基于SiC和Si的混合部件和制造方法
阅读说明：本技术 基于SiC和Si的混合部件和制造方法 (Hybrid component based on SiC and Si and method for producing same ) 是由 中本真由美 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够不以树脂为介质,并且不受其形态的影响而进行构成的基于SiC和Si的混合部件。用于解决本发明问题的基于SiC和Si的混合部件(SiC/Si混合部件(10))的特征在于：在多晶结构的Si部件(基材(12))的内部分散有片状或粉状的SiC部件(填料(14))。并且,在具有这样的特征的SiC/Si混合部件(10)中,可以采用在其表面上具备SiC涂层(16)的构成。(The invention provides a SiC-and Si-based hybrid component which can be configured without using resin as a medium and without being affected by the form of the component. The hybrid component based on SiC and Si (SiC/Si hybrid component (10)) for solving the problem of the present invention is characterized in that: a sheet-like or powder-like SiC member (filler (14)) is dispersed in the interior of a polycrystalline Si member (base material (12)). In addition, in the SiC/Si hybrid component (10) having such characteristics, a structure in which the SiC coating layer (16) is provided on the surface thereof can be employed.)
技术领域
本发明涉及混合部件，特别是涉及使用SiC(碳化硅)和Si(硅)作为原材料的混合部件以及其制造方法。
背景技术
由于其带隙的广度、热传导率、绝缘击穿电压的高度等原因而作为半导体材料的需要较高的SiC(碳化硅：Silicon carbide)，由于无法通过熔融而再形成(可以在高温下使其升华，然后再结晶化)，因此对于在制造过程中未获得期望品质的制品，许多制品不得不作废弃处分。
结晶化的SiC由于无法通过高温而熔融，因此有时会通过粉碎，而作为粉末使用。专利文献1中公开的技术是：通过将SiC的粉末混入热固性树脂中进行加热压制而形成多孔质部件，并使Si(硅：Silicon)含浸到其中，从而构成SiC/Si的复合材料。
如此构成的SiC/Si的复合材料与金属材料相比更轻且比刚度更高、热膨胀率更小，因此其作为产业领域等中的结构材料的需求正在增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-73906号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
根据专利文献1中所公开的技术，废弃的SiC部件也存在可以再利用的可能性。但是，专利文献1中公开的技术将树脂作为介质进行多孔质树脂的形成，同时对于Si采用了含浸的手段。因此，与SiC或Si相比，耐热性低，存在随时间推移而劣化的风险。并且，由于采用了通过含浸而使Si浸透至内部的构成，因此存在难以构成具有厚度的实心材料的问题。
因此在本发明中，以提供一种能够不以树脂为介质，并且不受其形态的影响而进行构成的基于SiC和Si的混合部件及其制造方法为目的。
解决技术问题的技术手段
为了达成所述目的，本发明涉及的基于SiC和Si的混合部件的特征在于：多晶结构的Si部件的内部分散有片状或粉状的SiC部件。
并且，具有所述特征的基于SiC和Si的混合部件可以在表面上形成有Si C层。通过具有这样的特征，能够提高混合部件表面的致密度。
并且，为了达成所述目的，本发明涉及的基于SiC和Si的混合部件的制造方法的特征在于所述方法具有：准备制成片状或粉状的Si部件和制成片状或粉状的SiC部件的准备工序、使基于所述Si部件和所述SiC部件的混合材料升温至所述Si部件的熔融温度的加热工序、使熔融的所述Si部件在包含所述SiC部件的状态下再结晶化的冷却工序。
并且，在具有所述特征的基于SiC和Si的混合部件的制造法中，可以进一步具有：只将所述准备工序中准备的所述Si部件和所述SiC部件放入指定的容器，在该指定的容器内使所述Si部件和所述SiC部件在固体的状态下混合的搅拌工序。通过具有这样的特征，SiC相对于Si的混合状态(分散状态)变得良好。
并且，在具有所述特征的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中，在所述加热工序中，可以利用所述Si部件的对流而使所述SiC部件分散在所述Si部件中。通过具有这样的特征，即使省略搅拌工序，也能够使SiC分散在Si中。
并且，在具有所述特征的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中，可以在所述冷却工序之后，具有在表面上形成SiC涂层的表面处理工序。通过具有这样的特征，能够提高所构成的基于SiC和Si的混合部件的表面的致密度。
发明的效果
根据具有所述特征的基于SiC和Si的混合部件以及其制造方法，能够不以树脂为介质，并且不受其形态的影响而进行构成。
附图说明
[图1]表示实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的构成的示意图。
[图2]表示在实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的表面上设置有SiC涂层的情况的例子的示意图。
[图3]用于说明实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中的准备工序的图。
[图4]用于说明实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中的准备工序中的搅拌工序的图。
[图5]用于说明实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中的加热工序的图。
[图6]表示在实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件的制造方法中的冷却工序结束后除去容器的状态的图。
本发明的
具体实施方式
以下，对于本发明的基于SiC和Si的混合部件涉及的实施方式，参照附图详细地进行说明。需要说明的是，以下表示的实施方式是实施本发明时的适合方案的一部分，在能够发挥其效果的范围内，即使对构成的一部分进行变更，也可以视为本发明的一部分。
[SiC/Si混合部件]
首先，参照图1，对本实施方式涉及的基于SiC和Si的混合部件(以下，称为SiC/Si混合部件10)的构成进行说明。需要说明的是，虽然在图1中，其形态为矩形(立方体)，但对于其外观形态并无限定。
本实施方式涉及的SiC/Si混合部件10是将基材12设为Si、填料14设为SiC的混合部件。图1所示的形态的SiC/Si混合部件10是在多晶化的Si的内部中分散有片状的SiC片的混合部件。作为填料14的SiC的分布密度并无限制，可以根据SiC/Si混合部件10所期望的特性等而变化。
例如，在提高SiC的密度的情况下，会构成具有硬度、热传导性、耐氧化性、耐化学试剂性和耐等离子体蚀刻性提高，且Si的断裂韧性值(劈开性＝脆性)下降的特性的部件。另一方面，在使SiC的密度下降的情况下，会构成在与SiC单体制品的比较中，具有加工性提高、重量减轻等特性的部件。
[效果]
这样，本实施方式涉及的SiC/Si混合部件10可以通过基材12和填料14的混合比例，而任意地对特性进行调整。并且，构成部件只有Si和SiC，因此与以树脂为介质而进行SiC的形状形成的以往技术相比，能够提高耐热性。
并且，在具有这样的构成的SiC/Si混合部件10中，如图2所示，可以在SiC/Si混合部件10的表面上设置SiC涂层16。因为通过采用这样的构成，能够提高表面的致密度。
[变形例]
在所述实施方式中，记载了作为填料14而分散在作为基材12的Si中的SiC为片状。但是，SiC也可以是粉状。通过使分散的SiC为粉状(粉体)，可以使各个SiC的体积变小。由此，可以使由于和作为基材的Si的热膨胀率不同而导致的应力的影响变小。
并且，通过使作为填料14的SiC为粉状，可以极大地提高SiC的混合比例。
[第1制造方法]
接下来，参照图3到图6，对实施方式涉及的SiC/Si混合部件的第1制造方法进行说明。首先，如图3所示，准备片状的Si(片状基材12a)和片状的SiC(填料14)，将其放入容器18。此处，容器18由以下部件构成，该部件具有作为片状基材12a的Si的熔点(1414℃)以上的耐热性，且不会产生变形或性质变化。例如，可以是石英(软化点为约1600℃～1700℃)、石墨、烧结SiC、CVD-SiC等。
接下来，如图4所示，将放入容器18的片状基材12a和填料14混合。通过将在固体的状态下的片状基材12a和填料14混合，在片状基材12a熔融时，基材12和填料14的混合状态(填料14的分散状态)变得良好(准备工序、搅拌工序)。
接下来，对放入容器18的片状基材12a和填料14进行加热。需要说明的是，加热优选在不活泼氛围中进行。加热温度设为作为片状基材12a的Si的熔点(1414℃)以上，且小于容器18的软化点(例如在容器18为石英的情况下，为1600℃～1700℃)以及作为填料14的SiC的升华点(例如2000℃以上)的温度。也可以在片状基材12a熔融时，用振动装置或超声波装置(都未图示)等施加振动，进行脱气处理(加热工序：参照图5)。
在使片状基材12a熔融，使填料14分散在基材12中后，将处于熔融状态下的基材12冷却，使其再结晶化(固化)。冷却时的降温速度根据SiC/Si混合部件10的形态、热容量等而有所不同，不能统一地规定，将其设为被认定为适合于期望形态中截面积最大、热容量最大的部位的降温速度即可。这是因为，如果将降温速度配合热容量小的部位进行设定，则在热容量大的部位中，内部和外部之间的温度差变大，这会成为裂缝等产生的原因。需要说明的是，再结晶化的Si(基材12)变为多晶结构(冷却工序)。
在冷却工序结束后，通过除去容器18，完成SiC/Si混合部件10(参照图6)。此处可以根据需要，对SiC/Si混合部件10进行切削、研磨、涂布等表面处理。
[效果]
根据通过这样的工序而制造的SiC/Si混合部件10，由于可以不以树脂为介质而构成，因此能够得到良好的耐热性。并且，由于使作为基材12的Si熔融而混入作为填料14的Si，因此能够不受SiC/Si混合部件10的形态的影响，而使填料14分散在基材12中。
[第2制造方法]
在所述第1制造方法中，在准备工序中，主要记载了具有使片状基材12a和填料14在容器18的内部混合的搅拌工序。但是，只要能够使得填料14分散在基材12中，则搅拌工序并非必要。例如，在加热工序中，熔融的基材12(液态Si)中会产生对流。如果通过该对流，能够使填料14分散在基材12中，则可以省略搅拌工序。可以认为通过对流进行的填料14的分散在填料14为粉状的情况下是有效的。
工业实用性
在所述实施方式中，记载了在构成SiC/Si混合部件10时，使填料14均匀地混合在基材12中。但是，也可以有意地使填料14的分布比例不均匀。例如，在要求耐蚀刻性的部件(蚀刻环等)中，通过使作为填料14的SiC集中到被蚀刻侧面或特定部位，能够提高该特性。
符号的说明
10SiC/Si混合部件，12基材，12a片状基材，14填料，16SiC涂层，18容器。
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