered bodies include JP-A No. 45-38061, JP-A No. 57-501578, and JP-A No. 57-501578.
No. 54-16521 JP-A-56-109872 JP-A-56-
No. 114871 There is a method disclosed in JP-A-55-67573. These methods generally involve premixing silicon carbide powder (100 parts by weight), carbon powder (20 to 50 parts by weight), and pyrolytic carbon (10 to 20 parts by weight) to form a porous silicon carbide compact;
After being carbonized at 1200°C, it is then brought into contact with molten silicon and reacted at a high temperature of 1400°C or higher. However, in these methods, the bond between the reaction-produced silicon carbide and the pre-mixed silicon carbide particles is poor, and the free silicon remaining in the sintered body melts at temperatures above 1400°C. It had a drawback that the strength of the sintered body was significantly reduced to 20 Kgf/mm 2 or less. On the other hand, as another manufacturing method, JP-A-51-85374
There is a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 48-37404.
According to these methods, a high-density silicon carbide molded body is produced in advance by mixing and molding silicon carbide coarse particles mainly in the range of 40 to 200 μm and silicon carbide powder of 10 μm or less, and then impregnated with porous silicon. It is something to do. Therefore, since these sintered bodies are composed of extremely large silicon carbide crystals, they not only have a low strength of about 30 Kgf/mm 2 in general, but also have a low strength at temperatures of 1400°C or higher due to the low strength between silicon carbide crystals. Strength increases to 15kg at high temperatures
It had the disadvantage that it was significantly lower than f/mm 2 . [Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the above-mentioned drawback that the strength decreases at high temperatures, and makes it possible to obtain a high-density silicon carbide sintered body whose strength hardly decreases even at high temperatures. A manufacturing method is provided. [Means for solving the problem] As a result of various studies on silicon carbide sintered bodies, the present inventor found that the content of free carbon and free silica contained in the starting material silicon carbide powder By controlling the amounts of free carbon and free silica to below a certain amount, we have discovered that the strength of the primary sintered body of silicon carbide is significantly affected. succeeded in manufacturing. Next, in order to increase the density of this high-strength porous material, the amount of free carbon that must be impregnated must have an appropriate range and carbonization temperature to achieve high strength, and then the appropriate temperature and temperature must be maintained for the reaction with free silicon. Knowing that time was running out, they succeeded in obtaining a high-density silicon carbide sintered body with high strength and no decrease in high-temperature strength, which is the object of the present invention, and completed the present invention. The present invention will be explained in detail below. The present invention provides a method for producing a silicon carbide sintered body having a density of at least 3.0 g/cm 3 and an average diameter of silicon carbide crystals of 10 μm or less, comprising: (a) a free carbon content of 10% by weight or less; The free silica content is 5% by weight or less and the average particle size is
A step of molding silicon carbide powder of 10 μm or less into a green body of a desired shape; (b) charging the green body into a heat-resistant container;
(c) After impregnating the primary sintered body with a carbonaceous material,
A step of heating the carbonaceous material to a temperature of 900 to 2,200°C to carbonize the carbonaceous material to form a carbon/silicon carbide composite; (d) Heat the carbon/silicon carbide composite obtained in the above step (c) to a temperature of 1,500 to 2,200°C. A method for producing a silicon carbide sintered body, comprising the steps of contacting with molten silicon maintained at It is. In step (a) of the present invention, it is necessary that the powder be mainly silicon carbide powder with an average particle size of 10 μm or less. The reason for this is that when the diameter is larger than 10 μm, atoms move and evaporate between silicon carbide crystals during primary sintering.
This is because condensation is difficult to occur and the bond strength between silicon carbide crystals tends to be low. In order to increase the strength between silicon carbide crystals, the average particle size must be increased.
More preferably, the thickness is 3 μm or less. Further, it is preferable that the content of β-type silicon carbide in the silicon carbide powder is at least 60% by weight, and the remainder is α-type crystal or amorphous silicon carbide. The reason for this is that the β-type crystal is a low-temperature synthesis type crystal, recrystallization occurs at a relatively low temperature, and a silicon carbide crystal having high bonding strength can be obtained. Among them, the content of β-type silicon carbide is
More preferably, it is 80% by weight or more. The free carbon content in the silicon carbide powder used in step (a) must be 10% by weight or less. The reason for this is that free carbon originally has the effect of suppressing the growth of silicon carbide crystals, and if a large amount of free carbon exists between silicon carbide crystals, silicon carbide crystals with high bond strength cannot be obtained. can be,
Among these, it is more preferable that the content of free carbon is 5% by weight or less. On the other hand, the content of free silica contained in the silicon carbide raw material used in step (a) needs to be 5% by weight or less. The reason for this is that some free silica reacts with free carbon to form silicon carbide crystals, but most of it volatilizes, covers the surface of silicon carbide crystals, and forms a glass-like bond between silicon carbide crystals. This is to significantly reduce the bonding between silicon carbide crystals, and the content of free silica is preferably 2% by weight or less. Next, the formed body obtained in step (a) is primarily sintered at a temperature of 1500 to 2200° C. in step (b). The reason for this is that even if sintered at a temperature lower than 1500° C., bonding of silicon carbide crystals is difficult to occur, making it difficult to form a silicon carbide sintered body with high strength. On the other hand, when primary sintering is performed at a temperature higher than 2200°C, a portion of the silicon carbide crystals transforms into α-type silicon carbide and becomes large crystals, making it difficult to form silicon carbide crystals with a size of 10 μm or less. Moreover, it is difficult to obtain a sintered body with high strength. Among these, it is more preferable to perform primary sintering at a temperature of 1700°C to 2100°C. The porous silicon carbide sintered body obtained in step (b) has a porosity of 30 to 60 vol% and an extremely high strength of 10 to 30 Kgf/mm 2 . Next, in step (c), it is necessary to impregnate the primary sintered body obtained in step (b) with a carbonaceous material. Examples of the carbonaceous substance include various organic substances such as furfural resin, phenolic resin, lignin sulfonate, polyvinyl alcohol, cornstarch, molasses, coal tar pitch, and alginates, and pyrolytic carbon such as carbon black and acetylene black. can be used to advantage. As for the impregnation method, the usual method of vacuum impregnation or pressure impregnation with a dispersion liquid or unpolymerized material can be used. Next, in step (d), the impregnated body created in step (c) is
It is necessary to carbonize between 900 and 2200°C.
The reason for setting such a temperature range for carbonization is that the carbon impregnated in the above step becomes extremely small particles during thermal decomposition at temperatures lower than 900°C and is highly reactive with molten silicon, but has a low bulk density. This is because it tends to block the pores of the primary sintered body and prevent molten silicon from penetrating into the porous body.On the other hand, when the temperature is higher than 2200℃, it tends to block the pores of the primary sintered body and prevent the penetration of molten silicon into the porous body. This is because a porous body having high strength cannot be obtained. Among them, 1200-2100
It is more preferable to set it at ℃. According to the present invention, the carbon obtained by the above (c)
The amount of carbon contained in the silicon carbide composite is 0.6 to 0.6 to the pore volume of the primary sintered body obtained in step (b).
Preferably, it is present in a proportion of 1.3 g/cm 3 . The reason for this is that if the ratio of carbon to the pore volume of the primary sintered body is less than 0.6 g/ cm3 , a large amount of free silicon will remain in the sintered body obtained in step (d), making it difficult to obtain high density. If the amount is more than 1.3 g/cm 3 , on the contrary, a large amount of free carbon remains, making it difficult to obtain a sintered body with high density and high strength. It goes without saying that step (c) can be repeated multiple times in order to obtain such a free carbon content. Next, in step (d), the carbon/silicon carbide composite obtained in step (c) is maintained at 1500 to 2200°C to fill the pores of the carbon/silicon carbide composite with silicon, and then heated for 1 to 15 hours. It is necessary to maintain it. The reason for setting this temperature range is that if the temperature is lower than 1500°C, the impregnated free carbon and silicon will not react sufficiently, and the silicon carbide produced by the reaction with the silicon carbide crystals primary sintered in step (b) will This is because the crystals tend not to bond sufficiently and cannot have high strength, and if the temperature is higher than 2200℃,
This is because the silicon carbide crystals tend to become coarse particles and the strength decreases, especially in the range of 1900 to 2100.
It is more preferable that the temperature is ℃. On the other hand, the reason why the temperature is maintained for 1 to 15 hours is that if the temperature is less than 1 hour, the reaction will not be sufficient and the bonds between silicon carbide crystals tend to be weak. This is because silicon crystals become coarser. The silicon carbide sintered body produced by these steps (a) to (d) is a sintered body having an average grain size of silicon carbide crystals of 10 μm or less and a high density of at least 3.0 g/m 2 . , bending strength at room temperature is 40~80Kg
f/mm 2 , and even at high temperatures of 1500℃, it is 30 to 50Kgf/mm 2
It is possible to produce a sintered body with high strength. Examples of the present invention will be described below. Example 1 The silicon carbide powder used as a starting material consisted of 95% by weight β-type crystals, 0.29% by weight free carbon,
It mainly contained 0.17% by weight free silica, 0.3 ppm iron, 3 ppm aluminum, and had an average particle size of 0.28 μm. 5 parts by weight of polyvinyl alcohol and 300 parts by weight of water are blended with 100 parts by weight of the silicon carbide powder,
The mixture was mixed in a ball mill for 5 hours and then dried. An appropriate amount of this dry mixture was collected, granulated, and then molded using a metal mold at a pressure of 3000 kg/cm 2 . The dimensions of this generated feature are 250mm x 250mm x 30mm
The density was 2.0 g/cm 3 (porosity 38 vol%). The formed body was placed in a graphite crucible and fired in a Tammann type firing furnace in an atmosphere of mainly argon gas at 1 atm. The temperature was raised to 2000°C at a rate of 450°C/hour and maintained at the maximum temperature of 2000°C for 1 hour. The average bending strength of this sintered body is 18.5Kg/
It showed an extremely high value of mm 2 . Next, this sintered body is coated with phenyl resin (carbonization rate
40wt%) was vacuum impregnated, dried, and then carbonized at 1900°C in an inert atmosphere. By repeating the same operation again, the amount of free carbon present in the pores of the primary sintered body was 0.84 g/cm 3 . This impregnated body was immersed in molten silicon at 2050°C and held for about 3 hours. The density of the obtained sintered body was 3.16 g/cm 3 and the sintered body was composed of silicon carbide crystals with an average grain size of 3 μm. The bending strength of this sintered body is 62 at room temperature.
Kgf/mm 2 and was as high as 48 Kgf/mm 2 at 1500°C. Examples 2 to 9/Comparative Examples 1 to 12 In the same manner as in Example 1, when the average particle size of the starting material was changed (Example 2, Comparative Example 1), when the amount of free carbon was changed (Example 3) , Comparative Example 2), when the free silica content was changed (Example 4, Comparative Example 3),
When the firing temperature of the primary sintered body was changed (Example 5,
Comparative Examples 4 and 5), when the carbonization temperature was changed (Example 6, Comparative Example 6), and when the amount of carbon impregnation was changed (Example 7, Comparative Examples 7 and 8), silicon was removed in step (e). When the impregnation temperature was changed (Example 8, Comparative Example

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、述べたように本発明の炭化ケイ素焼結体
は微細な炭化ケイ素結晶からなり、室温から高温
まで高い曲げ強度を有し、しかも高密度を有する
焼結体である。 この焼結体は従来知られたホウ素やアルミナ等
の焼結助剤を含まずとも3.0g/cm2以上の高い密
度を有していることから、不純物を極めて嫌うよ
うな半導体製造用の拡散炉用均熱管、パドル、舟
型治具等の構造部品、あるいは、耐蝕性治具、耐
摩耗部品、メカニカルシール等の摺動部品等に極
めて有用な材料である。
As described above, the silicon carbide sintered body of the present invention is made of fine silicon carbide crystals, has high bending strength from room temperature to high temperature, and has high density. This sintered body has a high density of 3.0 g/cm2 or more even without the conventional sintering aids such as boron and alumina, so it can be used for diffusion for semiconductor manufacturing, which is extremely sensitive to impurities. It is an extremely useful material for structural parts such as furnace soaking tubes, paddles, and boat-shaped jigs, as well as for sliding parts such as corrosion-resistant jigs, wear-resistant parts, and mechanical seals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも3.0g/cm3の密度を有し、炭化ケ
イ素結晶の平均径が10μm以下の炭化ケイ素焼結
体の製造方法において、 下記(a)〜(d)工程からなることを特徴とする炭化
ケイ素焼結体の製造方法。 (a) 遊離炭素含有量が10重量%以下、遊離シリカ
含有量が5重量%以下であつて、平均粒径が
10μm以下の炭化ケイ素粉末を所望の形状の生
成形体に成形する工程; (b) 前記生成形体を耐熱性の容器内に装入し、
1500〜2200℃の温度範囲内で焼成し、多孔質の
一次焼結体とする工程; (c) 前記一次焼結体に炭素質物質を含浸した後、
900〜2200℃の温度に加熱し、炭素質物質を炭
素化し、炭素・炭化ケイ素複合体とする工程; (d) 前記(c)工程で得られた炭素・炭化ケイ素複合
体を1500〜2200℃に維持し、炭素・炭化ケイ素
複合体の気孔中にシリコンを充填させた後、1
〜15時間保持する工程。 2 前記炭化ケイ素粉末は、少なくとも60重量%
がβ型炭化ケイ素である特許請求の範囲第1項記
載の製造方法。 3 前記(c)工程により得られる炭素・炭化ケイ素
複合体に含有される炭素を(b)工程により得られる
一次焼結体の気孔容積に対して0.3〜1.3g/cm3
割合で存在せしめる特許請求の範囲第1項記載の
製造方法。 4 前記炭化ケイ素粉末、炭素質物質および溶融
シリコンはいずれもアルカリ金属含有量が5ppm
以下、アルカリ土類金属含有量が20ppm以下、銅
含有量が5ppm以下、鉄含有量が20ppm以下、ア
ルミニウム含有量が100ppm以下であり、かつ前
記アルカリ金属、アルカリ土類金属、銅、鉄、お
よびアルミニウムの合計の含有量が200ppm以下
である特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
[Claims] 1. A method for producing a silicon carbide sintered body having a density of at least 3.0 g/cm 3 and an average diameter of silicon carbide crystals of 10 μm or less, comprising the following steps (a) to (d): A method for producing a silicon carbide sintered body, characterized by: (a) The free carbon content is 10% by weight or less, the free silica content is 5% by weight or less, and the average particle size is
A step of molding silicon carbide powder of 10 μm or less into a green body of a desired shape; (b) charging the green body into a heat-resistant container;
(c) After impregnating the primary sintered body with a carbonaceous material,
A step of heating the carbonaceous material to a temperature of 900 to 2,200°C to carbonize the carbonaceous material to form a carbon/silicon carbide composite; (d) Heat the carbon/silicon carbide composite obtained in the above step (c) to a temperature of 1,500 to 2,200°C. After filling the pores of the carbon-silicon carbide composite with silicon,
Holding process for ~15 hours. 2. The silicon carbide powder contains at least 60% by weight.
The manufacturing method according to claim 1, wherein is β-type silicon carbide. 3. Carbon contained in the carbon/silicon carbide composite obtained in step (c) is present at a ratio of 0.3 to 1.3 g/cm 3 based on the pore volume of the primary sintered body obtained in step (b). A manufacturing method according to claim 1. 4 The silicon carbide powder, carbonaceous material, and molten silicon each have an alkali metal content of 5 ppm.
or less, the alkaline earth metal content is 20 ppm or less, the copper content is 5 ppm or less, the iron content is 20 ppm or less, the aluminum content is 100 ppm or less, and the alkali metal, alkaline earth metal, copper, iron, The manufacturing method according to claim 1, wherein the total aluminum content is 200 ppm or less.
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