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特開2024-145464複合材料焼結体、接合体、半導体製造装置用部材、および、複合材料焼結体の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024145464
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】複合材料焼結体、接合体、半導体製造装置用部材、および、複合材料焼結体の製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 35/56 20060101AFI20241004BHJP
C04B 35/577 20060101ALI20241004BHJP
C04B 35/58 20060101ALI20241004BHJP
C04B 37/00 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
C04B35/56 260
C04B35/577
C04B35/58 092
C04B37/00 B
C04B37/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023057826
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(74)【代理人】
【識別番号】100134991
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 和樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148507
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 弘行
(72)【発明者】
【氏名】井畑 佳奈
(72)【発明者】
【氏名】永井 明日美
(72)【発明者】
【氏名】井上 勝弘
【テーマコード（参考）】
4G026
【Ｆターム（参考）】
4G026BA12
4G026BA14
4G026BB16
4G026BF31
4G026BF57
4G026BG02
4G026BH13
(57)【要約】
【課題】従来とは異なる構成相からなり、窒化アルミニウムとの線熱膨張係数差が従来と同等かあるいは従来よりも小さく、かつ、緻密質の複合材料焼結体を提供する。
【解決手段】複合材料焼結体が、炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下である、ようにした。
【選択図】図１
【解決手段】複合材料焼結体が、炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下である、ようにした。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項2】
請求項１に記載の複合材料焼結体であって、
４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、窒化アルミニウムの４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、窒化アルミニウムの４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項3】
請求項２に記載の複合材料焼結体であって、
開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項4】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
炭化珪素の個々の結晶粒子の表面が、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方にて覆われていることにより、炭化珪素の結晶粒子同士の間隙に、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方の結晶粒子が存在する、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
炭化珪素の個々の結晶粒子の表面が、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方にて覆われていることにより、炭化珪素の結晶粒子同士の間隙に、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方の結晶粒子が存在する、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項5】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
珪化タングステンの含有量が、炭化珪素の含有量よりも大きい、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
珪化タングステンの含有量が、炭化珪素の含有量よりも大きい、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項6】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項7】
請求項６に記載の複合材料焼結体であって、
４点曲げ強度が３５０ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
４点曲げ強度が３５０ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項8】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項9】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２である、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項10】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合材料焼結体であって、
ヤング率が２７３ＧＰａ～５９４ＧＰａである、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
ヤング率が２７３ＧＰａ～５９４ＧＰａである、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項11】
請求項１０に記載の複合材料焼結体であって、
ヤング率が４６０ＧＰａ～５９４ＧＰａである、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
ヤング率が４６０ＧＰａ～５９４ＧＰａである、
ことを特徴とする複合材料焼結体。
【請求項12】
第１部材と第２部材とを接合してなる接合体であって、
前記第１部材が、
炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
複合材料焼結体からなり、
前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、
ことを特徴とする接合体。
前記第１部材が、
炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
複合材料焼結体からなり、
前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、
ことを特徴とする接合体。
【請求項13】
請求項１２に記載の接合体であって、
前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする接合体。
前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする接合体。
【請求項14】
請求項１３に記載の接合体であって、
前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする接合体。
前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする接合体。
【請求項15】
請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の接合体であって、
前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、
ことを特徴とする接合体。
前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、
ことを特徴とする接合体。
【請求項16】
第１部材と第２部材とを接合してなる接合体を備えた半導体製造装置用部材であって、
前記第１部材が、前記第２部材を冷却するための冷却部材であって、
炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
複合材料焼結体からなり、
前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
前記第１部材が、前記第２部材を冷却するための冷却部材であって、
炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、
炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、
開気孔率が１％以下である、
複合材料焼結体からなり、
前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項17】
請求項１６に記載の半導体製造装置用部材であって、
前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項18】
請求項１７に記載の半導体製造装置用部材であって、
前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項19】
請求項１６ないし請求項１８のいずれかに記載の半導体製造装置用部材であって、
前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、
ことを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項20】
複合材料焼結体の製造方法であって、
ＳｉＣ粉末と、ＷＳｉ２粉末と、ＷＣ粉末またはＷ粉末とを混合して粉体混合物を得る混合工程と、
前記粉体混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を不活性雰囲気下でホットプレス焼成する焼成工程と、
を備え、
前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末または１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％のＷ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合し、
前記焼成工程においては、最高温度を１７００℃～１８５０℃とし、プレス圧力を２２５ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２とする、
ことを特徴とする複合材料焼結体の製造方法。
ＳｉＣ粉末と、ＷＳｉ２粉末と、ＷＣ粉末またはＷ粉末とを混合して粉体混合物を得る混合工程と、
前記粉体混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を不活性雰囲気下でホットプレス焼成する焼成工程と、
を備え、
前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末または１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％のＷ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合し、
前記焼成工程においては、最高温度を１７００℃～１８５０℃とし、プレス圧力を２２５ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２とする、
ことを特徴とする複合材料焼結体の製造方法。
【請求項21】
請求項２０に記載の複合材料焼結体の製造方法であって、
前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～１３．１ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～３９．１ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合する、
ことを特徴とする複合材料焼結体の製造方法。
前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～１３．１ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～３９．１ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合する、
ことを特徴とする複合材料焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複合材料焼結体に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体プロセス中で高温化する静電チャックには、放熱のために冷却板が接合されている。例えば、静電チャックの材料がアルミナである場合の冷却板の構成材として好適な、炭化珪素、珪化チタン、チタンシリコンカーバイド、および炭化チタンからなる複合材料の緻密質の焼結体が、すでに公知である（例えば、特許文献１参照）。係る複合材料焼結体は、アルミナとの線熱膨張係数の差が小さく、かつ、緻密かつ高強度という特徴を有する。
【0003】
また、静電チャックの材料が窒化アルミニウムである場合の冷却板の構成材として好適な、炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、および炭化チタンからなる複合材料の緻密質の焼結体も、すでに公知である（例えば、特許文献２参照）。係る複合材料焼結体は、窒化アルミニウムとの線熱膨張係数差が小さく、かつ、緻密かつ高強度という特徴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－１９８６６２号公報
【特許文献2】特開２０１４－２０８５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
窒化アルミニウムの４０℃～５７０℃における線熱膨張係数は５．１ｐｐｍ／Ｋであるところ、特許文献２に開示された複合材料の４０℃～５７０℃における線熱膨張係数の好適な範囲は、５．４ｐｐｍ／Ｋ～６．０ｐｐｍ／Ｋとされている。特許文献２に開示されたようなＴｉ－Ｓｉ－Ｃ系の複合材料焼結体において、５．１ｐｐｍ／Ｋなる線熱膨張係数を実現しようとすると、炭化珪素を増量する必要があるが、係る場合、当該複合材料焼結体の緻密性が低下し、静電チャックの冷却板には適さなくなる、という問題がある。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる構成相からなり、窒化アルミニウムとの線熱膨張係数差が従来と同等かあるいは従来よりも小さく、かつ、緻密質の複合材料焼結体を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、複合材料焼結体であって、炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下である、ことを特徴とする。
【0008】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係る複合材料焼結体であって、４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、窒化アルミニウムの４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、ことを特徴とする。
【0009】
本発明の第３の態様は、第２の態様に係る複合材料焼結体であって、開気孔率が０．１％以下である、ことを特徴とする。
【0010】
本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、炭化珪素の個々の結晶粒子の表面が、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方にて覆われていることにより、炭化珪素の結晶粒子同士の間隙に、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方の結晶粒子が存在する、ことを特徴とする。
【0011】
本発明の第５の態様は、第１ないし第４の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、珪化タングステンの含有量が、炭化珪素の含有量よりも大きい、ことを特徴とする。
【0012】
本発明の第６の態様は、第１ないし第５の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上である、ことを特徴とする。
【0013】
本発明の第７の態様は、第６の態様に係る複合材料焼結体であって、４点曲げ強度が３５０ＭＰａ以上である、ことを特徴とする。
【0014】
本発明の第８の態様は、第１ないし第７の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、ことを特徴とする。
【0015】
本発明の第９の態様は、第１ないし第８の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２である、ことを特徴とする。
【0016】
本発明の第１０の態様は、第１ないし第９の態様のいずれかに係る複合材料焼結体であって、ヤング率が２７３ＧＰａ～５９４ＧＰａである、ことを特徴とする。
【0017】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に係る複合材料焼結体であって、ヤング率が４６０ＧＰａ～５９４ＧＰａである、ことを特徴とする。
【0018】
本発明の第１２の態様は、第１部材と第２部材とを接合してなる接合体であって、前記第１部材が、炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下である、複合材料焼結体からなり、前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、ことを特徴とする。
【0019】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に係る接合体であって、前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、ことを特徴とする。
【0020】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に係る接合体であって、前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、ことを特徴とする。
【0021】
本発明の第１５の態様は、第１２ないし第１４の態様のいずれかに係る接合体であって、前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、ことを特徴とする。
【0022】
本発明の第１６の態様は、第１部材と第２部材とを接合してなる接合体を備えた半導体製造装置用部材であって、前記第１部材が、前記第２部材を冷却するための冷却部材であって、炭化珪素と、珪化タングステンと、炭化タングステンとから構成され、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下である、複合材料焼結体からなり、前記第２部材が窒化アルミニウムからなる、ことを特徴とする。
【0023】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様に係る半導体製造装置用部材であって、前記第１部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数と、前記第２部材の４０℃～５５０℃での熱膨張係数との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、ことを特徴とする。
【0024】
本発明の第１８の態様は、第１７の態様に係る半導体製造装置用部材であって、前記第１部材の開気孔率が０．１％以下である、ことを特徴とする。
【0025】
本発明の第１９の態様は、第１６ないし第１７の態様のいずれかに係る半導体製造装置用部材であって、前記第１部材と前記第２部材とが金属接合されてなる、ことを特徴とする。
【0026】
本発明の第２０の態様は、複合材料焼結体の製造方法であって、ＳｉＣ粉末と、ＷＳｉ２粉末と、ＷＣ粉末またはＷ粉末とを混合して粉体混合物を得る混合工程と、前記粉体混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を不活性雰囲気下でホットプレス焼成する焼成工程と、を備え、前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末または１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％のＷ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合し、前記焼成工程においては、最高温度を１７００℃～１８５０℃とし、プレス圧力を２２５ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２とする、ことを特徴とする。
【0027】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様に係る複合材料焼結体の製造方法であって、前記混合工程においては、５．７ｗｔ％～１３．１ｗｔ％のＳｉＣ粉末と、１２．５ｗｔ％～３９．１ｗｔ％のＷＳｉ２粉末と、４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣ粉末とを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように混合する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明の第１ないし第１１、第２０、および第２１の態様によれば、窒化アルミニウムと接合されて冷熱サイクル下で使用された場合においても剥離が生じにくい、緻密質の複合材料焼結体が得られる。
【0029】
また、本発明の第１２ないし第１９の態様によれば、接合体が冷熱サイクル下で使用されたとしても、部材の剥離が生じにくいので、係る接合体を備えた半導体製造装置用部材の耐用寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】複合材料焼結体の断面ＳＥＭ像の一例である。
【図2】複合材料焼結体における炭化珪素の含有量と、開気孔率との関係を示すグラフである。
【図3】ホットプレス焼成における温度および圧力のプロファイルの例である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
＜複合材料焼結体＞
本実施の形態に係る複合材料焼結体は、炭化珪素（ＳｉＣ）と、珪化タングステンと、炭化タングステン（ＷＣ）とを結晶相として含有する、複合材料焼結体である。本実施の形態に係る複合材料焼結体は、これらの結晶相の合計重量比を１００ｗｔ％としたときに、炭化珪素（ＳｉＣ）を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有する。好ましくは、珪化タングステンの含有量が、炭化珪素の含有量よりも大きい。珪化タングステンは、具体的には、ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３である。
本実施の形態に係る複合材料焼結体は、炭化珪素（ＳｉＣ）と、珪化タングステンと、炭化タングステン（ＷＣ）とを結晶相として含有する、複合材料焼結体である。本実施の形態に係る複合材料焼結体は、これらの結晶相の合計重量比を１００ｗｔ％としたときに、炭化珪素（ＳｉＣ）を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有する。好ましくは、珪化タングステンの含有量が、炭化珪素の含有量よりも大きい。珪化タングステンは、具体的には、ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３である。
【0032】
本実施の形態に係る複合材料焼結体がＳｉＣ、珪化タングステン、および炭化タングステンを結晶相として含有していることは、当該焼結体を粉砕した粉末のＸ線回折測定により確認される。また、それぞれの物質の含有量は、Ｘ線回折測定プロファイルの回折ピークに基づいて求めた値（簡易定量値）とする。
【0033】
また、本実施の形態に係る複合材料焼結体は、開気孔率が１％以下の緻密なもの（緻密質複合材料焼結体）である。なお、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。
【0034】
より詳細には、本実施の形態に係る複合材料焼結体において炭化珪素の個々の結晶粒子の表面は、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方にて覆われている。これにより、炭化珪素の結晶粒子同士の間隙には、珪化タングステンまたは炭化タングステンの少なくとも一方の結晶粒子が存在している。
【0035】
図１は、本実施の形態に係る複合材料焼結体の断面ＳＥＭ像の一例である。図１においては、明度が低い（暗い）順に、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、ＷＣ、Ｗ５Ｓｉ３の４つの結晶相の像が視認される。より詳細には、ほぼ黒色である個々のＳｉＣの結晶粒子は互いに離隔しており、それぞれの結晶粒子の周囲を、ＷＳｉ２、ＷＣ、Ｗ５Ｓｉ３の結晶粒子が隙間なく覆っている様子が確認される。
【0036】
炭化珪素の含有量が多く、炭化珪素の粒子が高頻度に分散する焼結体では、当該粒子間に気孔が多く生じ得るが、本実施の形態に係る複合材料焼結体の場合、炭化珪素粒子表面が他の結晶相の粒子にて覆われているため、そのような気孔はほとんど形成されない。これにより、本実施の形態に係る複合材料焼結体は、緻密質でありかつ高強度なものとなっている。
【0037】
好ましくは、本実施の形態に係る複合材料焼結体の開気孔率は０．１％以下である。係る開気孔率をみたす複合材料焼結体は、極めて優れた緻密性を有し、かつ極めて高強度なものとなっている。
【0038】
図２は、異なる作製条件にて作製された種々の複合材料焼結体における炭化珪素の含有量と、開気孔率との関係を示すグラフである。具体的には、後述するホットプレス時の最高温度とプレス圧力の条件が違えられており、図２においては、ホットプレス時の最高温度に応じて、データをプロットしている。図２においては、複合材料焼結体における炭化珪素の含有量が多くなるほど、開気孔率が大きくなる傾向が確認される。特に、炭化珪素の含有量が概ね５０ｗｔ％以下の範囲では、作製条件を好適に設定することで、開気孔率が１％以下である複合材料焼結体が作製できることがわかる。さらには、炭化珪素の含有量が概ね３０ｗｔ％以下の範囲では、開気孔率が０．１％以下である複合材料焼結体も作製できることもわかる。一方で、炭化珪素の含有量が５０ｗｔ％を上回る場合、開気孔率の小さい複合材料焼結体を得ることが困難となるため、好ましくない。
【0039】
本実施の形態に係る複合材料焼結体の線熱膨張係数は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の線熱膨張係数と同程度である。なお、以降においては、線熱膨張係数を単に熱膨張係数とも称する。
【0040】
具体的には、本実施の形態に係る複合材料焼結体の４０℃～５５０℃における熱膨張係数は、４０℃～５５０℃における窒化アルミニウムの平均熱膨張係数（５．１ｐｐｍ／Ｋ）との差が、０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である。具体的には、本実施の形態に係る複合材料焼結体の４０℃～５５０℃における熱膨張係数は４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋであり、好ましくは、４．８～５．３ｐｐｍ／Ｋである。
【0041】
また、本実施の形態に係る複合材料焼結体は、熱伝導性に優れている。その熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【0042】
本実施の形態に係る複合材料焼結体は、強度にも優れている。具体的には、４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であり、好ましくは３５０ＭＰａ以上であり、より好ましくは４２０ＭＰａ以上である。
【0043】
また、本実施の形態に係る複合材料焼結体の破壊靭性値（Ｋ１ｃ）は６．０ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２であり、好ましくは、６．２ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２である。
【0044】
さらに、本実施の形態に係る複合材料焼結体のヤング率は、２７３ＧＰａ～５９４ＧＰａであればよく、好ましくは３３０ＧＰａ～５９４ＧＰａであり、より好ましくは４６０ＧＰａ～５９４ＧＰａである。
【0045】
＜接合体＞
上述のように、本実施の形態に係る複合材料焼結体は、窒化アルミニウムと同程度の熱膨張係数を有する。それゆえ、本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる部材（第１部材）を窒化アルミニウムで作製された部材（第２部材）に接合（例えば金属接合）した接合体を、低温と高温が繰り返される冷熱サイクル下で使用したとしても、両部材の剥離は生じにくい。
上述のように、本実施の形態に係る複合材料焼結体は、窒化アルミニウムと同程度の熱膨張係数を有する。それゆえ、本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる部材（第１部材）を窒化アルミニウムで作製された部材（第２部材）に接合（例えば金属接合）した接合体を、低温と高温が繰り返される冷熱サイクル下で使用したとしても、両部材の剥離は生じにくい。
【0046】
係る接合体は、例えば半導体製造装置用部材に適用可能である。例えば、本実施の形態に係る複合材料焼結体にて作製された冷却板（第１部材）と、窒化アルミニウムで作製された静電チャック（第２部材）とを、アルミニウム又はその合金を主成分とする接合材で接合した半導体製造装置用部材などが挙げられる。
【0047】
係る接合体あるいは半導体製造装置用部材においては、第１部材と第２部材との線熱膨張係数差がきわめて小さいため、冷熱サイクル下で使用しても第１部材が第２部材から剥離しにくい。
【0048】
しかも、本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる第１部材は、熱伝導率が十分に高いため、窒化アルミニウムからなる第２部材が持つ熱を効率よく逃がすことができ、第２部材を効率よく冷却することができる。
【0049】
さらには、本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる第１部材は緻密性が十分に高く、内部に冷却液を通過させる構造とすることができる。係る場合、第２部材の冷却効率が一層向上する。
【0050】
加えて、本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる第１部材は、強度が十分に高いため、半導体製造装置用部材を製造するための加工や接合の際に生じる応力や、完成した当該部材として使用する際の温度差によって生じる応力にも、十分に耐えることができる。
【0051】
すなわち、本実施の形態に係る複合材料焼結体を静電チャックの冷却板として使用することにより、半導体製造装置用部材の耐用寿命を向上させることができる。
【0052】
＜複合材料焼結体の製造方法＞
次に、本実施の形態に係る複合材料焼結体の製造方法について説明する。本実施の形態においては、概略、所定の重量比にて秤量した原料粉末を混合し、これにより得られた混合粉末を所定の形状に成形した後、得られた成形体をホットプレス焼成する、という手順により、所望の複合材料焼結体を得る。
次に、本実施の形態に係る複合材料焼結体の製造方法について説明する。本実施の形態においては、概略、所定の重量比にて秤量した原料粉末を混合し、これにより得られた混合粉末を所定の形状に成形した後、得られた成形体をホットプレス焼成する、という手順により、所望の複合材料焼結体を得る。
【0053】
原料粉末としては、５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％のＳｉＣと、１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％のＷＳｉ２と、１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％のタングステン（Ｗ）または４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％のＷＣとを、重量比の合計が１００ｗｔ％となるように、用意する。好ましくは、ＳｉＣの重量比は６．０ｗｔ％以上１３．１ｗｔ％以下とする。
【0054】
ＳｉＣの原料粉末の粒径は特に限定されないが、平均粒径が２μｍ～３５μｍであることが好ましい。また、粗粒（例えば平均粒径１５μｍ～３５μｍ）のみを用いてもよいし、細粒（例えば平均粒径２μｍ～１０μｍ）のみを用いてもよいし、粗粒と細粒とを混合して用いてもよい。
【0055】
なお、平均粒径が２μｍよりも小さいＳｉＣ粉末を用いる場合、混合粉末におけるＳｉＣ比が大きいとＳｉＣ粒子の表面積が増加するために焼結性が低下し、緻密な焼結体が得られにくい。一方、平均粒径が３５μｍよりも大きいＳｉＣ粉末を用いる場合、焼結性には問題がないとしても、十分な強度が得られない可能性がある。
【0056】
原料粉末の混合としては、高速流動混合機を用いた乾式混合が例示される。例えば、原料粉末の合計重量が３００ｇ～５００ｇ程度であれば、高速流動混合機の攪拌羽の回転数を１０００ｒｐｍ～１５００ｒｐｍ程度に設定し、１０分～１５分間の攪拌を行うのが好適である。
【0057】
あるいは、イソプロピルアルコールを溶媒とする、ナイロン製のポットと鉄芯入りナイロンボールを用いた湿式混合を行う態様であってもよい。係る場合、混合により得られるスラリーを例えば窒素気流中などで、１１０℃で１６ｈｒ乾燥させた後、篩に通すことにより、混合粉末が得られる。
【0058】
混合粉末を成形した成形体のホットプレス焼成は、不活性雰囲気にて行う。不活性雰囲気としては、例えば、真空雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。
【0059】
ホットプレス時の圧力（プレス圧力）は２２５ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２が好ましく、２５０ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２がより好ましい。圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２未満とするのは、焼結体が緻密化せず、開気孔率が１％を上回るため、好ましくない。
【0060】
ホットプレス時の温度は、最高温度を１７００℃～１８５０℃とするのが好ましく、１７７０℃～１８３０℃とするのがより好ましい。なお、最高温度を１９００℃以上とするのは、材料が溶融し、所望の形状の焼結体が得られないため、好ましくない。一方、最高温度を１７００℃未満とするのは、焼結が十分に進行しないため、好ましくない。
【0061】
具体的なホットプレス時の圧力と温度のプロファイル（以下、ホットプレス条件）は、粉体混合物の組成（各原料粉末の重量比）や原料粉の粒径、成形体のサイズ、形状などに応じて、上述の好ましい範囲内で適宜に設定すればよい。なお、混合粉末における炭化珪素の重量比が小さいほど焼結が進行しやすく、それゆえ緻密化が実現されるホットプレス条件の許容範囲が比較的広い傾向がある。また、炭化珪素に粗粒のみを用いる場合に比べて、粗粒と細粒とを混合して用いた場合の方が、緻密化が実現されるホットプレス条件の許容範囲が比較的広い傾向がある。
【0062】
また、焼成時間についても、ホットプレス条件や成形体のサイズ、形状などに応じて、適宜に設定すればよい。例えば、直径５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ程度の円盤状成形体がホットプレス焼成される場合であれば、最高温度における保持時間を４時間～８時間の範囲で設定するのが好適である。
【0063】
＜接合体の製造方法＞
本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる第１部材と、窒化アルミニウムで作製された第２部材とを接合してなる接合体を得る方法（接合方法）について説明する。係る接合方法には、両部材が金属の接合層を介して接合されてなる金属接合と両部材が直接に接合されてなる直接接合の２通りがある。
本実施の形態に係る複合材料焼結体からなる第１部材と、窒化アルミニウムで作製された第２部材とを接合してなる接合体を得る方法（接合方法）について説明する。係る接合方法には、両部材が金属の接合層を介して接合されてなる金属接合と両部材が直接に接合されてなる直接接合の２通りがある。
【0064】
金属接合の場合は、例えば円盤状などの所定の形状に加工した本実施の形態に係る複合材料焼結体に、アルミニウム製の金属箔と、緻密質の窒化アルミニウム焼結体とをこの順に積層した積層体を、焼成用黒鉛モールドに収納し、不活性ガス雰囲気下でホットプレス焼成すればよい。不活性雰囲気としては、例えば、真空雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。
【0065】
金属箔の厚みは１８０μm～２２０μｍ程度であればよい。また、複合材料焼結体と、金属箔と、窒化アルミニウムのそれぞれの積層面は、同形とするのが好ましい。
【0066】
ホットプレス焼成は、最高温度を１７７０℃～１８３０℃とし、プレス圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２なる範囲の値に設定し、最高温度における保持時間を４時間～８時間とすればよい。これにより、界面に剥離やボイドのない接合体（金属接合体）が得られる。
【0067】
直接接合の場合はまず、本実施の形態に係る複合材料焼結体を得ることが可能な組成比の粉体混合物を所定の加圧条件にて一軸加圧成形することにより、例えば円盤状の成形体を得る。続いて、係る成形体に緻密質の窒化アルミニウム焼結体を積層した積層体を、焼成用黒鉛モールドに収納し、不活性ガス雰囲気下でホットプレス焼成すればよい。不活性雰囲気としては、例えば、真空雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。
【0068】
係る場合、成形体と窒化アルミニウムのそれぞれの積層面は、同形とするのが好ましい。
【0069】
ホットプレス焼成は、最高温度を１７７０℃～１８３０℃とし、プレス圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ２～３００ｋｇｆ／ｃｍ２なる範囲の値に設定し、最高温度における保持時間を４時間～８時間とすればよい。これにより、界面に剥離やボイドのない接合体（直接接合体）が得られる。
【実施例0070】
原料粉末の組成およびホットプレス条件の組み合わせを違えた２６通りの実験例にて、複合材料焼結体の作製および評価を試みた。なお、以降においては、同じ実験例についての粉体混合物、成形体、焼成体について、その状態を区別せずサンプルと称することがある。
【0071】
＜原料粉末＞
原料粉末としては、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ、ＷＣを用意した。
原料粉末としては、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ、ＷＣを用意した。
【0072】
ＳｉＣの原料粉末としては、粒度が異なる３通りの市販品を用意した。具体的には、平均粒径が３６μｍ（以下、＃５００品と称する）、１５μｍ（同＃１０００品）、および３μｍ（同＃６０００品）の３通りの粉末を用意した。純度はいずれも９９％以上であった。
【0073】
また、ＷＳｉ２の原料粉末としては、純度が９９％以上で平均粒径が６μｍの市販品を使用した。ＷＣの原料粉末としては、純度が９９％以上で平均粒径が２μｍの市販品を使用した。Ｗの原料粉末としては、純度が９９％以上で平均粒径が２．３μｍの市販品を使用した。
【0074】
＜焼結体の作製＞
全ての実験例の原料組成とホットプレス条件とを、表１に一覧にして示す。なお、表１においては、ホットプレス焼成を行ったときのサンプルの溶融の有無についても併せて示している。
全ての実験例の原料組成とホットプレス条件とを、表１に一覧にして示す。なお、表１においては、ホットプレス焼成を行ったときのサンプルの溶融の有無についても併せて示している。
【0075】
【表1】
【0076】
いずれの実験例においても、複合材料焼結体の作製にあたってはまず、ＳｉＣ原料粉末と、ＷＳｉ２原料粉末と、ＷＣ原料粉末またはＷ原料粉末とを、表１に示す組成比（重量比）となるように、合計で３００ｇ秤量した。秤量した３種類の粉末を、粉体投入部の容量が１．８Ｌである高速流動混合機に投入し、１５００ｒｐｍで１０分間、攪拌・混合することにより、粉体混合物を得た。
【0077】
得られたそれぞれの実験例の粉体混合物を、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で一軸加圧成形し、直径が５０ｍｍで厚さが１５ｍｍ程度の円盤状の成形体を作製した。作製した成形体を、焼成用黒鉛モールドに収納した。
【0078】
そして、係る成形体をホットプレス焼成することにより、複合材料焼結体を得た。ホットプレス焼成では、最高温度を１６５０℃、１７００℃、１７７０℃、１８００℃、１８３０℃、１８５０℃、１９００℃の７水準に違えた。最高温度での保持時間は４時間とした。また、圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ２、２２５ｋｇｆ／ｃｍ２、２５０ｋｇｆ／ｃｍ２、および３００ｋｇｆ／ｃｍ２の４水準に違えた。なお、圧力の印加は、焼成温度が９００℃に到達した時点に開始した。図３は、ホットプレス焼成における最高温度を１８００℃とし、圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ２としたときの温度および圧力のプロファイルの例である。
【0079】
＜複合材料焼結体の組成および諸特性＞
得られたそれぞれの実験例の複合材料焼結体につき、構成相の特定およびその組成比（含有量）の算出（簡易定量）を行った。また、特性を評価するべく、開気孔率、嵩密度、曲げ強度、熱膨張係数の測定を行った。
得られたそれぞれの実験例の複合材料焼結体につき、構成相の特定およびその組成比（含有量）の算出（簡易定量）を行った。また、特性を評価するべく、開気孔率、嵩密度、曲げ強度、熱膨張係数の測定を行った。
【0080】
それぞれの実験例の焼結体についての、構成相の組成比と、開気孔率、嵩密度、曲げ強度、熱膨張係数、破壊靭性値、ヤング率、および熱伝導率の測定結果とを、表２に一覧にして示す。
【0081】
【表2】
【0082】
表２に示すように、実験例１、実験例３～実験例８、実験例１０～実験例１２、実験例１４～実験例１５、実験例１７～実験例１９、および実験例２１～実験例２５が実施例に該当し、他の実験例が比較例に該当する。
【0083】
実施例に該当する複合材料焼結体については、一部を除き、破壊靭性値（Ｋ１ｃ値）、ヤング率、および熱伝導率の測定も行った。これらの測定結果も併せて表２に示している。
【0084】
一方で、ホットプレス焼成における最高温度を１９００℃とした実験例１６および実験例２０については、表１に示したように、焼成途中でサンプルが溶融し、所望の形状の焼結体が得られなかったため、構成相の特定および上述の諸特性のいずれの測定も行えなかった。
【0085】
（構成相の同定および簡易定量）
実験例１６および実験例２０を除き、上述の手順にて得られた複合材料焼結体を乳鉢で粉砕し、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製 Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用したＸ線回折測定（θ－２θ測定）を行った。得られたＸ線回折プロファイルに現れたピークパターンに基づき、複合材料焼結体の構成相（結晶相）を同定した。特性Ｘ線としてはＣｕＫα線を使用し、管球出力は４０ｋＶ、４０ｍＡとし、測定範囲は２θ＝５°～７０°とした。
実験例１６および実験例２０を除き、上述の手順にて得られた複合材料焼結体を乳鉢で粉砕し、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製 Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用したＸ線回折測定（θ－２θ測定）を行った。得られたＸ線回折プロファイルに現れたピークパターンに基づき、複合材料焼結体の構成相（結晶相）を同定した。特性Ｘ線としてはＣｕＫα線を使用し、管球出力は４０ｋＶ、４０ｍＡとし、測定範囲は２θ＝５°～７０°とした。
【0086】
また、Ｘ線回折プロファイルに現れたピークの強度に基づく簡易定量により、複合材料焼結体に含まれる結晶相の組成比（含有量）を求めた。簡易定量には、ブルカー・エイエックスエス社の粉末回折データ解析用ソフトウェア「ＥＶＡ」の簡易プロファイルフィッティング機能（ＦＰＭ Ｅｖａｌ．）を利用した。本機能は、同定した結晶相のＩＣＤＤ ＰＤＦカードのＩ／Ｉcor（コランダムの回折強度に対する強度比）を用いて、構成相の重量比を算出するものである。
【0087】
（開気孔率および嵩密度の測定）
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
【0088】
（４点曲げ強度の測定）
ＪＩＳ－Ｒ１６０１に従って測定した。
ＪＩＳ－Ｒ１６０１に従って測定した。
【0089】
（熱膨張係数の測定）
ブルカー・エイエックスエス（株）製、ＴＤ５０２０Ｓ（横型示差膨張測定方式）を使用して、４０℃～５５０℃での平均線熱膨張係数を算出した。
ブルカー・エイエックスエス（株）製、ＴＤ５０２０Ｓ（横型示差膨張測定方式）を使用して、４０℃～５５０℃での平均線熱膨張係数を算出した。
【0090】
具体的には、アルゴン雰囲気中、昇温速度２０℃／分の条件で６５０℃まで２回昇温し、２回目の測定データから、平均線熱膨張係数を算出した。標準試料には装置付属のアルミナ標準試料（純度９９．７％、嵩密度３．９ｇ／ｃｍ３、長さ２０ｍｍ）を使用した。
【0091】
（破壊靭性値の測定）
ＪＩＳ－Ｒ１６０７にしたがって、ＳＥＰＢ法により破壊靱性を評価した。
ＪＩＳ－Ｒ１６０７にしたがって、ＳＥＰＢ法により破壊靱性を評価した。
【0092】
（ヤング率の測定）
ヤング率は、ＪＩＳ Ｒ１６０２（ファインセラミックスの弾性率試験方法）に準拠して測定した。
ヤング率は、ＪＩＳ Ｒ１６０２（ファインセラミックスの弾性率試験方法）に準拠して測定した。
【0093】
（熱伝導率の測定）
レーザーフラッシュ法により測定した。
レーザーフラッシュ法により測定した。
【0094】
＜各実験例の詳細＞
（実験例１～実験例５）
実験例１～実験例５では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃５００品と＃６０００品とを使用した。
（実験例１～実験例５）
実験例１～実験例５では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃５００品と＃６０００品とを使用した。
【0095】
原料組成は、表１に示すように、実験例１および実験例２においては共通に、
ＳｉＣ（＃５００品）：１８．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：９．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：５５．３ｗｔ％；
Ｗ：１７．０ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃５００品）：１８．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：９．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：５５．３ｗｔ％；
Ｗ：１７．０ｗｔ％；
とした。
【0096】
実験例３～実験例５においても共通に、
ＳｉＣ（＃５００品）：１５．８ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：８．５ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２０．０ｗｔ％；
Ｗ：５５．７ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃５００品）：１５．８ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：８．５ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２０．０ｗｔ％；
Ｗ：５５．７ｗｔ％；
とした。
【0097】
すなわち、実験例３～実験例５においては実験例１および実験例２に比して、Ｗの比率を顕著に増大させ、ＷＳｉ２の比率を顕著に低減させるとともに、ＳｉＣについてもわずかに低減させた。
【0098】
ホットプレス条件としては、実験例２および実験例４について最高温度を１７００℃とし、実験例１、実験例３、および実験例５については、最高温度を１８００℃とした。プレス圧力は共通に２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0099】
実験例１～実験例５のいずれにおいても焼結体が得られ、かつ、構成相としてはＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＷＣのみが同定された。焼結体におけるＳｉＣの含有量は４８．６ｗｔ％以下であった。
【0100】
ただし、実験例１および実験例３～実験例５の焼結体においては開気孔率が１％以下となったものの、実験例２の焼結体では、開気孔率は１％を大きく上回った。すなわち、実験例１および実験例３～実験例５においては緻密質の複合材料焼結体が得られたものの、実験例２では、緻密質の複合材料焼結体は得られなかった。
【0101】
より詳細には、ホットプレス焼成時の最高温度を１８００℃とした実験例１、実験例３、および実験例５においてはいずれも、開気孔率が１％以下となったのに対し、ホットプレス焼成時の最高温度が１７００℃であった実験例２および実験例４においては、後者のみ、開気孔率が１％以下となった。実験例２と実験例４の相違は原料組成のみであることから、Ｗを原料に用いる場合、少なくとも、原料組成に応じてホットプレス焼成時の最高温度を設定する必要があるといえる。
【0102】
なお、実験例２を除いては、熱膨張係数は４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋなる範囲内の値となった。一方で、曲げ強度は、いずれの実験例においても２００ＭＰａを上回ったものの３５０ＭＰａを下回った。また、実験例１、実験例４、および実験例５においては、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）が６．０ＭＰａ・ｍ１／２～６．５ＭＰａ・ｍ１／２であり、ヤング率は、４４８ＧＰａ～４８４ＧＰａであった。また、熱伝導率については、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。
【0103】
実験例１～実験例５の結果は、原料粉末におけるＳｉＣの重量比を５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％なる範囲内の値とし、ＷＳｉ２の重量比を１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％なる範囲内の値とし、Ｗの重量比を１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％なる範囲内の値とした場合、ホットプレス条件を原料組成に応じて適切に設定することにより、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下という緻密質であって、かつ、熱膨張係数が窒化アルミニウムの熱膨張係数に近い複合材料焼結体が得られることを、示している。
【0104】
（実験例６～実験例１４）
実験例６～実験例１４では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃１０００品のみを使用した。
実験例６～実験例１４では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃１０００品のみを使用した。
【0105】
原料組成は、表１に示すように、実験例６～実験例９においては共通に、
ＳｉＣ（＃１０００品）：１３．１ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２２．２ｗｔ％；
ＷＣ：６４．７ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：１３．１ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２２．２ｗｔ％；
ＷＣ：６４．７ｗｔ％；
とした。
【0106】
実験例１０においては、
ＳｉＣ（＃１０００品）：１１．４ｗｔ％；
ＷＳｉ２：３９．１ｗｔ％；
ＷＣ：４９．５ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：１１．４ｗｔ％；
ＷＳｉ２：３９．１ｗｔ％；
ＷＣ：４９．５ｗｔ％；
とした。
【0107】
実験例１１～実験例１３においては共通に、
ＳｉＣ（＃１０００品）：９．１ｗｔ％；
ＷＳｉ２：３１．５ｗｔ％；
ＷＣ：５９．４ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：９．１ｗｔ％；
ＷＳｉ２：３１．５ｗｔ％；
ＷＣ：５９．４ｗｔ％；
とした。
【0108】
実験例１４においては、
ＳｉＣ（＃１０００品）：８．５ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１９．６ｗｔ％；
ＷＣ：７１．９ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：８．５ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１９．６ｗｔ％；
ＷＣ：７１．９ｗｔ％；
とした。
【0109】
すなわち、実験例６～実験例９と、実験例１０と、実験例１１～実験例１３と、実験例１４とはこの順に、原料におけるＳｉＣおよびＷＳｉ２の重量比が小さくなり、ＷＣの重量比が大きくなる、という関係にある。
【0110】
一方、ホットプレス条件としては、実験例７については最高温度を１７７０℃とし、実験例８については、最高温度を１８３０℃とした他は、最高温度を１８００℃とした。また、プレス圧力は実験例９と実験例１３において２００ｋｇｆ／ｃｍ２とした他は、２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0111】
すなわち、実験例６～実験例８は、ホットプレス焼成の際の最高温度のみが違えられている。また、実験例６と実験例９とは、は、ホットプレス焼成の際の圧力のみが違えられている。同様に、実験例１１および実験例１２と実験例１３とについても、ホットプレス焼成の際の圧力のみが違えられている。
【0112】
一方、実験例６と、実験例１０と、実験例１１および実験例１２と、実験例１４とは、ホットプレス条件は同じで、原料組成のみが違えられている。
【0113】
実験例１１と実験例１２とは、原料組成およびホットプレス条件が共通している。
【0114】
実験例６～実験例１４のいずれにおいても焼結体が得られ、かつ、構成相としてはＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＷＣのみが同定された。焼結体におけるＳｉＣの含有量は、全ての実験例において、１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下の範囲内の値となった。
【0115】
また、ホットプレス焼成の際のプレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２とした実験例９と実験例１３では、開気孔率が１％を大きく上回った。すなわち、緻密質の複合材料焼結体は得られなかった。一方、プレス圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした実験例６～実験例８、実験例１０～実験例１２、および実験例１４では、開気孔率は０．１％以下となった。すなわち、極めて優れた緻密質の複合材料焼結体が得られた。
【0116】
なお、緻密質の複合材料焼結体が得られた実験例６～実験例８、実験例１０～実験例１２、および実験例１４では、実験例７を除き、珪化タングステン（ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３）の含有量が炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量よりも多かった。
【0117】
熱膨張係数については、いずれの実験例においても４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋなる範囲をみたす、４．９ｐｐｍ／Ｋ～５．３ｐｐｍ／Ｋなる範囲内の値となった。すなわち、窒化アルミニウムの熱膨張係数との差が０．２ｐｐｍ／Ｋ以下となった。
【0118】
また、開気孔率が０．１％以下であり、極めて優れた緻密質と判断される実験例６～実験例８、実験例１０～実験例１２、および実験例１４の複合材料焼結体においては、３５０ＭＰａを上回る曲げ強度が得られた。さらに、これらの複合材料焼結体においては、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）が６．３ＭＰａ・ｍ１／２～７．９ＭＰａ・ｍ１／２であり、ヤング率は、非測定である実験例１２を除き、４４８ＧＰａ～５２０ＧＰａであった。また、熱伝導率については、実験例１１において９８Ｗ／ｍ・Ｋであったほかは、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。
【0119】
（実験例１５～実験例２１）
実験例１５～実験例２１では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、実験例１５～実験例１７では＃５００品と＃６０００品とを使用し、実験例１８～実験例２１では＃１０００品のみを使用した。
実験例１５～実験例２１では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、実験例１５～実験例１７では＃５００品と＃６０００品とを使用し、実験例１８～実験例２１では＃１０００品のみを使用した。
【0120】
原料組成は、表１に示すように、実験例１５～実験例１７において共通に、
ＳｉＣ（＃５００品）：５．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：１．２ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１２．５ｗｔ％；
ＷＣ：８１．３ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃５００品）：５．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：１．２ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１２．５ｗｔ％；
ＷＣ：８１．３ｗｔ％；
とした。
【0121】
また、実験例１８～実験例２１において共通に、
ＳｉＣ（＃１０００品）：６．２ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１２．５ｗｔ％；
ＷＣ：８１．３ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：６．２ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１２．５ｗｔ％；
ＷＣ：８１．３ｗｔ％；
とした。
【0122】
すなわち、実験例１５～実験例２１においては、実験例６～実験例１４よりも、ＳｉＣおよびＷＳｉ２の重量比を小さくし、ＷＣの重量比を大きくした。また、実験例１５～実験例１７と実験例１８～実験例２１とでは、ＳｉＣ全体の重量比としては同じとしつつ、用いる粉末の粒度を違えた。
【0123】
一方、ホットプレス条件としては、実験例１５および実験例１８については最高温度を１８００℃とし、実験例１６および実験例２０については、最高温度を１９００℃とし、実験例１７、実験例１９、および実験例２１については最高温度を１８３０℃とした。また、プレス圧力は共通に２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0124】
その結果、上述のように、ホットプレス焼成時の最高温度を１９００℃とした実験例１６および実験例２０においては、焼成途中でサンプルが溶融してしまい、焼結体が得られなかった。
【0125】
ホットプレス焼成時の最高温度が１８００℃または１８３０℃であった実験例１５、実験例１７～実験例１９、および実験例２１においてはいずれも焼結体が得られ、かつ、構成相としてはＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＷＣのみが同定された。また、焼結体におけるＳｉＣの含有量は、それら全ての実験例において、１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下の範囲内の値となった。
【0126】
さらに、実験例１５、実験例１７～実験例１９、および実験例２１では全て、当該焼結体の開気孔率は０．１％以下となった。すなわち、極めて優れた緻密質の複合材料焼結体が得られた。
【0127】
かつ、それらの焼結体の熱膨張係数はいずれも、４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋなる範囲をみたす、４．８ｐｐｍ／Ｋ～４．９ｐｐｍ／Ｋなる値となった。すなわち、窒化アルミニウムの熱膨張係数よりもわずかに小さい値が得られた。
【0128】
なお、緻密質の複合材料焼結体が得られた実験例１５、実験例１７～実験例１９、および実験例２１では、珪化タングステン（ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３）の含有量が炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量よりも多かった。
【0129】
加えて、極めて優れた緻密質と判断される実験例１５、実験例１７～実験例１９、および実験例２１の複合材料焼結体においては、３５０ＭＰａを上回る曲げ強度が得られた。さらに、これらの複合材料焼結体においては、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）が７．５ＭＰａ・ｍ１／２～８．５ＭＰａ・ｍ１／２であり、ヤング率は、５２３ＧＰａ～５６１ＧＰａであった。いずれも、実験例６～実験例１４よりも概ね高い値となった。また、熱伝導率は１３４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、実験例６～実験例１４よりも高い値となった。
【0130】
（実験例２２～実験例２３）
実験例２２～実験例２３では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃１０００品のみを使用した。
実験例２２～実験例２３では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷＣの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃１０００品のみを使用した。
【0131】
原料組成は、表１に示すように、実験例２２においては、
ＳｉＣ（＃１０００品）：１２．８ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１３．５ｗｔ％；
ＷＣ：７３．７ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：１２．８ｗｔ％；
ＷＳｉ２：１３．５ｗｔ％；
ＷＣ：７３．７ｗｔ％；
とした。
【0132】
また、実験例２３においては、
ＳｉＣ（＃１０００品）：５．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２６．７ｗｔ％；
ＷＣ：６７．６ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃１０００品）：５．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：２６．７ｗｔ％；
ＷＣ：６７．６ｗｔ％；
とした。
【0133】
一方、ホットプレス条件については共通に、最高温度を１８００℃とし、プレス圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0134】
すなわち、実験例２２および実験例２３はいずれも、ホットプレス条件が共通である実験例６、実験例１０、実験例１１および実験例１２、実験例１４、実験例１８のそれぞれと、原料であるＳｉＣ粉末（＃１０００品）と、ＷＳｉ２粉末と、ＷＣ粉末の重量比の組み合わせを、違えたものである。
【0135】
いずれの実験例においても焼結体が得られ、かつ、構成相としてはＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＷＣのみが同定された。焼結体におけるＳｉＣの含有量は、それら全ての実験例において、１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下の範囲内の値となった。
【0136】
ただし、実験例２３では珪化タングステン（ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３）の含有量が炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量よりも多かったが、実験例２２ではその反対であった。
【0137】
焼結体の開気孔率は、実験例２２および実験例２３の双方で０．１％以下となった。すなわち、いずれの実験例においても、極めて優れた緻密質の複合材料焼結体が得られた。
【0138】
一方、焼結体の熱膨張係数は、いずれの実験例においても４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋなる範囲をみたしたが、実験例２２においては範囲下限の４．６ｐｐｍ／Ｋとなった。実験例２３においては範囲上限の５．６ｐｐｍ／Ｋとなった。
【0139】
また、曲げ強度は、実験例２２では４２３ＭＰａとなり、実験例２３では４２４ＭＰａとなった。すなわち、いずれの実験例でも３５０ＭＰａを上回ったが、両者の間ではほぼ差異がなかった。
【0140】
一方、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）、ヤング率、および熱伝導率については、実施例２３ではそれぞれ、８．２ＭＰａ・ｍ１／２、５４８ＧＰａ、１３４Ｗ／ｍ・Ｋという高い値となったが、実施例２２ではそれぞれ６．０ＭＰａ・ｍ１／２、３３２ＧＰａ、１０４Ｗ／ｍ・Ｋという値に留まった。
【0141】
他の実験例との対比より、実験例２２については、珪化タングステン（ＷＳｉ２およびＷ５Ｓｉ３）の含有量が１２．７ｗｔ％であって炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量の２８．１ｗｔ％よりも少ないことが、焼結体の特性に影響している可能性が考えられる。また、実験例２３については、原料粉末におけるＳｉＣの重量比が５．７ｗｔ％と小さいことが、焼結体の特性に影響している可能性が考えられる。
【0142】
（実験例２４～実験例２６）
実験例２４～実験例２６では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃５００品と＃６０００品とを使用した。
実験例２４～実験例２６では、ＳｉＣ、ＷＳｉ２、およびＷの粉末を原料として複合材料焼結体を作製した。ＳｉＣ粉末としては、＃５００品と＃６０００品とを使用した。
【0143】
原料組成は、表１に示すように、実験例１および実験例２と同じく、
ＳｉＣ（＃５００品）：１８．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：９．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：５５．３ｗｔ％；
Ｗ：１７．０ｗｔ％；
とした。
ＳｉＣ（＃５００品）：１８．０ｗｔ％；
ＳｉＣ（＃６０００品）：９．７ｗｔ％；
ＷＳｉ２：５５．３ｗｔ％；
Ｗ：１７．０ｗｔ％；
とした。
【0144】
ホットプレス条件としては、実験例２４ないし実験例２６のそれぞれにおいて、最高温度とプレス圧力の組み合わせを実験例１ないし実験例５と違えた。実験例２４では、最高温度を１８５０℃とし、プレス圧力は２２５ｋｇｆ／ｃｍ２とした。実験例２５では、最高温度を１７００℃とし、プレス圧力は３００ｋｇｆ／ｃｍ２とした。実験例２６では、最高温度を１６５０℃とし、プレス圧力は３００ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0145】
すなわち、実験例２４では、実験例１よりも最高温度を高くする一方、プレス圧力を低くしている。また、実験例２５では、比較例である実験例２よりもプレス圧力を高くしている。さらに、実験例２６では、比較例である実験例２よりも最高温度を低くする一方、プレス圧力を高くしている。
【0146】
実験例２４～実験例２６のいずれにおいても焼結体が得られ、かつ、構成相としてはＳｉＣ、ＷＳｉ２、Ｗ５Ｓｉ３、ＷＣのみが同定された。ただし、焼結体におけるＳｉＣの含有量は、実験例２４および実験例２５では４８．６ｗｔ％以下であったものの、実験例２６では５０．１ｗｔ％となって、４８．６ｗｔ％を上回った。
【0147】
焼結体の開気孔率は、実験例２４および実験例２５では１％を下回ったものの、実験例２６では１％を上回った。
【0148】
また、熱膨張係数は、実験例２４～実験例２６のいずれにおいても、４．６ｐｐｍ／Ｋ～５．６ｐｐｍ／Ｋなる範囲をみたす５．４ｐｐｍ／Ｋとなった。一方で、曲げ強度は、実験例２４および実験例２５では実験例１および実験例２と同程度の２５２ＭＰａとなったが、実験例２６では１１６ＭＰａに留まった。また、実験例２４および実験例２５の破壊靭性値（Ｋ１ｃ）とヤング率は実験例１と同程度であったが、熱伝導率は実験例１をやや上回った。
【0149】
（実験例１～実験例２６のまとめ）
実験例１～実験例２６の結果は、原料粉末におけるＳｉＣの重量比を５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％なる範囲内の値とし、ＷＳｉ２の重量比を１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％なる範囲内の値とし、かつ、ＷＣの重量比を４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％なる範囲内の値とするかＷの重量比を１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％なる範囲内の値とした場合、ホットプレス条件を適切に設定することにより、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下という緻密質であって、かつ、熱膨張係数が窒化アルミニウムの熱膨張係数に近い複合材料焼結体が得られることを、示している。
実験例１～実験例２６の結果は、原料粉末におけるＳｉＣの重量比を５．７ｗｔ％～２７．７ｗｔ％なる範囲内の値とし、ＷＳｉ２の重量比を１２．５ｗｔ％～５５．３ｗｔ％なる範囲内の値とし、かつ、ＷＣの重量比を４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％なる範囲内の値とするかＷの重量比を１７．０ｗｔ％～５５．７ｗｔ％なる範囲内の値とした場合、ホットプレス条件を適切に設定することにより、炭化珪素を１４．４ｗｔ％以上４８．６ｗｔ％以下含有し、開気孔率が１％以下という緻密質であって、かつ、熱膨張係数が窒化アルミニウムの熱膨張係数に近い複合材料焼結体が得られることを、示している。
【0150】
また、係る緻密質の複合材料焼結体が、２００ＭＰａ以上という４点曲げ強度と、６．０ＭＰａ・ｍ１／２～８．８ＭＰａ・ｍ１／２なる範囲内の破壊靭性値と、２７３ＧＰａ～５９４ＧＰａなる範囲内のヤング率と、９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という熱伝導率とを充足することも、示している。
【0151】
特に、実験例６～実験例２３の結果は、原料粉末におけるＳｉＣの重量比を５．７ｗｔ％～１３．１ｗｔ％なる範囲内の値とし、ＷＳｉ２の重量比を１２．５ｗｔ％～３９．１ｗｔ％なる範囲内の値とし、かつ、ＷＣの重量比を４９．５ｗｔ％～８１．３ｗｔ％なる範囲内の値とした場合には、開気孔率が０．１％以下という、極めて優れた緻密質の複合材料焼結体が得られること、さらには、係る複合材料焼結体が３５０ＭＰａ以上という優れた４点曲げ強度を有することも、示している。
【図1】
【図2】
【図3】