ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料
【課題】高剛性でかつ高熱伝導率のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を支障なく提供する。
【解決手段】ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料において、ＳｉＣ粒子が、粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が、８６〜９４体積％となるようにする。この場合、ＳｉＣ粒子の結晶相は、粗粉においてはα相のみであり、微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立する。
【解決手段】ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料において、ＳｉＣ粒子が、粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が、８６〜９４体積％となるようにする。この場合、ＳｉＣ粒子の結晶相は、粗粉においてはα相のみであり、微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ粒子の隙間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶製造装置や半導体製造装置におけるステージやチャック等の構成部材として、軽量で剛性が高く、熱膨張が小さいＳｉＣ／Ｓｉ（炭化ケイ素−シリコン）複合材料が好ましく用いられている。
【０００３】
このような複合材料の製造方法として、特許文献１には、ＳｉＣ粉末にフェノール樹脂（１０質量％）を添加し、これに金型による熱プレスを施してＳｉＣ含有率が７０体積％の成形体を作製し、これをプリフォームとしてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する方法が記載されている。この方法では、プリフォームをＳｉとともに炉内に設置して真空１２００℃で１２時間保持することにより脱脂してフェノール樹脂を炭化させ、その後、１５５０℃に昇温させて溶融Ｓｉを含浸させ、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得るようにしている。
【０００４】
一方、特許文献２には、反応焼結法を用いたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法が、記載されている。この方法においては、中心粒径が１．１μｍのＳｉＣを、水、カーボンブラック、及びＰＶＡとともに混合してスラリー状の混合粉体を調整し、この混合粉体を石膏型に鋳込んで得たグリーン体を仮焼してＳｉＣとカーボンからなる多孔体を作製し、そして該多孔体中にレゾール型のフェノール樹脂をＣＩＰ処理により含浸させた後、再度仮焼して得られたＳｉＣ多孔体に溶融Ｓｉを含浸させてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５０１８１号公報
【特許文献２】特許第４２６０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の反応焼結法を用いたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法によれば、得られるＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、高剛性ではあるが、ＳｉＣの微粉を使用しているため、熱伝導率が低い。
【０００７】
そこで、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の高剛性化を図るためには、上述のようなプリフォームを介してＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する方法において、プリフォームにＳｉを含浸させる際に生成されるＳｉＣを増大させることが考えられる。このためには、Ｓｉと反応するカーボン源を増大させるべく、プリフォームに含まれるフェノール樹脂又はカーボンを増やす必要がある。
【０００８】
しかし、フェノール樹脂を増やすと、プリフォームの開気孔率が低下し、プリフォームに変形や亀裂が生じたり、プリフォームにＳｉを含浸させたときにメタルベインといわれる層状又は亀裂状のＳｉ相が生じたりするおそれがある。
【０００９】
また、カーボンを増やすと、Ｓｉの含浸時にＳｉと化合してＳｉＣが生じることに伴う体積膨張によって、変形や亀裂が生じるおそれがある。また、カーボンの粒径によっては、ＳｉＣの生成に伴う発熱反応により、亀裂を生じるおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、高剛性でかつ高熱伝導率のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を支障なく提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、この目的を達成すべく鋭意研究した結果、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料中のＳｉＣ粒子が粒度の異なるものを含み、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率が所定の高い範囲の値であれば、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料が、従来にない高い剛性及び熱伝導率を同時に達成することを知見し、本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、第１の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料であって、ＳｉＣ粒子は粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が８６〜９４％であることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料のヤング率及び熱伝導率を、従来達成できなかった３８０ＧＰａ及び１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。ＳｉＣの充填率が８６％に満たない場合には、このヤング率及び熱伝導率を達成することができない。一方、ＳｉＣの充填率が９４を超える場合には、Ｓｉの含浸時に生じたＳｉの未含浸部分が発生し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料中にポアや未反応カーボンとして存在するので好ましくない。
【００１４】
第２の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１発明において、前記ＳｉＣ粒子の結晶相は、前記粗粉においてはα相のみであり、前記微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、該α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立することを特徴とする。
【００１５】
ここで、（１００−α）は、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際に使用されるプリフォームにおけるＳｉＣ粒子間の隙間の体積を示している。また、β／（１００−α）は、このＳｉＣ粒子間の隙間をβ−ＳｉＣがどの程度充填しているかを表している。β／（１００−α）の値と、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率とは相関関係にあり、６4≦β／（１００−α）≦８６は、上述のＳｉＣの充填率８６〜９４％に対応する。
【００１６】
したがって、β／（１００−α）が６４未満であれば、上述の３８０ＧＰａ以上のヤング率及び１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を達成することができず、８６を超える場合には、Ｓｉの含浸時に生じたＳｉの未含浸部分が存在するので好ましくない。
【００１７】
第３の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１又は第２発明において、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織におけるＳｉスポットの平均直径が１〜２０μｍであることを特徴とする。
【００１８】
ここで、Ｓｉスポットの平均直径は、Ｓｉ含浸経路の断面の平均直径に相当する。Ｓｉスポットの平均直径が１μｍ未満の場合、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際のＳｉ含浸工程において、炭素とＳｉとの結合により生成するβ−ＳｉＣは炭素の約２倍の体積を有するため、生成したβ−ＳｉＣによりＳｉの含浸経路が閉塞され、Ｓｉの未含浸が発生するので好ましくない。また、Ｓｉスポットの平均直径が２０μｍを超える場合には、プリフォーム強度が低下し、ハンドリングに十分な強度を確保できないため好ましくない。
【００１９】
第４の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１〜第３のいずれかの発明において、ヤング率が３８０〜４１３ＧＰａであり、かつ熱伝導率が１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする。これによれば、従来達成できなかったヤング率及び熱伝導率を達成し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の適用範囲を広げることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料である。そして、ＳｉＣ粒子は粒度が大きい粗粉及び粒度が粗粉よりも小さい微粉により構成され、ＳｉＣの充填率は８６〜９４体積％である。粗粉及び微粉の平均粒径は、たとえば２００μｍ及び２０μｍ程度である。
【００２１】
これにより、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、３８０〜４１３ＧＰａのヤング率、１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を達成している。
【００２２】
ＳｉＣの充填率のより好ましい範囲は、９０〜９４体積％である。この場合、４００ＧＰａ以上のヤング率、及び２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を達成することができる。
【００２３】
また、本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料では、ＳｉＣ粒子の結晶相は、粗粉においてはα相のみであり、微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在している。
【００２４】
ここでαは、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際に用いたプリフォームにおけるα−ＳｉＣによる充填率である。プリフォームにおいてはα−ＳｉＣのみが存在する。（１００−α）は、該プリフォームにおけるα−ＳｉＣ粒子間の隙間の割合に相当する。また、βは該プリフォームに対するＳｉの含浸時に生じたβ−ＳｉＣによる充填率に相当する。すなわち、β／（１００−α）は、α−ＳｉＣ粒子の隙間を、β−ＳｉＣがどの程度充填しているかを表す。
【００２５】
α−ＳｉＣの充填率αは、プリフォームを構成する原料の密度とその体積割合、及びプリフォームについて測定した嵩密度から求めることができる。なお、プリフォームにおける充填率αはすべてα−ＳｉＣ結晶によるものである。また、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料についてのＳｉＣ充填率α＋βは、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料について測定した嵩密度から複合則に基づいて求めることができる。
【００２６】
なお、微粉においてβ相のみが存在する場合は、プリフォームの形成が、粗粉のα−ＳｉＣのみを用いて行われたことを意味する。また、微粉においてβ相及びα相が混在している場合は、プリフォームの形成に使用された微粉のα−ＳｉＣと、プリフォーム中に添加された炭素とＳｉとが反応して生成した微粉のβ−ＳｉＣとが混在していることを意味する。
【００２７】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料においては、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織におけるＳｉスポットの平均直径は、１〜２０μｍが好ましい。
【００２８】
Ｓｉスポットの平均直径は、電子顕微鏡で観察したＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織像から画像処理ソフトでＳｉスポット部の面積を読み取り、等価な円の直径に換算した値を用いて算出することができる。
【００２９】
ここで、Ｓｉスポットの平均直径は、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造に使用したプリフォームにＳｉを含浸させたときの含浸経路における断面の平均直径に相当する。Ｓｉスポットの平均直径が１μｍ未満であると、Ｓｉの含浸時に生成したβ−ＳｉＣによりＳｉの含浸経路が閉塞され、Ｓｉの未含浸が発生した可能性がある。Ｓｉの未含浸部分が発生した場合、ポアや未反応カーボンが残留してＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の機械的特性を劣化させるおそれがあるので、好ましくない。
【００３０】
また、Ｓｉスポットの平均直径が２０μｍを超える場合には、プリフォーム強度が低下し、ハンドリングに十分な強度を確保できないため好ましくない。
【００３１】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、以上のようにして、支障なく、３８０〜４１３ＧＰａのヤング率、及び１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を、同時に達成している。さらに、より好ましい範囲のものとして、４００〜４１３ＧＰａのヤング率及び２００〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を達成することができる。このような、従来達成できなかったヤング率及び熱伝導率により、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の適用範囲を広げることができる。
【００３２】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造に際しては、まず、ＳｉＣ粉末、熱硬化性樹脂、及びカーボン粉末を含む混合物を熱プレス機により成形し、多孔質ＳｉＣ成形体であるプリフォームを得る。次に、このプリフォームを所定雰囲気下で脱脂し、Ｓｉを含浸させることによりＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得る。
【００３３】
ここで、ＳｉＣ粉末としては、研磨剤等として使用される比較的粒の粗い市販品を用いることができる。その場合、粒度の異なるＳｉＣ粉末を組み合わせて用いるのが好ましい。たとえば、平均粒径が２．０〜４０μｍの微粉と、平均粒径が４０〜３００μｍの粗粉とを組み合わせることによりＳｉＣ粉末の充填を高めることができる。
【００３４】
また、熱硬化性樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレ−ト樹脂、ケイ素樹脂等を用いることができる。フェノール樹脂は、脱脂後の残炭率が高いので好ましい。また、粉末状のものを用いるのが好ましい。たとえば、平均粒径１〜１００μｍの粉末状の樹脂を用いることができる。
【００３５】
ＳｉＣ粉末及び熱硬化性樹脂の混合は、乾式、湿式を問わず、種々の方法を採用することができる。十分に混合することで両者が分散し、均質なプリフォームを得ることができる。
【００３６】
ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の高剛性化を図るために、Ｓｉを含浸させるときの反応ＳｉＣの生成量をさらに増やしたい場合は、熱硬化性樹脂にカ−ボン粉末を添加することもできる。カーボン粉末としては、カーボンブラック、カーボンビーズ、コークス粉等を用いることができる。カーボン粉末の形態は、無定形、針状、球状を用いることができるが、高充填させるためには特に球状が好ましい。また、カーボン粉末の平均粒径は２〜２０μｍが好ましい。２μmより細かい場合はプリフォーム作製時にα−ＳｉＣの充填を阻害し、２０μmより大きい場合は炭素とＳｉが反応してβ−ＳｉＣが生成する際の発熱により割れが発生するからである。
【００３７】
混合物の成形方法としては、プレス成形、ＣＩＰ成形、湿式成形等を用いることができる。なかでも加熱しながら圧力を加える熱プレス成形が好ましい。熱プレスは、０．５〜３０ＭＰａの圧力で、１〜１２時間プレスすることが好ましい。また、熱硬化樹脂の硬化反応により生成する縮合水の蒸気の抜けを妨げないように、上記圧力でプレスを加えた後に、又はプレスを加えながら加熱することが好ましい。このように熱プレスの条件を制御することで、ＳｉＣ粉末の充填を高めることができる。
【００３８】
上記のように成形しプリフォームを得た後、有機バインダーを脱脂する。脱脂工程の雰囲気は非酸化雰囲気が好ましく、真空中、アルゴン若しくは窒素雰囲気中、又は減圧下でのアルゴン若しくは窒素のパーシャル圧気流中を採用することができる。なかでも真空雰囲気中又は減圧下でのＡｒガスのパーシャル圧気流中が好ましい。真空圧は１〜１００Ｐａ、パーシャル圧は１０〜１０００Ｐａとすることが好ましい。脱脂温度は、８００〜１２００℃が好ましい。また、脱脂工程中の昇温速度は３０℃／ｈｒ以下が好ましい。
【００３９】
プリフォ−ムにＳｉを浸透させる方法としては、たとえば、融点以上の温度に加熱され溶融したＳｉをプリフォームと接触させる方法を採用することができる。溶融したＳｉとプリフォーム中の炭素が反応してβ−ＳｉＣを生成する。浸透工程の雰囲気は、非酸化雰囲気が好ましく、真空中、またはアルゴン雰囲気を採用することができる。真空雰囲気の場合圧力は１〜１００Ｐａが好ましい。
【００４０】
浸透温度は、１４５０〜１６００℃とすることができる。このような範囲であれば、Ｓｉが十分に溶融するので浸透が進行し、またＳｉの揮発による不良も生じ難い。
【００４１】
このようなＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法により、上述のＳｉＣの充填率８６〜９４％を達成し、並びにα−ＳｉＣ及びβ−ＳｉＣの充填率に関する関係式６４≦β／（１００−α）≦８６を成立させるためには、プリフォームを得るために使用するＳｉＣ粉末、熱可塑性樹脂、カーボン粉末、プレス圧が適宜選択される。
【００４２】
たとえば、ＳｉＣ粉末として、平均粒径が２０８μｍの粗粉と、平均粒径が１８μｍの微粉とを６５／３５の重量比で配合したものを用い、熱硬化性樹脂として所定量のフェノール樹脂を用い、カーボン粉末として所定量のカーボンビーズを用い、３ＭＰａのプレス圧を付加し、１５０℃で３時間熱プレス成形することによりプリフォームを得ることが必要とされる。
【００４３】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。
［実施例１］
平均粒径が２０８μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が１８μｍのα−ＳｉＣを６５：３５の配合比で混合したＳｉＣ粉末に対して、脱脂後の不揮発分が５０％であるフェノール樹脂と、平均粒径が６μｍのカーボンビーズとを、フェノール樹脂の含有量が８ｗｔ％、カーボンビーズの含有量が７ｗｔ％となるように混合し、原料粉末を作製した。
【００４４】
次に、この原料粉末に熱プレス成形を施して多孔質ＳｉＣ成形体としてのプリフォームを得た。熱プレス成形は、原料粉末を金型に充填し、１５０℃に加熱しながら３ＭＰａのプレス圧を付加し３時間を費やして行った。
【００４５】
次に、得られたプリフォ−ムについて、１０Ｐａの真空雰囲気中１０００℃で脱脂し、その後、Ｓｉと共に１０Ｐａの真空雰囲気中で１６００℃の温度で３時間保持し、Ｓｉを含侵させることによりＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得た。
【００４６】
次に、このプリフォームにおけるα−ＳｉＣの充填率α、及びＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率α＋βを求め、β／（１００−α）を算出した。α及びα＋βはそれぞれ次の数１式及び数２式により求めた。
【００４７】
【数１】
【００４８】
【数２】
【００４９】
ただし、数１式中のａはプリフォームの嵩密度、ｂは空隙が無い場合のプリフォームの論理密度、ｃはプリフォーム中のα−ＳｉＣの体積分率である。数２式中のｄはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の密度、ｅはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉの密度、そしてｆはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの密度である。
【００５０】
なお、密度の値としては、ＳｉＣについては３．２ｇ／ｃｍ３、Ｓｉは２．３ｇ／ｃｍ３、フェノール樹脂は１．２ｇ／ｃｍ３、カーボンビーズは２．０ｇ／ｃｍ３を用いて計算した。
【００５１】
この結果をそれぞれ、表１における実施例１の「ＳｉＣ充填率 プリフォーム」、「ＳｉＣ充填率 ＭＭＣ」、及び「β−ＳｉＣ／空隙」の欄に示す。β／（１００−α）は、プリフォームにおけるＳｉＣ粒子間の空隙をＳｉの含浸により生じた生成ＳｉＣがどの程度充填しているかを示している。
【００５２】
なお、本実施例で使用した原料粉末におけるα−ＳｉＣの粒径と配合比、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量を、併せて表１における実施例１の「α−ＳｉＣ 粒径」、「α−ＳｉＣ 配合比」、「フェノール樹脂」、及び「カーボンビーズ」の欄に示す。
【００５３】
次に、得られたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料について、Ｓｉスポットの平均直径とヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を表１における実施例１の「Ｓｉ直径」、「ヤング率」及び「熱伝導率」の欄に示す。
【００５４】
［実施例２〜１９］
フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２〜１９の「フェノール樹脂」、及び「カーボンビーズ」の欄に示す各値とした以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２〜１９の欄に示す。
【００５５】
［実施例２０、２１］
ＳｉＣ粉末として、平均粒径が８８μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が１３μｍのα−ＳｉＣを７０：３０の配合比で混合したものを用い、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２０及び２１の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２０及び２１の欄に示す。
【００５６】
［実施例２２、２３］
ＳｉＣ粉末として、平均粒径が６０μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が９μｍのα−ＳｉＣを７０：３０の配合比で混合したものを用い、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２２及び２３の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２２及び２３の欄に示す。
【００５７】
［実施例２４〜２６］
ＳｉＣ粉末として平均粒径が２０８μｍ、８８μm、６０μmのα−ＳｉＣを単粒で用いて、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２４〜２６の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２４〜２６の欄に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
［比較例１〜１０］
使用したα−ＳｉＣの粒径と配合比、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、表２の比較例１〜１０の「α−ＳｉＣ 粒径」、「α−ＳｉＣ 配合比」、「フェノール樹脂」、「カーボンビーズ」の欄に示す各値としてプリフォームを形成したこと以外は、実施例１の場合と同様にしてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、表２の比較例１〜１０の欄に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
表１及び表２から、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣの充填率α＋βが、８６％（実施例２）〜９４％（実施例８、１９）の範囲内において、３８０ＧＰａ（実施例１０、２０、２６）〜４１３ＧＰａ（実施例８）の範囲内のヤング率を達成できることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においては、６４（実施例１０）≦β／（１００−α）≦８６（実施例８）が成立することがわかる。
【００６２】
一方、ＳｉＣの充填率α＋βが、８６％を下回る（比較例５〜８）場合には、ヤング率が３８０ＧＰａを下回ることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においてはβ／（１００−α）の値は６４を下回ることがわかる。
【００６３】
また、ＳｉＣの充填率α＋βが、９０％（実施例２４）〜９４％（実施例８）の範囲内においては、４００ＧＰａ（実施例２４）〜４１３ＧＰａ（実施例８）の範囲内のヤング率を達成できることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においては、７６≦β／（１００−α）≦８６が成立することがわかる。
【００６４】
Ｓｉスポットの平均直径が１μmを下回っている比較例１〜４、及び１０では未含浸が発生し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料組織中にポアや未反応カーボンが存在した。
【００６５】
Ｓｉスポットの平均直径が２０μmを上回っている比較例９ではプリフォーム強度が弱く、保形できずに割れた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ粒子の隙間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶製造装置や半導体製造装置におけるステージやチャック等の構成部材として、軽量で剛性が高く、熱膨張が小さいＳｉＣ／Ｓｉ（炭化ケイ素−シリコン）複合材料が好ましく用いられている。
【０００３】
このような複合材料の製造方法として、特許文献１には、ＳｉＣ粉末にフェノール樹脂（１０質量％）を添加し、これに金型による熱プレスを施してＳｉＣ含有率が７０体積％の成形体を作製し、これをプリフォームとしてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する方法が記載されている。この方法では、プリフォームをＳｉとともに炉内に設置して真空１２００℃で１２時間保持することにより脱脂してフェノール樹脂を炭化させ、その後、１５５０℃に昇温させて溶融Ｓｉを含浸させ、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得るようにしている。
【０００４】
一方、特許文献２には、反応焼結法を用いたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法が、記載されている。この方法においては、中心粒径が１．１μｍのＳｉＣを、水、カーボンブラック、及びＰＶＡとともに混合してスラリー状の混合粉体を調整し、この混合粉体を石膏型に鋳込んで得たグリーン体を仮焼してＳｉＣとカーボンからなる多孔体を作製し、そして該多孔体中にレゾール型のフェノール樹脂をＣＩＰ処理により含浸させた後、再度仮焼して得られたＳｉＣ多孔体に溶融Ｓｉを含浸させてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５０１８１号公報
【特許文献２】特許第４２６０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の反応焼結法を用いたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法によれば、得られるＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、高剛性ではあるが、ＳｉＣの微粉を使用しているため、熱伝導率が低い。
【０００７】
そこで、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の高剛性化を図るためには、上述のようなプリフォームを介してＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する方法において、プリフォームにＳｉを含浸させる際に生成されるＳｉＣを増大させることが考えられる。このためには、Ｓｉと反応するカーボン源を増大させるべく、プリフォームに含まれるフェノール樹脂又はカーボンを増やす必要がある。
【０００８】
しかし、フェノール樹脂を増やすと、プリフォームの開気孔率が低下し、プリフォームに変形や亀裂が生じたり、プリフォームにＳｉを含浸させたときにメタルベインといわれる層状又は亀裂状のＳｉ相が生じたりするおそれがある。
【０００９】
また、カーボンを増やすと、Ｓｉの含浸時にＳｉと化合してＳｉＣが生じることに伴う体積膨張によって、変形や亀裂が生じるおそれがある。また、カーボンの粒径によっては、ＳｉＣの生成に伴う発熱反応により、亀裂を生じるおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、高剛性でかつ高熱伝導率のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を支障なく提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、この目的を達成すべく鋭意研究した結果、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料中のＳｉＣ粒子が粒度の異なるものを含み、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率が所定の高い範囲の値であれば、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料が、従来にない高い剛性及び熱伝導率を同時に達成することを知見し、本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、第１の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料であって、ＳｉＣ粒子は粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が８６〜９４％であることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料のヤング率及び熱伝導率を、従来達成できなかった３８０ＧＰａ及び１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。ＳｉＣの充填率が８６％に満たない場合には、このヤング率及び熱伝導率を達成することができない。一方、ＳｉＣの充填率が９４を超える場合には、Ｓｉの含浸時に生じたＳｉの未含浸部分が発生し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料中にポアや未反応カーボンとして存在するので好ましくない。
【００１４】
第２の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１発明において、前記ＳｉＣ粒子の結晶相は、前記粗粉においてはα相のみであり、前記微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、該α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立することを特徴とする。
【００１５】
ここで、（１００−α）は、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際に使用されるプリフォームにおけるＳｉＣ粒子間の隙間の体積を示している。また、β／（１００−α）は、このＳｉＣ粒子間の隙間をβ−ＳｉＣがどの程度充填しているかを表している。β／（１００−α）の値と、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率とは相関関係にあり、６4≦β／（１００−α）≦８６は、上述のＳｉＣの充填率８６〜９４％に対応する。
【００１６】
したがって、β／（１００−α）が６４未満であれば、上述の３８０ＧＰａ以上のヤング率及び１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を達成することができず、８６を超える場合には、Ｓｉの含浸時に生じたＳｉの未含浸部分が存在するので好ましくない。
【００１７】
第３の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１又は第２発明において、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織におけるＳｉスポットの平均直径が１〜２０μｍであることを特徴とする。
【００１８】
ここで、Ｓｉスポットの平均直径は、Ｓｉ含浸経路の断面の平均直径に相当する。Ｓｉスポットの平均直径が１μｍ未満の場合、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際のＳｉ含浸工程において、炭素とＳｉとの結合により生成するβ−ＳｉＣは炭素の約２倍の体積を有するため、生成したβ−ＳｉＣによりＳｉの含浸経路が閉塞され、Ｓｉの未含浸が発生するので好ましくない。また、Ｓｉスポットの平均直径が２０μｍを超える場合には、プリフォーム強度が低下し、ハンドリングに十分な強度を確保できないため好ましくない。
【００１９】
第４の発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、第１〜第３のいずれかの発明において、ヤング率が３８０〜４１３ＧＰａであり、かつ熱伝導率が１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする。これによれば、従来達成できなかったヤング率及び熱伝導率を達成し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の適用範囲を広げることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料である。そして、ＳｉＣ粒子は粒度が大きい粗粉及び粒度が粗粉よりも小さい微粉により構成され、ＳｉＣの充填率は８６〜９４体積％である。粗粉及び微粉の平均粒径は、たとえば２００μｍ及び２０μｍ程度である。
【００２１】
これにより、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、３８０〜４１３ＧＰａのヤング率、１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を達成している。
【００２２】
ＳｉＣの充填率のより好ましい範囲は、９０〜９４体積％である。この場合、４００ＧＰａ以上のヤング率、及び２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を達成することができる。
【００２３】
また、本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料では、ＳｉＣ粒子の結晶相は、粗粉においてはα相のみであり、微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在している。
【００２４】
ここでαは、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を製造する際に用いたプリフォームにおけるα−ＳｉＣによる充填率である。プリフォームにおいてはα−ＳｉＣのみが存在する。（１００−α）は、該プリフォームにおけるα−ＳｉＣ粒子間の隙間の割合に相当する。また、βは該プリフォームに対するＳｉの含浸時に生じたβ−ＳｉＣによる充填率に相当する。すなわち、β／（１００−α）は、α−ＳｉＣ粒子の隙間を、β−ＳｉＣがどの程度充填しているかを表す。
【００２５】
α−ＳｉＣの充填率αは、プリフォームを構成する原料の密度とその体積割合、及びプリフォームについて測定した嵩密度から求めることができる。なお、プリフォームにおける充填率αはすべてα−ＳｉＣ結晶によるものである。また、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料についてのＳｉＣ充填率α＋βは、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料について測定した嵩密度から複合則に基づいて求めることができる。
【００２６】
なお、微粉においてβ相のみが存在する場合は、プリフォームの形成が、粗粉のα−ＳｉＣのみを用いて行われたことを意味する。また、微粉においてβ相及びα相が混在している場合は、プリフォームの形成に使用された微粉のα−ＳｉＣと、プリフォーム中に添加された炭素とＳｉとが反応して生成した微粉のβ−ＳｉＣとが混在していることを意味する。
【００２７】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料においては、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織におけるＳｉスポットの平均直径は、１〜２０μｍが好ましい。
【００２８】
Ｓｉスポットの平均直径は、電子顕微鏡で観察したＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の断面組織像から画像処理ソフトでＳｉスポット部の面積を読み取り、等価な円の直径に換算した値を用いて算出することができる。
【００２９】
ここで、Ｓｉスポットの平均直径は、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造に使用したプリフォームにＳｉを含浸させたときの含浸経路における断面の平均直径に相当する。Ｓｉスポットの平均直径が１μｍ未満であると、Ｓｉの含浸時に生成したβ−ＳｉＣによりＳｉの含浸経路が閉塞され、Ｓｉの未含浸が発生した可能性がある。Ｓｉの未含浸部分が発生した場合、ポアや未反応カーボンが残留してＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の機械的特性を劣化させるおそれがあるので、好ましくない。
【００３０】
また、Ｓｉスポットの平均直径が２０μｍを超える場合には、プリフォーム強度が低下し、ハンドリングに十分な強度を確保できないため好ましくない。
【００３１】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、以上のようにして、支障なく、３８０〜４１３ＧＰａのヤング率、及び１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を、同時に達成している。さらに、より好ましい範囲のものとして、４００〜４１３ＧＰａのヤング率及び２００〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を達成することができる。このような、従来達成できなかったヤング率及び熱伝導率により、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の適用範囲を広げることができる。
【００３２】
本発明に係るＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造に際しては、まず、ＳｉＣ粉末、熱硬化性樹脂、及びカーボン粉末を含む混合物を熱プレス機により成形し、多孔質ＳｉＣ成形体であるプリフォームを得る。次に、このプリフォームを所定雰囲気下で脱脂し、Ｓｉを含浸させることによりＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得る。
【００３３】
ここで、ＳｉＣ粉末としては、研磨剤等として使用される比較的粒の粗い市販品を用いることができる。その場合、粒度の異なるＳｉＣ粉末を組み合わせて用いるのが好ましい。たとえば、平均粒径が２．０〜４０μｍの微粉と、平均粒径が４０〜３００μｍの粗粉とを組み合わせることによりＳｉＣ粉末の充填を高めることができる。
【００３４】
また、熱硬化性樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレ−ト樹脂、ケイ素樹脂等を用いることができる。フェノール樹脂は、脱脂後の残炭率が高いので好ましい。また、粉末状のものを用いるのが好ましい。たとえば、平均粒径１〜１００μｍの粉末状の樹脂を用いることができる。
【００３５】
ＳｉＣ粉末及び熱硬化性樹脂の混合は、乾式、湿式を問わず、種々の方法を採用することができる。十分に混合することで両者が分散し、均質なプリフォームを得ることができる。
【００３６】
ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の高剛性化を図るために、Ｓｉを含浸させるときの反応ＳｉＣの生成量をさらに増やしたい場合は、熱硬化性樹脂にカ−ボン粉末を添加することもできる。カーボン粉末としては、カーボンブラック、カーボンビーズ、コークス粉等を用いることができる。カーボン粉末の形態は、無定形、針状、球状を用いることができるが、高充填させるためには特に球状が好ましい。また、カーボン粉末の平均粒径は２〜２０μｍが好ましい。２μmより細かい場合はプリフォーム作製時にα−ＳｉＣの充填を阻害し、２０μmより大きい場合は炭素とＳｉが反応してβ−ＳｉＣが生成する際の発熱により割れが発生するからである。
【００３７】
混合物の成形方法としては、プレス成形、ＣＩＰ成形、湿式成形等を用いることができる。なかでも加熱しながら圧力を加える熱プレス成形が好ましい。熱プレスは、０．５〜３０ＭＰａの圧力で、１〜１２時間プレスすることが好ましい。また、熱硬化樹脂の硬化反応により生成する縮合水の蒸気の抜けを妨げないように、上記圧力でプレスを加えた後に、又はプレスを加えながら加熱することが好ましい。このように熱プレスの条件を制御することで、ＳｉＣ粉末の充填を高めることができる。
【００３８】
上記のように成形しプリフォームを得た後、有機バインダーを脱脂する。脱脂工程の雰囲気は非酸化雰囲気が好ましく、真空中、アルゴン若しくは窒素雰囲気中、又は減圧下でのアルゴン若しくは窒素のパーシャル圧気流中を採用することができる。なかでも真空雰囲気中又は減圧下でのＡｒガスのパーシャル圧気流中が好ましい。真空圧は１〜１００Ｐａ、パーシャル圧は１０〜１０００Ｐａとすることが好ましい。脱脂温度は、８００〜１２００℃が好ましい。また、脱脂工程中の昇温速度は３０℃／ｈｒ以下が好ましい。
【００３９】
プリフォ−ムにＳｉを浸透させる方法としては、たとえば、融点以上の温度に加熱され溶融したＳｉをプリフォームと接触させる方法を採用することができる。溶融したＳｉとプリフォーム中の炭素が反応してβ−ＳｉＣを生成する。浸透工程の雰囲気は、非酸化雰囲気が好ましく、真空中、またはアルゴン雰囲気を採用することができる。真空雰囲気の場合圧力は１〜１００Ｐａが好ましい。
【００４０】
浸透温度は、１４５０〜１６００℃とすることができる。このような範囲であれば、Ｓｉが十分に溶融するので浸透が進行し、またＳｉの揮発による不良も生じ難い。
【００４１】
このようなＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の製造方法により、上述のＳｉＣの充填率８６〜９４％を達成し、並びにα−ＳｉＣ及びβ−ＳｉＣの充填率に関する関係式６４≦β／（１００−α）≦８６を成立させるためには、プリフォームを得るために使用するＳｉＣ粉末、熱可塑性樹脂、カーボン粉末、プレス圧が適宜選択される。
【００４２】
たとえば、ＳｉＣ粉末として、平均粒径が２０８μｍの粗粉と、平均粒径が１８μｍの微粉とを６５／３５の重量比で配合したものを用い、熱硬化性樹脂として所定量のフェノール樹脂を用い、カーボン粉末として所定量のカーボンビーズを用い、３ＭＰａのプレス圧を付加し、１５０℃で３時間熱プレス成形することによりプリフォームを得ることが必要とされる。
【００４３】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。
［実施例１］
平均粒径が２０８μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が１８μｍのα−ＳｉＣを６５：３５の配合比で混合したＳｉＣ粉末に対して、脱脂後の不揮発分が５０％であるフェノール樹脂と、平均粒径が６μｍのカーボンビーズとを、フェノール樹脂の含有量が８ｗｔ％、カーボンビーズの含有量が７ｗｔ％となるように混合し、原料粉末を作製した。
【００４４】
次に、この原料粉末に熱プレス成形を施して多孔質ＳｉＣ成形体としてのプリフォームを得た。熱プレス成形は、原料粉末を金型に充填し、１５０℃に加熱しながら３ＭＰａのプレス圧を付加し３時間を費やして行った。
【００４５】
次に、得られたプリフォ−ムについて、１０Ｐａの真空雰囲気中１０００℃で脱脂し、その後、Ｓｉと共に１０Ｐａの真空雰囲気中で１６００℃の温度で３時間保持し、Ｓｉを含侵させることによりＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を得た。
【００４６】
次に、このプリフォームにおけるα−ＳｉＣの充填率α、及びＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの充填率α＋βを求め、β／（１００−α）を算出した。α及びα＋βはそれぞれ次の数１式及び数２式により求めた。
【００４７】
【数１】
【００４８】
【数２】
【００４９】
ただし、数１式中のａはプリフォームの嵩密度、ｂは空隙が無い場合のプリフォームの論理密度、ｃはプリフォーム中のα−ＳｉＣの体積分率である。数２式中のｄはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料の密度、ｅはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉの密度、そしてｆはＳｉＣ／Ｓｉ複合材料におけるＳｉＣの密度である。
【００５０】
なお、密度の値としては、ＳｉＣについては３．２ｇ／ｃｍ３、Ｓｉは２．３ｇ／ｃｍ３、フェノール樹脂は１．２ｇ／ｃｍ３、カーボンビーズは２．０ｇ／ｃｍ３を用いて計算した。
【００５１】
この結果をそれぞれ、表１における実施例１の「ＳｉＣ充填率 プリフォーム」、「ＳｉＣ充填率 ＭＭＣ」、及び「β−ＳｉＣ／空隙」の欄に示す。β／（１００−α）は、プリフォームにおけるＳｉＣ粒子間の空隙をＳｉの含浸により生じた生成ＳｉＣがどの程度充填しているかを示している。
【００５２】
なお、本実施例で使用した原料粉末におけるα−ＳｉＣの粒径と配合比、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量を、併せて表１における実施例１の「α−ＳｉＣ 粒径」、「α−ＳｉＣ 配合比」、「フェノール樹脂」、及び「カーボンビーズ」の欄に示す。
【００５３】
次に、得られたＳｉＣ／Ｓｉ複合材料について、Ｓｉスポットの平均直径とヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を表１における実施例１の「Ｓｉ直径」、「ヤング率」及び「熱伝導率」の欄に示す。
【００５４】
［実施例２〜１９］
フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２〜１９の「フェノール樹脂」、及び「カーボンビーズ」の欄に示す各値とした以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２〜１９の欄に示す。
【００５５】
［実施例２０、２１］
ＳｉＣ粉末として、平均粒径が８８μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が１３μｍのα−ＳｉＣを７０：３０の配合比で混合したものを用い、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２０及び２１の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２０及び２１の欄に示す。
【００５６】
［実施例２２、２３］
ＳｉＣ粉末として、平均粒径が６０μｍのα−ＳｉＣ及び平均粒径が９μｍのα−ＳｉＣを７０：３０の配合比で混合したものを用い、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２２及び２３の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２２及び２３の欄に示す。
【００５７】
［実施例２４〜２６］
ＳｉＣ粉末として平均粒径が２０８μｍ、８８μm、６０μmのα−ＳｉＣを単粒で用いて、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、実施例２４〜２６の「フェノール樹脂」及び「カーボンビーズ」欄に示す各値としたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、実施例１の場合と同様にして、表１の実施例２４〜２６の欄に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
［比較例１〜１０］
使用したα−ＳｉＣの粒径と配合比、フェノール樹脂及びカーボンビーズの添加量をそれぞれ、表２の比較例１〜１０の「α−ＳｉＣ 粒径」、「α−ＳｉＣ 配合比」、「フェノール樹脂」、「カーボンビーズ」の欄に示す各値としてプリフォームを形成したこと以外は、実施例１の場合と同様にしてＳｉＣ／Ｓｉ複合材料を取得し、β／（１００−α）を算出し、Ｓｉスポットの平均直径、ヤング率及び熱伝導率を測定した。この結果を、表２の比較例１〜１０の欄に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
表１及び表２から、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料は、ＳｉＣの充填率α＋βが、８６％（実施例２）〜９４％（実施例８、１９）の範囲内において、３８０ＧＰａ（実施例１０、２０、２６）〜４１３ＧＰａ（実施例８）の範囲内のヤング率を達成できることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においては、６４（実施例１０）≦β／（１００−α）≦８６（実施例８）が成立することがわかる。
【００６２】
一方、ＳｉＣの充填率α＋βが、８６％を下回る（比較例５〜８）場合には、ヤング率が３８０ＧＰａを下回ることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においてはβ／（１００−α）の値は６４を下回ることがわかる。
【００６３】
また、ＳｉＣの充填率α＋βが、９０％（実施例２４）〜９４％（実施例８）の範囲内においては、４００ＧＰａ（実施例２４）〜４１３ＧＰａ（実施例８）の範囲内のヤング率を達成できることがわかる。また、この充填率α＋βの範囲においては、７６≦β／（１００−α）≦８６が成立することがわかる。
【００６４】
Ｓｉスポットの平均直径が１μmを下回っている比較例１〜４、及び１０では未含浸が発生し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合材料組織中にポアや未反応カーボンが存在した。
【００６５】
Ｓｉスポットの平均直径が２０μmを上回っている比較例９ではプリフォーム強度が弱く、保形できずに割れた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料であって、ＳｉＣ粒子は粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が８６〜９４体積％であることを特徴とするＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項２】
前記ＳｉＣ粒子の結晶相は、前記粗粉においてはα相のみであり、前記微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、該α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項３】
断面組織におけるＳｉスポットの平均直径が１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項４】
ヤング率が３８０〜４１３ＧＰａであり、かつ熱伝導率が１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項１】
ＳｉＣ粒子の間にＳｉが充填された構造を有するＳｉＣ／Ｓｉ複合材料であって、ＳｉＣ粒子は粒度が異なる粗粉及び微粉により構成され、ＳｉＣの充填率が８６〜９４体積％であることを特徴とするＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項２】
前記ＳｉＣ粒子の結晶相は、前記粗粉においてはα相のみであり、前記微粉においてはβ相のみであるか又はβ相及びα相が混在しており、該α相及びβ相の結晶の含有率をそれぞれα体積％及びβ体積％とすれば、６４≦β／（１００−α）≦８６が成立することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項３】
断面組織におけるＳｉスポットの平均直径が１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【請求項４】
ヤング率が３８０〜４１３ＧＰａであり、かつ熱伝導率が１９０〜２１４Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ／Ｓｉ複合材料。
【公開番号】特開２０１２−１４４３８９（Ｐ２０１２−１４４３８９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３０（Ｐ２０１１−２５３０）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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