[发明专利]陶瓷碳复合材及其制造方法与陶瓷包覆陶瓷碳复合材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为石墨与陶瓷的复合材的陶瓷碳复合材及其制造方法与陶瓷包覆陶瓷碳复合材及其制造方法。

背景技术

一直以来，碳材为低比重且耐热性、耐腐蚀性、滑动性、导电性、导热性、加工性优异，在半导体、冶金、机械、电子、原子力等广泛的领域中利用。

然而，碳材一般有在耐氧化性和强度上差的问题。为了解决该问题，研究了与陶瓷等其他材料的复合化。

作为将碳材与陶瓷材复合化的例子，在石墨基材上将SiC或TaC由气相反应或熔融反应包覆的SiC包覆石墨复合材，作为由化学蒸镀法得到的化合物半导体制造用的基座利用。这些制品具有耐热性和化学稳定性，防止石墨颗粒的发尘，但是由于不会带来强度提高，且制造成本也较高，因而局限于基座等的用途。另外，三维地在复杂形状的石墨基材上均匀包覆存在技术上的困难。

另一方面，正在开发SiC/碳复合材，该复合材是通过使熔融硅在高温下含浸于多孔质碳中而激发燃烧合成反应，将多孔质碳的气孔内部SiC化而得到的(参照专利文献1)。该复合材能够以加工成螺栓或螺帽这样比较简单的三维形状的多孔质碳材为基础形成近净品，但缺乏含浸材特有的致密性，表面粗糙且成本也高，从而在实际中无法利用。

另外，最近开发了C-SiC烧结体，该烧结体是将平均粒径为10～100nm的SiC超微粉末与石墨颗粒混合，通过等离子体放电烧结而高密度地致密化而得到(参照专利文献2)。有报告该复合材含有1～95重量％的SiC，相对密度为70～99.5％，弯曲强度为100～350MPa的较高值。但是，其是将SiC颗粒与碳颗粒均匀混合的复合结构，并不是根据将碳颗粒彼此的界面由陶瓷分离而形成的概念而得到的。另外，陶瓷局限于SiC。

在碳复合材中，广泛利用在碳纤维的织物中含浸沥青而烧制得到的C/C复合物、或含浸有树脂的复合材，尽管强度优异，但是耐氧化性却均未改善，在空气中高温下的使用受到限制。另外，表面粗糙，加工也较难，在制造上需要长时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-25569号公报

专利文献2：日本特开2004-339048号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供比陶瓷轻量，且耐氧化性、耐发尘性、导热性、导电性、强度、致密性等中的至少任一种特性优异的陶瓷碳复合材及其制造方法与陶瓷包覆陶瓷碳复合材及其制造方法。

用于解决课题的方法

本发明的陶瓷碳复合材的特征在于，在石墨或含有石墨的碳颗粒彼此之间形成有陶瓷界面层。

本发明的陶瓷碳复合材由于是石墨或含有石墨的碳颗粒与陶瓷的复合材，所以比陶瓷材料轻量。另外，由于以覆盖石墨或含有石墨的碳颗粒的表面的方式形成陶瓷界面层，所以在耐氧化性、耐发尘性、导热性、导电性、强度、致密性等中的至少任意一种特性上，比仅将碳和陶瓷混合得到的复合材优异。

在本发明中，优选陶瓷界面层在石墨或含有石墨的碳颗粒之间具有连续的三维网孔结构。通过陶瓷界面层具有连续的三维的网孔结构，在耐氧化性、耐发尘性、导热性、导电性、强度、致密性等中能够发挥更优异的特性。

在本发明中，陶瓷界面层例如能够由选自AlN、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、B₄C、TaC、NbC、ZrC、ZnO、SiO₂和ZrO₂中的至少1种形成。

本发明的陶瓷界面层的厚度例如能够设为100nm～10μm。

本发明的陶瓷碳复合材的制造方法是能够制造上述本发明的陶瓷碳复合材的方法，该制造方法的特征在于，包括：制作在石墨或含有石墨的碳颗粒的表面包覆有由陶瓷构成的陶瓷层的陶瓷包覆粉末的工序；由陶瓷包覆粉末成型为成型体，并烧结该成型体，制作陶瓷碳复合材的工序。

通过烧结由陶瓷包覆粉末构成的成型体，陶瓷包覆粉末的表面的陶瓷彼此烧结，在陶瓷碳复合材中形成陶瓷界面层。

根据本发明的制造方法，能够高效地制造上述本发明的陶瓷碳复合材。

作为在碳颗粒的表面形成陶瓷层的方法，可以列举气相法、液相法、机械混合法或将这些组合的方法。

另外，作为形成陶瓷包覆粉末的其他方法，可以列举通过在陶瓷颗粒的浆料中添加碳颗粒，在碳颗粒的表面附着陶瓷颗粒，形成陶瓷层的方法。